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Hintergrund
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Schaufelrad und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Die
JP 2019 - 116 870 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Schaufelrads. In diesem Verfahren wird eine zweite Schaufel mit einem kugelkonischen Schaftfräser bearbeitet, der allmählich / schrittweise bewegt wird, um eine Position zu ändern, in der von einem proximalen Ende der zweiten Schaufel zu einem distalen Ende hin punktgefräst wird.
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Die Querschnittsform einer Ecke des proximalen Endes einer Schaufel kann in Abhängigkeit von der Form einer Schneidkante eines Fräsers verändert werden. Die Leistung des Schaufelrads kann verbessert werden, indem ein Radius der Querschnittsform der Ecke des proximalen Endes der Schaufel auf einer Druckfläche, die sich auf einer vorderen Seite der Schaufel in einer Drehrichtung des Schaufelrads befindet, kleiner gemacht wird als der Radius derselben auf einer Ansaugfläche, die sich auf einer nachfolgenden Seite der Schaufel in der Drehrichtung des Schaufelrads befindet. In diesem Fall wird der Fräser verwendet, der der Querschnittsform der Ecke auf der Druckfläche des proximalen Endes der Schaufel entspricht. Dadurch erhöht sich die Anzahl der auf der Ansaugfläche der Schaufel gebildeten Schneidspuren, und die Bearbeitungszeit der Ansaugfläche der Schaufel nimmt zu.
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Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht des obigen Problems gemacht und es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Schaufelrad und ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitzustellen, das eine kurze Bearbeitungszeit und eine verbesserte Leistung erzielt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Schaufelrad bereitgestellt, das eine Nabenfläche, die um eine Drehwelle herum ausgebildet ist, und eine Vielzahl von Schaufeln aufweist, die von der Nabenfläche vorstehen, wobei die Vielzahl von Schaufeln in einer Drehrichtung der Drehwelle voneinander beabstandet ist. Jede der Vielzahl von Schaufeln hat eine Druckfläche, die sich auf einer vorderen Seite der Drehrichtung befindet, und eine Ansaugfläche, die sich auf einer nachfolgenden Seite der Drehrichtung befindet. Jede aus der Vielzahl von Schaufeln ist an einer Grenze zwischen der Druckfläche und der Nabenfläche mit einer Vielzahl von ersten konkaven Flächen versehen, von denen jede durch Schneiden einer Spur gebildet wird. Jede aus der Vielzahl von Schaufeln ist an einer Grenze zwischen der Ansaugfläche und der Nabenfläche mit einer zweiten konkaven Fläche versehen, die durch eine Schneidspur gebildet wird. Die Vielzahl an ersten konkaven Flächen weist mindestens zwei unterschiedliche erste konkave Flächen mit unterschiedlichen konkaven Radien im Querschnitt auf und die unterschiedlichen konkaven Radien aus der Vielzahl von ersten konkaven Flächen weisen einen ersten konkaven Radius, der der größte unter den unterschiedlichen konkaven Radien ist, auf und der erste konkave Radius ist identisch mit einem zweiten konkaven Radius, der ein konkaver Radius der zweiten konkaven Fläche im Querschnitt ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Schaufelrads bereitgestellt, das eine um eine Drehwelle herum ausgebildete Nabenfläche und eine Vielzahl von Schaufeln, die von der Nabenfläche hervorragen, aufweist, wobei die Vielzahl von Schaufeln in einer Drehrichtung der Drehwelle voneinander beabstandet sind. Das Verfahren weist das Ausbilden einer Druckfläche, die sich auf einer vorderen Seite von jeder der Vielzahl von Schaufeln in der Drehrichtung befindet, und einer Nabenfläche auf, die sich auf einer nachfolgenden Seite von jeder der Vielzahl von Schaufeln in der Drehrichtung befindet, unter Verwendung eines ersten Schaftfräsers mit einem ersten Schneidkantenradius in einem ersten Schneidschritt, und das Bearbeiten einer Grenze zwischen der Druckfläche und der Nabenfläche unter Verwendung eines zweiten Schaftfräsers mit einem zweiten Schneidkantenradius, der kleiner als der erste Schneidkantenradius ist, nach dem ersten Schneidschritt in einem zweiten Schneidschritt.
