DE2808081A1

DE2808081A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen wendelfoermiger rotorrohlinge fuer exzenterschneckenpumpen

Info

Publication number: DE2808081A1
Application number: DE19782808081
Authority: DE
Inventors: Guenther Hantschk
Original assignee: Netzsch Pumpen and Systeme GmbH
Current assignee: Netzsch Pumpen and Systeme GmbH
Priority date: 1978-02-24
Filing date: 1978-02-24
Publication date: 1979-08-30
Also published as: BR7901061A; US4287743A; JPS54128969A

Description

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Anmelderin:

Netzsch-Mohnopumpen GmbH, Gebrüder-Netzsch-Straße 19 8672 Selb /Bayern

Titel:

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen wendeiförmiger Rotorrohlinge für Exzenterschneckenpumpen

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DR. ING. I·'. WtIKSTirOKK I)It. JC. v. PKClIMANN DK. ING. I). ISKIIItICJVS I)IPL. IiVtJ. It. GOlCTZ

PATENTANWÄLTE

8000 MUN C!ΓEN 90 SCHWIJICJKIiNTItAKSIJ 2 TCUiFdS (080) 0(120 51 TElES 5 24 070

TELEdHAMME I
ΡΠΟΤΕΟΪΓΑΤΕΚΤ MÜNCHEN

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen wendeiförmiger Rotorrohlinge für Exzenterschneckenmaschinen,.

bei dem ein gerader, kreiszylindrischer Stab längs der Stabachse bewegt, um die Stabachse gedreht und spanlos umgeformt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Aus der DE-PS 1 703 828 ist ein Verfahren zum Herstellen hohler wendeiförmiger Rotorrohlinge für Exzenterschneckenpumpen aus einem rohrförmigen Stab bekannt, bei dem der Stab von einem hubweise arbeitenden Preßwerkzeug verformt und zwischen den Preßhüben axial vorgeschoben und gedreht wird. Der Vorschub längs der Stabachse und die Drehung um diese finden also schrittweise immer dann statt, wenn das Preßwerkzeug nicht auf den Stab einwirkt. Das Preßwerkzeug weist einen Ring aus Segmenten auf, durch den der Stab hindurchbewegbar ist und der im geschlossenen Zustand der Segmente eine mit Gang versehene Innenfläche mit einem kegelförmigen Vorformteil und einem in Bewegungsrichtung des Stabes dahinter angeordneten zylindrischen Kalibrierteil aufweist.

Damit lassen sich befriedigende Ergebnisse erzielen, wenn als Ausgangswerkstücke genau kalibrierte Rohre von im Verhältnis zu ihrem Durchmesser geringer Wandstärke verwendet werden. Solche Rohre stehen aber nicht immer in den er-

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forderlichen Durchmessern und Werkstoffqualitäten

preisgünstig zur Verfügung. Die Anwendung des bekannten Verfahrens ist auch dadurch begrenzt, daß ein bestimmtes Preßwerkzeug nur für einen nach Durchmesser, Exzentrizität und Steigung genau festgelegten Rotorrohling verwendet werden kann; jede Abweichung in einer oder mehreren der genannten Größen erfordert ein gesondertes Preßwerkzeug oder zumindest einen gesonderten Preßsegmentenring. Dadurch wird vor allem die Herstellung der weniger häufig vorkommenden Rotorgrößen derart verteuert, daß man für solche Rotorgrößen bisher bei der spangebenden Umformung zylindrischer Rohlinge geblieben ist, die aber wegen der von der Rotorexzentrizität abhängigen, verhältnismäßig großen Volumina, die zerspant werden müssen, ebenfalls nicht billig ist.

Es ist auch bekannt, zB aus der DE-PS 1 091 072 und der FR-PS 1 118 390, schraubenförmige Wellrohre dadurch herzustellen, daß man ein dünnwandiges glattes zylindrisches Rohr um seine Achse dreht und gleichzeitig längs seiner Achse durch eine Umformvorrichtung hindurchbewegt, die eine oder mehrere Umformwalzen aufweist. Die Walzen sind um je eine Achse drehbar, die zur Längsachse des Rohrs um einen kleinen, dem Steigungswinkel des angestrebten Wellrohrs entsprechenden Winkel angestellt ist. Die Walzen arbeiten im Bereich der Vorderkante eines in das glatte zylindrische Rohr eingeführten zylindrischen Dorns und drücken Wellen in die Rohrwand, deren Steigung üblicherweise nur ein kleiner Bruchteil des Außendurchmessers des unverformten Rohrs ist. Bei der Verformung ändert sich die Achsrichtung des Rohrs nicht. Auch diese bekannten Vorrichtungen sind nur zur Verformung dünnwandiger Rohre geeignet und die Querschnittsform der Walzen muß dem angestrebten Wellrohrprofil genau angepaßt sein. Rotoren oder Rotorrohlinge für Exzenterschneckenpumpen, deren Steigung üblicherweise ein Mehrfaches des ursprünglichen Stabdurchmessers beträgt, lassen sich mit diesen Vorrichtungen selbst aus dünnwandigen Rohren nicht herstellen und erst recht können dickwandige

