DE2330186A1

DE2330186A1 - Vorrichtung zum formen von epitrochoidenfoermigen oberflaechen

Info

Publication number: DE2330186A1
Application number: DE2330186A
Authority: DE
Inventors: Oliver Edward Saari
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1972-10-11
Filing date: 1973-06-14
Publication date: 1974-04-25
Also published as: BR7303389D0; IT991018B; FR2202746B1; AU5520473A; GB1425105A; US3812746A; JPS4973779A; CA953134A; AU470293B2; CH574787A5; FR2202746A1

Description

Vorrichtung zum Formen von epitrochoidenförmigen Oberflächen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück mit einem hohen Grad an Genauigkeit und im besonderen auf einen neuartigen und praktischen Mechanismus zum Formen solcher Oberflächen im Zylinderblock eines Rotationsverbrennungsmotors.

Eines der bei der Herstellung einer Maschine oder eines Mechanismus zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche im Zylinderblock eines Rotationsverbrennungsmotors anfallenden Probleme besteht im Entfernen oder Wegschneiden von Werkstoff mit einer merkbaren Geschwindigkeit. Beim Betrieb einer solchen Maschine mit relativ hohen Geschwindigkeiten, entsteht die Schwierigkeit, die sich schnell bewegenden Teile der Maschine in kinetischer Bal-ance zu halten. Solche Zylinderblocks sind relativ schwer

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und zeigen die Tendenz, Vibration zu verursachen, wenn sie um eine feste Achse mit hohen Geschwindigkeiten rotieren, was in einer funktionalen Unbalance resultieren kann. In den bislang erhältlichen Maschinen zum Formen von epitrochoidenförmigen überflächen in den Zylinderblocks von ttotationsmotoren war die Betriebsgeschwindigkeit relativ niedrig, wodurch sich die Herstellungskosten wesentlich erhöhten.

Es ist daher ein wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung, einen praktischen und wirksam arbeitenden Mechanismus oder eine Vorrichtung zum schnellen Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche innerhalb eines eine Aussparung aufweisenden Zylinderblocks oder ähnlichem mit einem hohen Grad an Genauigkeit vorzusehen, ohne daß Vibrationen auftreten, die aus einem Maschinenbetrieb mit Unbalance auftreten können.

Es ist ein weiteasB Ziel der vorliegenden Erfindung, neuartige und wirksam arbeitende Mittel vorzusehen, mit denen ein einzelnes Werkzeug oder eine Schneidevorrichtung, wie beispielsweise ein von einer konventionellen Bohrstange getragenes Schneidwerkzeug, angewendet werden kann, um eine epitrochoidenförmige Oberfläche in einem rotierenden, mit einer Aussparung versehenem Werkstück, wie beispielsweise ein Zylinderblock mit einem für die Aufnahme eines Rotors bestimmten Hohlraum, zu formen.

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Ein anderes und bestimmteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen einzigartigen Mechanismus zum Verbinden einer ein Rotationswerkzeug betätigenden Vorrichtung oder Spindel mit einem ein Werkzeug tragenden Element, wie beispielsweise eine Bohrstange, die seitlich von der Spindelachse versetzt ist, vorzusehen, wobei der Mechanismus in einer Veise betrieben werden kann, daß der Schfcidrand eines getragenen Werkzeugs mit der, den Hohlraum in einem Werkstück begrenzenden Oberfläche präzise in eine Kontaktstellung gebracht werden kann, wodurch eine genaue epitrochoidenförmige Oberfläche geformt wird, wenn das Werkstück mit einer relativ hohen Geschwindigkeit um eine mit dem Zentrum des Arbeitshohlraums in Koinzidenz befindlichen Achse rotiert.

Genauer gesagt schlägt die Erfindung eine Vorrichtung des oben genannten Typs vor, in der das Verbindungsmittel zwischen dem das Werkzeug betätigenden Mittel und dem das Werkzeug tragenden Mittel innerhalb vorbestimmter Grenzen um eine feste Achse schwingt, um die feste Achse und den Angriffspunkt des Werkzeuges mit der den Arbeitshohlraum begrenzenden Oberfläche in einer gemeinsamen Ebene zu halten, welche sich normal zu einer Tangente zur epitrochoidenförmigen Oberfläche am Kontaktpunkt des Werkzeuges mit dem Werkstück ersteckt.

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Die obenstehend beschriebenen und anderen Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detalierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen noch offensichtlicher.

Fig. 1 stellt eine Frcrtansicht einer Maschine oder einerVorrichtung zum Formen von epitrochoidenförmigen Oberflächen dar und ist kennzeichnend für eine Ausführungsform der durch die vorliegende Anmeldung vorgeschlagenen Erfindung;

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung;

Fig. 3 stellt eine Endansicht des oberen Teiles der Vorrichtung dar, im wesentlichen entlang der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 ist ein Vertikal-Querschnitt durch die Vorrichtung, der im wesentlichen entlang der Linie 4-4 in Fig. 1 geführt ist, wobei die Basis der Vorrichtung weggebrochen ist;

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung, um noch klarer die in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Details herauszustellen;

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Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, welche den neuartigen Mechanismus zum Verbinden dsr Betätigungsspindel mit dem Werkzeug tragenden Element oder der Stange einschließt, wobei die Teile in getrennter Beziehung zueinander gezeigt sind;