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Weitere Aspekte und Vorteile der Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird, die beispielhaft die Prinzipien der Offenbarung veranschaulichen.
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Figurenliste
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Die Offenbarung ergibt sich zusammen mit ihrer Aufgabe und ihren Vorteilen am besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Schaufelrads ist, die dessen Konfiguration gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 2 eine Querschnittsansicht einer ersten Schaufel des Schaufelrads aus 1 entlang der Linie II-II ist, bei Betrachtung in Pfeilrichtung;
- 3 eine perspektivische Ansicht des Schaufelrads nach einem ersten Schneidschritt gemäß einem Verfahren zur Herstellung eines Schaufelrads der vorliegenden Offenbarung ist;
- 4 eine Querschnittsansicht des ersten Schaufels des Schaufelrads in 3 entlang der Linie IV-IV ist, bei Betrachtung in Pfeilrichtung; und
- 5 eine Querschnittsansicht der ersten Schaufel des Schaufelrads ist, an der eine weitere erste konkave Fläche an einer Grenze zwischen einer Druckfläche und einer Nabenfläche in einem zweiten Schneidschritt gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Schaufelrads der vorliegenden Offenbarung ausgebildet wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden werden ein Schaufelrad und ein Verfahren zur Herstellung desselben gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind gleiche oder korrespondierende Teile in den Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibung derselben wird nicht wiederholt.
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Schaufelrads, die dessen Konfiguration gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. 2 ist eine Querschnittsansicht einer ersten Schaufel des Schaufelrads von 1 entlang der Linie II-II, in Pfeilrichtung gesehen.
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Wie in 1 und 2 dargestellt, weist ein Schaufelrad 100 der vorliegenden Ausführungsform eine Nabenfläche H und eine Vielzahl von Schaufeln auf. Die Nabenfläche H ist um eine Drehwelle C herum ausgebildet. Die Nabenfläche H erstreckt sich im Allgemeinen in Form einer Mantelfläche eines Kegels.
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Das Schaufelrad 100 weist eine Vielzahl von ersten Schaufeln 110 und eine Vielzahl von zweiten Schaufeln 120 auf. Die ersten Schaufeln 110 und die zweiten Schaufeln 120 sind in einer Drehrichtung D der Drehwelle C voneinander beabstandet und ragen von der Nabenfläche H hervor. Die ersten Schaufeln 110 und die zweiten Schaufeln 120 sind abwechselnd in der Drehrichtung D der Drehwelle C angeordnet.
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Die ersten Schaufeln 110 und die zweiten Schaufeln 120 haben unterschiedliche Formen. Jede erste Schaufel 110 ragt jeweils von der gesamten Nabenfläche H in Bezug auf die Axialrichtung der Drehwelle C so vor, dass sie sich schräg von einem Basisende zu einem Scheitelende der Mantelfläche des Kegels erstreckt. Die zweiten Schaufeln 120 ragen in einem unteren Abschnitt der Nabenfläche H in Bezug auf die Axialrichtung der Drehwelle C hervor. Der Beschreibung halber werden die Enden jeder ersten Schaufel 110 und jeder zweiten Schaufel, die in der Nähe des Scheitelendes und des Basisendes des Kegels angeordnet sind, in der folgenden Beschreibung als das Spitzenende bzw. das Basisende in Bezug auf die Axialrichtung der Drehwelle C bezeichnet.
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Jede aus der Vielzahl der ersten Schaufeln 110 hat eine Druckfläche P, die sich auf einer vorderen Seite der Drehrichtung D befindet, und hat eine Ansaugfläche S, die sich auf einer nachfolgenden Seite der Drehrichtung D befindet. Jede aus der Vielzahl der zweiten Schaufeln 120 hat eine Druckfläche P, die sich auf der vorderen Seite der Drehrichtung D befindet, und eine Ansaugfläche S, die sich auf der nachfolgenden Seite der Drehrichtung D befindet.
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Jede aus der ersten und der zweiten Schaufeln 110, 120 weist an einer Grenze zwischen der Druckfläche P und der Nabenfläche H eine Vielzahl von ersten konkaven Flächen auf, von denen jede durch eine Schneidspur ausgebildet wird. Jede aus der Vielzahl an ersten konkaven Flächen erstreckt sich entlang der Grenze zwischen der Druckfläche P und der Nabenfläche H.
