DE2702941A1

DE2702941A1 - Vorrichtung zur bearbeitung von endgehaeusen

Info

Publication number: DE2702941A1
Application number: DE19772702941
Authority: DE
Inventors: Hiram Allen Brubaker; Alexander Goloff
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1976-04-08
Filing date: 1977-01-25
Publication date: 1977-10-27
Also published as: US4033231A; GB1505047A; JPS52124292A

Description

CATERPILLARTRACTORCO., Peoria, 111. 61629, V.St.A.

Vorrichtung zur Bearbeitung von Endgehäusen

Die Erfindung bezieht sich auf Drehkolbenvorrichtungen mit Schrägachse, die als Motoren, Pumpen, Kompressoren, Expander oder dgl. verwendet werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Bearbeitung der Endwände, wie sie üblicherweise in solchen Vorrichtungen Verwendung finden.

Bei Drehkolbenvorrichtungen mit Schrägachse der Viertakt-Bauart sind die die radial innen und aussen gelegenen kugelförmigen Wände verbindenden Endwände äußerst schwierig aus verschiedenen Gründen herzustellen. Zum einen erscheinen diese Wände konisch ausgebildet und besitzen bei Betrachtung in Abwicklung auch sinusförmige Eigenschaften. Zum zweiten treten bei derartigen Konstruktionen Bearbeitungsmarkierungen derart auf, daß sich diese auf diesen Wänden im ganzen umfangsmäßig,das heißt parallel zur mittleren Richtung des Dichtungslaufs erstrecken. Infolgedessen wird die Aufrechterhaltung eines guten ölfilmes schwer gemacht, was einen schnellen Dichtungsabrieb zur Folge hat.

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Die vorliegende Erfindung hat sich in erster Linie zum Ziel gesetzt, eine Vorrichtung zur Bearbeitung der Endwände an Gehäuseelementen vorzusehen, welch letztere in Drehkolbenvorrichtungen mit Schrägachse Verwendung finden. Insbesondere bezweckt die Erfindung eine derartige Vorrichtung so auszubilden, daß komplizierte konische und sinusförmige Formen leicht hergestellt werden können, wobei sich die Bearbeitungsmarkierungen im ganzen radial erstrecken, so daß dann, wenn die Verwendung in Motoren oder anderen Vorrichtungen erfolgt, die Ölfilmaufrechterhaltung unterstützt wird, was eine Erhöhung der Dichtungslebensdauer zur Folge hat.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Vorrichtung erreicht, die eine Basis aufweist. Ein Träger ist auf der Basis schwenkbar für eine Drehung um eine erste Achse herum angeordnet, und eine Welle ist auf dem Träger drehbar gelagert, und zwar für eine Drehung um eine zweite Achse, die nicht parallel zur ersten Achse verläuft. Ein Werkstückhalter zur Aufnahme eines Gehäuseelements, auf welchem eine Endwand herausgearbeitet werden soll, wird von der Welle getragen und benachbart zum Werkstückhalter ist ein Werkzeug angeordnet, um an den Gehäuseelementen, die vom Werkstückhalter aufgenommen sind, die Bearbeitungsvorgänge durchzuführen. Die Erfindung sieht dabei ferner Mittel vor zur Verdrehung der Welle sowie Mittel, die auf die Drehung der Welle ansprechen, um den Träger um die erste Achse herum in eine Schwingbewegung zu versetzen, und zwar in zeitlicher Beziehung mit der Verdrehung der Welle. Die Verdrehung der Welle bewirkt die Bearbeitung der konischen Form der Endwände, während die Schwingung des Trägers die Bearbeitung der sinusförmigen Gestalt bewirkt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die Schwingungsmittel einen Nocken (Kurvenbahn), der in ansprechender Weise mit der Welle verdrehbar ist und von dem Träger getragen wird, sowie einen Nockenfolger, der auf der Basis drehbar gelagert ist und mit dem Nocken in Berührung steht.

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Gemäß einem außerordentlich bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Ausbildung einer Viertaktvorrichtung ist der Nocken ovalförmig und wird mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Welle verdreht. Vorzugsweise wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Nocken von der Welle getragen.