Fig. 7 zeigt einen horizontal geführten Teilschnitt, der im wesentlichen entlang der Linie 7-7 in Fig. 1 angebracht ist;

Fig. 8 stellt einen Teilschnitt dar, der im wesentlichen entlang der Linie 8-8 in Fig. 7 geführt ist, um die Art und Weise zu zeigen, in der das Schneidwerkzeug sich mit einem besonderen Oberflächenbereich des drehbaren Werkstückes oder Motrblocks im Eingriff befindet;

Fig.9 ist eine Fig. 8 ähnliche Ansicht, welche eine von dem Schneidwerkzeug eingenommene Stellung offenbart, wenn sich dieses mit einem anderen Bereich der epitrochoidenförmigen Oberfläche des Werkstückes im Eingriff befindet;

Fig. 10 zeigt eine, halbschematische Darstellung von verschiedenen vom Rotor eines Rotationsverbrennungsmotors eingenommenen Stellungen, wenn er sich innerhalb des Hohlraumes des festen Motors oder Zylinderblocks dreht;

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Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht des Rotors und des
Zylinderblocks in getrennter Darstellung;

Fig. 12 stellt einen vertikalen Teilschnitt dar, der im wesentlichen entlang der Linie 12-12 in Fig. 1 geführt ±±;

Fig. 13 zeigt einen vertikalen Teilschnitt, der im wesentlichen entlang der Linie 13-13 in Fig. 12 geführt ist und den
Eilrücklauf sowie die Führungsschraube zeigt;

Fig. 14 ist ein vertikaler Teilschnitt, im wesentlichen entlang der Linie 14-14 in Fig. 12 geführt;

Fig. 15 ist ein vertikaler Teilschnitt, im wesentlichen entlang der Linie 15-15 in Fig. 14 geführt;

Fig. 16 zeigt einen horizontalen Teilschnitt, im wesentlichen
entlang der Linie 16-16 in Fig. 3 geführt;

Fig. 17 stellt einen vertikalen Teilschnitt dar, der im wesentlichen entlang der Linie 17-17 in Fig. 16 geführt ist;

Fig. 18 ist eine halbschematische Ansicht des gesamten Motorblockhohlraums, die die Art und Weise, in der der einzig-

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artige Verbindungsmechanismus zwischen der Betätigungsspindel und der Werkzeug tragenden Stange funktioniert, um die Bewegung des Schneidrandes eines Werkzeuges innerhalb einer vorgeschriebenen Umlaufbahn zu regulieren, wodurch eine epitrochoidenförmige Oberfläche in dem rotierenden Werkstück oder Zylinderblock geformt oder herausgeschnitten wird, klarer zum Ausdruck bringt;

Fig. 19 gleicht in etwa der halbschematisehen Darstellung in Fig. 18 und bringt klarer die verschiedenen Stellungen zum Ausdruck, die von der Verbindungsvorrichtung während ihrer Hin- und Herbewegung eingenommen werden, sowie die entsprechenden Stellungendfes Werkzeugrandes, der zum Formen eines Viertels der gesamten epitrochidenförmigen Oberfläche, die den Hohlraum des Motorblocks begrenzt, eingestellt ist; und

Fig. 20 zeigt eine schematische Darstellung einer Reihe von Werkzeugpositionen, welche den in Fig. 19 dargestellten Werkzeugpositionen entsprechen, wenn die Betätigungsspindel um 180° rotiert, damit das Werkzeug ein Viertel der vollständigen epitrochoidenförmigen Oberfläche formt.

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Wenn man sich nun den Zeichnungen im Detail zuwendet, in denen gleiche Bezugszeichen verwendet wurden, um gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten zu kennzeichnen, so erkennt man eine nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Werkzeugmaschine oder Vorrichtung, welche allgemein durch die Zahl 22 gekennzeichnet ist. Die Maschine 22 schließt einen Sockel oder ein Bett 24 ein, das dazu dient, einen horizontal verschieblichen Kopfblock 26 und einen stationären Endblock 28 zu tragen. Der Kopfblock 26 ist entlang Führungen 30 horizontal verschieblich (Fig. 2, 4 und 12), die entlang den oberen Begrenzungen eines Trägerbasisabschnittes 32 vorgesehen sind, der an der oberen Fläche des Bettes 24 befestigt ist.

Wie in den Fig. 1, 2 und 5 zu erkennen ist, treibt ein geeigneter Elektromotor 34 ein Zahnrad 36 an, das sich mit einem Zahnrad 38 in Eingriff befindet, welches an der Nabe einer Buchse mit Innengewinde oder Vorschubmutbr 40, siehe Fig. 13, befestigt ist. Die Vorschubmutter 40 ist drehbar auf dem oberen Rand eines stationären Rahmenelementes mittels einer Kugellagereinheit 44 montiert. Es ist daher offensichtlich, daß bei Rotation der M utterjoder Buchse 40 durch den Antrieb des daran befestigten Zahnrades 38 eine Führungsschraube 46 eine Längsbewegung mit einer Vorschubgeechwindigkeit erfährt.

