DD212210A1 - Verfahren zur herstellung von zwei- bzw. mehrfluegligen drehkolben - Google Patents

Abstract

Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhoehung der Masshaltigkeit, der Messgenauigkeit, der Verbesserung der Laufeigensch., der Gewaehrleistg. der Austauschbarkeit d. Drehkbl.u. in d. Einsparung von Arbeitsz., Kosten, u. Material bei d. Herstellg. von Drehkolben. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass d. Abwaelzbeweg. ueber den Grundkreis erfolgt und ein in seinem Teilkreisdurchmesser bzw. Aussendurchmesser um das 0,77-bis 0,95fache korrigiertes statisches Element und/oder Rad sowie ein aus einer Folge von Zykloidenabschnitten zusammengesetztes Bezugsprofil, dessen Abstaende das 0,59- bis 1,36fache des Teilkreisdurchmessers d tief 0 betragen, als Bearbeitungswerkzeug mit einem Eingriffswinkel von 17 bis 39 Grad verwendet wird, das zunaechst dieKolbenflanken und -koepfe und anschliessend die Kolbenfuesse erzeugt. Das erfindungsgemaesse Verfahren ist besonders zur Herstellung kleiner zwei- bzw. mehrfluegliger Drehkolben geeignet.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur Herstellung von zwei- bzw. mehrflügligen Drehkolben

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zwei- bzw. menrflügligen Drehkolben, bei dem eine, eine Evolvente beschreibende relative Abwälzbewegung mittels gegeneinander über-

lOlagerter Dreh- und Schubbewegungen zwischen einem statischen Element und einem den Drehkolben treibenden Had erzeugt wird und gleichzeitig mit dieser Abwälzbewegung ein sich in Längsrichtung des Drehkolbens bewegendes, eine Kammform aufweisendes Bearbeitungswerkzeug am Drehkolben in Eingriff kommt,

15Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur Herstellung kleiner zwei- bzw. mehrflügliger Drehkolben für Vakuum- und Bootspumpen, Rootsgebläsen und Drehkolbengaszähler geeignet· Es ist besonders auf Kurz- und Langhobelmaschinen einsetzbar·

2OGharakteristik der bekannten technischen Lösungen Drehkolbengaszähler sind volumetrische Meßgeräte, bei denen das eintretende Gas ein Paar gegenläufig rotierenden Kolben in Bewe- * gung setzt. Dabei erfassen die Drehkolben ein bestimmtes Volumen, wobei die Drehzahl der Drehkolben proportional der durchströmen-

25<len Gasmenge ist. Diese Meßgeräte ähneln in ihrem konstruktiven Aufbau den bekannten Boots-Verdichtern* Drehkolbengaszähler werden zur Messung ύοώ. Volumenströmen von 3. JQ /k bis 70 000 r/h

eingesetzte Die Drehkolben haben nach allen Seiten ein geringes Spiel, so daß sie sich ohne Berührung beim Gasdurchgang gegen-

3Oläufig abwälzen. Durch die Lemniskatenform der Drehkolben ist der Spalt zwischen den Drehkolben gleichbleibend. Die Leitkurven der Lemniskaten werden aus Evolventen gebildet. Gleichlauf-Zahnräder synchronisieren die Kolbenbewegungen· Ss ist bekannt, diese Leitkurven durch Formhobeln mit Formmeißel nach Schablonen,

35PoZ¹HIfrasen mit Satzformfräsern, mechanisches bzw. hydraulisches Kopierhobeln oder Igelwalzenfräsen an den Drehkolben zu erzeugen. Die Herstellung erfolgt dabei so, daß die Drehkolben zunächst angerissen, zentriert, überdreht, auf Länge gesägt, nachzentriert und vorgefräst bzw. -gehobelt sowie anschließend fer-

40tiggedreht, geschliffen und fertiggefräst bzw. -gehobelt werden· Beim Fräsen wird jedes Formelement der Kolbenfläche mit Formstählen bearbeitet. Die Fräsermesser müssen dafür nach Schablone von Hand geschliffen und eingestellt werden. Die Bearbeitung erfolgt in zwei Arbeitsgangen· Danach werden die Kolben paarweise aufein-

45ander von Hand eingeschliffen.

