DE2148746C3 - Verfahren zur Herstellung einer Rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer parallel- und außenachsigen Rotationskolbenmaschine mit Kämmeingriff zweier Rotoren, deren kreisförmiger Nabentei! jeweils eine Umfangserstreckung hat, die einem Winkel entspricht, der zwischen 180° und 270°, vorzugsweise bei 225° liegt, und deren sich radial von dem Nabenteil abhebender Zahn jeweils eine konkave Zahnflanke, die sich zunächst in eine konkave und dann in eine konvexe Nabenaushöhlung für den Zahn des Gegenrotors fortsetzt, und einen von der Zahnspitze ausgehenden konvexen Zahnflankenteil aufweist, dem sich tangential ein weiterer ebener Zahnflankenteil anschließt, welcher tangential in den kreisrunden Nabenteil übergeht.

Rotationskolbenmaschinen, deren Rotoren die beschriebene Querschnittsaußenkontur aufweisen, sind bereits in einer nicht zum Stand der Technik gehörenden älteren Patentanmeldung vorgeschlagen worden (DT-OS 2 029 832).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für eine Großserienfertigung geeignetes Verfahren zur Herstellung derartiger Rotoren mit einem Höchstmaß an Präzision anzugeben.

Die Erfindung besteht darin, daß der Rotor als einteiliger Hohlkörper gegossen wird, und daß der Gußhohlkörper fertig bearbeitet wird zunächst an der konkaven Zahnflanke sowie an der konkav und konvex verlaufenden Nabenaushöhlung mittels eines einzigen, in Richtung der Mantellinien des Rotors arbeitenden Werkzeuges ohne parallel zu seiner Vorschubrichtung verlaufende Wirkflächen und nachfolgend an der restlichen Mantelfläche des Rotors auf einer Kopierfräsoder -schleifmaschine unter Verwendung einer Schablone mit im ganzen konvex verlaufender Leitfläche mittels eines in Umfangsrichtung dieser Leitflache arbeitenden Werkzeuges.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Rotor zusammen mit der Rotorwelle als einteiliger Präzisionshohlkörper gegossen.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß das Gebiet im Bereich der Nabenaushöhlung, in welchem bei der fertigen Rotationskolbenmaschine während des Verdichtungsvorganges zwei axiale Dichtlinien l?ngs der Rotorfläche gegeneinander wandern, mit einem einzigen Werkzeug hergestellt wird, welches für sich allein und in seiner relativen Einstellung zum Werkstück dessen Genauigkeit bestimm:; die Kontrolle des Gebietes der Nabenaushöhlung gestaltet sich hierdurch sehr viel einfacher als bei anderen bekannten Herstellungsverfahren, da stents nur ein ein ziger Punkt der Nabenaushöhlung oder der konkaven Zahnflanke überprüft zu werden braucht Darüber hinaus kann der Roter nach seiner Fertigbearbeitung auf einfachs. ■ Weise statisch und dynamisch ausgewuchtet werden, und zwar durch Bearbeitung der Innenflächen des Hohlkörpers.

Einige Ausführungsbeispiele erläutern die Erfindung an Hand einer Zeichung; es zeigt

F i g. 1 uns 2 jeweils einen Querschnitt durch einen Steuerrotor mit Hinweisen zu seiner Herstellung,

F i g. 3 und 4 Querschnitte durch einen Hauptrotor für die in den F i g. 1 und 2 dargestellten Steuerroioren mit Hinweisen zur Herstellung und

F i g. 5 bis 7 weitere Ausführungsbeispiele von Rotoren, wobei in Fig. 5 auch die Hauptumrisse eines diesen Rotoren zugeordneten Maschinengehäuses schematisch im Schnitt dargestellt sind und F i g. 6 bis 7 den Schnitten VI-Vl bzw. VII-VIl in F i g. 5 entsprechen.