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Wie in den Fig. 1,2 und 13 zu erkennen ist, ist der rechte Rand der Führungsschraube 46 mit einem Gehäuseabschnitt 48 des Kopfblocks 26 verbunden und drehbar in diesem gelagert. Auf diese Weise wird durch Rotation der Mutter oder Buchse 40 eine Vorwärtsbewegung des Kopfblocks 26 mit einer Vorschubgeschwindigkeit erreicht. Ein allgemein mit 50 bezeichneter Eilrücklaufmechanismus, der mit der Führungsschraube 46 gekoppelt ist, wird in der weiteren Beschreibung im Detail beschrieben.

Der Kopfblock 26 trägt auch ein drehbares Montageelement oder eine Basis 52, welche mit'einer Trägerwelle 53 um eine faste Achse rotiert, die durch den Buchstaben X angedeutet iöt. Diese feste Achse wird hiernach als erste feste Rotationsachse bezeichnet. Das Element 52 ist so ausgebildet, daß es sich an ein Werkstück, wie beispielsweise einen eine Aussparung aufweisenden Zylinderblock 54, anpassen kann. Das Werkstück oder der Zylinderblock 54 kann in irgendeiner geeigneten Weise an der Front des drehbaren Basiselementes 52 befestigt werden, so daß sich das Axialzentrum eines Hohlraums 56 im Zylinderblock 54 in Koinzidenz mit der ersten festen Horizontalachse X befindet. Wie durch die Richtungspfeile angezeigt ist, wird de das Werkstück tragende Basiselement 52 mittels eines Antriebsrades 58, das auf der Welle 53 montiert ist und durch ein Zahnrad 60 angetrieben wird, in Drehung versetet. Das Zahnrad 60

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ist auf eine drehbare Antriebswelle 62 aufgekeilt, wie in Fig. 14 zu erkennen ist. Wenn sich der Kopf block infolge der Funktion der vorher beschriebenen Führungsschraube 46 horizontal auf den Führungen 30 verschiebt, paßt sich eine Buchse 64 gleitend an einen Rand der Antriebswelle 62 an. Der gegenüberliegende Rand der Antriebswelle 62 ist mit einem Antriebsmechanismus gekoppelt, der im folgenden beschrieben wird.

Wendet man sich nun dem Endblock 28 zu, so erkennt man, daß dieser eine Gehäusestruktur 66 einschließt, von der ein Abschnitt eine hohle Spindel 68 trägt, die drehbar um eine zweite feste Achse Y angeordnet ist. Die gegenüberliegenden Enden der hohlen Spindel 68 werden von Kugellagern 70 und 72 getragen. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, trägt der rechte Rand der hohlen Spindel 68 ein Zahnrad 74, das durch ein kleineres Zahnrad 76, welches auf einer Welle 78 montiert ist, in der angezeigten Richtung in Drehung versetzt wird. Die Welle 78 trägt eine Riemenscheibe 80, die durch einen Riemen oder eine Kette 82, die an ihrem unteren Ende mit einer durch einen Elektromotor 86 angetriebenen Riemenscheibe 84 verbunden ist, in Drehung versetzt wird. Aus dem vorangegangenen wird offensichtlich, daß die hohle Spindel 68 durch den Motor 86 und den erwähnten flexiblen Antrieb oder Riemen 82, die Riemenscheibe 80, das Zahnrad 76 und das Zahnrad 74 angetrieben wird.

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Von dem die Spindel antreibenden Zahnrad 74 wird ein Zwischenrad 88 angetrieben, welches sich mit einem Zahnrad 90 im Eingriff befindet, das auf das rechte Ende der Antriebswelle 62 aufgekeilt ist, wie man in Fig. 5 erkennen kann. Wie vorher beschrieben, versetzt die Welle 62 das Zahnrad 60 in Drehung, das sich mit dem Zahnrad 58, welches auf der Welle 53 im Kopfblock 26 montiert ist, im Eingriff befindet und dieses in Drehung versetzt.

Besondere Aufmerksamkeit wird nunmehr dem Vorhandensein einer Werkzeugspindel oder Bohrstange 92 gewidmet, die innerhalb der hohlen Spindel 68 angeordnet ist, aber nicht duch diese angetrieben wird, wie in Fig. 16 zu erkennen ist. Wie aus den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, trägt das freie oder linke Ende der Werkzeugspindel 92 eine werkzeugakkomodierende Befestigung oder einen Kopf 94, an den sich ein Werkzeugelement oder eine Bohrschneide 96 aufsetzbar anpaßt. Das äußere Ende oder der Schneidrand des Werkzeugelementes 96 ist auf der Achse B der Werkzeugspindel 92 einordnet und kann in eine Oberfläche 98 eingreifen, die den Zylinderblockhohlraum 56 begrenzt. Wie später erklärt wird, hat das Werkzeugelement 96 die Funktion, mit einem hohen Grad an Genauigkeit eine epitrochoidenförmige Oberfläche innerhalb des Zylinderblocks 54 zu formen.

