DE10037974B4

DE10037974B4 - Verfahren zur Formung sphärischer konkaver Oberflächen

Info

Publication number: DE10037974B4
Application number: DE10037974A
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Isesaki Ootsuki
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2020-08-04
Also published as: FR2797207A1; FR2797207B1; US6415695B1; JP2001047303A; CA2315272A1; DE10037974A1; BR0003368A

Abstract

Ein Verfahren zur Formung einer sphärischen konkaven Oberfläche umfaßt die Schritte des Inkontaktbringens eines Werkzeuges (12) mit einem zu formenden Material, des Rotierens des Materials um eine vorbestimmte Achse (L1), und des Bewegens des Werkzeuges (12) in einer ersten Richtung (Y) parallel zu einer Zentralachse (L2) des Werkzeuges (12) und in einer zweiten Richtung (X1) senkrecht zu der ersten Richtung (Y), zur Formung der sphärischen konkaven Oberfläche auf dem Material um die vorbestimmte Achse. DOLLAR A In diesem Verfahren ist ein erster Winkel (THETA1) der Zentralachse (L2) des Werkzeuges (12) relativ zu der vorbestimmten Achse (L1) größer oder gleich einem zweiten Winkel gewählt (THETA2), der von einer Tangente an einem ersten Ende der sphärischen konkaven Oberfläche in einer Querschnittsebene und der vorbestimmten Achse (L1) relativ zu der vorbestimmten Achse (L1) eingeschlossen wird. Da das Werkzeug (12) nur in eine Richtung in Bezug auf die zweite Richtung (X1) bewegt werden kann, tritt ein plötzlicher Rückstoß in einem Kraftübertragungsmechanismus in der Bearbeitungsmaschine nicht auf. Folglich kann die sphärische konkave Oberfläche in einer gewünschten sphärischen Zielform ohne irgendwelche, durch einen plötzlichen Rückstoß erzeugte unbequeme Abweichungen geformt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Formung einer sphärischen konkaven Oberfläche und auf ein Verfahren zur Formung einer sphärischen konkaven Oberfläche, an einem Endteil eines Kalbens eines Schiefscheibenkompressors.
In einem bekannten Schiefscheibenkompressor greift normalerweise ein Paar von Schuhen, von denen jeder eine sphärische konvexe Oberfläche hat, an ein Endteil eines Kolbens an. Die Drehbewegung der von einer Antriebswelle gedrehten Schiefscheibe wird über das Aneinandergreifen der Schuhe mit dem Endteil des Kolbens und der radialen äußeren Oberfläche der Schiefscheibe in eine Hin- und Herbewegung des Kolbens umgewandelt. Der Kolben komprimiert ein Fluid durch seine Hin- und Herbewegung. Jeder Schuh kann eine ebene Oberfläche aufweisen, welche an der äußeren Seitenoberfläche der Schiefscheibe anliegt, und eine sphärische konvexe Oberfläche, welche durch eine sphärische konkave Oberfläche, die an dem Endteil des Kolbens ausgebildet ist, umfaßt und getragen wird.
3 zeigt einen Schiefscheibenkompressor. Jeder Kolben 1 ist hin- und hergehend in in einem Zylinderblock 3 ausgebildete Zylinderbohrungen 2 eingefügt. Eine Kurbelkammer 4 wird gebildet von dem Zylinderblock 3 und einer Frontabdeckung 5. Eine Antriebswelle 6 erstreckt sich durch die Kurbelkammer 4 und ist von dem Zylinderblock 3 und der Frontabdeckung 5 drehbar gelagert. Eine Schiefscheibe 7 dreht sich gemeinsam mit einer Antriebswelle 6 über einen Rotor 8 und kann einen variablen Scheibenneigungswinkel mit der Antriebswelle 6 einnehmen. Wenn die Schiefscheibe 7 rotiert, läuft der radiale äußere Abschnitt der Schiefscheibe 7 durch eine Nut 11, welche an dem Endteil des Kolbens 1 ausgebildet ist. An dem Endteil des Kolbens 1 ist ein Paar von Schuhen 9 vorgesehen. Jeder Schuh hat eine ebene Oberfläche 9a, die gleitfähig an der radialen äußeren Seitenoberfläche der Schiefscheibe 7 anliegt, und eine sphärische konvexe Oberfläche 9b, die von einem Paar sphärischen konkaven Oberflächen 1a und 1b, welche an dem Endteil des Kolbens 1 ausgebildet sind, umfaßt und getragen wird. Die Drehbewegung der Schiefscheibe 7 wird über das Paar Schuhe 9 in eine Hin- und Herbewegung jedes Kolbens 1 umgewandelt.