Zur Erzeugung von im ganzen sich radial erstreckenden Bearbeitungsmarkierungen auf den Endwänden sieht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung die hin- und hergehende Lagerung des Werkzeugs für eine Bewegung über den Werkzeughalter hinweg vor. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wird zur Erreichung des gleichen Ziels ein Werkzeug in der Form einer drehbaren Scheibe verwendet/ welche zur Drehung um eine Achse im wesentlichen parallel zu der Achse drehbar gelagert ist, um welche der Träger verdrehbar ist.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfaßt das Werkzeug ein flexibles Abrasions- oder Schleifband, angeordnet um den Umfang einer Drehscheibe herum. Die Enden des Bandes werden in einem nach innen gerichteten Schlitz der Scheibe aufgenommen und ein Verriegelungsstift ist innerhalb des Schlitzes radial nach innen gegenüber dem Scheibenumfang angeordnet und steht reibungsmässig mit den Bandenden in Eingriff, um diese an ihrem Platz zu halten.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Drehkolbenvorrichtung mit Schrägachse, deren Endwände durch die erfindungsgemäße Vorrichtung hergestellt werden;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 einen Teilschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2;

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Fig. 4 eine Teilansicht eines "Finish"-Werkzeugs, welches

in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbar ist;

Fig. 5 eine Teilansicht des Endbearbeitungswerkzeugs der Fig. 4,gesehen unter rechten Winkeln bezüglich der Ansicht der Fig. 4;

Fig. 6 eine alternative Ausbildungsform des erfindungsgemäß verwendbaren Werkzeugs;

Fig. 7 eine Ansicht des Werkzeugs der Fig. 6, gesehen unter annähernd rechten Winkeln gegenüber Fig. 6.

Eine typische Drehkolbenvorrichtung mit Schrägachse ist in Fig. 1 in der Form eines Viertaktmotors dargestellt und weist ein Gehäuse 10 auf, welches eine Arbeitskammer 12 bildet. Das Gehäuse 10 umfaßt Gehäuseelemente 14, die eine radial innere Kugelwand 16 und entgegengesetzt liegende Endwände 18 bilden. Ein Gehäuseelement 20 trägt eine radial äußere Kugelwand 22. Eine Welle 24 mit einem Exzenter 26 ist in geeigneter Weise drehbar in den Gehäuseelementen 14 gelagert und lagert seinerseits drehbar den üblichen Rotor 28 innerhalb der Arbeitskammer 12. Phasenzahnräder 30 werden vom Gehäuse und vom Rotor getragen und vervollständigen die Vorrichtung in ihrer grundsätzlichen Ausgestaltung.

Verschiedene (nicht gezeigte) Dichtungen werden vom Rotor getragen. Beispielsweise werden Umfangsdichtungen vom radial äusseren Teil des Rotors 28 getragen und stehen mit der radial äusseren sphärischen Oberfläche 22 in Dichtungsberührung. Nabendichtungen werden vom Rotor für die Dichtberührung mit der radial innen gelegenen sphärischen Oberfläche 16 getragen, und eine Vielzahl von Scheiteldichtungen auf jeder Seite des Rotorflansches steht mit den Endwänden 18 in Berührung.

Diese Scheiteldichtungen erstrecken sich im ganzen radial und es ist zur Aufrechterhaltung eines guten Ölfilms auf den Wänden 18 zweckmäßig, daß sich die Bearbeitungsmarkierungen 18 darauf ebenfalls im ganzen radial und nicht umfangsmäßig erstrecken.

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Zur Erreichung von Viertakteigenschaften ist es erforderlich, daß jede der Endwände 18 im ganzen konisch und sinusförmig ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erreichung der oben erwähnten Bearbeitung ist in Fig. 2 dargestellt und weist eine im ganzen mit 100 bezeichnete Basis auf. Ein aufrechter Ständer 102 erstreckt sich von der Basis aus nach oben und lagert ein mit Zähnen versehenes Schneidwerkzeug 104 drehbar, welch letzteres für eine Drehung um eine Achse einer Welle 106 herum angeordnet ist. Der Ständer 102 besitzt einen nach unten abgewinkelten Arm 108, der mittels eines Schwenkstiftes 110 einen Träger 112 oberhalb der Basis 100 schwenkbar lagert.

Der Träger 112 ist in der Form einer kuchenstückförmxgen Platte dargestellt und seine eine Seite ist mit Lagern 114 zur Lagerung einer Welle 116 versehen. Die Drehachse der Welle verläuft im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 quer zur Drehachse des Trägers 112 um den Schwenkstift 110 und erstreckt sich durch diese Schwenkachse. Jedoch ist eine derartige Beziehung nicht absolut notwendig, es ist lediglich erforderlich, daß die Drehachse der Welle 116 nicht parallel zur Drehachse des Trägers 112 verläuft.

