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Verfahren zur Herstellung von Rotoren für Schrauben-
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verdichter Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Rotoren für Schraubenverdichter sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens
und nach diesem Verfahren hergestellte Rotore.
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Schraubenverdichter zum Verdichten von Gasen haben zwei mit unterschiedlichen
schraubenförmigen Profilen versehene Rotore, von denen der eine einen Hauptläufer
und der andere einen Nebenläufer bildet. Diese Rotore werden aufgrund ihres komplizierten
Profils im Abwälzfräsverfahren mit Profilfräsern hergestellt. Dieses Verfahren erfordert
hohe Investitionen an Maschinen und Fräswerkzeugen. Da sich die Fräswerkzeuge abnutzen,
ist wegen der geforderten hohen Maßhaltigkeit der Rotore ein ständiges Nacharbeiten
der Fräswerkzeuge erforderlich. Ein weiterer Nachteil des bekannten Herstellungsverfahrens
besteht
darin, daß die Formen der Schraubenprofile beschränkt sind. So lassen sich beispielsweise
Schraubenprofile mit bestimmten Hinterschneidungen nicht im Fräsverfahren herstellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art anzugeben, das eine einfachere Herstellung der Rotore ermöglicht und
auch solche Schraubenprofile herzustellen gestattet, die nach den üblichen Verfahren
nicht hergestellt werden können.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach einer ersten Variante der Erfindung
darin, daß in eine einstückige Negativform des Rotorkörpers eine Rotorwelle eingesetzt
wird, daß die Negativform mit Kunststoff ausgespritzt wird und daß anschließend
der Rotorkörper durch Bewegen der Rotorwelle aus der Negativform herausgedreht wird.
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Nach dieser Variante der Erfindung erfolgt die Herstellung des Rotorkörpers
im Spritzgußverfahren mit Hilfe einer ungeteilten einstückigen Negativform. Formen,
die aus mehreren zusammengesetzten Formteilen bestehen, eignen sich zur Herstellung
der Rotorkörper mit den erforderlichen Schraubenprofilen, die Hinterschneidungen
aufweisen können, nicht. Selbst wenn man davon ausgeht, daß die bei geteilten Spritzgußformen
stets am Werkstück auftretende Naht durch Nachbearbeitung beseitigt werden kann,
ist eine Fertigung der Rotore mit geteilten Spritzgußformen nicht möglich, weil
die Form des Rotorkörpers es nicht zuläßt, die einzelnen Formteile zu entfernen.
Nach der Erfindung erfolgt das Entformen dadurch, daß der Rotorkörper aus der Negativform
herausgedreht wird. Hierzu ist es erforderlich, den
Rotorkörper
in eine Drehung zu versetzen, so daß er sich schraubenförmig aus der Negativform
herausbewegt und an derem stirnseitigen Ende austritt. Der Kunststoff wird um die
aus Metall bestehende Rotorwelle herumgespritzt. Diese Rotorwelle kann anschließend
unverändert in dem Rotorkörper verbleiben, es ist aber auch möglich, die Rotorwelle
gegen eine andere auszuwechseln, so daß eine Rotorwelle ausschließlich im Rahmen
des Herstellungsverfahrens benutzt wird, während im Betrieb eine andere Rotorwelle
in den Rotorkörper eingesetzt wird. Ferner besteht die Möglichkeit, die Rotorwelle
mit einem Haftverhinderer zu beschichten, so daß der Kunststoff an der Rotorwelle
nicht fest anhaftet. In jedem Fall wird die Rotorwelle dazu benutzt, den Rotorkörper
aus der Negativform herauszudrehen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Rotorwelle
mit einem längslaufenden Profil versehen, auf dem der Rotorkörper in Längsrichtung
gleiten kann und die Rotorwelle wird zum Entformen des Rotorkörpers gedreht. Hierbei
wird die Drehung der Rotorwelle auf den Rotorkörper übertragen, der auf diese Weise
aus der Negativform herausgedreht wird.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Rotorwelle
zum Entformen des Rotorkörpers aus der Negativform ohne Drehantrieb axial geschoben
oder gezogen. Dieses Entformungsverfahren setzt eine geringe Reibung zwischen Rotorkörper
und Negativform und eine relativ große Steigung des Schraubenprofils des Rotorkörpers
voraus.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung der ersten Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist dadurch gekenn-
zeichnet, daß eine Spritzmaschine
einen an einem Ende durch einen abnehmbaren Deckel verschlossenen Arbeitsraum aufweist,
daß der Deckel und die dem Deckel gegenüberliegende Stirnwand des Arbeitsraumes
Zentriermittel für die Rotorwelle aufweisen und daß eine an der Rotorwelle angreifende
Mitnahmevorrichtung vorgesehen ist, die relativ zu dem Arbeitsraum linear bewegbar
ist. Die Mitnahmevorrichtung kann zusätzlich drehend angetrieben sein.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Rotor, der nach dem genannten
Verfahren hergestellt ist. Bei diesem Rotor ist eine metallische Rotorwelle auf
einem Teil ihrer Länge von einem schraubenförmigen Rotorkörper aus Kunststoff umgeben.