Die Fertigung der Drehkolben ist bei allen bekannten 7erfahren immer das größte Problem hinsichtlich ihrer Genauigkeit und Einhaltung der vorgegebenen Toleranzen geblieben« Das Schleifen der Fräsermesser von Hand, das Einstellen nach Schablone, Abweichun-

50gen beim Ausrichten und das Durchbiegen der Kolben beim Fräsen verursachen Ungenauigkeiten in der Leitkurve und auf der Kolbenlänge. Beim Einschleifen wird oftmals nur" ein Kolben auf den anderen abgestimmt. Die Austauschbarkeit der Drehkolben ist dadurch nicht möglich und die Volumina der Ausgangs- und Eingangskammer

55sind verschieden, wodurch die Laufeigenschaften der Drehkolben im Meßgerät nachteilig beeinflußt werden.

Ein weiterer Hachteil besteht darin, daß ein hoher Aufwand an Arbeitszeit für die Herstellung der Drehkolben notwendig ist. Zahnräder dienen bekanntlich der zwangsläufigen und schlupf-

SOfreien Kraft- und Bewegungsübertragung zwischen nicht fluchtenden Wellen. Sie wandeln gleichzeitig Drehmomente und Drehzahlen. Das Zahnradgetriebe ist demnach ein Antriebselement, das zur An-. passung der Leistung, Drehzahl und des Drehmomentes in der Antriebstechnik eingesetzt wird (Fronius, Maschineneiemente-An-

65triebselemente, 3. 386, VEB Verlag Technik Berlin j.K. Zirpke, Zahnräder, S. 15 ff., VSB Pachbuchverlag Leipzig, 11· Auflage, 1980)·

Diese Bedingungen erfüllt der Drehkolben nicht. Sr ist demzufolge kein Zahnrad. Als solches wird auch der Drehkolben seit

70seinem "Einsatz in der Fachliteratur nicht angesehene Zur Herstellung von Zahnrädern sind Verfahren bekannt, bei denen zwischen einem Werkrad und einer Zahnstange bzw. einem Werkzeug eine Wälzbewegung erzeugt wird, die sich aus Drehung und Schiebung zusammensetzt· Dies als Wälzverfahren bekannte

75Verfahren ist bei der Fertigung von Zahnrädern am weitesten verbreitet. Bekannt sind das Wälzfräsen, Hobeln mit Kamm-Meißel, .Wälzstoßen und Wälzschleifen (DD-PS 141 473, DE-AS 1 240 367, DE-AS 1 220 650, DE-OS 2 020 579, DE-OS 2 023 518, DE-OS 2 239 568). Beim Wälzfräsen werden die Fräser parallel

80zur Achse des Werkrades verschoben, Präser und Werkrad führen eine Kreisbewegung aus.

Dieses bekannte Abwälzfräsen ist für die Fertigung von Drehkolben ungeeignet, weil die dafür notwendigen Fräser überdimensionale Abmessungen aufweisen* die technisch und ökonomisch

85nicht mehr beherrschbar sind.

Das bekannte Maag-Hobel-Verfahren verwendet eine kurze als Kamm-Meißel ausgebildete Zahnstange, deren Zahnflanken und Kopfflächen so hinterarbeitet sind, daß Schneidwinkel entstehen. Der Kamm-Meißel führt die Hauptbewegung aus und schneidet beim

90Abwärtshub. Der Werkstücktisch mit dem Werkrad bewegt sich dabei längs der Zahnstange, wobei das Werkrad um seine Achse kreist. Die Zahntiefeneinstallung erfolgt durch Vorschub des Längs- und Hundtisches auf den Kamm-Meißel zu. lach dem Stoßen von mehreren Zähnen wird geteilt, wobei das Werkrad um einen

95bestimmten Betrag gedreht wird, Ss beginnt das Aushobeln der nächsten Zähne.

Dieses Verfahren ist für die Herstellung von Drehkolben nicht geeignet, weil das Schneiden, Wälzen und Teilen nicht kontinuierlich erfolgt und die entsprechende Hubmaschine angleichlOOförmig und ruckartig arbeitet.

