DD212211A1 - Verfahren zur herstellung von zwei- bzw. mehrfluegligen drehkolben - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Drehkolben kleinen Durchmessers. Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhoehung der Masshaltigkeit, der Messgenauigkeit, der Verbesserung der Laufeigenschaften, der Gewaehrleistung der Austauschbarkeit der Drehkolben und in der Einsparung von Arbeitszeit, Kosten und Material bei der Herstellung kleiner Drehkolben. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass ein aus einer Folge von Kreisabschnitten, deren Radien das 0,29- bis 0,61fache des Teilkreisdurchmessers d tief 0 betraegt, und geraden Flanken mit einem Winkel von 17 bis 39 Grad zusammengesetztes Bezugsprofil als Bearbeitungswerkzeug verwendet wird und dass dieses Bearbeitungswerkzeug Kolbenflanken, -koepfe und -fuesse in einem Arbeitsgang nacheinander erzeugt. Das erfindungsgemaesse Verfahren ist besonders zur Herstellung von Drehkolben kleinen Durchmessers fuer Vakuum- und Rootspumpen, Rootsgeblaesen und Drehkolbengaszaehler geeignet. Es ist auf herkoemmlichen Bearbeitungsmaschinen einsetzbar.

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. mehrflügligen Drehkolben, bei dem eine, eine Evolvente beschreibende relative Abwälzbewegung über den Teilkreis des Dreh-

lOkolbena mittels gegeneinander überlagerter Dreh- und Schubbewegungen zwischen einem statischen Element und einem den Drehkoiben treibenden Bad erzeugt und gleichzeitig mit dieser Abwälzbewegung ein sich in Längsrichtung des Drehkolbens bewegendes, eine Kammform aufweisendes Bearbeitungswerkzaug am

15Drehkolben zum Singriff kommt·

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur Herstellung von Drehkolben kleinen Durchmessers für Vakuum- und Bootspumpen, Bootsgebläsen und Drehkolbengaszähler geeignet. Es ist besonders auf Kurz- und Langhobelmaschinen einsetzbar·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Drehkolbengaszähler sind volumetrische Meßgeräte, bei denen das eintretende Gas ein Paar gegenläufig rotierenden Kolben in Bewegung setzt. Dabei erfassen die Drehkolben ein bestimmtes VoIu-

25men, wobei die Drehzahl der Drehkolben proportional der durchströmenden Gasmenge ist. Diese Meßgeräte ähneln in ihrem konstruktiven Aufbau den bekannten Boots-Verdichtern, Drehkolbengaszähler werden zur Messung von Volumenströmen von 3 m^J/h bis 70 000 m.

U. OEl 1932*054670

eingesetzt. Die Drehkolben haben nach allen Seiten ein geringes

3OSpiel, so daß sie sich ohne Berührung beim Gasdurchgang gegenläufig abwälzen» Durch die Lemniskatenform der Drehkolben ist der Spalt zwischen den Drehkolben gleichbleibend« Die Leitkurven der Lemniskaten werden aua Evolventen gebildet· Gleichlaufzahnräder synchronisieren die Kolbenbewegungen· Sa ist bekannt,

35dieae Leitkurven durch Formhobeln mit Formmeißel nach Schablonen, Formfräsen mitSatzformfräsern, 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, nachaen-

4Otriert und vorgefräst bzw« -gehobelt some anschließend fertiggedreht, geschliffen und fertig gefräst bzw. -gehobelt werden» Beim Fräsen wird jedes Formelernent der Kolbenfläche mit Formstählen bearbeitet· Die Fräsermesser müssen dafür nach Schablone von Hand geschliffen und eingestellt werden. Die Bearbeitung

45srfolgt in zwei Arbeitsgängen. Danach werden die Kolben paarweise aufeinander von Hand eingeschliffen« Die Fertigung der Drehkolben ist bei allen bekannten Verfahren immer das größte Problem hinsichtlich ihrer Genauigkeit und Einhaltung der vorgegebenen Toleranzen geblieben· Das Schlei-

