DE2719316A1 - Verfahren und einrichtung zum herstellen von teilen einer stroemungsmaschine - Google Patents

Description

Or-JH₉. E. BERKENFELD <OipL-Jn₉. H. KOEPSELL S ^5000Kö1"⁴¹ 29.4.1977

UnivwsiMtutrae· 31

R 81/8

Rag.-Nr. Mt· angaben

Eugeniusz M. Rylewski, 43bis Avenue du GaI Leclerc, 78470 St.Remy les Chevreuse / Frankreich

Verfahren und Einrichtung zum Herstellen von Teilen einer Strömungsmaschine

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Teilen von rotierenden Strömungsmaschinen sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Dabei kann die Erfindung zur Herstellung von Teilen von treibenden oder getriebenen Maschinen für strömen de Medien, wie Flüssigkeiten oder Gas, welche einen Stator und einen Rotor enthalten, angewendet «erden. Die Arbeitsweise einer derartigen Maschine resultiert aus der Zusammenarbeit von Schaufeln an Lauf- oder Schaufelrädern, welche an dem Rotor befestigt sind, und welche in spiralförmigen Ausnehmungen (Kanälen oder Nuten) im Stator geführt sind. Die Ausnehmungen (Kanäle) verbinden die Eintrittsstelle des strömen-*- den Mediums mit der Austrittsstelle. Die Funktionen des Rotors und des Stators können ausgewechselt werden, d.h. der "Rotor" kann fest und der "Stator" beweglich angeordnet sein.

Die Bearbeitung des Stators mit den Ausnehmungen, speziell von Scheiben mit den spiralähnlichen Ausnehmungen, weist Probleme auf, wegen der geforderten großen Genauigkeit sowie der Größe der Querschnitte der Ausnehmungen, welche eine Form aufweisen sollen, die die Möglichkeit einer axialen Zuführung eines Werkzeuges in Bezug auf die zu bearbeitenden Scheiben begrenzen.

Die Herstellung der Ausnehmungen, Kanälde oder Nuten in einer Scheibe oder dergl. erfolgt meist durch Fräsen. Das (bzw. die) sich mit hoher Geschwindig-

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keit um ihre eigene Achse drehenden Fräserwerkzeuge werden relativ zu der Scheibe in Bewegung gesetzt, um den gewünschten Bahnverlauf herzustellen.

Das Fräsen erfordert eine große Anzahl von Arbeitsgängen, um in aufeinanderfolgenden Bewegungen unterschiedliche Grenzflächen und damit auch unterschiedliche Ausnehmungen herzustellen.

Ein derartiges Herstellungsverfahren ist deshalb zeitaufwendig und nur schwierig durchzuführen. Es verursacht schwierige Werkzeugprobleme und sehr oft ist es nicht möglich Ausnehmungen herzustellen, welche die gewünschte Genauigkeit für das Zusammenwirken mit den Schaufeln oder dergl. aufweisen.

Die Erfindung bezweckt durch einen sehr einfachen Herstellungsgang die Fertigung von Scheiben mit spiralförmigen Ausnehmungen, Kanälen oder Nuten mittels einer Einheit, welche von einer Laufbildbetrachtung der rotierenden Maschine selbst bestimmt ist, wobei die Scheibe mit den Ausnehmungen, Kanälen oder Nuten selbst Teil dieser Einheit ist, wobei, die Schaufeln des Schaufelrades durch Messerköpfe, Schneidköpfe oder ähnliche Teile eines Werkzeuges ähnlicher Ausbildung wie die Schaufeln ersetzt werden. Beim Einsetzen der Scheibe und des Werkzeuges werden dabei die gleichen Bewegungsbedingungen durchgeführt, wie sie von der projektierten Maschine durchgeführt werden, d.h. die Teile des Werkzeuges erzeugen in der Scheibe die Ausnehmungen, die mit den Schaufeln des Schaufelrades der zukünftigen Maschine zusammenwirken.

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Die Fertigung der Scheibe wird dadurch durch einfaches Schleifen oder Drehen ermöglicht. Das Verfahren erlaubt eine gleichzeitige Fertigung von allen Ausnehmungen der Scheibe. Es kann mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden, was zu einer schnellen Fertigung der Scheiben mit Ausnehmungen oder Nuten führt. Die Herstellung kann in einem Arbeitsschritt oder in aufeinanderfolgenden Phasen durchgeführt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird ein Herstellverfahren bevorzugt, bei welchem einer ersten Phase, eine Vielzahl von spiralförmigen Ausnehmungen in ihrer Grundform auf einer Scheibe durch ein Werkzeug von entsprechender Ausbildung gefertigt werden und in mindestens einer nachfolgenden Phase durch dasselbe Werkzeug in ihre Endform mittels eineskomplementären Fertigungsganges gebracht werden.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Werkzeugmaschine zur Durchführung dieses Verfahren. Sie hat allgemein den Aufbau einer Drehbank mit einem Werkstückhalter, welcher durch eine Spindel der Drehbank getrieben ist und einen Kreuzschlitten mit einem Werkzeughalter, welcher von dem Schlitten der Drehbank getragen wird. Das Werkzeug selbst besitzt mehrere Arbeitsköpfe (Messerköpfe oder dergl.) ähnlich der Grundform eines Schaufelrades und wird getragen von dem Werkzeughalter und um eine Achse angetrieben.Die Lage der Achse im Bezug auf die Scheibe stimmt mit der Lage des Schaufelrades in dem Rotor von einer

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Maschine überein, welche die Scheibe mit den Ausnehmungen als einen Stator aufnehmen soll. Dabei sind Antriebsglieder vorgesehen, um das Werkzeug entsprechend den Bewegungsbedingungen, welche ein Schaufelrad während seiner relativen Drehung gegenüber dem Stator dem Rotor der zukünftigen Strömungsmaschine unterworfen ist, zu drehen.