Ein Motor 117 ist in irgendeiner geeigneten Weise am Träger 112 für eine Bewegung mit diesem befestigt und besitzt eine Schnecke 118 an seiner Abtriebswelle, und zwar im Eingriff mit einem von der Welle 116 getragenen Schneckenrad 120. Infolgedessen bewirkt die Einschaltung des Motors 117 eine Verdrehung der Welle 116.

Das obere Ende der Welle 116 trägt einen Werkstückhalter 122 zur Aufnahme eines Gehäuseelements 14, auf welchem eine Endwandoberfläche 18 herausgearbeitet werden soll. Zur Befestigung des Gehäuseelements 14 am Werkstückhalter 122 werden geeignete Mittel verwendet.

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Die Welle 116 trägt ebenfalls einen ovalen Nocken 130 (Fig. und 3),der mit einem drehbaren Nockenfolger 132 in Eingriff steht, welcher durch eine Welle 132 an einem auf der Basis 100 befindlichen Ständer 136 drehbar gelagert ist. Infolgedessen bewirkt das Einschalten des Motors 117 die Verdrehung des Werkstückhalters 122 und somit die Verdrehung des Gehäuseelements 14 um die Achse der Welle 116 herum, wodurch das Werkzeug 104 einen Teil der Oberfläche 18 bearbeitet. Infolge dieser Drehung bewirken Nocken 130 und Nockenfolger 132 die Vorwärts- und Rückwärts-Schwingung des Trägers 112 um die durch den Stift 110 vorgesehene Schwenkachse herum, und zwar in zeitlicher Beziehung zur Drehung der Welle 116. Infolgedessen wird durch die Form des Nockens 130, wie in Fig. 3 gezeigt, eine konische und sinusförmige Endwand 18 am Gehäuseelement 14 ausgebildet.

Das Werkzeug 104 verursacht, wie gezeigt, eine etwas konkave Endwandoberfläche. In vielen Vorrichtungen ist eine derartige Form erwünscht, und zwar deshalb, weil diese Form die Tendenz eines Gehäuseelements 14 von gegebener Festigkeit minimiert, sich unter Druckbeanspruchungen zu verformen. Wenn eine derartige Form nicht gewünscht ist, so könnte das Werkzeug 104 über den Werkzeughalter 122 hinweg hin- und herbewegt werden, d.h. zur Achse der Welle 116 hin und von dieser weg.

Alternativ könnte eine hin- und hergehende Sägevorrichtung oder Fräsvorrichtung 140, vgl. die Fig. 6 und 7, verwendet werden. Die Fräsvorrichtung ist mit schraubenförmigen Zähnen 142 ausgestattet, da derartige Zähne wirtschaftlicher herstellbar sind. Wo die Wirtschaftlichkeit nicht von primärer Bedeutung ist, könnten konzentrische Zähne verwendet werden. Vorzugsweise wird die Fräsvorrichtung 140 durch ein Stützelement 144 unterstützt, um eine übermäßige Durchbiegung während der Hin- und Herbewegung über den Werkstückhalter 122 hinweg zu verhindern. In den meisten Fällen kann ein Gummielement 146 zwischen der Fräsvorrichtung 140 und dem Unterstützungselement 144 eingesetzt sein. In Fällen, wo aber eine

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noch größere Starrheit erforderlich ist, kann das Stützelement mit Zähnen ausgebildet sein, welche sich bis zum Grund der Zähne der Fräsvorrichtung 140 erstrecken, um so eine Schlitzung hervorzurufen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Endbearbeitungs- oder Finish-Scheibe 150, die bei Endbearbeitungsvorgangen an einem Gehäuseelement 14 verwendet werden kann. Ein flexibles elastisches, mit Abriebmittel gesättigtes Band 152 erstreckt sich um den Umfang der Scheibe 150 herum und besitzt Enden 154, die sich in einen Schlitz 156 hineinerstrecken, der radial nach innen gegenüber dem Umfang der Scheibe angeordnet ist. Ein Verriegelungsstift 158 ist in dem Schlitz 156 angeordnet, um reibungsmäßig mit den Enden 154 des Bandes 152 in Eingriff zu kommen, um so das Band an seinem Platz festzuhalten.