50fen der Präsermeaser von Hand, das Einstellen nach Schablone, Abweichungen beim Ausrichten und das Durchbiegen der Kolben beim Fräsen verursachen Ungenauigkeiten in der Leitkurve und auf der Kolbenlänge. 3eim Einschleifen wird oftmals nur ein Kolben auf den anderen abgestimmt. Die Austauschbarkeit der

55Drehkolben ist dadurch nicht möglich und die Volumina der Ausgangs- und Eingangskammer sind verschieden, wodurch die Laufeigenschaften der Drehkolben im Meßgerät nachteilig beeinflußt werden

Sin weiterer Hachteil besteht darin, daß ein hoher Aufwand an

oOArbeitszeit für die Herstellung der Drehkolben notwendig ist« Zahnräder dienen bekanntlich der zwangsläufigen und schlupffreien Kraft- und Bewegungsübertragung zwischen nicht fluchtenden Wellen. Sie wandeln gleichzeitig Drehmomente und Drehzahlen· Das Zahnradgetriebe ist demnach ein Antriebselement,

65das zur Anpassung der Leistung, Drehzahl und des Drehmomentes

in der Antriebstechnik eingesetzt wird (Froniua, Maschinenelemente-Antriebselemente, S. 386, VEB Verlag Technik Berlin; K« Zirpke, Zahnräder, S. 15 ff., VSB Pachbuchverlag Leipzig, 11. Auflage, 198O)₀

70Diese Bedingungen erfüllt der Drehkolben nicht. Er ist demzufolge kein Zahnrad. Als solches wird auch der Drehkolben seit seinem Einsatz in der Fachliteratur nicht angesehen. Zur Herstellung von Zahnrädern sind Verfahren bekannt, bei denen zwischen einem Werkrad und einer Zahnstange bzw. einem

75Werkzeug eine Wälzbewegung erzeugt wird, die sich aus Drehung und Schiebung zusammensetzt. Dies als Wälzverfahren bekannte Verfahren 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,

80DE-AS 1 220 650, DB-OS 2 020 579, DS-OS 2 023 518, DE-OS 2 239 568). Beim Wälzfräsen werden die Präser parallel zur Achse des Werkrades verschoben, Präser und Werkrad fuhren eine Kreisbewegung aus

Dieses bekannte Abwälzfräsen ist für die Fertigung von Drehkol-

85ben ungeeignet, weil die dafür notwendigen Fräser überdimensionale Abmessungen aufweisen, die technisch und ökonomisch nicht mehr beherrschbar sind.

Das bekannte Maag-Hobel-Verfahren verwendet eine kurze als Kamm-Meißel ausgebildete Zahnstange, deren Zahnflanken und Kopf-

9Oflachen so hinterarbeitet sind, daß Schneidwinkel entstehen. Der Kamm-Meißel führt dis Hauptbewegung aus und schneidet beim Abwärtshub. Der Werkstücktisch mit dem V/er kr ad bewegt sich dabei längs der Zahnstange, wobei das Werkrad um seine Achse kreist. Die Zahntiefeneinstellung erfolgt durch Vorschub des

95Längs- und Hundtisches auf den Kamm-Meißel zu. nach dem Stoßen von mehreren Zähnen wird geteilt, wobei das Werkrad um einen bestimmten Betrag gedreht wird. S3 beginnt das Aushobeln der nächsten Zähne.