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Die Vielzahl der ersten konkaven Flächen weist mindestens zwei unterschiedliche erste konkave Flächen mit unterschiedlichen konkaven Radien im Querschnitt auf. Der konkave Radius ist ein Radius einer bogenförmigen konkaven Fläche im Querschnitt der ersten Schaufel 110.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind die ersten konkaven Flächen mit vier verschiedenen konkaven Radien ausgebildet und die Bezugszeichen 131, 132, 133, 134 bezeichnen die ersten konkaven Flächen mit einem konkaven Radius R1, einem konkaven Radius R2, einem konkaven Radius R3 bzw. einem konkaven Radius R4. Die Anzahl der Variationen der konkaven Radien der ersten konkaven Flächen, die an der Grenze zwischen der Druckfläche P und der Nabenfläche H vorgesehen sind, ist jedoch nicht auf vier beschränkt, solange sie mindestens zwei verschiedene erste konkave Flächen mit unterschiedlichen Radien aufweisen. Die Anzahl der Variationen der ersten konkaven Flächen, die an der Grenze zwischen der Druckfläche P und der Nabenfläche H vorgesehen sind, beträgt im Hinblick auf die Bearbeitungszeit vorzugsweise acht oder weniger.
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Von den konkaven Radien der ersten konkaven Flächen ist der konkave Radius R1 der ersten konkaven Fläche 131 der größte und wird als erster konkaver Radius bezeichnet und der konkave Radius R2 der ersten konkaven Fläche 132 ist der kleinste. Die konkaven Radien R3 und R4 sind kleiner als der konkave Radius R1 und größer als der konkave Radius R2.
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Die erste konkave Fläche 132 ist innerhalb der ersten konkaven Fläche 131 in deren Mitte ausgebildet. Die erste konkave Fläche 133 ist innerhalb der ersten konkaven Fläche 131 auf einer Seite der ersten konkaven Fläche 132 benachbart zur / neben der Nabenfläche H ausgebildet. Die erste konkave Fläche 134 ist innerhalb der ersten konkaven Fläche 131 auf einer Seite der ersten konkaven Fläche 132 benachbart zur / neben der Druckfläche P ausgebildet.
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Im Querschnitt der ersten Schaufel 110 betrachtet, sind die erste konkave Fläche 131, die erste konkave Fläche 133, die erste konkave Fläche 132, die erste konkave Fläche 134 und die erste konkave Fläche 131 in dieser Reihenfolge von der Nabenfläche H zur Druckfläche P hin durchgehend angeordnet.
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Eine zweite konkave Fläche 141, die durch eine Schneidspur gebildet wird, ist an einer Grenze zwischen der Ansaugfläche S und der Nabenfläche H ausgebildet. Die zweite konkave Fläche 141 erstreckt sich entlang der Grenze zwischen der Ansaugfläche S und der Nabenfläche H. Ein konkaver Radius der zweiten konkaven Fläche 141 ist R1. Das heißt, die zweite konkave Fläche 141 und die erste konkave Fläche 131 haben einen identischen konkaven Radius. Wie oben beschrieben, ist der erste konkave Radius, der der größte unter den konkaven Radien der Vielzahl der ersten konkaven Flächen ist, R1 und ist identisch mit einem zweiten konkaven Radius der zweiten konkaven Fläche 141, der ein konkaver Radius der zweiten konkaven Fläche 141 im Querschnitt ist.
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Wie in 1 dargestellt, sind die erste konkave Fläche 131 und die zweite konkave Fläche 141 durchgehend an dem Spitzenende T jeder aus der Vielzahl von ersten Schaufeln 110 in Bezug auf die Axialrichtung der Drehwelle C ausgebildet. Die erste konkave Fläche 131 und die zweite konkave Fläche 141 durchgehend an dem Spitzenende T jeder aus der Vielzahl von zweiten Schaufeln 120 in Bezug auf die Axialrichtung der Drehwelle C ausgebildet.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines Schaufelrades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
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3 ist eine perspektivische Ansicht des Schaufelrads nach einem ersten Schneidschritt gemäß einem Verfahren zur Herstellung eines Schaufelrads der vorliegenden Offenbarung. 4 ist eine Querschnittsansicht des ersten Schaufels des Schaufelrads aus 3 entlang der Linie IV-IV, in Pfeilrichtung gesehen.