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Es ist zu bemerken, daß die Werkzeugspindel oder Bohrstange 92 an einem Ende von einem Kugellager 100 und an dem gegenüberliegenden Ende von einem Rollenlager 102 getragen wird, wie in den Fig. 8 und 16 zu erkennen ist. Besonderes Augenmerk wird nunmehr auf das vom Anmelder entwickelte neuartige Werkzeugorientierungsmittel gerichtet, das mit 104 bezeichnet ist. Dieses Werkzeugorientierungsmittel dient dazu, die Stellung des Schneidrandes des Werkzeuges 96 zu regulieren, wenn die Werkzeugspindel 92
durch die Spindel 68 in einer kreisförmigen Umlaufbahn bewegt wird. Das Werkzeugorientierungsmittel 104 schließt eine Führungsstange 106 ein, welche einstückig mit der Werkzeugspbidel 92 ausgebildet oder an deren Ende befestigt ist und sich quer dazu erstreckt, wie in der perspektivischen Ansicht in Fig. 6 zu erkennen ist. Mit der Führungsstange 106 zusammenwirkend ist eine hin- und hergehende Platte 108 angeordnet, welche ein Paar obere Rollen 110 und ein Paar untere Rollen 112 trägt. Die Führungsstange ist eng anliegend zwischen den oberen und unteren Rollenpaaren 110 und 112 angeordnet und wird von diesen geführt. Die Platte 108 ist am Ende einer Welle 114 befestigt, die innerhalb einer Buchse 116 (siehe Fig. 7) montiert ist, so daß eine begrenzte Schwingung derselben um eine dritte feste Achse Z erlaubt wird. An diesem Punkt sollte man bemerken, daß die Werkzeugspindel exzentrisch in bezug auf die zweite feste Rotationsachse Y der hohlen Spindel 68 angeordnet ist. Wenn daher die hohle Buchse

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oder Spindel 68 um ihre feste Achse Y rotiert, bewegt sich die Werkzeugspindel 92 in einer kreisförmigen Umlaufbahn um diese Achse. Die Entfernung zwischen der Achse Y und der Achse der Werkzeugspindel 92, welche mit dem Buchstaben B bezeichnet ist, d. h. der Radius der erwähnten kreisförmigen Umlaufbahn (siehe Fig. 7, 16 und 17) ist mit dem Buchstaben D angegeben. Die Achse der Welle 114 ist mit Z bezeichnet und wird hiernach als dritte feste Achse angegeben. Aus den Fig. 18 und 19 kann man entnehmen, daß die erste feste Achse X, die zweite feste Achse Y und die dritte feste Achse Z parallel zueinander verlaufen und sich in Koinzidenz mit einer Horizontalebene befinden, welche normal zur Oberfläche der Front des drehbaren Baiselementes 52 angeordnet ist, auf dem der Zylinderkopf 54 montiert ist.

Wie oben beschrieben, kann die Haschine 22 das Schneidwerkzeug 96 in einer vorbestimmten Umlaufbahn so bewegen, daß eine epitrochoidenförmige Oberfläche 98 geformt wird, welche einen zweibogigen Hohlraum 56 begrenzt. Damit das SchneidwerkEBUg 96 die epitrochoidenförraige Oberfläche 98 formen kann, muß das Zahnrad 74, das die hohle Spindel 68 antreibt, um die zweite fest Achse Y mit einer doppelt so hohen Rötationsgeschwindigkeit wie das Zahnrad 58 um die erste feste Achse X rotiaen. In Fig. 18 ist die Entfernung zwischen der ersten festen Achse X und der zweiten festen Achse Y mit dem Buchstaben A angegeben. Die Ent-

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fernung zwischen der zweiten festen Achse X und der dritten festen Achse Z muß ein Drittel der Entfernung A betragen. Daher ist in Fig. 18 die Entfernung zwischen den Achsen Y und Z mit A/3 angegeben. Mit anderen Worten ist die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstückes halb so groß wie die Rofetionsgeschwindigkeit der hohlen Spindel 68, und die Entfernung zwischen den parallelen Achsen Y und Z beträgt ein Drittel der Entfernung zwischen den Achsen X und Y. Wenn die hohle Spindel 68 um den mit dem Buchstaben E in Fig. 18 bezeichneten Winkel rotiert, erfährt das Werkstück 54 gleichzeitig eine Verschiebung um den Winkel E/2. Die Entfernung D, d. h. der Radius der kreisförmigen Umlaufbahn, der die Bahn der Achse der Werkzeugspindel 92 um die zweite feste Achse Y kennzeichnet, stellt die maximale Orbitale Verschiebung des Schneidrandes des Werkzeugs 96 dar. Die Orbitalverschiebung oder Bewegung des Schneidrandes des Werkzeugs 96 ist schematisch in den Fig. 19 und 20 dargestellt. Fig. 19 zeigt die von dem Werkzeug 96 eingenommenen Positionen, wenn das Werkstück um 90° aus der am oberen Blattende gezeigten Position in die am unteren Ende gezeigte Stellung rotiert. Während dieser Drehung des Werkstückes um 90° dreht sich die hohle Spindel 68 gleichzeitig um 180°. Auf diese Weise verschiebt sich die Achse B der Werkzeugspindel 92 um 180° aus der am oberen Blattende gezeigten Stellung in die am unteren Blattende gezeigte Position. Diese Bewegung der Werkzeugspindel 92 ist unabhängig