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

Ea ist ferner bekannt, evolventenförmige Kolbenflügel an Drehkolben durch kammformige Werkzeuge mit geraden Planken zu er-

105zeugen. Das Werkzeug führt eine geradlinige Arbeitsbewegung und eine Vorschubbewegung aus. Der Eingriffswinkel und die Zähnezahl wird derart gewählt, daß der Schnittpunkt der Evolventen mit der Zahnmittellinie auf einem möglichst großen Durchmesser liegt» Der Eingriffswinkel <sc beträgt bei diesen bekannten Abwälze erfahr en

11Ofür zweiflüglige Drehkolben 47,4 °·

Dieses bekannte Abwälzverfahren hat den Nachteil, daß größere Drehkolben Werkzeuge erfordern, die überdimensionale Abmessungen annehmen, wodurch die notwendigen Genauigkeiten an. den geraden Planken nicht eingehalten werden. Dies beeinflußt die Meßgenauig-

115keit der Drehkolbengaszähler oder das Pördervolumen bei Pumpen und Verdichtern nachteilig.

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

12ODie Evolventenform des Kolbenkopfes, der Kolbenflanken und des Kolbenfusses verursacht durch den Unterschnitt am Kolbenfuß ein Rückvolumen, das dis leistung von Roots- und Vakuumpumpen herabsetzte Desweiteren bedingt der spitzauslaufende Kolbenflügel eine unge-

125nügende Abdichtung zwischen Kolbenflügel und Gehäuse, so daß diese bekannte technische Lösung für die Herstellung von Drehkolbengaszähler ungeeignet ist.

Hach der DE-OS 2 023 513 ist ein Verfahren zur Herstellung runder Zahnräder mit Innen- oder Außenevolventen-Verzahnung bekannt, das

130ein Bezugsprofil verwendet, deren Zahnflanken eben und parallel zueinander sind, denen eine geradlinige Bewegung überlagert ist. Dieses bekannte Verfahren hat den !Jachteil, daß nur eine bestimmte Kolbendicke bzw. Zahnflankenweite herstellbar ist. Das eingesetzte ?/erkzeug wird nach seiner Abnutzung unbrauch-

135bar und verworfen, weil die geraden und parallelen Planken als Schneidwinkel einen Preiwinkel besitzen müssen.

Ziel der Erfindung

Daa Ziel der Erfindung besteht in der Erhöhung der Maßhaltigkeit, der Meßgenauigkeit, der Verbesserung der Laufeigenschaften, 140der Gewährleistung der Austauschbarkeit der Drehkolben und in der Einsparung von Arbeitszeit, Kosten und Material bei der Herstellung von Drehkolben·

Darlegung des Wesens der Erfindung

145Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das es gestattet, Kolbenflanken, -fuße und -köpfe in einem Arbeitsgang herzustellen und das auf herkömmlichen Werkzeugmaschinen ausführbar ist· Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein aus

150einer Folge von Kreisabschnitten, deren Radien das 0,29 bis 0,61-fache des Teilkreisdurchmessers d. betragen, und geraden Planken mit einem Winkel von 17 bis 39 ° zusammengesetztes Bezugsprofil als Bearbeitungswerkzeug verwendet wird und daß dieses Bearbeitungswerkzeug Kolbenflanken, -köpfe und -fuße in einem Arbeits-

155g3£g nacheinander erzeugt·

Die technisch-ökonomischen Auswirkungen, insbesondere die Effektivität der Erfindung bestehen in der Erhöhung der Maßhaltigkeit der Drehkolben. Die Einhaltung der engen Pertigungstoleranzen gewährleisten einen gleichbleibenden Spalt zwischen den Drehkolben

i60und die Austauschbarkeit der nach der Erfindung gefertigten Drehkolben, was die Laufeigenschaften der Drehkolben und die Meßgenauigkeit verbessert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich ferner dadurch aus, das der Aufwand an Arbeitszeit bei der Herstellung der Drehkol-

1ö5ben merklich gesenkt wird.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

170In der dazugehörigen Zeichnung zeigt die Figur das erfindungsgemäße Bezugsprofil mit passendem Drehkolben.

