DE2409554A1 - Schraubenkompressor mit in einem gehaeuse befindlichen rotoren - Google Patents

Description

• Schraubenkompressor mit in einem Gehäuse befindlichen Rotoren Die Erfindung bezieht sich auf einen Schraubenkompressor, -pumpe oder dergleichen mit in einem Gehäuse befindlichen Rotoren.
• Es ist bekannt, die an ihrem Umfang mit schraubenförmigen Nuten und Kämmen versehenen Rotoren von Schraubenkorapressoren aus einem metallischen Werkstoff, zumeist Stahl, durch Pressgußverfahren oder durch Fräsen aus dem vollen Stück herzustellen. Diese Herstellungsverfahren eignen sich einerseits grundsätzlich nur für Rotoren mit verhältnismäßig geringen Außendurchmessern. Bei größeren Rotoren ist die Herstellung aus metallischen Werkstoffen mit Hilfe des Pressgußverfahrens nicht hinreichend genau, währtnd das Fräsen von Rotoren großen Durchmessers infolge der dafür erforderlichen kostspieligen Werkzeugmaschinen und der schwierigen Herstellung sowie großer Materialverschwendung wirtschaftlich ungeeignet ist. Ein besonders -wesentlicher grundsätzlicher Nachteil der bekannten Rotoren liegt jedoch in deren Herstellung aus einem metallischen Werkstoff. Hier ist vor allem auf den verhältnismäßig hohen Preis derartiger Werkstoffe hinzuweisen. Ferner haben die bekannten Schraubenkompressor-Rotoren ein verhEltnismäßig-großes Gewicht, was entsprechend hohe Lagerhaltungs-, Transport- und Montagekosten ergibt. Das hohe Rotorengewicht zeigt sich auch in einer entsprechend starken Belastung der Rotorwelle sowie von deren Lager aus, was besonders ins Gewicht fällt, zumal die Rotoren von Schraubenkompressoren in der Regel mit relativ hohen Drehzahlen umlaufen. Wegen ihres großen Gewichts müssen die bekannten, mit hoher Drehzahl umlaufenden metallischen Schraubenkompressor-Rotoren ausgewuchtet werden, was ihre Herstell- bzw. Montagekosten wesentlich erhöht. Das bereits erwähnte hohe Gewicht und die gegebenenfalls vorhandenen Unwuchten sind schließlich auch für einen ruhigen Lauf schädlich.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schraubenkompressor, -pumpe oder dergleichen mit in einem Gehäuse befindlichen Rotoren zu schaffen, welcher insbesondere im Hinblick auf die Rotoren nicht die Nachteile der bekannten Schraubenkompressoren aufweist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rotoren jeweils aus auf eine metallische Rotorwelle aufgespritztem, vorzugsweise glasfaserverstärktem, Kunststoff bestehen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist der Kunststoff ein warmfesten Polyamid, insbesondere Polyäthylenterephtalat.
• Es wurde gefunden, daß e;n Schraubenkoinpressor-Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung bei entsprechender erfindungsgemäßer Kunststoffwahl nicht nur den im Betrieb der Maschine auftretenden vielfältigen Beanspruchungen stand-hält, sondern darüberhinaus noch weitere weoentliche Vorteile hat. Hier sind zunächst die geringen Kosten zu erwähnen, die sich vor allem aus den gegenUber den Metallwerkstoffen wesentlich niedrigeren Kunststoffkosten ergeben. Im Übrigen ist ein erfindungsgemäßer gespritzter Kunststoff-Rotor mit beliebiger Durchmessergröße besonders rationell in größten Stückzahlen herstellbar. Dabei lassen sich die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung in Frage kommenden Kunststoffe mit so hoher Genauigkeit verarbeiten, daß ein Nacharbeiten praktisch nicht mehr erforderlich ist und sich außerdem ein hoher Wirkungsgrad ergibt. Zur Verstärkung