Von besonderer Bedeutung in Verbindung mit dem Werkzeug 104 und der Scheibe 150 ist die Tatsache, daß die am Werkzeug 104 verwendeten Zähne 160 und der Radius der Bearbeitungsoberfläche des Bandes 154 recht genau gesteuert werden können. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, daß diese den gleichen Radius besitzen, wie der Radius der in der Vorrichtung zu verwendenden Scheiteldichtungen, wobei die Endwände dieser Vorrichtung derart ausgebildet werden, daß sich eine gute Abdichtung während des Betriebs ergibt. Es sei insbesondere darauf hingewiesen, daß die an den Scheiteldichtungen verwendeten Radien recht klein sind und daß die hier gezeigten Gebilde recht zufriedenstellend bei der Durchführung der Bearbeitungsvorgänge sind, während sie relativ kleine Radien an ihren Abriebsoberflächen (Abtragoberflächen) besitzen.

Aus der vorstehenden Beschreibung ersieht man, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung hinsichtlich der erforderlichen Elemente verhältnismäßig einfach ausgebildet ist und in der Lage ist, die konischen und sinusförmigen Oberflächen herauszuarbeiten, die bei Endgehäuseelementen in Drehkolbenvorrichtungen mit Schrägachse erforderlich sind. Es sei ebenfalls bemerkt,

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daß die erfindungsgemaße Vorrichtung die Gehäuse derart bearbeitet, daß die Bearbeitungsmarkierungen sich im ganzen radial erstrecken, um so die Dichtungslebensdauer zur Aufrechterhaltung eines guten Ölfilms ai fördern.

Obwohl die Vorrichtung unter Bezugnahme auf eine Viertakt-Vorrichtung beschrieben wurde, so lassen sich doch die erfindungsgemäßen Prinzipien auch bei Vorrichtungen anwenden, die irgendeine andere Taktzahl besitzen.

Beispielsweise in DT-OS 15 76 917 ist eine Vorrichtung mit Schrägachse beschrieben.

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Claims

ί 1 Λ Vorrichtung zur Bearbeitung der Endwände einer Drehkolbenvorrichtung mit Schrägachse, gekennzeichnet durch eine Basis (100, 107, 108, 136), einen an der Basis drehbar um eine erste Achse (110) schwenkbaren Träger (112), eine Welle (116), die am Träger drehbar gelagert ist, und zwar für eine Drehung um eine zweite zur ersten Achse nicht parallel verlaufende Achse,

einen von der Welle getragenen Werkstückhalter (122) zur Aufnahme eines Gehäuseelements (14) einer Drehkolbenvorrichtung mit Schrägachse, um darauf eine Endwand (18) herauszuarbeiten, Mittel, einschließlich eines Werkzeugs (104, 140, 150) benachbart zum Werkstückhalter, betätigbar zur Durchführung eines Bearbeitungsvorgangs an einem am Werkstückhalter aufgenommenen Gehäuseelement,

Mittel (117, 118, 120) zur Verdrehung der Welle, und Mittel (130, 132), welche auf die Drehung der erwähnten Welle ansprechen, um den Träger um die erste Achse in abgestimmter Beziehung mit der Drehung der Welle in Oszillation zu versetzen, wodurch ein Gehäuseelement verdreht und gegenüber dem Werkzeug oszilliert wird, um eine Endwand daran auszubilden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillier- oder Schwingungs-Mittel einen Nocken (130) umfassen, der in ansprechender Weise mit der Welle verdrehbar ist und von dem Träger getragen ist, und wobei die Mittel ferner einen Nockenfolger (132) umfassen, der auf der Basis (136) drehbar gelagert ist und mit dem Nocken in Eingriff steht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (140) für eine Hin- und Herbewegung über den Werkstückhalter hinweg angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug eine drehbare Scheibe (104, 150) ist, die für eine Drehung um eine Achse (106) im wesentlichen parallel zur ersten Achse gelagert ist.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (150) ferner ein flexibles Schleifband (152, 154) umfaßt, welches um den Umfang der Scheibe (150) herum angeordnet ist, wobei die Enden (154) des Bandes in einem nach innen gerichteten Schlitz (156) der Scheibe aufgenommen sind, und wobei schließlich ein Verriegelungsstift (158) sich im Schlitz radial nach innen gegenüber dem Scheibenumfang befindet und mit den Bandenden in Eingriff steht.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingmittel einen ovalen Nocken

(130) aufweisen, der drehbar mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Welle ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken von der Welle getragen wird.

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