Damit der Drehkolben im Abwälzverfahren erzeugt werden kann, muß der Drehkolben ein abwälzbares Profil besitzen. Die geometrischen

Bedingungen, die zu einem idealen abwälzbaren Drehkolben 2 und

I75deaaen Bezugsprofil 1 führen, sind in der Figur dargestellt. Beide Teilkreisdurchmesser d der Drehkolben wälzen sich auf der Bezugslinie I ab. Der Wälzbetrag beträgt bei einer 90 °-Drehung £ s d . ?. Die Kolbenachsen haben den Achsabstand A. Vom Anfangspunkt des einen zum Endpunkt des anderen wird ein Dreieck mit den

180Katheten A und ^» Diese Werte bestimmen den Eingriffswinkel «** mit tan &* = -r zu/38,14&O26 · Auf der Verbindungslinie zwischen den Punkten B und C muß die Wäl2gerade DE liegen· Ihre Länge wird vom Verbindungskreisdurchmesser d bestimmt. Der Mittelpunkt des Verbindungskreisea liegt auf der Bezugslinie I und die Wälzge-

185raden Dl" sind Tangenten des Verbindungskreises. Damit ist auch die Größe des Verbindungskreisdurchmessers d_y zu sinoo · A bestimmt·

Pur den Drehkolben ergeben sich folgende Abhängigkeiten und Größen:

1901. Der Teilkreisdurchmesser d ist gleich dem Achsabstand A.

2. Für den Grundkreisdurchmesser d gilt die Beziehung

a ά_α = cos öC . d_Q·

3. Die Hadien der Kopf- und Fußkreise entsprechen denen des Verbindungskreises d ♦

1954« Die Mittelpunkte liegen auf dem Teilkreisdurchmesser d jeweils um 90 ° versetzt.

Die Schnittpunkte des Grundkreisdurchmessers d mit dem Verbindungskreisdurchmesser d sind die Anfangspunkte F der vier Kreisevolventen fk» Die Kreisevolventen-Sndpunkte H liegen im Schnitt-

200punkt des Verbindungskreises d mit dem Ergänzungswinkel (3 am Drehkolben 2» Die Verbindungslinie zwischen dem Anfangspunkt F und dem Endpunkt H ist die Kreisevolvente FH. Der Drehkolben hat einen Maximaldurchmesser von d = d_Q + d · Damit ist die Geometrie des Drehkolbens 2 und das für den Wälz-

2O5vorgang notwendige Bezugsprofil 1 eindeutig bestimmt.

Das abgeleitete Bezügsprofil 1 gilt für Drehkolben mit zwei Kolbenflügeln und läßt sich natürlich auch für mehrflüglige Drehkolben entwickeln

Die Wälzbewegung wird zwischen einem statischem Element und einem

210den Drehkolben treibenden Had erzeugt. Sie setzt sich aus Dreh-

and Schabbewegungen zusammen and beschreibt eine Evolvente. Gleichzeitig mit dieser Wälzbewegung greift in Längsrichtung der Drehkolbenachse ein Bearbeitungswerkzeug an, das das erfindungsgemäße Bezugsprofil 1 aufweist« Daa Bezugaprofil 1 besteht

215aus einer Folge von Kreisabschnitten und geraden Planken· Die Radien der Kreiaabschnitte betragen daa 0,29 bis 0,6176-fache dea Teilkreisdurchmessers d · Die Flanken des Bezugsprofils 1 haben einen Winkel von 17 bia 39 °» der zugleich der Eingriffswinkel 04 ist·

220Kolbenflanken, -köpfe und -fuße werden von diesem Bearbeitangswerkzeug nacheinander am Drehkolben erzeugt.

Als statisches Element wird eine Werkzahnstange oder ein Wälzband und als Bad ein Werkzahnrad bzw. Zahnradgetriebe oder eine Wälzacheibe eingesetzt·

225Das erfindungsgemäße Verfahren iat mit einer entsprechend angepaßten Hilfseinrichtung auf herkömmlichen Werkzeugmaschinen wie Kurz- oder Langhobelmaschinen einsetzbar.