Die Erfindung bezieht sich auf den Aufbau solch einer Werkzeugmaschine, die Mittel enthalten soll, um den Bewegungsablauf nach der einen oder anderen Seite entsprechend der vorbestimmten Arbeitsweise der Maschine zu variieren. Diese Änderung ist vorteilhaft, um Ausnehmungen eines von der Form des Werkzeuges unterschiedlichen Querschnittes zu erhalten, die der Form der Schaufeln eines Schaufelrades der projektierten Maschine entsprechen.

Die Erfindung betrifft darüberhinaus ein Zusatzgerät, welches eine einfache und schnelle Umbildung einer üblichen Drehbank in eine Werkzeugmaschine zur Fertigung von Scheiben mit spiralförmigen Ausnehmungen ermöglicht.

Die Erfindung zeigt auch die Bearbeitung durch Verwendung eines Werkzeuges, welches Köpfe einer speziellen Form hat und an die verschiedene Abschrägungen der Grenzflächen der Ausnehmungen angepaßt ist.

Sie deckt einen Aufbau der Werkzeuge ab, welche Köpfe unterschiedlicher Form haben und bestimmt sind, jedes für sich, Teile der Ausnehmungen zu bearbeiten.

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Die Erfindung löst die Schwierigkeiten beim Herstellen von Teilen von rotierenden Strömungsmaschinen, bei welchen eine Schaufel oder dergl. mit einer Kanalwand zusammenwirkt längs unterschiedlicher Zonen der Schaufeln, was eine Funktion von unterschiedlichen Lagen der Schaufeln während ihres Umlaufes relativ zu den Kanälen bedingt.

Um eine ausreichende Abdichtung längs ihres Weges zu erhalten, besitzt die Schaufel oder ein ähnliches Teil, eine abgerundete Kante und die Zusammenarbeit von dieser Kante mit der Kanalwand bedingt unterschiedliche Erzeugungslinien.

Die Erfindung deckt ein Werkzeug ab, welches durch eine Vielzahl von Schneidkanten charakterisiert ist, welche den verschieden Erzeugenden der Schaufel entspricht, welche mit den Kanälen von der Scheibe zusammenwirkt.

Bei einem Aufbau besitzt das Werkzeug Arbeitsköpfe, Teile mit unterschiedlicher Anordnung der Arbeitsköpfe. Eine Bearbeitung mit demselben Werkzeug erlaubt dabei die Herstellung eines für die Zusammenarbeit mit einer Schaufel mit abgerundeten Kanten oder Seiten adäquaten Kanals.

Gemäß einem anderen Aufbau sind die Kanten der verschieden Köpfe an verschiedenen Werkstücken vorgesehen, welche nacheinander an dem Werkzeughalter der Werkzeugmaschine montiert werden.

Mit der Erfindung wird auch die Herstellung der Schaufelräder selbst für Scheibenturbinen mit Ausnehmungen

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oder Nuten ermöglicht durch Bearbeitung eines Rundkörpers (Rohlings) mit einem ebenen Werkzeug mit Schneidkanten, welche auf bestimmten Oberflächenbereichen der spiralförmigen Kanäle ähnlich zu denjenigen von einer Scheibe einer strömungsgetriebenen Maschine verteilt sind, mit welchen der Rohling gefräst werden kann. Die Bewegung svor schrift, welche zwischen dem ebenen Werkzeug mit Schneidkanten und dem Rohling angewendet wird, ist dieselbe wie der Bewegungsablauf zwischen der Scheibe mit den Ausnehmungen und dem Schaufelrad der Turbine, in welche das Schaufelrad eingesetzt werden soll.

Die Erfindung deckt dabei auch Turbinen ab, in welche Kanäle auf einem Zylinder, einem Konus oder einem Rundgehäuse gebildet sind.

Sie bezieht sich somit auch auf Zentrifugen.

In der folgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den anliegenden Figuren gegeben. In diesen Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansijht eines Stators,

Fig. 2 eine Ansicht eines Teiles eines Rotors mit Schaufelrädern, welcher zum Zusammenwirken mit einem Stator mit Ausnehmungen bestimmt ist,

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Teiles eines Rotors im Schnitt,

Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung eines Kanals, welcher in einer Scheibe mit einer Ausnehmung gebildet wird, welche mit einem Rotor zusammenarbeitet,

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Fig. 5 eine schematische Ansicht von einer zu fertigenden Scheibe,

Fig. 6 eine Seitenansicht der Werkzeugmaschine, Fig. 7 eine Draufsicht in einer entsprechenden Ebene, Fig. 8 eine schematische Ansicht eines Werkzeuges, Fig. 9 eine Schnittdarstellung einer Schaufel,

Fig.10 eine Ansicht eines Werkzeuges mit den Querschnitten der unterschiedlichen Arbeitskopfe,

Fig. 11 eine Vorderansicht eines Stators mit den entsprechenden Ausnehmungen,

Fig. 12 eine Abwandlung zur Fig. 25 für einen anderen Aufbau,

Fig.13 eine schematische Perspektivansicht von einer Schaufel mit divergierenden Kanten,

Fig.14 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der ersten Herstellungephase,

Eig.15 eine Ansicht ähnlich zur Fig. 14, aber für eine andere Phase der Herstellung,

Fig.16 eine zu den Fig. 14 und 15 ähnlichen Ansicht für eine weitere Herstellungsphase,