4 zeigt ein Verfahren zur Bildung sphärischer konkaver Oberflächen 1a und 1b an dem Endteil des Kolbens 1. Die Nut 11, durch welche sich der radiale äußere Abschnitt der Schiefscheibe 7 hindurch bewegt, ist an dem Endteil des Kolbens 1 vorgesehen. Eine Schneide 14 eines Werkzeuges 12 (ein Schneidwerkzeug) wird mit der inneren Seitenoberfläche der Nut 11 in Kontakt gebracht. Zu diesem Zeitpunkt ist eine Zentralachse L2 einer tragenden Basis 13 des Werkzeuges 12 parallel ausgerichtet zu der Zentralachse L1 der Nut 11. Mit dem Werkzeug 12 und dem Kolben 1 in dieser relativen Ausrichtung, und während der Kolben 1 um die Zentralachse L1 der Nut 11 rotiert wird, wird das Werkzeug 12 übereinstimmend in eine erste Richtung Y parallel zu einer Achse L2 der tragenden Basis 13 des Werkzeuges 12 und in zweite Richtungen X1 und X2 senkrecht zur ersten Richtung Y bewegt. Während dieses Ver fahrens wird die Schneide 14 des Werkzeuges 12 entlang eines gebogenen Pfades bewegt, so daß sie von einem Punkt P1 zu einem Punkt P3 durch einen Punkt P2 geführt wird. Auf diese Weise werden die sphärischen konkaven Oberflächen 1a und 1b um die Zentralachse L1 der Nut 11 geformt.
In dem zuvor beschriebenen bekannten Formungsverfahren ändert sich allerdings die Bewegungsrichtung der tragenden Basis 13 von der Richtung X2 zu der Richtung X1, wenn die Schneide 14 den Punkt P2 passiert. Wenn nämlich die Schneide 14 entlang der gebogenen Form der sphärischen konkaven Oberfläche 1a bewegt wird, wird die tragende Basis 13 in die Richtung X2 bewegt, wenn die Schneide 14 einen Abschnitt zwischen den Punkten P1 und P2 formt und die tragende Basis 13 wird in die Richtung X1 bewegt, wenn die Schneide 14 einen Abschnitt zwischen den Punkten P2 und P3 bildet.
Folglich kann in einem Kraftübertragungsmechanismus einer Steuermaschine (nicht gezeigt) zur Bewegung der tragenden Basis 13 ein plötzlicher Rückstoß auftreten, wenn die Bewegungsrichtung im Punkt P2 von der Richtung X2 zu der Richtung X1 wechselt. Die Erzeugung eines solchen plötzlichen Rückstoßes kann eine passende Bewegung der Schneide 14 nicht zustande bringen, und die sphärischen konkaven Oberflächen 1a und 1b könnten nicht in der gewünschten Zielform gebildet werden.
Aus der JP 11-151 601 A ist ein Verfahren zur Formung einer sphärischen konkaven Oberfläche bekannt. Das zu formende Material wird in einer Drehbank aufgenommen. Bei dem Drehen folgt das Schneidwerkzeug der Drehbank der sphärischen Kontur und kehrt im äußeren Punkt der Kurve seine Richtung quer zum Vorschub um.
Aus der DE 41 04 474 C2 kann ein Verfahren zum Ausbohren von kugelig gekrümmten Innenflächen entnommen werden. Ein Werkzeugträger zum Erzielen des kugelig gekrümmten Innenfläche ist im Mittelpunkt der zu erzielenden kugelig gekrümmten Innenfläche gelagert. Ein Radius bis zur Werkzeugspitze ist genau gleich dem Radius der zu erzielenden kugeligen Innenfläche. Die kugelige Innenfläche wird durch Drehung des Werkzeugträgers um seine Längsachse erzeugt.
Aus der WO 95/23 664 A1 kann ein Herstellungsverfahren für konkave, in sich geschlossene Lagerfläche entnommen werden. Dabei wird zur Reduzierung der Fertigungszeiten und Vergrößerung der Maßgenauigkeit der Lagerfläche die Sehne, die von dem Kugeläquator zu dem tiefsten Punkt der Lagerfläche verläuft, und die Einsenkungsbereiche beiderseits des Kugeläquators mit zwei getrennten Vorschubbewegungen bearbeitet.

Entsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren bereitzustellen zur Formung einer sphärischen konkaven Oberfläche in einer gewünschten Gestalt, ohne Erzeugung eines plötzlichen Rückstoßes in einer Steuermaschine und zur Formung sphärischer konkaver Oberflächen, welche geeignet sind zum Tragen eines Schuhs mit einer sphärischen konkaven Oberfläche an einem Ende eines Kolbens in einem Schiefscheibenkompressor bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Formung sphärischer konkaver Oberflächen nach Anspruch 1 oder 2.

Das Verfahren zur Formung einer sphärischen konkaven Oberfläche umfaßt insbesondere die Schritte des Inkontaktbringens eines Werkzeuges mit dem zu formenden Material, des Drehens des Materials um eine vorbestimmte Achse und des Bewegens des Werkzeuges in einer ersten Richtung parallel zu einer Zentralachse des Werkzeuges und in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung zur Formung der sphärischen konkaven Oberfläche auf dem Material um die vorbestimmte Achse. In diesem Verfahren wird ein erster Winkel der Zentralachse des Werkzeuges relativ zu der vorbestimmten Achse so gewählt, daß er größer oder gleich, d.h. nicht kleiner als ein zweiter Winkel ist, der von einer Tangente an einem ersten Ende der sphärischen konkaven Oberfläche in einer Querschnittsebene mit der vorbestimmten Achse relativ zu der vorbestimmten Achse eingeschlossen wird.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Formung einer sphärischen konkaven Oberfläche an einem Endteil eines Kolbens von einem Schiefscheibenkompressor vorgesehen.

Das Verfahren umfaßt insbesondere die Schritte: Vorsehen einer Nut an dem Endteil des Kolbens, in welcher Nut sich die Tiefenrichtung entlang einer vorbestimmten Achse erstreckt; Inkontaktbringen eines Werkzeuges mit einer inneren Seitenoberfläche der Nut; Rotieren des Kolbens um die vorbestimmte Achse; und Bewegen des Werkzeuges in einer ersten Richtung parallel zur Zentralachse des Werkzeuges und einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung zur Formung der sphärischen konkaven Oberfläche auf der inneren Seitenoberfläche der Nut um die vorbestimmte Achse.

Die Nut ist zur Aufnahme eines radialen äußeren Teiles einer rotierenden Schiefscheibe angepaßt. In diesem Verfahren ist ein erster Winkel der Zentralachse des Werkzeuges relativ zu der vorbestimmten Achse so gewählt, daß er größer oder gleich, d.h. nicht kleiner, als ein zweiter Winkel ist, der von einer Tangente an einem ersten Ende der sphärischen konkaven Oberfläche in einer Querschnittsdraufsicht und der vorbestimmten Achse relativ zu der vorbestimmten Achse eingeschlossen wird.