Beispiel 1

23OSin zweiflügliger Drehkolben mit einem Durchmesser von 40 mm und einer Kolbenlänge von 65 iam soll mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden

Die Fertigungstoleranzen des Drehkolbens sollen betragenj

Kolbendickenfehler' 50 jam

Evolventenrichtungsfehler 26 ρ

Evolventenformfehler 25

Teilungsfehler 30

Kopf- und Fußformfehler 60

Der unbearbeitete Drehkolben wird zunächst angerissen, auf Länge 240geaägt, zentriert, überdreht und geschuppt· Anschließend erfolgt die Feinbearbeitung des Drehkolbens auf eines herkömmlichen Kurzhobelmaschine. Die Wälzbewegung wird zwischen einer Werkzahnstange und einem 7/erkzahnrad erzeugt· Als Bearbeitungswerkzeug findet ein Bezugsprofil Anwendung, dessen Kreis-245abschnittsradien das 0,6176-fache des Teilkreiadurchmeaaera d und dessen Flankenwinkel bzw. Singriffswinkel oc 38,146026 beträgt·

Der fertigbearbeitete Drehkolben erreicht folgende Toleranzen:

Kolbendickenfehler 30 um

Evolventenrichtangsfehler 20 um

Bvolventenformfehler 20 um

Teilungsfehler 25 um

Kopf- und Fußformfehler 50 um<>

255Beispiel 2

Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren z.a fertigende dreiflüglige Drehkolben soll einen Durchmesser von 110 mm, eine Kolbenlänge von 160 mm aufweisen und Fertig angstoleranzen für den

Kolbendickenfehler 60 um

Evolventenrichtangsfehler

bezogen auf Koibenlänge 60 um

Evolventenformfehler 25 Uffl

Teilungsfehler 30 um

Kopf- und Fußformfehler 70 um erreichen.

265Die Vorbearbeitung des Drehkolbenrohlings entspricht der des Beispiels 1. Zur Feinbearbeitung wird ein Bezugsprofil eingesetzt, dessen Radien der Kreisabschnitte das 0,4638-fache des Teiikreisdurchmessera d betragen· Die Flanken haben einen Winkel von 27,6364 °·

270Der fertigbearbeitete Drehkolben besitzt nachstehende Toleranzen; Kolbendickenfehler 35

Evolventenrichtungsfehler

bezogen auf Kolbenlänge 30 um

Evolventenformfehler 20 um

Teilungsfehler 20 um

Kopf- und Fußformfehler 60 um»

Claims (1)

1. I L. i. I

   Erf indungsanspruch

   Verfahren zur Herstellung von zwei- bzw. mehrflügligen Drehkolben, bei dem eine, eine Evolvente beschreibende relative Abwälz-

   280bewegong über den Teilkreis des Drehkolbens mittels gegeneinander überlagerter Dreh- und Schubbewegungen zwischen einem statischen Element und einem den Drehkolben treibenden Rad erzeugt und gleich· zeitig mit dieser Abwälzbewegung ein sich in Längsrichtung des Drehkolbens bewegendes, eine Kammform aufweisendes Searbeitungs-

   285werkzeug am Drehkolben zum Eingriff kommt, gekennzeichnet dadurch, daß ein aus einer Folge von Kreisabschnitten, deren Hadien das 0,29 bis 0,61-fache des Teilkreisdurchmesaers d betragen, und geraden Planken mit einem Winkel von 17 bis 39 ° zusammengesetztes Bezugsprofil als Bearbeitungswerkzeug verwendet wird und daß dieses

   290Bearbeitungswerkzeug Kolbenflanken, -köpfe und -fuße in einem Arbeitsgang nacheinander erzeugt.

   Hierzu 1 Seifa Zeichnungen