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von der Drehbewegung der Betätigungsspindel 68. Während dieser Periode dient die Bahnkontrollvorrichtung, die die Querstange 106 und die Rollen tragende Platte 108 einschließt, dazu, eine Variation in der Kreisbewegung der Werkzeugspindel und folglich eine entsprechende Variation in der Bahnbewegung des Werkzeugs 96 zu überlagern, so daß das Werkzeug in einer senkrechten Stellung zu der epitrochoidenförmigen Oberfläche 98 gehalten wird. Dadurch wird ein konstanter Anstellwinkel des Werkzeugs relativ zur Oberfläche während des gesamten Schneidvorganges gesichert. Die Rollen tragende Platte 108 erfährt eine begrenzte Schwingung um die dritte feste Achse Z, wodurch die genaue begrenzte Bewegung des Werkzeugrandes entlang einer Bahn, die eine epitrochoidenförmige Kurve bildet, gesichert wird. Der durch die epitrochoidenförmige Oberfläche 98 begrenzte Hohlraum 56 wird durch gegenüberliegend angeordnete Bögen gekennzeichnet, die im Aggregat durch vfer identisch gekrümmte Oberflächen gebildet werden, von denen Jede durch die Schneidarbeit des Werkzeugs 96 geformt wird, wenn die Betätigungsspindel 68 sich um 180° dreht. Wenn daher die Spindel 68 zwei Umdrehungen ausführt, dreht sich die epitrochoidenförmige Oberfläche 98, die den Hohlraum 56 begrenzt, um 36O⁰.

Wie bereits vorher erwähnt, wird der Kopfblock 26 und das von diesem getragene rotierende Werkstück 54 horizontal bewegt,

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bis die gesamte, den Hohlraum 56 begrenzende Oberfläche 98 durchfahren ist. Das Werkstück rotiert mit einer relativ hohen Geschwindigkeit in einer Richtung, und die hohle Spindel 68 rotiert mit einer höheren Geschwindigkeit in der entgegengesetzten Richtung. Diese rotierenden Elemente der Maschine können in perfekter WeJse ausbalanciert werden, um die Neigung zur Vibrationsentwicklung zu eliminieren. Dieses äbellt einen wichtigen Faktor im Zusammenhang mit der Sichemg der Bildung von epitrochoidenförmigen Oberflächen mit dem höchsten Grad an Genauigkeit oder Präzision dar.

Um eine Schnellumsteuerung des Kopfblocks 26 zu erhalten, wird der baeits vorher erwähnte Mechanismus 50 verwendet. Dieser Mechanismus schließt ein ^wSpiroid"-Getriebe ein, mit 118 bezeichnet, das durch einen Elektromotor 120 angetrieben wird. Das Getriebe 118 umfaßt ein kegelförmiges ⁿSpiroid^M-Schneckenrad 122 und ein Kegelrad 124, das auf die Führungsschraube aufgekeilt ü. Die Drehung der Führungsschraube innerhalb der Mutter 40 verursacht den Eilrücklauf des Kopfblocks 26.

Es ist von äußerster Wichtigkeit, da3 Spiel im Getriebe, das gleichzeitig die hohle Werkzeugbetätigungsspindel 68 und das Werkzeug tragende Basiselement 52 in Drehung versetzt, vermieden wird. Das wird dadurch erreicht, daß der Mechanismus durch das Einführen von Antriebskraft mit dem Spindelantriebsrad

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angetrieben wird. Diese Antriebskraft kann durch den Elektromotor 86 erzeugt werden. Mit anderen Worten verläuft der Antriebsdruck durch das Getriebe in konstanter Weise in einer Richtmg und besitzt daher nicht die Neigung, ein Getriebespiel zu verursachen. Darüberhinaus ist das Zahnrad 58 auch relativ groß, so daß ein außerordentlich starrer Antrieb gewährleistet wird. Es ist wichtig zu bemerken, daß der von dem Werkzeug 96 gegen das Werkstück 54 ausgeübte Schneiddruck in entgegengesetzter Richtung wirkt und daher einen Widerstand auf die Kräfte ausübt, welche die Rotation des Werkstückes verursachen, und daß das auf diese Weise durch diese Schneidkraft erzeugte Drehmoment einseitig gerichtet ist.

Es ist offensichtlich, daß das auf die Spindel 68 ausgeübte Drehmoment in zyklischer Weise seine Richtung ändert gemäß der Tatsache, daß die Schneidkraft alternierend auf einer Seite und dann auf der anderen Seite der Spindelachse wirkt, weil der Werkzeugpunkt oder Schneidrand um diese Achse in einem Kreis mit dem Radius D umläuft. Wenn daher in die Maschine Antriebskraft durch irgendein anderes Element des Bad.sgetriebes eingeführt würde, " würde die Bewegung des Schneidwerkzeugs in periodischer Weis infolge Getriebespiels Sprünge aufweisen, wodurch Fehler in der zu bohrenden Kontur vaorsacht wurden. Allein durch das Einführen von Antriebskraft durch das Spindelantriebsrad 74 bleiben alle

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Zahnkräfte im Getriebe einseitig gerichtet.