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Rohre sowie Stäbe mit Vollquerschnitt nicht zu Rotorrohlingen umgeformt werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zu schaffen, mit denen sich ohne wesentliche Umstellungen Rotorrohlinge für Exzenterschneckenmaschinen verschiedener Steigung und vorzugsweise auch verschiedener Exzentrizität und verschiedenen Rotordurchmessers herstellen lassen, in erster Linie aus vollzylindrischen Stäben, aber auch aus dickwandigen Rohren. Unter Rotorrohlingen sollen dabei Wendeln von kreisförmigem Kernquerschnitt und im Verhältnis dazu großer Steigung verstanden werden, bei denen der Kerndurchmesser entweder schon mit dem Durchmesser des fertigen Rotors übereinstimmt oder noch eine geringe Bearbeitungszugabe aufweist.

Die Erfindungsaufgabe ist, soweit sie ein Verfahren betrifft, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stab während seiner Bewegung längs der Stabachse und gleichzeitigen Drehung um die Stabachse in eine Richtung gebogen wird, die mit der Stabachse einen festgelegten Winkel einschließt.

Durch die Überlagerung eines Biegevorgangs mit der Axialbewegung und Drehung des Stabes entsteht eine Wendel, deren Steigung vom Verhältnis der Axial-zur Drehbewegung abhängt und deren Exzentrizität vom Biegewinkel abhängt. Da die genannten Einflußgrößen vorrichtungstechnisch leicht in verschiedenster Weise veränderbar sind und auch eine Anpassung an unterschiedliche Durchmesser der als Ausgangsmaterial verwendeten kreiszylindrischen Stäbe ohne weiteres möglich ist, lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Rotorrohlinge in beliebiger Vielfalt herstellen. Besonders groß sind die durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichten Ersparnisse bei der Herstellung von Rotorrohlingen großer Länge und im Verhältnis zum Rotordurchmesser großer Steigung. Wenn im vorstehenden von Exzenterschnecken maschinen die Rede ist, so sind' damit neben Exzenterschneckenpumpen auch Exzenterschneckenmotoren

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gemeint, wie sie beispielsweise in Bohrlöchern als von einer Spülflüssigkeit angetriebene Motoren für Gesteinsbohrer verwendet werden. Gerade solche Exzenterschneckenmaschinen haben besonders lange Statoren und im Verhältnis zum Rotordurchmesser große Steigungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise so ausgeführt, daß der Stab kontinuierlich längsbewegt, gedreht und gebogen wird. Es ist aber auch möglich, schrittweise zu arbeiten, sofern die Bedingung eingehalten wird, daß der Stab bei jedem Schritt längsbewegt, gedreht und gebogen wird, so daß diese Vorgänge praktisch gleichzeitig stattfinden.

Zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorzugsweise eine Vorrichtung mit einem drehantreibbaren und in Richtung der Stabachse verschiebbaren Spannfutter und einem Umformwerkzeug vorgesehen, wobei das Umformwerkzeug erfindungsgemäß drei Biegewalzen aufweist, deren Achsen sich zumindest annähernd im rechten Winkel zur Stabachse erstrecken. Solche Umformwerkzeuge sind zwar als Rollmaschinen zum Herstellen von Ringen aus stabförmigem Material bekannt, jedoch nicht in Kombination mit einer Vorrichtung zum Drehen des Materials um die Stabachse. Wenn hier von drei Biegewalzen die Rede ist, so soll damit eine Anordnung von mehr als drei Biegewalzen, wie sie bei Rollmaschinen auch gelegentlich vorkommt, nicht ausgeschlossen sein, wenngleich eine Vorrichtung mit drei Biegewalzen sich am besten bewährt hat.

Wie bei bekannten Rollmaschinen ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung von den Biegewalzen vorzugsweise mindestens eine in bezug auf die übrigen verstellbar. Damit läßt sich die Vorrichtung leicht, ohne Auswechseln der Biegewalzen, auf Stäbe unterschiedlichen Durchmessers umstellen.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn von den Biegewalzen mindestens die von dem Stab bei seiner Längsbewegung zuerst erreichte, erste Biegewalze eine den Stab führende Ringnut aufweist.