Die Rotorwelle und der Rotorkörper können durch eine längslaufende Paß feder oder
Kerbverzahnung dauerhaft drehfest verbunden sein.
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Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung gelingt die Herstellung
des schraubenförmigen Rotorkörpers aus Kunststoff dadurch, daß ein Kunststoff in
eine schneckenförmige Formmatrize hinein extrudiert wird.
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In der Formmatrize entsteht eine im Prinzip endlose Runststoffschraube
mit dem Profil des Rotorkörpers.
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Während der Kunststoff im wesentlichen axial aus dem Extruder herausgedrückt
wird, wird dieses Material durch das Schraubenprofil der Formmatrize gedreht, so
daß der Kunststoff in der Formmatrize nicht nur axial vorgeschoben, sondern auch
drehend angetrieben wird.
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Die Rotorkörper können von dem entstehenden Strang abgetrennt werden.
Zweckmäßigerweise ist der Strang zusätzlich durch Verstärkungsfasern, die in die
Formmatrize einlaufen, verstärkt.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der zweiten
Variante ist dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an das Austrittsende eines
Extruders eine schneckenförmige Formmatrize angeordnet ist, die am austrittsseitigen
Ende für den fortlaufenden Austritt des rotierenden Rotorkörpers offen ist. An dem
Extruder kann ein Dorn befestigt sein, der in dem Rotorkörper einen axialen Kanal
zum Befestigen der Rotorwelle erzeugt.
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Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 das Prinzip des Zusammenwirkens der beiden Rotore
eines Schraubenverdichters, Fig. 2 eine Seitenansicht des Nebenrotors, Fig. 3 einen
schematischen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zur Herstellung
der Rotorkörper, Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform zur
Herstellung der Rotorkörper, Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform
zur Herstellung der Rotorkörper, Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung
zur Herstellung von Rotorprofilen im Extrusionsverfahren und Fig. 7 eine Abwandlung
der Vorrichtung nach Fig. 6.
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In Fig. 1 ist das Zusammenwirken der beiden Rotore eines Schraubenverdichters
dargestellt. Der Hauptrotor 10 weist mehrere über seinen Umfang verteilt angeordnete
abstehende
Flügel 12 auf, die in Längsrichtung des Rotors schraubenförmig verlaufen. Die Flügel
12, die in die schraubenförmigen Rillen 13 des Nebenrotors 11 eintauchen, haben
Flanken, deren Kontur sehr genau eingehalten werden muß, um die gewünschte Verdichtung
zu erreichen. In gleicher Weise müssen auch die die Ausnehmungen 13 begrenzenden
Wände des Nebenrotors 11 mit ganz bestimmten Formen und mit großer Genauigkeit hergestellt
werden. Die dargestellten Rotore 10 und 11 haben relativ einfache Schraubenprofile.
In manchen Fällen ist es zweckmäßig, Schraubenprofile zu verwenden, die Hinterschneidungen
haben, d.h. Hohlräume, die durch eine Wand begrenzt sind, welche einen radialen
Zugang zu dem Hohlraum nicht zuläßt.
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Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Nebenrotors 11.
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Hieraus ist die Rotorwelle 14 zu ersehen, die sich durch den Rotorkörper
15 hindurch erstreckt. Im Stand der Technik ist der Rotor einstückig angefertigt.