Die in den Figuren dargestellten Rotoren besitzen gewöhnlich parallele Stirnflächen sowie ein Nabenteil 1 bzw. la, dessen Umfangsfläche über einen Winke! von 180° bis 270° eine kreiszylindrische Form besitzt. Die Rotoren besitzen ferner einen radial sich vom Nabenteil 1 bzw. la abhebenden Zahn 2 bzw. 2a sowie eine Nabenaushöhlung 3 bzw. 3a im Nabenteil 1 bzw. 1«; neben dem Zahn 2 bzw. 2a, wobei dieser Zahn 2 bzw 2a und die Nabenaushöhlung 3 bzw. 3a derart ausgebildet sind, daß zwei zusammenwirkende Rotoren während ihrer Drehung in einer Rotationskolbenmaschine abdichtend miteinander zusammenwirken können.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellten Steuerrotorer bestehen aus einem Hohlkörper, welcher ein Nabentei 1 mit einer sich über einen Winkel von etwa 225° erstreckenden kreisrunden Umfangsfläche einen Zahn Ί und eine Aushöhlung 3 in dem Nabenteil 1 neben derr Zahn 2 aufweist, wobei diese Nabenaushöhlung 3 einer seits in eine Zahnflanke 4 und andererseits in das Na benteil 1 übergeht. Unter der Voraussetzung, daß dei Rotor für einen Rotationskolbenverdichter bestimm! ist, bildet die Zahnflanke 4 die Vorderflanke und ein« weitere Zahnflanke 5 die Hinterflanke. Die Vorderflan ke 4 des Zahnes 2 ist dabei konkav ausgebildet, wäh rend die Hinterflanke 5 mit Ausnahme eines ebener Teiles 6 konvex ausgebildet ist. Die Vorderflanke 4 unc die Hinterflanke 5 laufen in eine Zahnspitze 7 aus, wel

Ae bei dem in F '< g. 2 dargestellten Ausführungsbei- »iel abgerundet ist. Im übrigen sind die in den Fig.! Id 2 dargestellten Rotoren gleich ausgebildet. Die Roteren sind hohl ausgebildet und besitzen aus diesem Crunde, wie dies in den F i g. 1 und 2 in gestrichelten Linien angedeutet ist. Hohlräume 8, wodurch es mögich ist, den Rotor ohne Einsetzen spezieller Auswuchtleile auszuwuchten. Außerdem besitzen die Rotoren eine Bohrung 9 für die Rotorwelle.

Zur Herc'cllung der beschriebenen Rotoren wird ι ^erst die innere Umfangswandung 10 des Hohlraumes g bearbeitet und anschließend mit dieser Wandung als Bezugsfläche die Bohrung 9 für die Rotorwelle bearbeitet Mit dieser Bohrung 9 als Bezugsfläche werden dann die konkave Zahnflanke 4 sowie die konkav und kon- ι _vex verlaufende Nabenaushöhlung 3 gefräst und geschliffen, zu welchem Zweck ein einziges Werkzeug 14 verwendet wird. Daraufhin erfolgt die Bearbeitung i_er Fräsung der resilichen Umfang«,fläche 1, ΐ des Ro-•ors bis zur Zahnspii/c 7 hin unter Steuerung mittels einer Schablone 13. Vorzugsweise werden die UmfangsHächen | _und 5 mittels eines Werkzeuges 11 bearbeitet, welches, wie dies durch die strichpunktierte Linie angedeutet ist, hydraulisch über einer, Läufer oder Kopierstift 12 von der Schablone 13 gesteuert wird, die eine im ganzen konvex verlaufende l.eiifläehe besitzt. die sich im Steuerbereich mit der konvexen Umfangsfläche 1, 5 des Rotors deckt und synchron mit dem Werkstück verdreht wird. Die Nahenausliöhlting J und die konkave Zahnflanke 4, welche unter Verwendung des Werkzeuges 14 gefräst und/oder geschliffen werden sind derart geformt, daß das Werkstück keine Wirkflächen aufweist, die parallel zur Vorschubrichtung des Werkzeuges zum Werkstück verlaufen, d.h. also keinerlei Wirkflächen, die parallel zur Linie 15 verlaufen, die senkrecht zur tiefsten Stelle der Nabenaus höhlung 3 verläuft, wenn man in Umfangsrichtung in die Nabenaushöhlung 3 hineinsieht. Dadurch erhall das Werkzeug t4 (Schleifscheibe oder Fräser) eine Form, welche es ermöglicht, das Werkzeug mehrmals nachzuschleifen oder nachzustellen, ohne daß dadurch das Profil 16 oder 17 verändert würde. Dies ist besonders wichtig für das gewöhnlich als Schleifscheibe ausgebildete Werkzeug, welches für die Endbearbeitung der Nabenaushöhlung 3 und der Zahnflanke 4 verwendet wird, da diese Flächen beim Einsatz des fertigen Rotors gleichzeitig längs zweier Dichtlinien am Zahn des Hauptrotors während eines Teiles des Arbeitstaktes abdichtend zusammenwirken müssen, d. h. einer ersten Dichtlinie an der Spitze des Hauptrotorzahnes, und einer zweiten Linie, welche längs des ebenen Teiles und des konvexen Teiles der Zahnflanke des Hauptrotors verläuft. Die verwendeten Werkzeuge 14 drehen sich um eine rechtwinklig zu einer Ebene verlaufende Achse, die parallel zur Rotorachse durch die Linie hindurchgeht. Vorzugsweise werden die Rotoren in der Weise bearbeitet, daß eine Anzahl von Rotoren übereinander aufgespannt werden und beispielsweise in einem Arbeitsgang gleichzeitig bearbeitet werden können, in welchem das Werkzeug 14 sich in Richtung auf die'Rotorachse bewegt und gleichzeitig umläuft. An Stelle eines umlaufenden Fräsers oder einer Schleifscheibe können die Nabenaushöhlung 3 und die konkave Zahnflanke 4 auch mittels einer Reibahle oder einer F i g. 1 dadurch., daß das Profil 17 eine Nase 18 besitzt, mittels welcher die Zahnspitze 7 abgerundet wird.