des Kunststoffs mit Glasfasern sei noch erwähnt, daß diese das auch bei Kunststoffen auftretende Verziehen weitgehend beseitigt. Ein erfindungsgemäß gewählter Kunststoff hält den im Betrieb auftretenden Temperaturen und Temperaturschwankungen besonders gut stand und ist im übrigen in ausreichendem Maße korrosionsbeständig. Das Umspritzen der Rotorwelle mit dem den schraubenförmigen Rotor ergebenden Kunststoff bereitet keinerlei Schwierigkeit, da es sich hier um Arbeitsgänge handelt, die auf allen Gebieten der Technik weitgehend erprobt sind. Aufgrund des geringen Gewichtes des erfindungsgemäßen Rotors und im Hinblick auf die Möglichkeit, mit engen Toleranzen arbeiten zu können, kann auf ein Auswuchten verzichtet werden, ohne daß dadurch Funktionsstörungen oder ein vorzeitiger Lagerverschleiß zu befürchten wären. Das gegenüber den metallischen Werkstoffen geringe Gewicht des verwendeten Kunststoffs ergibt im Betrieb entsprechend niedrige Belastungen der Rotorwelle sowie der Rotorwellenlager, was sich günstig auf deren Dimensionierung und Betriebssicherheit auswirkt. Die guten Festigkeits- und Verarbeitungseigenschaften des erfindungsgemäß verwendbaren Kunststoffs ermöglichen es schließlich, daß bei den erfindungsgemäßen Schraubenkompressoren stets zwei oder mehr nach den Gesetzen der lyerzahnungslehre exakt miteinander kämmende Läufer aneinander abrollen.
• Es ist zwar bereits bekannt, das Flügelrad von 'uhlwasser-Kreiselpumpen bei Kraftfahrzeugen teilweise aus Kunststoff herzustellen, welcher auf eine metallische Nabe aufgegossen wird.
• Das so erhaltene Flügelrad wird an der Kreiselpumpe montiert, indem es mit der Nabe auf die Antriebswelle im Preßsitz aufgeschoben wird. Die bekannten Kreiselpumpen (Strömungsmaschinen) arbeiten jedoch bekanntlich nach einem ganz anderen Verdichtungsprinzip als die zur Rede stehenden Schraubenkompressoren (Verdrängermaschinen). Das Flügelrad einer Strömungsinaschine erteilt dem zu fördernden Medium einen Strömungsimpuls. Dabei sind die Schaufelkanäle in den Flügelrädern von Strömungsmaschinen stets an beiden Enden geöffnet, zwischen den einzelnen Strömungskanälen besteht keine Druckdifferenz. Im Gegensatz hierzu ist bei den erfindungsgemEßen YerdrMngermaschinen stets ein großer Druckunterschied zwischen den einzelnen Strömungskanälen vorhanden. Diese sind mit Ausnahme der Ansaug- und Ausstoßphase stets abgeschlossen. Außerdem müssen bei den im Schutzbegehren genannten Maschinen stets mindestens zwei nach den Gesetzen der Verzahnungslehre exakt miteinander kämmendc Rotoren vorhanden sein. Die bekannten Flügelräder sind also nach ganz anderen Gesetzmäßigkeiten geformt als die Rotoren der erfindungsgemäßen Schraubenkompressoren, wodurch sich die Beanspruchungen der beiden sich gegenüber stehenden Läuferarten wesentlich voneinander unterscheiden. Von besonderer Wichtigkeit ist jedoch das Unterschiedsmerkmal, daß beizen erfindungsgemäßen Schraubenkompressor-Rotoren auf sehr einfache Weise der Kunststoff direkt auf die Rotorwellen aufgespritzt wird. Dadurch erübrigt sich die Verwendung eines zusätzlichen metallischen Wabenkörpers sowie dessen abschließendes Aufpressen auf die Rotorwelle. Die verschiedenen Vorteile der Erfindung ergeben insgesamt, daß ein erfindungsgemäßer Kunststoffrotor auch unter Berücksichtigung der Forderung eines hohen Sicherheitsfaktors beim Betrieb des betreffenden Schraubenkompressors, -pumpe oder dergleichen mit Erfolg verwendbar ist. Vor allem wegen der im Hinblick auf die Besonderheiten eines schnellaufenden Schraubenkompressors, insbesondere das Kämmen jeweils mindestens zweier Rotoren miteinander, geforderten Sicherheit hielt man es bisher auch angesichts der bekannten Kreiselpumpen nicht für möglich, von den bekannten metallischen Schraubenkompressor-Rotoren abzugehen.