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Die Vorrichtung nach Fig. 3 dient zur Herstellung von aus Kunststoff
bestehenden Rotorkörpern. Eine einstückige Negativform 16 des herzustellenden Rotorkörpers
ist in den Arbeitsraum der Spritzmaschine 18 eingesetzt. Die Negativform 16 ist
hergestellt worden, indem das Profil des Stirnschnitts des herzustellenden Rotors
auf eine nur wenige Millimeter dicke Kupferplatte übertragen wurde. Hierbei wurde
die Steigung des Umschlingungswinkels der einzelnen Konkaven und Konvexen, Zähne
und Zahnlücken berücksichtigt. Nach diesem Masterprofil werden die entsprechenden
Schraubenformen von einer programmgesteuerten Senkerodieranlage in das Material
der Negativform erodiert.
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Der Arbeitsraum der Spritzmaschine 18 ist am einen Ende durch einen
Deckel 19 und am anderen Ende durch einen abnehmbaren Deckel 20 verschlossen. Der
Deckel 19 weist eine Ausnehmung 21 auf, in die der eine Wellenstumpf 22 der Rotorwelle
23 eingesetzt ist. In der Ausnehmung 21 befindet sich ein Gleitlager 24, in dem
die Rotorwelle gedreht werden kann.
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Das andere Ende der Rotorwelle 23 ragt durch ein Gleitlager 25 des
Deckels 20 hindurch aus dem Arbeitsraum heraus. Während der Deckel 19 an der Form
festgeschraubt sein kann, ist der Deckel 20 mit einem Schnellverschluß 26 so befestigt,
daß er leicht abgenommen werden kann. Am Deckel 20 sind Führungselemente 27 befestigt,
die in Führungsstangen 28 gleiten, um den Deckel 20 achsparallel zur Form verschieben
zu können.
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Durch den Einlaßkanal 28 wird Kunststoff in den zwischen der Rotorwelle
23 und der Negativform 16 gebildeten Formhohlraum injiziert. Die Luft entweicht
aus Kanälen 29 im Deckel 20.
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An der Spritzmaschine 18 ist in axialem Abstand von der Rotorwelle
23 ein Kopfstück 30 befestigt, das einen Teil der Mitnahmevorrichtung 31 enthält.
Diese Mitnahmevorrichtung 31 weist einen Schaft 32 auf, der über eine Kupplungsvorrichtung
33 mit dem aus der Form herausragenden Ende der Rotorwelle 23 verbunden ist. Der
Schaft 32 verläuft koaxial zur Rotorwelle 23 und verlängert diese. Der Schaft 32
ragt durch ein Schneckenrad 34 hindurch, und er weist eine längslaufende Paßfeder
35 auf, die in eine entsprechende (nicht dargestellte) Nut des Schneckenrades 34
eingreift. Das
Schneckenrad 34 befindet sich im Innern des Kopfstücks
30 und es ist an diesem mit einem Kugellager 36 gelagert. Der Antrieb des Schneckenrades
34 erfolgt über die Schnecke 37 und das Schneckenrad 38 durch den Motor 39.
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Nach dem Erhärten des Materials des Rotorkörpers 40 im Formhohlraum
wird der Schnellverschluß 26 geöffnet und der Motor 39 in Funktion gesetzt. Dadurch
wird der Schaft 32 gedreht und diese Drehung wird auf die Rotorwelle 23 übertragen.
Die Rotorwelle 23 hat ein unrundes Profil, im vorliegenden Fall durch eine Paßfeder
41, so daß sie den Rotorkörper 40 mitdreht. Während die Form feststeht, wird der
Rotorkörper 40 aus der Negtivform 16 herausgedreht, wobei der Schaft 32 sich axial
durch das Schneckenrad 34 hindurchbewegt. Auf diese Weise wird der Rotorkörper 40
zusammen mit der Rotorwelle 23, die fest in ihm verbleibt, aus der Negativform 16
herausgedreht.