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Wenn auch die zweite Biegewalze eine Ringnut hat, ist diese gegen die Ringnut der ersten Biegewalze seitlich versetzt; stattdessen kann die Ringnut der zweiten Biegewalze mit der Ringnut der ersten Biegewalze achsgleich aber entsprechend breiter sein. Wenn auch die dritte Biegewalze eine Ringnut hat, gilt für diese Entsprechendes. Das Maß der seitlichen Versetzung der Ringnut hängt einerseits vom Abstand der betreffenden Ringwalze von der vorangehenden Biegewalze ab und andererseits von dem Winkel, um den der Stab gebogen wird; dieser Winkel hängt seinerseits von der angestrebten Exzentrizität des Rotors ab.

Die Ringnut der ersten Biegewalze hat vorzugsweise ein kreisbogenförmiges, dem Querschnitt des kreiszylindrischen Stabes eng angepaßtes Profil. Die Ringnut der zweiten und gegebenenfalls dritten Biegewalze hat dagegen ein elliptisches Profil, entsprechend einem Schrägschnitt des Stabes unter dem Winkel, um den der Stab gebogen wird.

Von den Biegewalzen ist vorzugsweise die erste drehantreibbar. Dabei ist das Verhältnis der Drehgeschwindigkeit der ersten Biegewalze zu derjenigen des Spannfutters vorzugsweise mit einem stufenlosen Getriebe veränderbar. Damit wird es möglich, das zum Erzeugen von _Rotoren mit genau vorbestimmter Steigung erforderliche Verhältnis der genannten Drehgeschwindigkeiten experimentell zu ermitteln und an die bei unterschiedlichen Stabwerkstoffen und -durchmessern verschieden große Rückfederung anzupassen, die am Rotorrohling beim Verlassen der Biege— walzen zu beobachten ist.

Wenn eine der Biegewalzen drehantreibbar ist, kann das Spannfutter vom Stab längs der Stabachse mitgezogen worden. Es ist jedoch - ebenfalls im Hinblick auf von Fall zu Fall unterschiedliche Rückfederungseigenschaften der verarbeiteten Stäbe - zweckmäßig, eine Vorrichtung zu verwenden, bei der das Spannfutter nicht nur drehantreibbar, sondern auch .für seine Bewegung längs der Stabachse selbständig antreibbar ist, wobei erfindungsgemäß das Verhältnis zwischen Längsbewegung und Drehung des Spannfutters mit einem weiteren stufenlosen Getriebe veränderbar ist.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig.1 das Prinzip des Hersteilens wendeiförmiger Rotorrohlinge, dargestellt am Beispiel einer vereinfachten Vorrichtung im senkrechten Längsschnitt;

Fig.2 die zu Fig.1 gehörige Draufsicht; Fig.3 die Vorderansicht in Richtung des Pfeils III in Fig.1;

Fig.4 eine Seitenansicht einer vollständigen Vorrichtung zum Herstellen wendeiförmiger Rotorrohlinge;

Fig.5 eine vergrößerte Einzelheit aus dem rechten Teil der Fig.4;

Fig.6 den Schnitt VI-VI in Fig.5;

Fig.7 den Schnitt VII-VII in Fig.5;

Fig.8 eine vergrößerte Ansicht der Vorrichtung in Richtung des Pfeils VIII in Fig.4 und

Fig.9 den Schnitt IX-IX in Fig.8.

Gemäß Fig.1 bis 3 wird ein Stab 10 aus Stahl von kreisförmigem Querschnitt durch ein Umformwerkzeug 12 hindurchgeführt. Der Stab 10 wird dabei längs seiner Stabachse 10' in Richtung des Pfeils III in Fig.1 vorwärtsbewegt und gleichzeitig um diese Achse gedreht sowie in eine Richtung 10" gebogen, die mit der ursprünglichen Richtung der Stabachse 10' einen Winkel cCj einschließt.

