DE2528231A1

DE2528231A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines zahnrades fuer eine rotierende verdraengungsmaschine

Info

Publication number: DE2528231A1
Application number: DE19752528231
Authority: DE
Inventors: Jan Tommis Keijer
Original assignee: Grassos Koniklijke Machinefabrieken NV
Current assignee: Grassos Koniklijke Machinefabrieken NV
Priority date: 1974-07-02
Filing date: 1975-06-25
Publication date: 1976-01-29
Also published as: US4034645A; GB1497887A; IN144437B; NL7408947A; FR2276894A1; FR2276894B1; IT1036413B; JPS5127191A; SE7507528L

Description

Dipl.-lng. W. DaMUe 24. Juni 1975

DipUng. H.-]. Lippert ^L· /^kr

Patentanwälte

506 Refrath bei Köln
Frankanforstdf Straße 137

GRASSO'S KONINKLIJKE MAGHINEPABRIEKEN N.V. ¹s-Hertogenbosch / Niederlande

"Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Zahnrades für eine rotierende Verdrängungsmaschine"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung und/oder zum spangebenden Bearbeiten eines Zahnrads, das zum dichtenden Zusammenwirken mit einer Globoidschnecke in einer rotierenden Verdrängungsmaschine bestimmt ist, beispielsweise in einem Kompressor zum Verdichten eines gasförmigen Mediums.

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Solche Maschinen sind in der Literatur "bekannt und können als ein Kompressor, eine Pumpe oder ein Motor arbeiten. Als ein Beispiel kann die US-Patentschrift 3 133 695 genannt werden, in der ein Kompressor beschrieben ist. In einem solchen Kompressor ist es erforderlich, für die bestmögliche Abdichtung im Zusammenwirken zwischen dem Zahnrad und der angetriebenen Globoidschnecke zu sorgen. Pur diese Abdichtung wird ein Schmiermittel verwendet. Je besser die Abdichtung zwischen dem Zahnrad und der Schnecke ist, desto höher ist der Wirkungsgrad des Kompressors.

Ss ist klar, daß die Zähne des Zahnrades eine relativ komplizierte form haben und folglich die Herstellung des Zahnrades bisher einige Schwierigkeiten mit sich gebracht hat. Bisher wird das Zahnrad in die Endform gegossen und danach geschliffen; das erfordert jedoch eine sehr komplizierte und damit teuere Gießform und eine teuere spangebende Bearbeitung, um die gewünschte Genauigkeit zu erreichen.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung sind nun erfindungsgemäß vorgesehen, bei denen das Zahnrad dadurch hergestellt werden kann, daß ein Herausschneiden aus einer massiven Scheibe oder einer grob vorgeformten Scheibe erfolgt. Das Letztere ist vorzuziehen. Ein Vorformen des Zahnrades kann durch (ließen oder Fräsen erfolgen.

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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein massives oder vorgeformtes, zahnradförmiges, scheibenartiges Werkstück um eine Welle in Drehung versetzt wird, dafi mindestens ein Schneidmesser um eine Mittellinie drehbar ist, die die Mittellinie des Werkstücks schneidet, daß die Antriebsdrehzahlen das gleiche Verhältnis wie die Übertragung zwischen dem Zahnrad und der Globoid-Schnecke in der Verdrängungsmaschine haben und daß während der Herstellung und/oder der spangebenden Bearbeitung die Mittellinien schrittweise und kontinuierlich in Richtung aufeinander zu bewegt werden.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine rotierende Welle zur Aufnahme des scheibenartigen Werkstücks, einen rotierenden Stab und mindestens ein sich im wesentlichen radial erstreckendes Schneidmesser, das darauf gelagert ist und das eine Schneidkante und eine Schneidspitze hat, wobei die Mittellinien der Welle und des Stabs sich im wesentlichen in einem Winkel von 90° kreuzen, Antriebsmittel zum Treiben sowohl der Welle als auch des Stabs mit einem Übertragungsverhältnis, das gleich dem Übertragungsverhältnis zwischen dem Zahnrad und der Globoid-Schnecke in der Verdrängungsmaschine ist, und Mittel zur Bewegung der Welle und/ oder des Stabs kontinuierlich oder intermittierend in die Richtung des Stabs oder der Welle.

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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch das in Beziehung gesetzte rotierende Antreiben der Welle, auf der das Zahnrad sitzt, und des Stabs, der die Stelle der Globoid-Schnekke einnimmt, und die kontinuierliche oder intermittierende Bewegung beider Mittellinien in Richtung aufeinander zu jede Zahnflanke schließlich vollständig spangebend verarbeitet wird.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einem darauf sitzenden, vorgeformten Zahnrad,

Pig. 2 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung nach Pig. 1,

Pig. 3 eine Vorderansicht der Zahnspitze eines spangebend bearbeiteten Zahnrades,

Pig. 4 ein Schnitt durch einen Zahn eines spangebend bearbeiteten Zahnrades an der Linie IV-IV in Pig. 1 und

Pig. 5 eine Darstellung im Schnitt, die das Zusammenwirken zwischen einem Zahn eines Zahnrades und

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den Zahnflanken einer Globoid-Schnecke in einer rotierenden Verdrängungsmaschine zeigt, "bei Blick auf einen bestimmten Radius.