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Im ersten Schneidschritt des Verfahrens zur Herstellung eines Schaufelrads gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung werden die Druckfläche P, die sich auf der vorderen Seite der Drehrichtung D befindet, und die Ansaugfläche S, die sich auf der nachfolgenden Seite der Drehrichtung D befindet, von jeder ersten Schaufel 110 und jeder zweiten Schaufel 120 unter Verwendung eines ersten Schaftfräsers mit einem ersten Schneidkantenradius geformt. Der erste Schneidkantenradius des ersten Schaftfräsers ist R1.
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Daher haben, wie in 3 und 4 dargestellt, die zweite konkave Fläche 141 und die erste konkave Fläche 131 einen identischen konkaven Radius von R1. Die erste konkave Fläche 131 und die zweite konkave Fläche 141 sind durchgehend am distalen Ende T jedes ersten Schaufel 110 und jeder zweiten Schaufel 120 in Bezug auf die Axialrichtung der Drehwelle C ausgebildet, wie in 3 dargestellt.
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5 ist eine Querschnittsansicht der ersten Schaufel des Schaufelrads, in der eine weitere erste konkave Fläche an einer Grenze zwischen einer Druckfläche und einer Nabenfläche in einem zweiten Schneidschritt gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Schaufelrads der vorliegenden Offenbarung ausgebildet wird. 5 ist in der gleichen Querschnittsansicht wie in 4 dargestellt.
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Nach dem ersten Schneidschritt wird der zweite Schneidschritt durchgeführt, so dass die Grenze zwischen der Druckfläche P und der Nabenfläche H mit einem zweiten Schaftfräser bearbeitet wird, der einen zweiten Schneidkantenradius hat, der kleiner ist als der erste Schneidkantenradius. Der zweite Schneidkantenradius des zweiten Schaftfräsers ist R2. Als Ergebnis wird, wie in 5 gezeigt, die erste konkave Fläche 132 mit dem konkaven Radius R2 innerhalb der ersten konkaven Fläche 131 in deren Mitte gebildet.
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Ferner wird im zweiten Schneidschritt die Grenze zwischen der Druckfläche P und der Nabenfläche H unter Verwendung des zweiten Schaftfräsers mit dem zweiten Schneidkantenradius R3 und des zweiten Schaftfräsers mit dem zweiten Schneidkantenradius R4 bearbeitet. Folglich ist, wie in 1 gezeigt, innerhalb der ersten konkaven Fläche 131 die erste konkave Fläche 133 auf der Seite der ersten konkaven Fläche 132 ausgebildet, die an die Nabenfläche H angrenzt, und die erste konkave Fläche 134 ist auf der Seite der ersten konkaven Fläche 132 ausgebildet, die an die Druckfläche P2 angrenzt.
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Gemäß dem Schaufelrad und dem Verfahren zur Herstellung desselben der vorliegenden Offenbarung wird, nachdem die Druckfläche P und die Ansaugfläche S unter Verwendung des ersten Schaftfräsers mit dem ersten Schneidkantenradius R1 bearbeitet wurden, die Grenze zwischen der Druckfläche P und der Nabenfläche H unter Verwendung des zweiten Schaftfräsers mit dem zweiten Schneidkantenradius, der kleiner als der erste Schneidkantenradius ist, bearbeitet. Dadurch kann die Verarbeitungszeit reduziert werden. In der Querschnittsform der Ecke des Spitzenendes jeder ersten Schaufel 110 und jeder zweiten Schaufel 120 ist der Radius R2 auf der Druckfläche P, die sich auf der vorderen Seite in der Drehrichtung D des Schaufelrads 100 befindet, kleiner als der Radius R1 auf der Ansaugfläche S, die sich auf der nachfolgenden Seite in der Drehrichtung D des Schaufelrads 100 befindet. Dadurch kann die Leistung des Schaufelrads 100 verbessert werden.
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Es sollte verstanden werden, dass die hier offengelegten Ausführungsformen in jeder Hinsicht illustrativ und nicht einschränkend sind. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird nicht durch die obige Beschreibung, sondern durch die Ansprüche angegeben, und es ist beabsichtigt, die den Ansprüchen entsprechende Bedeutung und alle Modifikationen innerhalb des Umfangs einzuschließen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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