Die Herstellung eines Hauptrotors erfolgt in der gleichen Weise wie die Herstellung eines Steuerrotors und ist schematisch in F i g. 3 dargestellt, wobei allerdings nur das Werkzeug zur Bearbeitung der konkaven Zahnflanke und der Nabenaushöhlung des Hauptroturs angedeutet ist. Um unnötige Wiedernolungen aller Einzelheiten zu vermeiden, sind in den F i g. 3 und 4 die ι gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 und 2 verwendet worden, jedoch mit dem Zusatz a. Der Hauptrotor besitzt ein Nabenieil la mit im wesentlichen konstanten Radius, d.h. also mit im wesentlichen kreisrunder Umfaiigsfläche. und einen Roiorzahn 2a, welcher sich je- ; doch vom Zahn des Steuerrotors 2 insofern unterscheidet, als er eine im wesentlichen konvexe Vorderflanke 4a und eine konkave Hinterflanke 5a besitzt. Die konvexe Vorderflanke 4a geht in das Nabenteil la mit im wesentlichen kreisrunden Umfang über ein ebenes Te;)-ο stück ba über. Die Zahnspitze 7a ist in F i g. 3 scharf und in F i g. 4 abgerundet, während die Rotoren im übrigen in den beiden F i g. 3 und 4 gleich sind. Zum Gewichtsausgleich ist der Hohlraum 8a beim Hauplrolor etwas kleiner gehalten als beim Steuerrotor. Das in den :- F i ;.;. ί und 4 dargestellte Werkzeug 14a. welches zur lk.:rbcilung der Nabenaushöhlung 3a des Hauptrotors und der konkaven Zahnflanke 5a dient, weist ein derartiges Profil auf. daß es beim Herausziehen aus der Nabuiatishöhlunir 3a um ein kurzes Stück längs der \V:n K kelhalbierenden 15a eines Winkels λ zwischen den Tangenten 18 und 19 des Profils der Aushöhlimg an der Proftlmündung einen Zwischenraum längs des gesamten Profils dieser Zahnflanke und Aushöhlung ergibt. Mit einem derart geformten Werkzeug 14a läßt sich 3; eine sehr genaue Bearbeitung durchführen und außerdem das Werkzeug, falls es erforderlich wird, auf das dem Profil 16a genau entsprechende Profil 16.') nachschleifen. Der von den Tangenten 18 und 19 gebildete Winkel λ ist wesentlich größer als 0°. Die Rotoren gemaß F i g. 3 und 4 werden als Gußhohlkörper hergestellt, und die Bearbeitung der konvexen Umfangsflächen la, 6a, 4a erfolgt in der gleichen Weise wie dies im Zusammenhang mit den F i g. 1 und 2 beschrieben wurde, d. h. unter Verwendung einer Schablone entsprechcnd der Schablone 13, welche naturgemäß in ihrem Umfang mit der konvexen Uinfangsfläche la, 6a, 4a des Hauptrotors übereinstimmt. Der kreisrunde Nabenteil la des Hauplrotors erstreckt sich über einen Teil des Rotorumfanges, welcher vorzugsweise etwa 225" beträgt, welcher jedoch auch irgendwo zwischen 180' und 27(T liegen kann. Das gleiche trifft für das Nabenteil 1 des Steuerrotors zu. Die Hohlräume 8 bzw. 8a sind zu den Zahnflankcnieilen 6 (F i g. 1 und 2) bzw. 3a (F i g. 3 und 4) offen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit erfindungsgemäß hergestellten Rotoren für eine Rotationskolbenmaschine, z. B in Form eines Verdichters, ist in den F i g. 5 bis 7 dargestellt, Die Rotoren und ihre Einzelteile tragen, so weit sie den Einzelheiten in den F i g. 1 bis ho 4 entsprechen, die gleichen Bezugszeichen wie in die sen Figuren und sind nicht nochmals beschrieben. Du in den F i g. 5 bis 7 dargestellten Rotoren bestehen au: Gußhohlkörpern vorzugsweise aus rostfreiem Stah und sind in Präzisions- bzw. Wachsguß einteilig mit dei

