DE2811932A1 - Profilfraeser sowie verfahren zur herstellung eines schraubenrotors - Google Patents

Description

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Profilfräser sowie Verfahren zur Herstellung eines Schraubenrot ors

Die Erfindung betrifft einen Profilfräser sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Schraubenrotors.

Bei der spanabhebenden Herstellung von Zahnrädern und gekehlten Rotoren für Pumpen, Verdichter und dergleichen ist es wichtig, daß die Form oder das Profil der Verzahnung des Zahnrads oder der Rotorerhöhungen mit hoher Genauigkeit hergestellt wird. Eine solche Genauigkeit der Profilform ist wegen einer ordnungsgemäßen Wechselwirkung oder eines ordnungsgemäßen Kämmens zwischen den Zähnen oder Erhöhungen und zum Erreichen eines brauchbaren Wirkungsgrads für iTuidfördervorrichtungen wie Pumpen und Verdichtern mit gekehlten Rotoren wichtig. Die spanabhebende Bearbeitung Ton Zahn- oder Kehlenprofilen durch Präzisionsfräsen ist eine bekannte und gängige Methode zur Herstellung von gekehlten Rotoren für Schraubenverdichters. und -pumpen sowie für

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Zahnräder, Kerbverzahnungen, Kettenräder und andere verzahnte Maschinenelemente. Bei herkömmlichem Formfräsen wird eine Kehle oder ein Zahnr;wisohenraum vollständig gefräst, und das Werkstück wird dann in bezug auf den fräser in die nächste Kehlenposition weitergedreht, und dann wird das Fräsen wiederholt. Beim Formfräsen von Verdiohter-Schraubenrotoren ist der Fräser beispielsweise zur Drehung um eine Achse gelagert, die im wesentlichen senkrecht zur Schraubenlinie der Rotorkehlen liegt. Das Werkstück oder der Rotor wird in bezug auf den Fräser in einer Richtung parallel zur Längsachse des Rotors vorgeschoben und synchron zum axialen Vorschub gedreht, um die Schraubenkehle entstehen zu lassen. Wenn eine Kehle ganz hergestellt ist, wird das Werkstück zum Ausgangspunkt des Fräsens zurückgeführt und in eine Position zum Fräsen einer weiteren Kehle weitergedreht. Bei der Herstellung von Schraubenrotoren sorgt der Formfräsvorgang für eine brauchbare Profilgenauigkeit, und er kann für asymmetrische ebenso wie für symmetrische Rotorprofile benutzt werden. Formfräsen ist Jedoch relativ langsam, und das periodische Weiterrücken des Werkstücks von einer Kehle zur nächsten führt eine größere Möglichkeit von Fehlern im Kehlen- oder Zahnabstand ein.

Das als Abwälzfräsen bekannte Verfahren kann für symmetrische und asymmetrische Kehlen- oder Zahnprofile benutzt werden, muß jedoch Werkstücken zugeordnet werden, die einen gleichmäßigen Abstand der Kehlen oder Zähne haben. Das Abwälzfräsen, das breite Anwendung zum Fräsen von Zahnrädern findet, läßt annehmbare

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Profilgenauigkeiten bei relativ hohen Fertigungsgeschwindigkeiten entstehen, verglichen mit dem Formfräsen. Weil ferner das Werkstück ständig während eines !Durchgangs des Erasers weitergerückt wird, läßt sich leichter ein genauer Abstand zwischen den Kehlen oder Zähnen erreichen, und das Werkstück wird in einem durchgehenden Arbeitsgang fertiggestellt.

Bei einstückig ausgeführten Abwälzfräsern bewirken der Verschleiß und die ständig vorhandene Gefahr einer Beschädigung eines Spanmessers jedoch hohe Kosten in der Wiederherstellung und im Austausch des Werkzeugs, besonders bei Abwälzfräsern, die zum genauen Fräsen relativ großer Zahnräder und Rotoren für Schrauben-Maschinen benutzt v/erden.

Es ist vorgeschlagen worden, Abwälzfräser mit austauschbaren Spanmessern zu bestücken. Solche Anordnungen sind in den US-PSn 2.498.721 und 3.740.808 beschrieben. Die dort beschriebenen Abwälzfräser erfordern, daß die Spanmesser in ihre fertige Form geschliffen werden, ehe sie in die vorgesehene Lage im Fräserkörper eingesetzt werden. Ein Schleifen der Messer in die gewünschte Profilform oder ein Schärfen der Kanten bei im Körper eingesetzten Messern ist außerordentlich schwierig wegen der mehreren Reihen von Messern, bei denen axial aufeinanderfolgende Messer ein Schleifen einer betreffenden Spankante an einem Messer stören. Ferner führt das Problem des genauen Einsetzens der fertig geschliffenen Messer in den Fräserkörper sehr häufig

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2U weniger als einer annehmbaren Profilgenauigkeit und zu ungleichmäßigem Verschleiß an den Messern. Bisher sind die Torteile, die von den hohen Produktionsraten "bei Arbeiten mit dem Abwälzfräsverfahren abzuleiten sind, im wesentlichen durch die hohen Anschaffungskosten von Abwälzfräsern sowie durch die Kosten wieder aufgehoben worden, die mit der Wartung und dem Austausch der Fräser einhergehen. Das gilt ganz besonders dann, wenn das Abwälzfräsverfahren für die Herstellung von Rotoren für Schrauben-Pluid-Fördermaschinen, nämlich Pumpen, Kompressoren und Expansionsmaschinen, in Betracht gezogen wird. Das gleiche gilt im unterschiedlichen Maß für die Herstellung von Zahnrädern, kerbverzahnten Wellen, Kettenrädern und verschiedenen anderen Maschinenelementen.