Die oben beschriebene Maschine ist mit einem Getriebe ausgerüstet, in dem die Rotationsgeschwindigkeit des Spindelantriebsrades doppelt so hoch ist wie die Rotationsgeschwindigkeit des Hochleistungsantriebsrades 58. Mit dieser Anordnung wird ein zweibogiger Hohlraum 56, der durch die epitrochoidenförmige Oberfläche 98 begrenzt wird, geformt,um einen Rotor 126 (Fig. 10) aufzunehmen, der drei Spitzenwinkel aufweist. Wie in der Fig. 10 zu erkennen ist, wird der Rotor 126 in seinen vier Positionen Einlaß, Verdichten, Zünden und Ausstoßen gezeigt. Um die oben beschriebene Maschine zur Herstellung oder zum Formen von epitrochoidenförmigen Oberflächen zur Aufnahme von Rotoren mit einer größeren Anzahl von Spitzenwinkeln anzupassen, ist es notwendig, daß Getriebe zu ändern, um auf diese Weise die Beziehung zwischen der Rotationsgeschwindigkeit des Spindelantriebsrades 68 und des Hochleistungsantriebsrades 58 zu variieren. Die oben teschriebene Maschine verkörpert eine Zwei-zu-Eins-Geschwindigkeiterelation zwischen den besagten Rädern. Um diesen Geschwindigkeitsunterschied zu variieren, ist es daher lediglich notwendig, die Zwischenräder 88 und 90 zu ersetzen. Ss ist zu erkennen, daß diese Räder auf einem einstellbaren Plattenelement 128 montiert sind. Die Platte 128 ist einstellbar auf den Maschinenrahmen mittels geeigneter Bolzen 130 montiert, die sich durch bogenförmige Schlitze 132 erstrecken, wie in den Fig. 3 und

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18 zu erkennen ist. Wenn z. B. die Maschine betrieben werden soll, um eine dreibogige epitrochoidenförmige Oberfläche zu formen oder herauszuschneiden, welche sich an einen Rotor mit vier Spitzenwinkeln anpaßt, werden die Zahnräder 89 und 90 durch Zahnräder ersetzt, die das Hochleistungsantriebsrad 58 mit einem Drittel der Rotationsgeschwindigkeit des Spindelantriebsrades rotieren lassen. In gleicher Weise soll die Entfernung zwischen der zweiten festen Achse Y und der dritten festen Achse Z ein Viertel der Entfernung zwischen der zweiten festen Achse Y und der ersten festen Achse X (siehe Fig. 18) oder mit anderen Worten A/4 betragen. Die Länge von A hängt vom Durchmesser des verwendeten Rotors ab.

Aus dem vorangegangenen wird offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung vorschlägt, mit der epitrochoidenförmige Oberflächen mit einem hohen Grad an Genauigkeit in einem mit einer Aussparung versehenen Werkstück sehr viel schneller geformt oder herausgeschnitten werden können als das mit den bisher erhältlichen Maschinen möglich war. Bislang nahm das Formen von solchen Oberflächen viel Zeit in Anspruch und war dementsprechend kostspielig. Indem ein einziges, in dieser Anmeldung beschriebens Bohrwerkzeug verwendet wird, können durch eine genau regulierte Bahnbewegung desselben epitrochoidenförmige Oberflächen auf wirksame Weise geformt oder herausgeschnitten waden. Durch den starren Aufbau der Maschine wird es möglich,

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relativ schwere Zylinderblöcke mit hohen Geschwindigkeiten, beispielsweise 1000 Umdrehungen pro Minute, rotieren zu lassen, ohne daß Unbalancen oder Vibrationen erzeugt werden. Offensichtlich werden dadurch Betriebsungenauigkeiten eleminiert und eine wirksame Funktion der einzelnen Bestandteile gesichert, Die neuartige Vorrichtung zum Regulieren oder Überlagern der Bahnbewegung des Schneidrandes des Werkzeuges und die Leichtigkeit, mit der das Getriebe ausgewechselt werden kann, um epitrochoidenförmige Hohlräume von verschiedenen Grafen und Formen herzustellen, trägt wesentlich zu der befriedigenden Funktionsweise und der praktischen Eignung der Maschine bei. Wie beschriäoen, wird durch das Ausschließen eines möglichen Getriebespiels die gleichmäßige Schneidarbeit des Werkzeugs gesichert. Zylinderblöcke von Rotattmsverbrennungsmotoren werden gewähnlich aus Metall gegossen. Auf diese Weise wird anfangs, bevor das Schneidwerkzeug angesetzt wird, der vorgeformte Hohlraum des Zylinders von einer Oberfläche begrenzt, die näherungsweise eine epitrochoidenförmige Gestalt aufweist. Auf diese Weise wird die Werkstoffmenge reduziert, die das Schneidwerkzeug entfernen muß.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück, beispielsweise im Hohlraum eines Zylinderblocks eines Rotationsverbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein drehbares Basiselement mit einer ersten festen Rotationsachse, das eine Oberfläche aufweist, die normal zu dieser Achse angeordnet ist, um ein Werkstück mit einem vorgeformten Hohlraum zu tragen, so daß sich das Zentrum des Hohlraumes in Koinzidenz mit der Rotationsachse der Basisobaflache befinfet,· einschließt, Werkzeugbetätigungsmittel, welche drehbar um eine zweite feste Achse angeordnet sind, die eine vorbestimmte Entfernung seitlich von der ersten festen Achse versetzt ist und pralel dazu ver&ift, Werkzeugmittel, welche einen begrenzten Material entfernenden Bereich zum Eingreifen in die Oberfläche, welche den Hohlraum

eines getragenen Werkstückes begrenzt, aufweisen, Werkzeug trader

gende und umlaufende Mittel, die infolge / Rotation der Betätigungsmittel betriebsbereit sind, um die Werkzeugmittel einer zusätzlichen Bahnbewegung zu unterwerfen, Kontrollmittel, welche um eine dritte feste Achse verschiebbar sind, wobei die erste, die zweite und dritte feste Achse parallel zueinander verlaufen und in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind und die Entfernung zwischen der zweiten festen Achse und der dritten