Es ist ferner bekannt, evolventenförmige Kolbenflügel an Drehkolben durch kammförmige Werkzeuge mit geraden Planken zu erzeugen. Das Werkzeug führt eine geradlinige Arbeitsbewegung und eine Vorschubbewegung aus. Der Eingriffswinkel und die Zähne-

iO5zahl wird derart gewählt, daß der Schnittpunkt der Evolventen mit der Zahnmittellinie auf einem möglichst großen Durchmesser liegt. Der Eingriffswinkelc£ beträgt bei diesem bekannten Abwälzverfahren für zweiflüglige Drehkolben .47,4 ° und für mehrflüglige Drehkolben zwischen 30,45 ° und 40,45 °· Dieses bekannte

110Abwälzverfahren hat den Nachteil, daß ßrößere Drehkolben Werkzeuge erfordern, die überdimensionale Abmessungen annehmen, wodurch die notwendigen Genauigkeiten an den geraden Flanken nicht eingehalten werden. Dies beeinflußt die Meßgenauigkeit der Drehkolbengaszähler oder das Fordervolumen bei Pumpen und Verdichtern ^nachteilig.

Desweiteren hat diese bekannte Lösung den Nachteil, daß Sonderwerkzeugmaschinen infolge der überdimensionalen Abmessungen der Drehkolben notwendig 3ind

Die Evolventenform des Kolbenkopfes, der Kolbenflanken und des

120Kolbenfusses verursacht durch den Unter schnitt am Kolbenfuß ein Hückvolumen, das die leistung von Soots- und Vakuumpumpen herabsetzt· .

Desweiteren bedingt der spitzauslaufende Kolbenflügel eine ungenügende Abdichtung zwischen Kolbenflügel und Gehäuse, so daß

125diese bekannte technische Lösung für die Herstellung von Drehkolbengaszähler ungeeignet ist.

Nach der DE-OS 2 023 518 ist ein Verfahren zur Herstellung runder Zahnräder mit Innen- oder Außsnevolventen-Verzahnung bekannt, das ein Bezugsprofii verwendet, deren Zahnflanken eben und parallel

130zueinander sind, denen eine geradlinige Bewegung überlagert ist. Dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß nur eine bestimmte Kolbendicke bzw. Zahnflanksnweite herstellbar ist. Das eingesetzte Werkzeug wird nach seiner Abnutzung unbrauchbar und verworfen, weil die geraden und parallelen Planken als

135Schneidwerkzeug einen Freiwinkel besitzen müssen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhöhung der Maßhaltigkeit, der Meßgenauigkeit, der Verbesserung der laufeigenschaften, der Gewährleistung der Austauschbarkeit der Drehkolben und in der Ein-140aparung von Arbeitszeit, Kosten und Material bei der Herstellung yon Drehkolben·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe augrunde, ein Verfahren zu ent-

145wickeln, das es gestattet, Kolbenflanken, -köpfe und -fuße in einem Arbeitsgang herzustellen und das auf herkömmlichen Werkzeugmaschinen ausführbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Abwälzbewegung über den Grundkreis des Drehkolbena erfolgt und ein in

150seinem Teillcreiadurchmesser bzw· Außendurchmesser um das 0,77 bis 0,95-fache korrigiertes statisches Element und/oder Had sowie ein aus einer Polge von Zykloidenabschnitten zusammengesetztes Bezugsprcfil, dessen Abstände das 0,59 bis 1,36-fache des Teilkreisdurchmesaers d betragen, als Bearbeitungswerkzeug mit einem Eingriffs-

155^>i&kei von 17 bis 39 ° verwendet wird, das zunächst die Kolbenflanken und -köpfe und anschließend die Kolbenfüße erzeugt. Die technisch-ökonomischen Auswirkungen, insbesondere die Effektivität der Erfindung bestehen in der Erhöhung der Maßhaltigkeit der Drehkolben· Die Einhaltung der engen Fertigungstoleran-

i60zen gewährleisten einen gleichbleibenden Spalt zwischen den Drehkolben und die Austauschbarkeit der nach der Erfindung gefertigten Drehkolben , was die Laufeigenschaften der Drehkolben und die Meßgenauigkeit verbesserte Daa erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich ferner dadurch aus,

1ö5daß der Aufwand an Arbeitszeit bei der Herstellung der Drehkolben merklich gesenkt wird,

Auaführungabeiapiele

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen 170näher erläutert werden»