• Schließlich ist noch zu erwähnen, daß sich bei den erfindungsgemäßen Kunststoffrotoren infolge von deren geringem Gewicht ein wesentlich kleineres Schwungmoment als bei den bekannten Schraubenrotoren ergibt.
• Dadurch benötigt ein erfindungsgemäßer Schraubenkompressor vor allem eine wesentlich geringere elektrische Anfahrleistung für den Antriebsmotor.
• Mit Vorteil beträgt der Glasfaseranteil des erfindungsgemäß verwendbaren Kunststoffs 20 bis 45 %, vorzugsweise 30 %. Der jeweilige Glasfaseranteil ist dabei entsprechend der speziellen Rotorausbildung und den auftretenden Beanspruchungen wählbar.
• Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform des eHlndungsgemäßen Schraubenkompressors sind die Rotorwellen an ihrer vom Kunststoff umgebenen Mantelfläche mit einer Profilierung versehen. Die Profilierung der Mantelfläche der Rotorwelle kann dabei durch in Achsrichtung verlaufende, gleichmäßig über den Umfang verteilte Nuten und Stege gebildet sein. Eine derartige Ausbildung der Rotorwellen ermöglicht eine formschlüssige Verbindung zwischen Kunststoff und dem Wellenkörper, sodaß die Funktionssicherheit des erfindungsgemäßen Kunststoffrotors noch weiter erhöht wird Zur weiteren Material- und Gewichtseinsparung und Verringerung des Trägheitsmomentes der Rotoren sind gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung in den Schraubenkämmen, zumindest des männlichen Rotors, zentrale Aussparungen vorgesehen. Dabei verlaufen die Aussparungen zweckmäßigerweise jeweils von den Rotorstirnseiten bis nahezu zur Rotormitte. Bei dieser- Ausbildung der Aussparungen, bei welcher diese also nicht durchgehend von einer Rotorseite bis zur anderen verlaufen, wird verhindert, daß komprimiertes Medium (durch die Aussparungen) vom hochdruckseitigen Stirnspalt zur Niederdruckseite des Kompressors zurückströmt.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Es zeigen: Figur 1 einen achsialen Längsschnitt durch den männlichen Rotor des Rotorpaares eines erfindungsgemäßen Schraubenkompressors und Figur 2 einen Querschnitt II-II aus Figur 1.
• In den Figuren 1 und 2 sind die beiden miteinander kämmenden Rotoren 1 (männlich) und 2 (weiblich) eines erindungsgemäßen Schraubenkompressors dargestellt. Das Rotorpaar 1, 2 befindet sich in einem nicht dargestellten entsprechend ausgebildeten Kompressorgehäuse, in dessen Arbeitsraum das Medium auf bekannte Weise infolge der Rotorendrehung von der Saugseite bis zur Druckseite geschoben und dabei verdichtet wird.
• Erfindungsgemäß bestehen die Rotoren 1, 2 jeweils aus auf eine metallische Rotorwelle 3 bzw. 4 aufgespritztem, vorzugsweise glasfaserverstärktem Kunststoff K. Das Aufspritzen des Kunststoffs erfolgt in einer entsprechend ausgebildeten Form. Es wurde gefunden, daß sich zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kunststoff-Rotoren der Kunststoff Hostadur K VB 8022 GB 1 der Farbwerke Hoechst (chemische Bezeichnung: Polyäthylenterephtalat) besonders gut eignet. Der Glasfaseranteil beträgt dabei 25 bis 40%.