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Alternativ besteht die Möglichkeit, daß der Wellenschaft 22 in der
Form gegen axiale Verschiebungen festgehalten wird. In diesem Fall würde sich der
Rotorkörper 40 auf der Rotorwelle 23 beim Hochdrehen axial verschieben.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 weist die Mitnahmevorrichtung
31 eine Kolben-/Zylindereinheit 42 mit ortsfestem Zylinder auf, deren Kolbenstange
43 einen Käfig 44 trägt. Der Deckel 20 ist Bestandteil des Käfigs 44. Der Käfig
44 enthält ein Axiallager 45, an dem die Greifvorrichtung 46 gelagert ist. Die Greifvorrichtung
46 kann an dem Ende der Rotorwelle 23 befestigt werden. Wenn in diesem Zustand die
Kolbenstange
34 angehoben wird, wird auf die Rotorwelle 23 ein
axialer Zug ausgeübt, wodurch der Deckel 20 zusammen mit der Rotorwelle angehoben
wird. Da der Greifer 46 in dem Käfig 44 drehbar gelagert ist, kann sich der Rotor
in der Negativform 16 drehen, wobei sich die Greifvorrichtung 46 mitdreht. Auf diese
Weise wird durch Ausüben einer axialen Zugkraft der Rotor unter Drehung aus der
Negativform 16 entfernt. Damit die Rotorwelle 23 den Rotorkörper 40 mitnimmt, ist
am unteren Ende der Rotorwelle ein Flansch 47 vorgesehen, der in einer entsprechenden
Ausnehmung des Deckels 19 sitzt und den Rotorkörper 40 untergreift.
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Bei dem Ausführungsbeispiel# der Fig. 5 ist an der Spritzmaschine
18 eine Kolben-/Zylindereinheit 48 befestigt, deren Kolben 49 über die Kolbenstange
50 axial gegen die Rotorwelle 23 und den Rotorkörper 40 drückt, um den Rotor in
axialer Richtung aus der Negativform 16 herauszudrücken, nachdem der Deckel 20 am
gegenüberliegenden Ende von der Form abgenommen worden ist. Damit die Kolbenstange
50 sich drehen kann, ist sie über ein Axiallager 51 im Kolben 49 abgestützt und
gelagert.
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Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4, bei dem an der
Rotorwelle 23 gezogen wird, um den Rotor unter Drehung aus der Negativform zu befreien,
wird bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 durch die Kolbenstange 50 gegen den
Rotor gedrückt, so daß dieser sich in der Form dreht und diese zum entgegengesetzten
Ende hin verläßt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fign. 6 und 7 erfolgt die Herstellung
der Rotorkörper mit Hilfe eines Extruders 52, an dessen Ende eine Formmatrize 53
befestigt ist. Das Extrudat gelangt vom Extruder aus in
die Formmatrize
53, die entsprechend einem Negativ des herzustellenden Rotorkörpers profiliert ist.
Die Formmatrize 53 weist daher mehrere Schraubengänge auf. Das aus dem Extruder
austretende Material gelangt in die Formmatrize 53 und wird in dieser durch den
Extrusionsdruck nicht nur vorgeschoben, sondern infolge der schraubenförmigen Wandkontur
der Formmatrize auch in Drehung versetzt. Während des schraubenförmigen Hindurchbewegens
durch die Formmatrize 53 wird das Extrudat gekühlt, so daß es sich zunehmend verfestigt
und schließlich als endlose Schnecke die Formmatrize verläßt. Dabei entstehen die
in Fig. 6 dargestellten Zonen. In der Füllzone wird die Formmatrize 53 hohlraumfrei
mit dem Extrudat ausgefüllt. In der nachfolgenden Kühlzone erstarrt das Extrudat,
während es in der Ausstoß zone seine endgültige Form annimmt. An die Ausstoßzone
schließt sich der Abgangsbereich an, der den Auslaß der Formmatrize bildet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 ist an der Extruderwelle ein
Dorn 54 befestigt, der sich bis weit in die Formmatrize 53 hinein erstreckt und
in dem herzustellenden Rotorstrang einen Kanal erzeugt, in den später die Rotorwelle
eingesetzt werden kann.
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Mit den Vorrichtungen nach Fign. 6 und 7 werden die Rotorkörper als
endlose Schrauben hergestellt, von denen geeignete Stücke abgetrennt werden können.
Es ist zu beachten, daß für die Herstellung der Hauptrotore die Drehrichtung entgegengesetzt
zu der Drehrichtung bei der Herstellung von Nebenrotore ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich nicht nur zur Herstellung
von Rotoren, deren Rotorkörper aus
Kunststoff besteht. Nach diesem
Verfahren können alle plastischen härtbaren Materialien verarbeitet werden.
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Beispielsweise können auch Rotore aus Keramikmaterial auf diese Weise
hergestellt werden. Als Kunststoff eignen sich wegen ihrer Härte und der geringen
Wasseraufnahme besonders Polyamide.
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