Das Umformwerkzeug 12 weist drei Biegewalzen 14,16 und 18 auf, die um parallel zueinander und im rechten Winkel zur Stabachse 10' angeordnete Achsen 14' ,16' und 18' drehbar sind. Die Biegewalze 14 weist eine Ringnut 14" auf, deren Querschnitt kreisbogenförmig und dem Querschnitt des Stabes 10 angepaßt ist. Gemäß Fig. 1 bis 3 hat auch die zweite Biegewalze 16 eine Ringnut 16", deren Querschnitt ellipsenbogenförmig, also einem schrägen Schnitt durch den Stab 10 angepaßt ist. Die Ringnut 16" ist gegenüber der Ringnut 14" um einen Betrag a versetzt oder um ca. 2 χ a breiter wie in Fig. 2 und 3 mit strichpunktierten Linien angedeutet. Der Stab 10' ist in den Ringnuten 14" und 16" derart geführt, daß er sich auf den Biegewalzen 14 und 16 nicht längs deren Achse 14' bzw 16' verschieben kann. Die Ringnuten 14" und/oder 16" sind unter bestimmten Be-

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dingungen entbehrlich, beispielsweise dann, wenn der Stab 10 in geringem Abstand vor der Biegewalze 14 auf andere Weise geführt ist, beispielsweise zwischen zwei Rollen, deren Drehachsen die Achse 14" kreuzen. Um die Entbehrlichkeit einer oder mehrerer Ringnuten zu verdeutlichen, ist die Biegewalze 16 in Fig.6 ohne Ringnut dargestellt. Andererseits könnte die Biegewalze 18, die in Fig.1 und 2 ohne Ringnut dargestellt ist, mit einer Ringnut ähnlich der Ringnut 16" versehen sein.

Der aus dem Umfarmwerkzeug 12 austretende Stab 10 hat eine Wendelform, deren Exzentrizität e vom Biegewinkel o£und deren Steigung vom Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit der Drehung des Stabes 10 um seine Achse 10' zur Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung des Stabes um diese Achse abhängt. Der Biegewinkel cC ist seinerseits abhängig vom Abstand der Achse 16' der Biegewalze 16 von der gemeinsamen Ebene der Achsen 14' und 18' der Biegewalzen 14 und 18.

Eine Ausführungsform des Umformwerkzeugs 12 ist in Fig.4 bis 7 mit weiteren Einzelheiten dargestellt. Das Umformwerkzeug 12, das gemäß Fig.4 an einem Ende eines Maschinengestells 20 angeordnet ist, weist zwei zur Stabachse 10' parallele, senkrechte Wangen 22 auf, in denen je eine Lagerplatte 24 für die Biegewalze 14, je ein oberer Lagerschlitten 2 6 für die Biegewalze 16 und je ein unterer Lagerschlitten 28 für die Biegewalze 18 angeordnet sind. Die Wangen 22 sind durch vier Stehbolzen 30 starr miteinander verbunden.

Die Lagerplatten 24 sind mit den Wangen 22 fest verschraubt und die in den Lagerplatten gelagerte Biegewalze 14 ist durch eine flexible Kupplung 32 mit" einem Motor 34 gekuppelt, der auf dem Maschinengestell 20 befestigt ist.

Die Lagerschlitten 2 6 sind senkrecht verschiebbar und die Lagerschlitten 2 8 annähernd senkrecht verschiebbar in den Wangen 22 geführt und mittels je einer Stellspindel 36 bzw 38, die in

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eine Traverse 40 bzw 42 eingeschraubt ist, verstellbar.

Auf dem Maschinengestell 20 sind parallel zur Stabachse 10' zwei waagerechte Führungsstangen 44 angeordnet, deren Enden in je einem am Maschinengestell 20 befestigten Bock 4 6 eingespannt sind. Jede Führungsstange 44 ist zwischen den beiden zugehörigen Böcken 46 durch am Maschinengestell 20 befestigte Stützen 48 zusätzlich von unten her abgestützt.

In der senkrechten Mittelebene zwischen den beiden Führungsstangen 44 und parallel zu diesen ist eine Gewindespindel 50 angeordnet, die an ihren beiden Enden durch je einen Bock 52 am Maschinengestell 20 befestigt ist.

Auf den beiden Führungsstangen 44 ist ein Schlitten 54 mittels geschlitzter Führungsbuch sen 56 verschiebbar geführt. Der Schlitten 54 besteht im wesentlichen aus Vierkantrohren 58 sowie einer Bodenplatte 60 und einer Deckplatte 62. Auf der Bodenplatte 60 ist ein stufenlos regelbares Getriebe 64 befestigt, das von einem angeflanschten Motor 66 antreibbar ist. Die Abtriebswelle des Getriebes 64 ist durch einen Zahnkettentrieb 68, dem ein Kettenspanner 70 zugeordnet ist, mit einer Zwischenwelle 72 verbunden. Die Zwischenwelle 72 ist parallel zu den Führungsstangen 44 und der Gewindespindel 50 in einem Gehäuse 74 gelagert, das an der Unterseite der Deckplatte 62 befestigt ist.