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Fig. 17 eine den Fig. 14 bis 16 entsprechende Darstellung für noch eine andere Herstellungsphase,

Fig. 18 eine Ansicht von einem Schaufelrad für eine Strömungsmaschine ,

Fig. 19 eine schematische Ansicht von einer Zusatzeinrichtung, welche an einer Drehbank befestigt werden kann,

Fig. 20 eine schematische Schnittdarstellung einer Schaufel,

Fig. 21 eine schematische Darstellung von einer Vorderkante von einer Schaufel,

Fig. 22 eine perspektivische Ansicht von einem Werkzeug mit Arbeitsköpfen,

Fig. 23 eine schematische Darstellung beim Herstellen von einem Zylinder,

Fig. 24 einen zur Bearbeitung montierten Zylinder,

Fig. 25 eine schematische Ansicht von einem Axialschnitt, zur Erläuterung der Fertigung von einer Scheibe einer Zentrifuge,

Fig, 26 eine Vorderansicht der vorstehend genannten Scheibe und

Fig. 27 eine Ansicht von einem ebenen Werkzeug.

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Die Erfindung sieht unter anderem die Bearbeitung eines Stators 11 mit spiralförmigen Ausnehmungen/ Kanälent oder Rillen vor, von denen die Mittellinien schematisch als 12_1f 12₂, 12₃ und 12₄ in Fig. 1 gezeigt sind. Die Ausnehmungen verbinden eine Mittelöffnung 13 mit einer oder mehreren periphären Öffnungen 14. In den Ausnehmungen 12 laufen Schaufeln 15 eines Schaufelrades (Fig. 2, 3), welche an einem im Rotor 18 vorgesehenen Schlitten 17 angebracht sind, welcher drehbar um die Achse 19 innerhalb des Stators 11 befestigt ist. Der Rotor 18 hat an einer seiner Seite gegenüber des Stators 11 eine Oberfläche 21, welche unmittelbar mit der Oberfläche 22 (Fig. 4) des Stators 11 zusammenwirkt. Die Oberfläche 22 läuft in Flächen oder Flanken 23 und 24 (Fig. 4) über, welche zusammen mit einer Grundfläche 25 eine Ausnehmung, einen Kanal oder eine Nut 12 bilden.

Bei dem schematisch gezeigten Aufbau sind die Flächen 21 und 22 plan. Bei einem anderen Aufbau werden diese Flächen gebogen ausgebildet und um die Achse 19 verdreht. Das Schaufelrad 16 ist drehbar zur Drehung um die Achse 26 befestigt, welche quer zur Achse 19 liegt und diese schneidet.

Für die Herstellung der Kanäle oder Ausnehmungen wird eine zu bearbeitende Scheibe 20 (Fig. 5) an dem Werkstückhalter 31 (Fig. 6 und 7) einer Spindel 32 einer Drehbank befestigt. Die Scheibe 20 rotiert um ihre Achse 33. Der Support 34 der Drehbank kann in der einen oder anderen Richtung versetzt werden durch die axialen Führungsglieder 35. An dem Support 34 ist ein

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Kreuzschlitten befestigt, welcher quer justiert werden kann durch die Kreuzführungsglieder 37. An dem Kreuzschlitten 36 ist ein Werkzeughalter 38 befestigt, der ein Werkzeug-39 trägt.

Das Werkzeug 39 (Fig.8) hat die Form eines Schaufelrades, d.h. es enthalt Arbeitsköpfe 41, welche eine Form haben, die im wesentlichen der Form der Schaufeln eines Schaufelrades (Fig. 2) entsprechen, das dazu bestimmt ist, mit den zu formenden Ausnehmungen in der Scheibe 20 zusammenzuwirken. Das Werkzeug 39 ist auf einer Achse 42 im Abstand von der Achse 33 befestigt und wird von dem Antriebsmechanismus der Spindel 32 angetrieben.

Eine Relativbewegung zwischen der Achse 42 des Werkzeughalters und der Spindel 32 ist möglich. Die Bewegung, welche der Arbeitsweise der Maschine für den Stator entspricht, ist entsprechend eingestellt. Die Ausgangslage des Werkzeuges 39 wird durch die Steuerung 37 justiert. Bei Annäherung des Supports 34 an die Scheibe 20 durch Betätigung der Axialführungssteuerung 35 bildet das Werkzeug 39 durch seinen Arbeitskopf 41 in dem Material der Scheibe spiralförmige Kanäle 12, deren Querschnitte übereinstimmen mit der Form der Arbeiteköpfe der Werkstückteile.

Wenn die gewünschte Tiefe erreicht ist, wird das Support 34 in die umgekehrte Richtung versetzt, wodurch die Teile 41 aus den gerade gebildeten Ausnehmungen zurückgeholt werden.

In einem Aufbau nach Fig. 6 liegt die mittlere Ebene des Werkzeugkörpers oberhalb der Drehachse 33. Die Erfindung

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betrifft eine Möglichkeit zur Fertigung, bei welcher diese mittlere Ebene durch die Achse 33 oder unterhalb von dieser verläuft.