In Fig. 1 weist das vorgeformte Zahnrad A elf Zähne auf, die mit 1 bis 11 numeriert sind. Diese Zahl ist willkürlich gewählt worden. Ferner wird angenommen, daß die Globoid-Schnecke (nicht dargestellt) der rotierenden Verdrängungsmaschine sechs Gänge hat, die ebenfalls willkürlich gewählt worden sind. Das Übertragung! verhältnis in der rotierenden Verdrängungsmaschine beträgt dann 11:6, und das bedeutet, daß die Schnecke elf Umdrehungen gegen sechs des Zahnrades ausführt. Wenn dieses Übersetzungsverhältnis gewählt wird, muß das gleiche Übersetzungsverhältnis für die Herstellung und/oder die spangebende Bearbeitung des Zahnrades angewendet werden.

Das Zahnrad A sitzt auf einer rotierenden Welle 12.

Die Mittellinie eines Stabs 13 kreuzt die Mittellinie der Welle 12 vorzugsweise unter einem Winkel von 90°.

Auf dem Stab 13 sitzt mindestens ein radiales Schneidmesser H. In Fig. 1 und 2 ist ein zweites Schneidmesser 15 gezeigt, und zwar in entgegengesetzter radialer Lage, das jedoch zum Schneidmesser 14 versetzt ist.

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Im folgenden Text wird nur das Schneidmesser 14 erörtert. Das Schneidmesser 15 ist im wesentlichen identisch, und auf den Unterschied wird nachstehend noch einzugehen sein.

Das Schneidmesser 14 erfordert im übrigen nur eine unendlich dünne Schneidkante, die mit 16 bezeichnet ist, wobei die Spitze der Schneidkante mit 17 bezeichnet ist. Es ist ersichtlich, daß aus praktischen Gründen das nicht möglich ist und folglich das Schneidmesser 14 eine bestimmte Dicke und Breite hat. Für die Erfindung sind Jedoch nur die Schneidkante 16 mit der Spitze von Bedeutung.

Die Welle 12 wird mit einem Mehrfachen von sechs Umdrehungen pro Minute angetrieben und der Stab 13 wird mit dem gleichen Mehrfachen von elf Umdrehungen pro Minute angetrieben.

Anfangs befinden sich die Mittellinien in einem solchen Abstand voneinander, daß die Spitze 17 des Schneidmessers 14 gerade die periphere Fläche des Zahnrades A nicht berührt.

Während der spangebenden Bearbeitung rotieren die Welle 12 und der Stab 13 in die dargestellte Richtung, und die Welle 12 bewegt sich mit dem Zahnrad A ferner Bnearin Richtung des Pfeils 18.

Es sei angenommen, daß die Spitze 17 des Schneidmessers 14 ge-

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rade ihre Schneidlage erreicht. Die Planke A eines Zahns 1 wird von der Spitze 17 entsprechend einem Winkel von 0-min geschnitten, siehe Fig. 3.

Aus dem Übersetzungsverhältnis ergibt sich, daß nach einer halben Umdrehung des Stabs 13 und nach 3/11 Umdrehungen der Welle

12 der Zahn 4 des Zahnrades A von dem Schneidmesser 14 an der Planke b geschnitten wird.

Wenn der Stab 13 eine vollständige Umdrehung ausgeführt hat und die Welle 12 6/11 Umdrehungen, wird der Zahn 7 an der Planke a geschnitten.

Wenn alle Zähne 1 bis 11 einmal auf Jeder Flanke geschnitten worden sind, haben der Stab 13 und die Welle 12 elf bzw. sechs Umdrehungen ausgeführt.

Die Welle 12 wird dann um eine kleine Strecke in die Richtung des Stabs 13 entsprechend dem Pfeil 18 bewegt.

Diese lineare Bewegung geht immer dann vonstatten, wenn der Stab

13 elf Umdrehungen ausgeführt hat.

Diese Bewegung setzt sich fort, bis der Abstand von Mitte zu Mitte zwischen dem Zahnrad und der Schnecke in der Maschine er-

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- 8 reicht ist, für die das Zahnrad bestimmt ist.

Die Spitze 17 des Schneidwerkzeugs 14 schneidet dann nach einem Winkel von "\ max, siehe Pig. 4.

Dieser Winkel ^hat sich damit in seinem Wert geändert. Der Grund dafür besteht darin, daß die Wurzel des Zahns (Fig. 4) viel näher an der Mittellinie der Wglle 12 als die Spitze des Zahns liegt (Fig. 3). Das bedeutet, daß die Spitze des Zahns eine größere Geschwindigkeit in einer Ebene des Zahnrades als die Wurzel des Zahns hat.