Auf der Zwischenwelle 72 ist ein Zwischenritzel 76 befestigt, das mit einer außenverzahnten Spindelmutter 78 kämmt. Die Spindelmutter 78 ist axial unverschiebbar im Gehäuse 74 gelagert und auf die Gewindespindel 50 aufgeschraubt.

Die Zwischenwelle 72 ist durch einen weiteren Zahnkettentrieb 80, dem ebenfalls ein Kettenspanner 82 zugeordnet ist, mit einem weiteren stufeniosen Getriebe 84 verbunden, das auf der Deckplatte 62 befestigt ist. Auf der Abtriebswelle des Getriebes 84 ist ein Spannfutter 86, im dargestellten Beispiel ein Vierbackenfutter der bei Drehbänken üblichen Bauart, befestigt.

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Die anhand der Fig.4 bis 9 beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Der noch gerade Stab 10 wird an seinem vorderen, in Fig.4 rechten Ende zwischen die Walzen 14,16 und 18 eingelegt und an seinem hinteren Ende in das Spannfutter 86 eingespannt. Dann wird der Motor 34 eingeschaltet, so daß er die Biegewalzen 14,16 und 18 in Richtung der in Fig.1 eingezeichneten Pfeile antreibt, wodurch auf den Stab 10 ein Zug in Richtung des Pfeils III ausgeübt wird. Sobald nun auch der Motor 66 eingeschaltet wird, bewegt sich der Schlitten 54 mit dem Stab 10 vorwärts, zum Umformwerkzeug 12 hin, und gleichzeitig dreht sich das Spannfutter 86 mit dem Stab 10. Das Verhältnis der Bewegungsgeschwindigkeit des Schlittens 54 zur Drehgeschwindigkeit der Biegewalzen 14,16 und 18 ist am stufenlos regelbaren Getriebe 64 einstellbar. Das Verhältnis der Drehgeschwindigkeit des Spannfutters 86 zur Bewegungsgeschwindigkeit des Schlittens 54 ist am stufenlos regelbaren Getriebe 84 einstellbar.

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Claims

Patentansprüche

ί1.) Verfahren zum Herstellen wendeiförmiger Rotorrohlinge für Exzenterschneckenmaschinen, bei dem ein gerader, kreiszylindrxscher Stab längs der Stabachse bewegt, um die Stabachse gedreht und spanlos umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Stab (10) während seiner Bewegung längs der Stabachse (10*) und gleichzeitigen Drehung um die Stabachse (10¹) in eine Richtung (10") gebogen wird, die mit der Stabachse (10*) einen festgelegten Winkel {cC) einschließt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (10) kontinuierlich längsbewegt, gedreht und gebogen wird.
3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem drehantrexbbaren und in Richtung der Stabachse verschiebbaren Spannfutter und einem Umformwerkzeug, dadurch gekennzeichnet , daß das Umformwerkzeug (12) drei Biegewalzen (14,16,18) aufweist, deren Achsen (14', 16' ,18") sich zumindest annähernd im rechten Winkel zur Stabachse (10') erstrecken.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß von den Biegewalzen (14,16,18) mindestens eine in bezug auf die übrigen verstellbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß von den Biegewalzen (14,16,18) mindestens die von dem Stab (10) bei seiner Längsbewegung zuerst erreichte, erste Biegewalze (14) eine den Stab (10) führende Ringnut (14") aufweist.

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ORIGINAL INSPECTED

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auch die zweite Biegewalze (16) eine Ringnut (16") hat, die gegen die Ringnut (14") der ersten Biegewalze (14) seitlich versetzt oder achsgleich aber breiter ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Ringnut (14") der ersten Biegewalze (14) ein krexsbogenförmiges, dem Querschnitt des kreiszylindrischen Stabes (10) eng angepaßtes Profil hat und die Ringnut (16") der zweiten Biegewalze (16) ein elliptisches Profil hat, entsprechend einem Schrägschnitt des Stabes (10) unter dem Winkel (oC), um den der Stab gebogen wird.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß eine der Biegewalzen (14,16, 18) drehantreibbar ist und das Verhältnis der Drehgeschwindigkeit dieser Biegewalze zu derjenigen des Spannfutters (86) mit einem stufenlosen Getriebe (64) veränderbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Spannfutter (86) für seine Bewegung längs der Stabac£chse (10') selbständig antreibbar ist und das Verhältnis zwischen Längsbewegung und Drehung des Spannfutters (86) mit einem weiteren stufenlosen Getriebe (84) veränderbar ist.

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