Die Fig. 9 zeigt in einen größeren Maßstab einen Querschnitt einer Schaufel 15 eines Schaufelrades 16, welche zum Zusammenwirken mit einer zu fertigenden Scheibe 29 bestimmt ist. Die Kanten 42 und 42' der Schaufel sind abgerundet und wirken mit den Seitenwänden oder Flanken der Kanäle des Stators auf abhängig von der Lage der Schaufeln in einem Kanal des Stators unterschiedlich erzeugten Linien zui

Für den Aufbau des Werkzeugs 39 mit fünf Arbeitsbereichen 41 längs der Abschnitte 42 und 42* der Kanten sind zusätzlich zu den Enden 42.2 und 42.3 drei andere äquidistante Punkte gewählt, nämlich 42.1 auf dem halben Weg zwischen 42.2 und 42.3, 42.4 äquidistant von 42.1 und 42.2 und 42.5 äquidistant von 42.1 und 42.3. Dieselbe Anordnung ist auf der gegenfiberliegenden Kante 42' getroffen. Eine querverlaufende Kante 43.1 des Bereiches 41.1 des Werkzeuges 39 hat eine Form von einem flachen Hexagon (Fig. 10) mit Scheitelpunkten in 42.1 und 42 *.1. Die diese zwei Scheitelpunkte erzeugenden Seiten 44.1 und 45.1 auf der einen Seite und 44*.1 und 45'.1 auf der anderen sind schräg, um den Bedingungen der Herstellung des Werkzeuges 43.1 zu genügen und sind miteinander verbunden durch lange Seiten 46.1 und 46'.1. Der Arbeitskopf 41.1 des Werkzeuges 39 ist deshalb wirksam in den Abschnitten 43.1 durch seine Kanten 47.1 und 47'.1.

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In derselben Weise arbeiten die Bereiche 41.2 des Werkzeuges 39 in der Ebene 43.2 mit ihren Kanten 47.2 und 47".2, welche den Winkeln 42.2 und 42'.2 der Schaufeln 15 entsprechen. Der Abschnitt 41.3 hat, wie gezeigt, Kanten in 47.3 und 47'.3 an seinen Arbeitsköpfen, welche durch die Ebene 43.3 gebildet ist. Der Abschnitt 41.4 hat, wie gezeigt. Kanten in 47.4 und 47'.4. Der Bereich 41.5 hat, wie gezeigt, Kanten in 47.5 und 47'.5.

Die Erfindung sieht einen Bewegungsablauf, abhängig von der Anzahl der Werkzeugabschnitte und abhängig von der Zahl der zu fertigenden Ausnehmungen durch denselben Abschnitt aufeinanderfolgend für die verschiedenen zu fertigenden Ausnehmungen vor. Dies ist der Fall beispielsweise, wenn das Werkzeug fünf Bereiche hat und die zu bearbeitende Scheibe hat vier Kanäle.

Gemäß der Erfindung kann das Werkzeug auch in seinem Angriffswinkel um seine eigene Achse nach einem Schneidvorgang versetzt werden, so daß ein Bereich des Werkzeuges die Rolle eines anderen übernimmt.

Die Winkelversetzung kann auch an der zu bearbeitenden Scheibe durchgeführt werden.

Die Fig. 11 zeigt eine Scheibe oder einen Stator mit Ausnehmungen, welche mit einem Werkzeug, wie es in Fig. 10 gezeigt wurde, bearbeitet wurden. Der Stator 48 besitzt Kanäle 49, von denen ein Ende in einer zentralen öffnung 50 und das andere Ende am äußeren Umfang 51 endet. Linien 52 und 53 zeigen die Mittellinie der Kanäle an der Vorderseite 54 des Stators.

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Die Erfindung ermöglicht auch die Fertigung von Kanälen in Teilen einer Strömungsmaschine, deren Querschnitte so ausgebildet sind, daß eine Fertigung mit einem Werkzeug entsprechend dem Querschnitt der Kanäle durch eine übliche Axialführung mit einem enormen Materialabtrag, nicht möglich wäre. Dies ist der Fall, wenn die Grundfläche der Kanäle größer ist als der Abstand zwischen ihren Oberseiten. Eine Strömungsmaschine, welche einen Stator mit Kanälen dieser Form hat, besitzt einen äußerst günstigen Druckmittelfluß.

Ein entsprechender Stator ist in der Fig. 12 gezeigt. Der Kanal 55, welche die zentrale Öffnung 56 mit dem Außenmantel 57 verbindet, ist außer durch die Grundfläche 58 durch zwei Seitenwände begrenzt. Wenn z.B. im Bereich 59 der Seitenwand 60 in Nähe der Mantelfläche 57 ein Werkzeug, wie in 61 angedeutet, mit seiner Arbeitskante 62 den Bereich 59 dicht am Boden 58 bearbeitet, würde es beim Beginn der Bearbeitung ein wesentliches Teil des nicht wegzunehmenden Materials, d.h. die Vorderseite 63 des Kanals 55 beseitigen.

Um solch eine Scheibe zu bearbeiten, sieht die Erfindung einen Weg vor, welcher ausgeht von der Schaufel (Fig. 13) eines Schaufelrades, welches bestimmt ist mit den Kanälen 55 zusammenzuarbeiten. Die Schaufel hat eine Vorderseite 72, welche für ein Zusammenwirken mit der Unterfläche 58 geeignet ist, breiter als die Abschnitte, näher am Grund der Schaufel. Der Abschnitt nahe am Wellenkörper ist in 73 gezeigt. Die Seitenwände 74 und 75 der Schaufel haben die Form von einem stumpfen Konus, wobei die Achse des Stumpfes von dem Konus auf

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der Mittellinie 76 der Schaufel liegt. Gem&B der Erfindung wird dann eine virtuelle Schaufel angenommen, welche weniger divergent als die Schaufel 71 ist und die Seiten 77 und 78 derselben liegen auf den Stumpf eines Konus der Achse 76, mit schmaleren Kantenwinkeln. Die geringere Divergenz ist gewählt, so daß die virtuelle Schaufel 79 übereinstimmt mit der Schaufel von einem Schaufelrad einer Strömungsmaschine, in welcher die Schaufeln des Stators durch eine wie vorstehend beschriebene Bearbeitung gefertigt sind. Ausgehend von einer solchen virtuellen Schaufel wird ein Werkzeug mit Arbeitsköpfen, wie vorstehend definiert in Verbindung mit den Fig. 9 und 10 gebildet.