In dem Verfahren kann das Werkzeug nur in einer Richtung, das ist die zweite Richtung, bewegt werden, wenn die sphärische konkave Oberfläche geformt wird, da der erste Winkel größer oder gleich, d.h. nicht kleiner als der zweite Winkel, ist. Da die Bewegungsrichtung des Werkzeuges nicht wechselt, tritt ein plötzlicher Rückstoß nicht auf, wenn das Werkzeug von einem Kraftübertragungsmechanismus einer formgebenden Maschine bewegt wird. Eine Schneide des Werkzeuges kann entlang einer passend gebogenen Route entlang einer zu formenden sphärischen konkaven Oberfläche bewegt werden ohne unerwünschte Schwankungen. Folglich kann die sphärische konkave Oberfläche in der gewünschten Zielform akkurat geformt werden.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeit der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Figuren. Von den Figuren zeigt:
1 eine Querschnittsansicht eines Endteiles eines Kolbens eines Schiefscheibenkompressors, welcher ein Formungsverfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Querschnittsansicht eines Endteiles eines Kolbens eines Schiefscheibenkompressors, welche das in
1 dargestellte Verfahren in einem anderen Gesichtspunkt darstellt;
3 eine senkrechte Querschnittsansicht eines Schiefscheibenkompressors;
4 eine Querschnittsansicht eines Endteiles eines Kolbens eines Schiefscheibenkompressors, welcher ein Formungsverfahren zeigt.
Die Struktur eines Schiefscheibenkompressors an sich mag ähnlich oder gleich der eines bekannten Kompressors sein, wie in 3 dargestellt. Daher wird die folgende Beschreibung sich auf Verfahren zur Formung einer sphärischen konkaven Oberfläche zum Tragen eines Schuhs konzentrieren.
Nach 1 ist an einem Endteil des Kolbens 1 ein Paar sphärischer konkaver Oberflächen 1a und 1b geformt zum Tragen eines Paares von Schuhen, die jeder eine sphärische konvexe Oberfläche aufweisen (vgl. 3). Die Nut 11 ist an dem Endteil des Kolbens 1 ausgebildet. Die Zentralachse L1 der Nut 11 ist als die vorbestimmte Achse ausgewählt. Der radiale äußere Abschnitt einer Schiefscheibe (vgl. 3) ist in die Nut 11 eingefügt, und der radiale äußere Abschnitt der rotierenden Schiefscheibe läuft durch die Nut 11, während er in das Endteil des Kolbens 1 über das Paar Schuhe eingreift.
Die Schneide 14 des Werkzeuges 12 wird in Kontakt gebracht mit der inneren Seitenoberfläche der Nut 11. Ein erster Winkel 81 der Zentralachse L2 der tragenden Basis 13 des Werkzeuges 12 relativ zu der zentralen Achse L1 der Nut 11 ist so gewählt, daß er größer oder gleich, d.h. nicht kleiner als ein zweiter Winkel θ₂ ist, der von der Tangente L3 am ersten Ende P1 der zu formenden sphärischen konkaven Oberfläche 1a in einer Querschnittsebene mit der Zentralachse L1 relativ zur Zentralachse L1 eingeschlossen wird. Mit dem Werkzeug 12 und dem Kolben 1 in dieser relativen Ausrichtung, und während der Kolben 1 um die Zentralachse L1 der Nut 11 gedreht wird, werden das Werkzeug 12 und die tragende Basis 13 des Werkzeuges 12 übereinstimmend in die erste Richtung Y parallel zu der Zentralachse L2 der tragenden Basis 13, und in die zweite Richtung X1 senkrecht zur ersten Richtung Y bewegt. Bei dieser Drehung des Kolbens 1 und Bewegung des Werkzeuges 12 wird die sphärische konkave Oberfläche 1 als eine sphärische konkave Oberfläche zum gleitfähigen Tragen einer sphärischen konvexen Oberfläche eines Schuhs geformt. Die sphärische konkave Oberfläche 1b wird in der gleichen Weise geformt.
In diesem Verfahren wird die Schneide 14 vom ursprünglichen Punkt P1 zum Endpunkt P3 durch den dazwischenliegenden Punkt P2 entlang eines gebogenen Weges bewegt. Da der erste Winkel θ₁ größer oder gleich, d.h. nicht kleiner als der zweite Winkel θ₂ ist, wird das Werkzeug 12 mit der Schneide 14 über den gesamten Bewegungsweg in eine einzelne Richtung relativ zur zweiten Richtung X1 bewegt, während das Werkzeug 12 in die erste Richtung Y, welche eine einzelne Richtung ist, bewegt wird. Mit anderen Worten, die Schneide 14 kann den Punkt P2 passieren ohne einen begleitenden Wechsel in der Bewegungsrichtung. Daher tritt ein plötzlicher Rückstoß in einem Kraftübertragungsmechanismus einer Steuermaschine nicht auf. Folglich können die sphärischen konkaven Oberflächen 1a und 1b passend und genau in einer gewünschten sphärischen konkaven Zielform ohne ungewünschte Abweichungen geformt werden.
Im Bezug auf 2 wird der oben beschriebene erste Winkel θ1 unter einem anderen Gesichtspunkt erläutert.
Eine sich parallel zur Zentralachse L2 der tragenden Basis 1 erstreckende Linie von der Spitze der Schneide 14 wird definiert als Linie L4. Ein Winkel zwischen der Linie L4 und der Zentralachse L1 der Nut 11 wird definiert als Winkel θ₃, und ein Winkel zwischen zwei Linien, die jeweils das Zentrum 0, welches die sphärische konkave Oberfläche 1a definiert, und die Punkte P1 und P3 verbinden, ist definiert als θ₄. Wenn die tragende Basis 13 geneigt wird, so daß die folgenden Gleichungen (1) und (2) erfüllt sind, tritt ein plötzlicher Rückstoß in einem Kraftübertragungsmechanismus der Steuermaschine nicht auf. 90° ≥ θ4 ≥ 0 (1) θ3 ≥ (θ4)/2 (2)
Wenn die Zentralachse L2 der tragenden Basis 13 relativ zur Zentralachse L1 der Nut 11 geneigt wird, bewegt sich die tragende Basis 13 in einer Richtung X1, selbst wenn die Schneide 14 entlang einer gebogenen Route vom Punkt P1 zum Punkt P3 bewegt wird. Daher treten Abweichungen in der Formgebung der sphärischen konkaven Oberfläche 1a oder 1b nicht auf, wenn die Schneide 14 den Punkt P2 passiert.
Obwohl die Formgebung von sphärischen konkaven Oberflächen 1a und 1b zum Tragen von Schuhen an dem Endteil eines Kolbens 1 in einem Schiefscheibenkompressor beschrieben wurde, ist dieses Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung zur Formung einer sphärischen konkaven Oberfläche auf eine Vielzahl von Materialien anwendbar.