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festen Achse einen vorbestimmten Bruchteil der Entfernung zwischen der ersten und der zweiten festen Achse beträgt und die Kontrollmittel, Werkzeugmittel und Werkzeug haltende Mittel so zusammenwirkend angeordnet sind, daß die dritte feste Achse und die variierenden Kontaktpunkte der in das Werkstück eingreifenden Werkzeugmxttel mit der epitrochoidenförmigen Oberfläche eines getragenen Werkstückes in konstanter Weise in einer gemeinsamen Ebene gehalten werden, die normal zu einer Tangentenlinie an die epitrochoidenförmige Oberfläche an jedem Werkzeugkontaktpunkt verläuft, Mittel, um das Basiselement in einer gegebenen Richtung mit einer gegebenen Geschwindigkeit in Drehung zu versetzen und Mittel, um gleichzeitig damit die werkzeugbäätigenden Mittel in entgegengesetzte Richtung mit einer vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit, die größer ist als die Rotationsgeschwindigkeit des Basiselementes, in Drehung zu versetzen.

2. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsgeschwindigkeit der Werkzeugbetätigungsmittel mindestens zweimal so hoch ist wie die Rotationsgeschwindigkeit des Werkzeug haltenden Basiselementes.

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3. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite
und dritte parallele Achse horizontal angeordnet ist.

4. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollmittel zum Aussetzen der Werkzeugmittel einer zusätzlichen Bahnbewegung für einen begrenzten Schwingungsgrad um die dritte feste Achse
angepaßt sind.

5. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollmittel hin- und
hergehende, relativ verschiebbare Führungs- und Gleitmittel
einschließen.

6. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitmittel direkt mit den Werkzeug tragenden ^tteln verbunden sind.

7. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche

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in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollmittel eine Platte einschließen sowie von dieser getragene Rollen und Gleitmit-

tel, welche zwischen den Rollen angeordnet sind.

8. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Mittel aufweist, um den Werkstück tragenden Mitteln und den Werkzeugmitteln in einer Richtung parallel zur Achse der drehbaren Werkstück tragenden Mittel eine relative Vorschubbewegung zu verleihen.

9. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel aufweist, um den Werkstück tragenden Mitteln und den Werkzeugmitteln eine relative Eilrücklaufbewegung zu verleihen.

10. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeug tragenden Mittel exzentrisch zu der zweiten festen Achse angeordnet sind und daß die Werkzeug tragenden Mittel infolge der Rotation der Werkzeugbetätigenden Mittel in eine kreisförmige Umlaufbahn

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gezwungen werden können, deren Radius mit der maximalen seitlichen Verschiebung der getragenen Werkzeugmittel übereinstimmt, während sie der Bahnbewegung ausgesetzt sind.

11. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollmittel zusammenwirkend angeordnet sind, um den getragenen Werkzeugmitteln eine Bahnbewegung zu verleihen, die von der erwähnten kreisförmigen Umlaufbahn abweicht, wodurch die richtige vorbestimmte Stellung der Werkzeugmit'tel zum Herstellen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem getragenen Werkstück gesichert wird.

12. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück, wie beispielsweise in dem Hohlraum eines Zylinderblocks eines Rotationsverbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein drehbares Basiselement mit einer ersten festen Rotationsachse und mit einer normal zu dieser Achse angeordneten Oberfläche zum Tragen eines Werkstückes, das einen vorgeformten Hohlraum aufweist, wobei das Zentrum des Hohlraumes sich in Koinzidenz mit der ersten Rotationsachse des Basiselementes befindet, einschließt, Werkzeugbetätigungsmittel, die drehbar um eine zweite feste Achse angeordnet sind, welche eine

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vorbestimmte Entfernung von der ersten festen Achse seitlich versetzt ist und parallel dazu verläuft, Werkzeugmittel, die einen begrenzten Material entfernenden Bereich zum Eingriff mit der Oberfläche, die den Hohlraum des getragenen Werkstückes begrenzt, aufweisen, wobei die Werkzeugmittel nach Art einer gewöhnlich radial vorstehenden Bohrschneide ausgebildet sind, Werkzeug tragende Mittel, die mit den Betätigungsmitteln verbunden sind, um einem getragenen Werkzeug eine vorbestimmte Bahnbewegung zu verleihen, so daß die Werkzeugkontaktpunkte mit der Oberfläche, die den Werkstückhohlraum begrenzt, in konstanter Weise auf einer Bahn gehalten werden, die präzise mit einer Epitrochoide übereinstimmt, und Mittel, um dB Werkstück tragende Basiselement in einer Richtung und die drehbaren Werkzeugbetätigungsmittel in der entgegengesetzten Richtung in Drehung zu versetzen.

13. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeug tragenden Mittel längliche Mittel einschließen, die exzentrisch innerhalb und paisLlel zur Achse der drehbaren Werkzeugbetätigungsmittel angeordnet sind.

14. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück nach Anspruch

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12, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Werkeeugbetätigungsmiiteln verbundenen Kontrollmittel zum Verleihen einer Bahnbewegung auf ein getragenes Werkzeug eine Vorrichtung einschließen, die um eine feste Achse schwingen kann, die parallel und im seitlichen Abstand zur Rotationsachse des drehbaren Basiselementes und zur Achse der drehbaren Werkzeugbetätigungsmittel verläuft.

15. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das längliche Werkzeug tragende Mittel nach Art einer Bohrstangenspindel ausgebildet ist, die innerhalb und exzentrisch zur Achse der drehbaren Werkzeugbetätigungsmittel angeordnet ist.

16. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Basiselement und die drehbaren Werkzeugbetätigungsmittel von einer gemeinsamen Energiequelle durch Getriebemittel in einer Richtung angetrieben werden, um das Auftreten von Getriebespiel während des Schneidzyklus des Werkzeuges auszuschließen.

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17. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Energiequelle aufweist, um die Werkzeugbetätigungsmittel in Drehung zu versetzen, sowie Mittel, um Antriebskraft von den Werkzeugbetätigungsmitteln zu dem drehbaren Werkzeug haltenden Basiselement in einer Weise zu leiten, daß eine einseitig gerichtete Schneidkraft von einem getragenen Werkzeug gegen das von einem getragenen Werkstück entwickelte entgegengesetzt gerichtete Drehmoment gehalten werden kann.

18. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel aufweist, um dem Werkstück tragenden Basiselement und dem Werkzeug in einer Richtung parallel zur Achse des Werkstück tragenden Basiselementes eine relative Vorschubbewegung zu verleihen.

19. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Betätigungsmittel eine Energiequelle in die Vorrichtung eingeführt wird und Getriebemittel zwischen den Betäti-

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gungsmitteln und dem Wakstück tragenden Basiselement angeordnet sind, wodurch eine einseitig gerichtete Antriebskraft auf die Getriebemittel gesichert und die Entwicklung von Getriebespiel ausgeschlossen wird.

20. Vorrichtung zum Formen einer epitrochoidenförmigen Oberfläche in einem eine Aussparung aufweisenden Werkstück, wie beispielsweise im Hohlraum eines Zylinderblocks eines Rotationsverbrennungsmotors, einem Maschinenrahmen, einem verschiebbaren Kopfblock, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein drehbares Basiselement einschließt, das in dem Kopfblock montiert ist, das eine erste feste Rotationsachse und eine normal zu dieser Achse angeordnete Oberfläche zum Tragen eines Werkstückes, das einen vorgeformten Hohlraum besitzt, aufweist, wobei das Zentrum des Hohlraumes in Koinzidenz mit der Rotationsachse der Oberfläche des Basiselementes befindet, einen festen Endblock auf dem Maschinenrahmen, Werkzeugbetätigungsmittel, die in dem Endblock drehbar um eine zweite feste Achse montiert sind, welche sich eine vorbestimmte Entfernung seitlich von der ersten festen Achse versetzt befindet und parallel zu dieser verläuft, Werkzeugmittel, die einen begrenzten Material entfernenden Bereich zum Eingriff mit der Oberfläche, die den Hohlraum eines getragenen Werkstückes begrenzt, aufweisen, Werkzeug

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tilgende und in eine Umlaufbahn versetzende Mittel, die infolge der Rotation der Betätigungsmittel betriebsbereit sind, um die Werkzeugmittel einer zusätzlichen Bahnbewegung auszusetzen, Kontrollmittel, welche um eine dritte feste Achse verschiebbar sind, wobei die erste, zweite und dritte feste Achse parallel zueinander verlaufen und in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind und die Entfernung zwischen der zweiten festen Achse und der dritten festen Achse einen vorbestimmten Bmchteil der Entfernung zwischen der ersten und der zweiten festen Achse beträgt und die Kontrollmittel, Werkzeugmittel und Werkzeug tragende Mittel in einer Weise zusammenwirkend angeordnet sind, daß die dritte feste Achse und die variierenden Kontaktpunkie der mit dem Werkstück in Eingriff stehenden Werkzeugmittel mit der epitrochoidenförmigen Oberfläche eines getragenen Werkstückes in konsbanter Weise in einer gemeinsamen Ebene gehalten werden, die normal zu einer Tangentenlinie an die epitrochoidenfö rmige Oberfläche an Jedem Werkzeugkontaktpunkt verläuft, Mittel, um das Basiselement in einer gegebenen Richtung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in Drehung zu versetzen, und Mittel, um gleichzeitig damit die Werkzeugbetätigungsmittel in einer entgegengesetzten Richtung mit einer Rotationsgeschwindigkeit, die mindestens doppelt so hoch ist wie die Rotationsgeshwindigkeit des Basiselementes, in Drehung zu versetzen, sowie Mittel zum Antreiben des Kopfblockes, um ein rotierendes getragenes Werkstück in Eingriff mit den getragenen Werkzeugmitteln zu bringen.

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