Die Fertigung wird dann mit einem Werkzeug 101 (Fig.14) durchgeführt. Die Arbeiteköpfe 102 entsprechen den virtuellen Schaufeln und die radialen Kanten 103 und 104 sind geringfügig divergent, d.h. geringfügig abweichend von der parallelen. Durch eine Längsversetzung des Support in der Richtung, wie in Fig. 14 durch einen Pfeil f angedeutet, schneidet das Werkzeug 101 in die Platte 20 spiralförmige Vertiefungen mit einen Querschnitt, welcher dem der Teile 102 entspricht. Die Drehrichtung des Werkzeuges 101 um seine Achse 99 ist durch den Pfeil f₁ gekennzeichnet.

Die Fig. 15 zeigt die zweite Phase der Herstellung. Diese ergibt sich unmittelbar aus der ersten Phase durch Durchführung einer Versetzung der Spindel 32 der Werkzeugmache, welche um die Achse 33 rotiert, relativ zu der Achse 42 des Werkzeughalters, an welche« das Werkzeug 101 befestigt ist, eine fortschrittliche Ver-

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änderung mit zusätzlichen Vorteilen beim Drehen des Werkzeuges 101, und zwar in Bezug auf die Scheibe 20, in Richtung des Pfeils f,· Während dieser zweiten Phase werden die Flanken 105 der Ausnehmungen, welche durch die Kanten 104 stromaufwärts von den Kanten 103 wahrend der ersten Phase geschnitten wurden, nicht langer bear-V-beitet, wenn die Drehung für das Werkzeug 101 die gleiche wie bei der ersten Phase ist.

Andererseits sind die Kanten 103 stromabwärts in Arbeit aufgrund der Vorwärtsbewegung in der übertragenen Drehung« Dies bedeutet, daß die Querschnitte der Vertiefungen größer werden als die Querschnitte von den Teilen 102 . des Werkzeuges. Am Ende der zweiten Phase ist der Kanal oder die Ausnehmung durch die Seitenflanken 105 und die Seitenflanke 106 begrenzt; die letztere hat einen größeren Abstand von der Flanke 105 als der Abstand !zwischen den Kanten 103 und 104 des Werkzeuges 101.

Während der dritten Phase (Fig. 16) wird die Beziehung zwischen der Achse 33 und der Achse 42 weiter verändert« jedoch in der umgekehrten Richtung zu der Änderung in der zweiten Phase, d.h. mit einem Zurückziehen während der Drehung, was schematisch eingezeichnet ist durch den gestrichelten Pfeil f^.

In dieser dritten Phase werden die Kanten 104 wirksam, weil die Kanten 103 unwirksam sind. Die Seitenflanken 106 werden nicht länger bearbeitet, aber die Seitenflanken 105 werden durch die Kanten 105 geschnitten, bis die Flanke 107 erreicht wird. Der Querschnitt von der Ausnehmung ist dann größer als derjenige, welcher in der zweiten Phase erhalten wurde.

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In einer Endphase (Fig. 17) wird die Beziehung zwischen der Achse 33 und der Achse 42 zurückgebracht in ihre Ausgangslage. Es ist dann möglich, das Werkzeug zurückzuholen aus den Kanälen durch eine Bewegung des Supports, wie durch den Pfeil f· angedeutet.

Das Vor- und Zurückziehen während der Drehung in der zweiten und dritten Phase entspricht dem Obergang von einen virtuellen Flügel 79 in Fig. 15 zu einem tatsächlichen Flügel 71.

Eine mit auf diesem Weg erzeugten Vertiefungen versehene Scheibe kann dann mit einer Welle zusammenarbeiten, deren Schaufeln ausgebildet sind wie die Schaufeln 71. Solch eine Welle 110 ist gezeigt in Fig. 18.

Fig. 19 zeigt schematisch ein Einsatzstück, welches in Verbindung mit einer üblichen Drehbank die Bearbeitung von einer Scheibe mit Vertiefungen in aufeinanderfolgenden Phasen, wie oben beschrieben, erlaubt.

Der Rahmen 201 einer üblich aufgebauten Drehbank trägt einen ringförmigen Schaft bzw. einen Spindelschaft 203, welcher drehbar in den Lagern 204 und 205 gehalten ist. Im Inneren des Hohlschaftes 203 ist eine Achse 202 fest angeordnet, Letztere kann in ihrer Achse 206 durch einen Hebel 207 verdreht werden, welcher in verschiedenen vorbestimmten Lagen an dem Gehäuse festgesetzt werden kann, das an der Vorderseite 210 des Rahmens sich befindet. Eine Platte 212 ist am Kopf 211 des ringförmigen Schaftes 203 befestigt. Die-

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se Platte 212 hat an ihrer Außenfront einen Lagerstift 214, der ein Zahnrad 215 trägt. Dieses arbeitet mit einem Zahnrad 216 zusammen, welches an den Enden der Achse 202 befestigt ist. Der Lagerstift 214 trägt an seinem Ende ein Kegelrad 217, welches mit einem Kegelrad 218 zusammenwirkt, dessen Lagerstift 219 drehbar in einem Lager 220 am Ende des Supports 221 an der Platte 212 befestigt ist. Am anderen Ende 222 des LagerStiftes 219 des Zahnrades 218 ist ein Werkzeug 223 mit seinen Arbeitsköpfen befestigt. Das Werkzeug schneidet eine Scheibe 224, um einen Stator mit Vertiefungen zu erzeugen. Die Scheibe 224 ist an einem Träger 225 befestigt, welcher an dem Support 226 der Drehbank montiert ist. Die axiale Führung von dem Support 226 wird gesteuert durch das Handrad 227. Der Support 226 wird durch das Gestell 228 getragen, welches verschiebbar auf der Bank 229 der Drehbank befestigt ist. Die Querführung erfolgt über das Handrad 230.