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Räumahle ausgearbeitet werden, welche in Richtung f>5 Rotorwellen 20 bzw. 20a gegossen. Dabei zeigt Fig..

der Rotorachse gegenüber den Werkstücken vorge- schematisch die einander schneidenden Zylinderboh

schoben oder gezogen wird. Das Werkzeug 14 gemäß rungen 21, 21a eines entsprechenden Maschinengehäu

Fis-2 unterscheidet sich von demjenigen gemäß ses, in welchen sich die Rotoren 1. 2 bzw. la. 2a drehet

Die axialen Einlaßöffnungen der Maschine sind mit 23 und die axialen Auslaßöffnungen der Maschine mit 22 angedeutet. Da die Rotoren einteilig mit ihren Wellen gegossen sind, war es möglich, die Hohlräume 8, 8a in den Rotoren teilweise in die Wellen auszudehnen, wie dies durch die Bezugszeichen 86 bzw. 8c angedeutet ist. Da diese Rotoren im Präzisionsguß hergestellt sind, brauchen die Umfangsflächen lediglich geschliffen zu werden, wie dies im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen gemäß F i g. 1 und 4 erläutert wurde, se daß die konkaven Flächen 4 und 4a sowie die Umfangs flächen 3 und 3a in Richtung der Rotormantellinie par allel zur Rotorachse geschliffen werden und die Um fangsflächen von den Zahnspitzen 7 bzw. Ta über di< ebenen Flächen C bzw. 6a und die kreisrunden Naben teile 1 bzw. la entsprechend geeigneter Schablonen wie beispielsweise der in F i g. 1 und 2 dargestelltei Schablone 13, in Umfangsrichtung geschliffen werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer parallel- und außenachsigen Rotationskolbenmaschine mit Kämmeingriff zweier Rotoren, deren kreisförmiger Nabenteil jeweils eine Umfangserstreckung hat, die einem Winkel entspricht, der zwischen 180° und 270°, vorzugsweise bei 225° liegt, und deren sich radial von aem Nabenteil abhebender Zahn jeweils eine konkave Zahnflanke, die sich zunächst in eine konkave und dann in eine konvexe Nabenaushöhlung für den Zahn des Gegenrotors fortsetzt, und einen von der Zahnspitze ausgehenden konvexen Zahnflankenteil aufweist, dem sich langentiiil ein weiterer ebener Zahnflankenteil anschließt, welcher tangential in den kreisrunden Nabenteil überge'.t, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1, 2 bzw. la, 2a) als einteiliger Hohlkörper gegossen wird, und daß der Gußhohlkörper fertig bearbeitet wird zunächst an der konkaven Zahnflanke (4 bzw. 5a) sowie an der konkav und konvex verlaufenden Nabenaushöhlung (3 bzw. 3a) mittels eines einzigen, in Richtung der Mantellinien des Rotors (1, 2 bzw. la, 2a) arbeitenden Werkzeuges (14 bzw. 14a) ohne parallel zu seiner Vorschubrichtung verlaufende Wirkflächen und nachfolgend an der restlichen Mantelfläche des Rotors (1, 2 bzw. la, 2a) auf einei Kopierfräs- oder -schleifmaschine unter Verwendung einer Schablone (13) mit im ganzen konvex verlaufender Leitfläche mittels eines in Umfangsrichtung dieser Leitfläche arbeitenden Werkzeuges (11).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1, 2 bzw. la, 2a) zusammen mit der Rotorwelle (20 bzw. 20a) als einteiliger Präzision^hohlkörper gegossen wird.