In der dazugehörigen Zeicianung zeigt die Figur das erfindungsgemäße Beaugaprofil mit passendem Drehkolben, Die Anwendung des AbwälzVerfahrens setzt voraus, daß der Drehkolben ein abwälzbares Profil besitzt. Der Drehkolben 2 wird

175durch Abwälzen des Grundkreisdurchmessers d erzeugt. Die Figur zeigt die dazu einzuhaltenden geometrischen Bedingungen* An der Bezugsprofillinie A liegt der Grundkreisdurchmesser d mit dem Evolventenanfangspunkt F so an, daß der Mittelpunkt 3 senkrecht auf. der Bezugsprofillinie steht· Die Punkte F und C

18Ofallen zusammen. Bewegt sich der Grundkreis mit dem Durchmesser d auf der Bezugsprofillinie A, so erzeugt der Punkt G die Kreisevolvente FH. Bei Drehung des Grundkreisea um 90 fallen die Punkte H und G zusammen und die linke Evolvente ist erzeugt. Die rechte Evolvente wird bei diesem Durchlauf von H^T aus vom Punkt C*

185um den Eingriffswinkel cC erzeugt. Wird der Drehkolben 2 um den Winkel 2 . (b gedreht, so fallen die Punkte F⁽ und C' zusammen und die rechte Evolvente ist erzeugt«

Der Bogen II* des 3ezugsproflies 1 erzeugt dabei auch den Kopf HH' des Drehkolbens 2. Die Strecke S ist gleich dem Bogenmaß des Er-

i90gänzungswinkels (O , die Fliigeldicke CC¹ dann das Doppelte der Strecke. E. Auf den Grundkreisdurchmesser ά_σ bezogen hat die Strekke G die Länge.des Bogenmaßes des EingriffswinkeIs ^C , Die Strecken E und G sind bei einer 90 °-Drehung gleich der Hälfte der Teilung D des Bezugsprofiles 1. Durch Abwälzung des Verbin-

195dungskreisdurchmeasers d über den. Grundkreisdurchmesser d entsteht als Terbindungsbogen CC * eine Zykloide. Die Verbindungslinien GH sind an der Erzeugung der Kolbenform nicht beteiligt. Bei weiterer Drehung entsteht das Bezugsprofil 1. Damit ist die Geometrie des Drehkolbens 2 und das für den Wälzvorgang notwendige

2OOBezugsprofil 1 bestimmt.

Das Bezugsprofil 1 gilt für zvveif lüglige Drehkolben. Es läßt sich aber auch für'mehrflüglige Drehkolben ableiten.

Die Wälzbewegung wird zwischen einem statischen Element und einem Drehkolben treibenden Had erzeugt« Sie setzt sich aus Dreh- und

2053chubbewegungen zusammen und beschreibt eine Evolvente. Gleich-

zeitig mit dieaer Wälzbewegung greift in Längsrichtung der Drehkolbenachse ein Bearbeitungswerkzeug an, daa das erfindungsgemäße Bezugaprof±1 1 aufweist. Daa Bezugaprofil 1 besteht aus eine Polge von Zykloidenabachnitten zusainmengesetztea Bezugaprofil. Di

21OAbatände der Zykloidenabschnitta betragen daa 0,59 bis 1,36-fache des Teilkreisdurchmessers d_Q, Der Eingriffswinkel oc beträgt 17 bis 39 · Von diesem Bearbeitungawerkzeug werden zunächat die KoI benflanken und -köpfe und anachließend die Kolbenfüße am Drehkolb erzeugt. AIa statiaches Element wird eine Ψ/erkzahnstange oder ein

215Wälzband und als treibendes Bad ein Werkzahnrad bzw. Zahnradgetriebe oder eine Wälzscheibe eingesetzt. In den Teilkreisdurchmea· ser bzw. Außendurchmesser des statischen Elementes und des Rades muß eine Korrektur eingearbeitet werden, die daa 0,77 bia 0,95-fache des Teilkreisdurchmessers d des Drehkolbens beträgt. Durch

220dieaen Paktor entsteht immer eine korrigierte Werkzahnstange und ein korrigiertes Zahnrad. Die Werkzahnstange ist in dieaem Pail a' Zahnrad mit unendlich vielen Zähnen anzusehen.

Daa erfindungagemäße Verfahren iat mit einer entsprechend angepaßten Hilfseinrichtung auf herkömmlichen Werkzeugmaschinen wie

225KUTZ- oder LanghobeLsaschinen anwendbar.