Sobald die erste Phase der Bearbeitung abgeschlossen ist, welche die mittlere Lage des Handgriffes 207 entspricht, wird die zweite Phase eingeleitet durch eine Verdrehung der festen Welle 202 in einer vorbestimmten Richtung durch die Betätigung des Handgriffes 207.Dm den Handgriff 207 freizugeben, wird der elastische Stift 208 wegbewegt. Dann wird nach der zweiten Phase die dritte Phase eingeleitet durch eine Drehung am Handgriff 207 in der entgegengesetzten Richtung. Die vierte Phase, d.h. das Zurückziehen des Werkzeuges, wird durch Zurückbringen des Handgriffes in seine zentrale Ausgangslage ermöglicht. Die fertig bearbeitete Scheibe 224 wird dann weggenommen nach Betätigung des Handrades 230.

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Bei Verwendung einer derartigen Zusatzeinrichtung bleibt die Scheibe 224 in ihrer Lage mit Ausnahme der Justierung am Beginn der Bearbeitung und der axialen Führung. Die Bewegungsbedingungen werden durch den Zusatz direkt zu den Werkzeug mit seinen Arbeitsköpfen übertragen.

Fig. 20 zeigt einen Aufbau eines Flügels des Schaufelrades mit Abschnitten, die durch asymmetrische Querebenen zu der Hauptebene anstelle von symmetrischen gebildet sind.

Ein derartiger Querschnitt 231 enthalt einerseits entgegen der Strömungsrichtung (stromaufwärts) einen Teil 232 mit einem relativ geringen Radius der Kurvenform und in Strömungsrichtung (stromabwärts) einen Teil 233 mit einem größeren Radius der äußeren Form. Umgekehrt hat die gegenüberliegende Oberflache stromabwärts einen Teil 234 mit einem relativ großen Radius und stromaufwärts einen Teil 235 mit einem relativ kleinen Radius in der Kurvenbildung. Die Grundebene 236 parallel zu der Stromabwärtsfläche 237 und der Stromaufwärtsfläche 238 der Schaufel ist nicht senkrecht, und zwar weder zu der äußeren Oberfläche 239 des Kanals noch zu der inneren Fläche 241.

Eine Maschine mit einer Schaufelwelle, deren Schaufeln eine Form haben, wie vorstehend definiert, hat einen besonderen Druck und Saugeffekt, welche durch den Umlauf von einer Schaufel in dem Kanal erzeugt wird. Er ist vorteilhaft für die Arbeitsweise der Maschine.

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Die Abschnitte des Werkzeuges für die Herstellung der Kanäle, mit welchem solche Schaufeln zusammenarbeiten, werden in derselben Weise, wie vorstehend beschrieben, bestimmt.

Das Frontteil der Arbeitsköpfe des Werkzeuges ist durch die Frontseite 111 von einer Schaufel (Fig. 21) bestimmt. Letztere ist Teil einer sphärischen Fläche, welche durch zwei Bögen 112 und 113 um die Mittellinie des Bügels 114 und durch die geradlinigen Seiten 115 und 116 begrenzt ist. Ein erster Arbeitskopf des Werkzeuges enthält einen Kanta 115.1 entsprechend der geraden Verbindung zwischen den Enden 112.1 und 113.1 der Bögen 112 bzw. 113. Ein anderer Arbeitskopf des Werkzeuges enthält eine Kante 115.2, welche die Punkte 112.2 und 113.2 verbindet. Ein dritter Arbeitskopf entspricht der Geraden 115.3, welche die Punkte 112.3 und 113.3 verbindet. Eine vierte Kante entspricht der geraden Linie 115.4 zwischen den Punkten 112.4 und 113.4 und eine fünfte Kante der Linie 115.5 zwischen den Punkten 112.5 und 113.5.

Ein Werkzeug 301 ist in einem kleineren Maßstab in Fig. 22 gezeigt. Es enthält 5 Arbeitsabschnitte 302.1 bis 302.5. Die Kanten jedes Abschnittes sind jeweils durch dickausgezogene Linien dargestellt. An dem Abschnitt 302.1 sind die Seitenkanten 316.1, 317.1 und die Vorderkante 318.1 innerhalb der Rückfläche 319 der Seitenwände 320 und 321 und die Frontseite 322 des Abschnittes miteinander verbunden. An dem Abschnitt 302.3 z.B. sind die Seitenkanten 316.3, 317.3 und auch die Frontkante 318.3 in der Hälfte der Dicke des Abschnittes geführt.

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Das vorbeschriebene Herstellverfahren, die Werkzeugmaschine und die Werkzeuge können auch für das Herstellen von spiralförmigen Ausnehmungen in einem Rotationskörper, wie beispielsweise einem Zylinder,einem Konus oder einem Teil einer Kugel angewendet werden.