Claims

Verfahren zur Formung einer sphärischen konkaven Oberfläche, das folgende Schritte aufweist: Inkontaktbringen eines Werkzeuges (12) mit einem zu formenden Material; Drehen des Materials um eine vorbestimmte Achse (L1); Bewegen des Werkzeuges (12) in einer ersten Richtung (Y) parallel zu einer Zentralachse (L2) des Werkzeuges (12) und in einer zweiten Richtung (X1) senkrecht zur ersten Richtung (Y) zum Formen der sphärischen konkaven Oberfläche auf dem Material um die vorbestimmte Achse; und Auswählen eines ersten Winkels (θ₁) der Zentralachse (L2) des Werkzeuges (12) relativ zur vorbestimmten Achse (L1) größer oder gleich einem zweiten Winkel (θ₂) eingeschlossen zwischen einer Tangente (L3) an einem ersten Ende der sphärischen konkaven Oberfläche in einer Querschnittsebene und der vorbestimmten Achse (L1) relativ zu der vorbestimmten Achse (L1).
Verfahren zur Formung einer sphärischen konkaven Oberfläche an einem Endteil eines Kolbens (1) eines Schiefscheibenkompressors, mit: Vorsehen einer Nut (11) an dem Endteil des Kolbens (1), in der sich eine Tiefenrichtung entlang einer vorbestimmten Achse (L1) erstreckt; Inkontaktbringen eines Werkzeuges (12) mit einer inneren Seitenoberfläche der Nut (11); Drehen des Kolbens (1) um die vorbestimmte Achse (L1); Bewegen des Werkzeuges (12) in einer ersten Richtung (Y) parallel zu einer Zentralachse {L2) des Werkzeuges (12) und in einer zweiten Richtung (X1) senkrecht zur ersten Richtung (Y), zum Formen der sphärischen konkaven Oberfläche auf der inneren Seitenoberfläche der Nut (11) um die vorbestimmte Achse (L1); und Auswahl eines ersten Winkels (θ₁) der Zentralachse (L2) des Werkzeuges (12) relativ zur vorbestimmten Achse (L1) größer oder gleich einem zweiten Winkel (θ₂), der von einer Tangente an einem Ende der sphärischen konkaven Oberfläche in einer Querschnittsebene mit der vorbestimmten Achse (θ₁) relativ zur vorbestimmten Achse eingeschlossen wird, wobei die Nut (11) zur Aufnahme eines radialen äußeren Abschnittes einer rotierenden Schiefscheibe angepaßt ist.