Der Winkel, nach dem die Spitze 17 die Zahnflanke schneidet, ändert sich deshalb kontinuierlich zwischen O' min und O-' max.

Natürlich schneidet nicht nur die Spitze 17 die Zahnflanke, sondern das tut auch die gesamte Schneidkante 16. Wenn die Spitze 17 die Zahnwurzel erreicht hat, siehe Fig. 4, wird die Zahnspitze vom Punkt 19 der Schneidkante 16 geschnitten.

In diesem Punkt 19 ist die Geschwindigkeit, mit der sich das Schneidmesser 14 dreht, wesentlich niedriger als die Geschwindigkeit der Spitze 17 des Schneidmessers 14» so daß die Zahnspitze nach einem kleineren Winkel γ/ min geschnitten wird.

Mit dem Annähern der Welle 12 an den Stab 15 tritt ein größer werdender Teil der Schneidkante in Funktion und führt einen

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Schnitt durch, der sich von ^Umin zu Ψ max ändert (=

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, befindet sich die Mitte des Stabs 13 in einer Entfernung "z" von der Oberfläche des Zahnrades A. Diese Strecke macht ein paar Millimeter aus. Diese Strecke ist auch in Fig. 3, 4 und 5 gezeigt.

In Fig. 5 ist im etwas größeren Maßstab als in Fig. 3 und 4 ein Schnitt durch den Zahn 1 längs eines bestimmten Radius gezeigt. Die Zahnflanken der Schnecke sind mit 20 und 21 bezeichnet. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, bildet das Vorhandensein der Strecke ^Mz" ölkeile 22 und 23, so daß eine sehr gute Schmierung und ferner eine sehr gute Abdichtung zwischen den Flanken der Zähne des Zahnrades und den Flanken der Gänge der Globoid-Schnecke erreicht werden, ohne daß ein Kontakt von Metall zu Metall auftritt.

Um ein bestimmtes Maß an Laufspiel zu erhalten, wird bevorzugt, daß der Abstand zwischen den Punkten der Schneidmesser 14 und 15 etwas größer als der Schneckendurchmesser ist, wobei der endgültige Mittelabstand zwischen der Welle 12 und dem Stab 13 etwas reduziert wird. Auf diese Weise werden die Winkel "\ etwas vergrößert, und der Winkel Vkwird etwas verkleinert.

Das Schneidmesser 15 ist identisch mit dem Schneidmesser 14 bezüglich der Spitze 17 und der Schneidkante 16. Die Dicke und die

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Breite sind jedoch etwas anders, weil jedes Messer zwischen die Zähne des Zahnrades A passen muß.

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Claims

- 11 Ansprüche

( 1.JVerfahren zur Herstellung und/oder zur spangebenden Bearbeitung eines Zahnrades, das zum dichtenden Zusammenwirken mit einer Globoid-Schnecke in einer rotierenden Verdrängungsmaschine bestimmt ist, beispielsweise in einem Kompressor zur Verdichtung eines gasförmigen Mediums, dadurch gekennz eichnet , daß ein massives oder vorgeformtes zahnradförmiges, scheibenartiges Werkstück um eine Welle herum gedreht wird, daß mindestens ein Schneidmesser um eine Mittellinie herum gedreht wird, die die Mittellinie des Werkstücks kreuzt, daß die Antriebsdrehzahlen das gleiche Verhältnis wie die Übersetzung zwischen dem Zahnrad und der Globoid-Schnecke in der Verdrängungsmaschine haben und daß während der Herstellung und/oder der spangebenden Bearbeitung die Mittellinien schrittweise oder kontinuierlich in Richtung aufeinander zu bewegt werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine rotierende Welle zur Aufnahme des scheibenartigen Werkstücks, einen rotierenden Stab, auf dem mindestens ein sich im wesentlichen radial erstreckendes Schneidmesser mit einer Schneidkante und einer Schneidspitze sitzt, wobei die Mittellinien der Welle und des Stabs sich im wesentlichen unter einem Winkel von 90° kreuzen, Antriebsmittel zum Treiben sowohl der WeI-

- 12 509885/0343

le als auch des Stabs mit einem Übersetzungsverhältnis, das gleich dem Übersetzungsverhältnis zwischen dem Zahnrad und der Globoid-Schnecke in der Verdrängungsmaschine ist, und Mittel zur Bewegung der Welle und/oder des Stabs kontinuierlich oder intermittierend in die Richtung auf den Stab oder die Welle.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Stab ausschließlich drehbar gelagert ist und daß das rotierende Stützlager für die Welle in Richtung auf den Stab beweglich ist.
4. Vorrichtung na^h Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als ein Schneidmesser am Stab angebracht ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Schneidkante des oder jedes Schneidmessers zwischen der vorderen und der hinteren Seite des herzustellenden und/oder spangebend zu bearbeitenden Zahnrades liegt.

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