Beispiel 1

Ein zweiflügliger Drehkolben mit einem Durchmesser von 123 mm und einer Kolbenlänge von 210 mm soll mit dem erfindungsgemäßen Verfai 23Oren hergestellt werden.

Die Fertigungstoleranzen dieses Drehkolbens sollen betragen: Kolbendickenfehler 35 /xm

Evolventenrichtungsfehler 34 xxm

Evolvent enf or mfehl er 30 jbum

235, Teilungsfehler 35 ytun

Kopf- und ?ußformfehler SO üjq.

Der unbearbeitete Drehkolben wird zunächst angerissen, auf Länge gesägt, zentriert, überdreht und geschruppt.

Anschließend erfolgt die Peinbearbeitung des Drehkolbens auf einer 240herkömmlichen Langhobelmaschine. Die Wälzbewegung wird zwischen

einer Werkzahnstange und einem Werkzahnrad erzeugt. Der Korrekturf aktor für den Teilkreisdurchmesser beträgt 0,78. AIa Bearbeitungswerkzeug findet ein Bezugaprofil Anwendung, dessen Zykloidenabschnittabstände das 0,71-fache des Teilkreisdurchmessers 245d und dessen Eingriffswinkel cc 38,146026 ° beträgt.

Der fertigbearbeitete Drehkolben erreicht folgende Toleranzen; Kolbendickenfehler ' 50 ixm Evolventenrichtangsfehler

auf Kolbenlänge bezogen 40 am

Evolventenformfehler 20 um

Teilungsfehler 30 jum

Kopf- und Faßformfehler 70 um,

Beispiel 2

255Ein dreiflügliger Drehkolben mit einem Durchmesser von 110 mm, einer Kolbenlänge von 16O mm soll gefertigt werden. Die Fertigungstoleranzen müssen betragen:

Kolbendickenfehler 60 am

Evolventenrichtungsfehler

26O auf Kolbenlänge bezogen 60 am

Evolventenformfehler 25 U.&

Teilungsfehler 30 M/m

Kopf- und Faßformfehler 70 u^m.

Die Vorbearbeitung des Drehkolbens entspricht dem des Beispiels 265Zur Peinbearbeitung wird ein Bezugsprofil als Bearbeitungswerkzaug eingesetzt, dessen Zykloidenabschnittabstände das 0,5691-fache des Teilkreisdurchmessers d₀ und dessen Singriffswinkel 00 27,6364 beträgt, Der Korrekturfaktor für den Teilkreisdurchmesser der Werkzahnstange und des Vierkzahnrades beträgt 0,52. 270Der fertiggestellte Drehkolben hat folgende Toleranzen: Kolbendickenfehler 35 inn.

Evolventenrichtungsfehler

auf Kolbenlänge bezogen 30 am

Evolventenformfehler. 15 Aim

Teilungsfehler . 23

Kopf- und Pußformfehler 60 Um«

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch

   Verfahren zur Herstellung von zwei- bzw. mehrflügligen Drehkolben,

   bei dem eine, eine Evolvente beschreibende relative Abwälzbewegung

   280mittels gegeneinander überlagerter Dreh- und Schubbewegungen zwiachen einem statischen Element und einem den Drehkolben treibenden Rad erzeugt wird und gleichzeitig mit dieser Abwälzbewegung ein ' sich in Längerichtung dea Drehkolben bewegendes, eine Kammform aufweisendes Bearbeitungswerkzeug am Drehkolben in Eingriff kommt, ge-

   285kennzeichnet dadurch, daß die Abwälzbewegung über den Grundkreia dea Drehkolbens erfolgt und ein in seinem Teilkreisdurchmesser bzw. Außendurchmesser um daa 0,77 bis 0,95-fache korrigier tea atatiache Element und/oder Rad sowie ein aus einer Folge von Zykloidenabachnitten ζuaammenge setzes Bezugsprofil, dessen Abstände daa 0,59

   290bis 1,36-fache des Teilkreiadurchmessera d_Q betragen, als Bearbeitungswerkzeug mit einem Eingriffswinkel von 17 bis 39 ° verwendet wird, daa zunächst die Kolbenflanken und -köpfe und anschließend die KolbenföSe erzeugt·

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