Ein Zylinderrlhling 321 (Fig. 23 und 24) hat Frontseiten 322 und 323, welche zwischen den Spitzen 324 und 324' einer Drehbank gehalten sind und durch diese in Drehung versetzt wird. Die Bearbeitung wird durch den Arbeitskopf 325 von einem Werkzeug 326 durchgeführt, welches drehbar um die Achse 327 befestigt ist. Der Pfeil f zeigt die Richtung der Führung während des Bearbeitungsvorganges. Der Bewegungsablauf hinsichtlich der Drehung um die Achse 324 und 324' und die Drehung um die Achse 327 entsprechen demjenigen des Zylinders mit Ausnehmungen und den Schaufeln oder den Wänden, die in diese Vertiefungen im Betrieb eingreifen. Fig. 24 zeigt die Ausnehmungen 328, welche nach der Bearbeitung entstanden sind.

Die gestrichelten Linien 329 und 330 in Fig. 23 zeigen schematisch einen zusätzlichen Arbeitsgang, welcher durch ein Vorschieben oder ein Zurückziehen in der Drehrichtung des eingesetzten Werkzeuges 326 durchgeführt wird. Auf diese Weise können die Flanken von Ausnehmungen divergieren von ihren Außenkanten zur Verwendung in Maschinen mit Hochdruckmedien.

Die Erfindung betrifft auch die Herstellung von zentrifugalen oder zentripedalen Flügelrädern. Die Fig. zeigt ein Flügelrad während seiner Herstellung. Das

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Flügelrad ist drehbar um die Achse 333 zwischen schematisch dargestellten Spitzen 331 und 332 gehalten. Das Werkzeug ist drehbar um die Achse 334 senkrecht zu der Achse 333 gehalten. Das Werkzeug enthält Teile 335. Die Arbeitsrichtung ist durch den Pfeil f angedeutet. Der Pfeil f.. zeigt die Anordnung des Werkzeuges vor dem Bearbeitungsgang.

Die gestrichelten Linien 336 und 337 zeigen schematisch die Lage der Seitenkanten eines Arbeitskopfes 335 des Werkstückes, während der zweiten und der dritten Phase des Fertigens in dem Fall, daß Kanäle mit divergierenden Seiten erhalten werden sollen. Die gefertigten Kanäle 338 sind durch Seitenwände 339 (Fig. 26) begrenzt.

Die Erfindung betrifft auch die Fertigung von Flügelrädern aus runden Rohlingen durch Verwendung einer Scheibe als Werkzeug, welche von einer Scheibe mit Kanälen von der Strömungsmaschine gewonnen wird, mit welcher das Flügelrad zusammenarbeiten soll. Um beispielsweise ein Flügelrad zum Zusammenwirken mit einer Scheibe mit spiralförmigen Kanälen, wie in Fig. 12 gezeigt, zu erhalten, ist von der genannten Scheibe auszugehen. Ein scheibenförmiges Werkzeug.341 (Fig. 27) wird zunächst gefertigt mit einer Grundform von einer Scheibe mit Rippen 342, welche gleichmäßig kreisförmig um die Achse 343 verteilt sind.Die Scheibe 341 wird aus einem Werkzeugmaterial gefertigt.

Eine Rippe 342 hat dabei eine Grundform ähnlich zu der Form eines Randes von einem Kanal 55 einer Scheibe. Jedoch nur das Teil 355 von der Rippe bleibt- erhalten.

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Dieses Teil entspricht für einen in der Richtung der Achse der Scheibe befindlichen Beobachter dem sichtbaren Teil, welches gezeigt wurde in Fig. 12 mit horizontaler Schraffierung. Die Rippe 342 des Scheibenwerkzeuges 341 ist deshalb durch die Fläche 355 begrenzt, welche diesem Teil entspricht. Die Fläche 355 ist verlängert durch eine Kurvenflächen 356, deren Erzeugenden parallel zu der Achse 343 verlaufen.

Die innere Oberfläche 342 der Rippe enthält einen Abschnitt 357, welche dem sichtbaren Teil 60 der Rippe von dem Stator entspricht. Ausgehend von der Linie 358, welche das Ende des sichtbaren Teiles darstellt, besitzt die innere Oberfläche 342 eine gebogene Oberfläche 359. Die Mantellinie dieser Oberfläche ist der Zwischenabschnitt 63 des unsichtbaren Teiles 59 des Stators mit der Bodenfläche 58 des Kanals 55. Die Mantelfläche der gebogenen Fläche 356 wird durch den Zwischenabschnitt 64 der äußeren Ebene der Rippe des Stators mit dem Boden 55 gebildet. Ein Rippenwerkzeug 342 ist damit festgelegt. Die unterschiedlichen Rippenwerkzeuge 342.1, 342.2 usw. 342.5 des scheibenförmigen Werkzeuges 341 haben Kanten, welche in der gleichen Weise definiert sind, wie oben dargelegt, um die Kanten der Arbeitsköpfe des Werkzeuges mit Teilen zu definieren. In derselben Weise hat die Grundfläche 361 des scheibenförmigen Werkzeuges 351 Schneidkanten, von denen einige zu sehen sind bei 362. Diese Kanten schneiden die Vorderseiten der Flügel in den runden Rohling, welcher auf dem Werkzeughalter der Drehbank, deren Spindel die Scheibe 341 aufweist, gehalten. Die Rippen 352 schneiden die seitlichen Seiten der Flügel.