• Ein ebenfalls geeigneter Kunststoff ist Ultradur KR 4030/30 der Firma BASF. Der Glasfaseranteil dieses Werkstoffs beträgt 3o %. Beide Werkstoffe haben eine Dichte von etwa 1,5 g/cm3, ihr ElastizitEts-2 modul liegt dabei zwischen 80.ooo und loo.ooo kg/cm . Die genannten Kunststoffe besitzen eine den auftretenden Beanspruchungen voll entsprechende Festigkeit. Das Rohmaterial wird in fertiger Zusammensetzung als Granulat geliefert. Es wird unter Druck und Hitze in die Form eingepreßt. Vor dem Spritzen wird in dem Formhohlraum eine entsprechende Rotorwelle 3 bzw. 4 zentral eingelegt und anschließend vom Kunststoff umspritzt. Der erfindungsgemäße fertig gespritzte Kunststoffrotor wird anschließend einfach aus der Form herausgeschraubt.
• Um die Sicherheit der drehfesten Verbindung zwischen dem Kunststoff K und der Welle 3 bzw. 4 des betreffenden Rotors 1 bzw. 2 zu erhöhen, sind die Rotorwellen 3 bzw. 4 an ihrer vo Kunststoff umgebenen Mantelfläche M mit einer Profilierung umgeben.
• Die Profilierung der Manteifläche M der Rotorwellen 3 bzw. 4 ist durch in Achsrichtung verlaufende, gleichmäßig über den Umfang verteilte Nuten 5 bzw. 6 und Stege 7 bzw. 8 gebildet.
• Zur Material- und Gewichtseinsparung können noch in den Schraubenkämmen des männlichen Rotors 1 zentrale Aussparungen 9 vorgesehen sein. Die Aussparungen .9 verlaufen jeweils von den Rotorstirnseiten bis nahezu zur Rotormitte, was in Figur 1 angedeutet ist.
• Durch die mittige Absperrung der Aussparungen 9 wird ein RUckströmen- von komprimiertem Medium von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite des Kompressors durch die Aussparungen hindurch vermieden. Die:Aussparungen 9 können auf einfache Weise mittels Formkernen -gebildet-werden, die vor dem Spritzen des Kunststoffs in die Form eingelegt werden.
• Ein erfindungsgemäßer Kunststoffrotor kann nach Herausnehmen aus der Spritzform ohne weitere Nacharbeitung in den Arbeitsraum eines entsprechenden Schraubenkompressors eingebaut werden.
• Es sei noch besonders darauf hingewiesen, daß sich der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht nur auf Schraubenkompressoren, sondern grundsätzlich auf sämtliche mit schraubenförmig ausgebildeten Rotoren versehene Kompressions- sowie auch Expansionsmaschinen und auch entsprechende Pumpen erstreckt.

Claims (7)

Ansprüche

1. Schraubenkompressor, -pumpe oder dergleichen mit in einem Gehäuse befindlichen Rotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (1, 2) jeweils aus auf eine metallische Rotorwelle (3, 4) aufgespritztem, vorzugsweise glasfaserverstärktem, Kunststoff (K) bestehen.

2. Schraubenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (K) ein warmfestes Polyamid, insbesondere Polyäthylenterephtalat, ist.

3. Schraubenkompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaseranteil 20 bis 45 %, vorzugsweise 30 S, beträgt.

4. Schraubenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwellen (3, 4) an ihrer vom Kunststoff (K) umgebenen Mantelfläche (M) mit einer Profilierung versehen sind.

5. Schraubenkompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung der Mantelfläche (M) der Rotorwellen (3, 4) durch in Achsrichtung verlaufende, gleichmäßig über den Umfang verteilte Nuten (5, 6) und Stege (7, 8) gebildet ist.

6. Schraubenkompressor, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schraubenkämmen, zumindest des männlichen Rotors (1 ), zentrale Aussparungen (9) vorgesehen sind.

7. Schraubenkompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (9) jeweils von den Rotorstirnseiten bis nahezu zur Rotormitte verlaufen.