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In der gleichen Weise können Schaufeln oder ähnliche Teile für durch strömende Medien betriebene Maschinen (Strömungsmaschinen) erhalten werden, in welche Kanäle mit einem Werkzeug in einen zylindrischen Körper in einen konischen Körper oder einem Stundenglaskörper angebracht werden müssen. Dieselbe Anwendung ist für die Fertigung der Flügel von Zentrifugenlaufräder möglich. In all diesen Fällen wird ein Werkzeug in einem ähnlichen Aufbau mit Rippen angewendet.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Scheibe mit spiralförmigen Ausnehmungen, ähnlich wie in der Fig. 12 zu sehen, welches aus einem ausreichend harten Material gefertigt ist, um eine Bearbeitung durch ein Werkzeug mit Abschnitten zu erlauben, welches dann verwendet werden kann für die Bearbeitung der Seiheibe, um die spiralförmigen Kanäle, wie oben erläutert, zu formen.

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Claims (1)

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   J 1 »J Verfahren «um Herstellen vtm ^Teilen

   ml): epiralföraigen Attsaämuincfen« insbesondere for Strömungsiaascliitien ait In einen Itotor wntergebrachten Schaufelrädern (Flügelrädern), -Schaufeln in Ausnehmungen des zu fertigenden Teiles oder Stators «ingrei» fen^ dadurch gekennzeichnet daß stat Herstellung der Ausnehraungen in Λ&& feil -der ttasehine ein Werkzeug ait. Schneidcöpfen verwendet «ird_# dessen Ausbildung einem Schaufelrad entspricht, and welches In selben Bewegungsablauf In Bezog auf das zu fertigende Teil eingesetzt wird· wie eich das Schaufelrad relativ zu dem Stator mit Ausnehraungen beim Betrieb der Stromungsmaschine bewegt.

   2. Verfahren zum Herstellen von Teilen einer Strömungsmaschine mit Schaufeln, welche mit ihren abgerundeten Seiten mit der Oberfläche von Ausnehmungen zusammenarbeiten, dadurch gekennzeichnet, daS für Herstellung, Schleifen oder Abdrehen (Fräsen) ein komplexes Werkzeug, bzw. eine Mehrzahl von Werkzeugen vorgesehen ist, deren Bearbeitungskanten in ihrer Gesamtheit den Linien der abgerundeten Seiten der mit den Oberflächen der Ausnehmungen zusammenwirkenden Schaufeln entsprechen.

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   3» Verfahren zum Herstellen nach Anspruch 3 oder 2* dadurch gekennzeichnet, dad für die "Herstellung lter Ausnehmungen eine Hehr zahl Vtm Werkzeugen wog» gleichen Grundaufbau verwendet ^rird« welche sielt jedoch durch die Lage ihrer Schneidkante» von* einander unterscheiden« «eiche zusammen das ftrofil von einer -Schaufel "beschreiben,

   i. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeic» Λ&& nach einer ersten Phase der Bearbeitung, w&hrend welcher Ausnehmungen von gewünschter Tiefe herge«- stellt werden« die Bearbeitung mit demselben Hexte» zeug adt Schneidmessern nach Abänderung des Bewegungsablaufes des Werkzeuges relativ zu den Teilen der zu fertigenden Maschine forgesetzt wird« um breitere Kanäle als die Schneidmesser des Werkzeuges sind, zu erhalten..

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug zunächst in der einen Richtung und dann in der entgegengesetzten Richtung versetzt wird.

   6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Art Drehbank (Fig. 6) vorgesehen ist, welche zusatzlich zu der Spindel (32) zur Aufnahme der zu bearbei-. tenden Scheibe (Laufrad oder dergl.) (20) einen Werkzeughalter (38) zur Aufnahem eines Werkzeuges {39) mit Schneidmessern (Messerköpfen) aufweist, mit welchem dieses in Drehung relativ zu der Bewegung der Spindel gesetzt wird« und welche zusätzliche Bewegungsraittel besitzt« um die Schneidmesser zu der zu bearbeitenden Scheiben hin und wieder zurückz»- bewegen.

   7. Einrichtung zur Durchführung dies Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Einführung einer Winkelversetzung zunächst in einer Richtung und dann in einer anderen Richtung zwischen der Lage des Werkzeughalters und des Schaftes der Spindel hinsichtlich des Ausgangszustandes vorgesehen sind.

   8. Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens '" nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen wie eine Drehbank aufgebaut ist mit einem Zusatz, welcher einen einstellbaren Bewegungsablauf zwischen Werkzeughalter und zu bearbeitender Scheibe zuläßt.

   9. Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Vielzahl von Abschnitten, Schneidmessern oder Messerköpfen mit einer der Form von Schaufeln eines Schaufelrades einer Strömungsmaschine ähnlichen Grundform besteht.

   10. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten der einzelnen Messerköpfe an unterschiedlichen Seiten angeordnet sind, wobei die Gesamtheit der vorgesehenen Schneidkanten die begrenzenden Linien einer Schaufel nachbilden.

   1t. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Funktion von Scheibe und Rad zur Fertigung eines Schaufelrades aus einem zylindrischen Rohling durch die Kanten von Abschnitten spiralförmiger Rippen, welche auf einem scheibenförmigen Werkzeug angeordnet sind.

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   12. Scheibenwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Bearbeitungsscheibe Abschnitte von Rippen

   in derselben Weise wie die Begrenzungen der spiralförmigen Ausnehmungen in einer Scheibe einer rotierenden Strömungsmaschine angeordnet sind.

   13. Schaufelrad hergestellt gemäß Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß seine
   Schaufeln ein asymmetrisches Profil im Bezug auf die Grundebene aufweisen, um einen hydrodynamischen Keil in den Ausnehmungen zu erhalten, welche mit den Schaufeln zusammenwirken.

   14. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche

   1 bis 5- bei Maschinen mit Nuten oder Ausnehmungen in einem stumpfen Konus, einem Zylinder oder einem Stundenglaskörper.

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