Die Erfindung sieht einen verbesserten Fräser zum Herstellung von Zahnprofilen oder Kehlen an Maschinenelementen vor, zu denen Zahnräder, Rotoren für Schrauben-Maschinen, Kettenräder und andere Maschinenelemente gehören. In einem bevorzugten Ausftihrungsbeispiel der Erfindung ist ein Präser zum spanabhebenden Herstellen von gekehlten Rotoren für Schrauben-Pumpen, -Verdichtern und dergleichen vorgesehen. Der Profilfräser nach der Erfindung wird vorzugsweise in Verbindung mit einer Universal-Hochleistungs-Abxirälzfräsmasehine benutzt, so daß eine verbesserte Herstellung von genau gefrästen gekehlten Rotoren erreicht werden kann, ohne daß den Einsatz verbietende Werkzeugkosten aufgewendet werden müssen.

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Erfindungsgemäß ist ein Profilfräser mit einer Anzahl von auswechselbaren Spanmessern vorgesehen, die an einem Fräserkörper angebracht sind und auf dem Umfang im Abstand längs einer bestimmten Schraubenlinie in bezug auf die Drehachse des Fräserkörpers angeordnet sind. Der Profilfräser nach der Erfindung hat nur einen Schraubengang, d.h. die Messer sind in einem solchen Abstand angeordnet, daß nur eine auf einer Schraubenlinie liegende Reihe von Messern vorhanden ist, so daß keine Messer vorhanden sind, die axial in einer Flucht mit irgendwelchen anderen Messern am !Fräser liegen. Jedes Messer kann also in seiner betreffenden Position am Fräserkörper eingesetzt und dann in sein endgültiges Spanprofil gebracht werden, ohne daß ein angrenzendes Messer stört. Ferner können einzelne Messer nachgeschliffen oder ausgewechselt werden, je nach Bedarf, ohne daß auf die Probleme zu achten ist, wie ein Stören durch ein anderes Messer am Fräser vermieden werden kann. Ferner kann jedes Messer einen über seine gesamte Schnittkante angeschliffenen Soll=*Fraisohliffwinkel haben, der sich von einem Messer zum anderen ändert, falls das für erforderlich erachtet wird.

Die Erfindung sieht ferner einen Profilfräser vor, der in einem Verfahren benutzt werden kann, bei dem das Werkstück kontinuierlich in solcher Weise rotiert oder weitergerückt wird, daß eine Mehrzahl im gleichen Abstand angeordneter Kehlen und Erhöhungen in ihrer Gesamtheit in einem Durchgang des Fräsers in bezug auf die Längsachse des Werkstücks entstehen. Erfindungsgemäß können

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die Kehlen und Erhöhungen von Rotoren von Schrauben-Pluidfördermaschinen in einem Arbeitsgang in einem schnelleren, genauen und weniger kostspieligen Verfahren hergestellt werden, als das bisher bekannt war.

Der Profilfräser nach der Erfindung kann so vorgesehen sein, daß alle Messer auf eine gemeinsame Schnittkante oder ein gemeinsames Profil geschliffen sind, das nicht das am Werkstück hergestellte Profil ist, das aber das Sollprofil am Werkstück entstehen läßt. Ferner kann auch der Profilfräser nach der Erfindung mit Spanmessern versehen sein, die jeweils so ausgeführt sind, daß sie ein anderes Schnittkantenprofil haben, so daß jedes Messer das Gesamtprofil des Werkstücks fräst. Eine solche Anordnung sorgt für einen gleichmäßigeren Verschleiß der Präsermesser und läßt genauere Profile am Werkstück entstehen. Die Präszeit für ein bestimmtes Werkstück kann auch verkürzt werden, weil die Präskräfte gleichmäßiger auf alle Präsermesser verteilt werden.

Zusätzlich zur ausgezeichneten Produktivität des Profilfräsers nach der Erfindung lassen sich auch Vorteile aus der längeren Einsatzzeit der Präsermesser und aus der Einfachheit und Genauigkeit der Herstellung des Schnittkantenprofils an jedem Präsermesser ziehen. Unter Verwendung bekannter Schleifmaschinen kann die gesamte periphere Schnittkante jedes Präsermessers durch ein rotierendes Schleifwerkzeug geschliffen werden, um

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das Schnittkantenprofil entstehen zu lassen, wobei gegebenenfalls die Messerprofile sich voneinander unterscheiden, und es läßt sich ein geeigneter FreiSchnittwinkel an jedem Messer herstellen. Indem man ferner in der Lage ist, die Peripherie jedes Präsermessers zu schleifen, können einzelne Messer am Fräserkörper bei Verschleiß oder Beschädigung umgesetzt werden, um für adäquates Schleifmaterial zu sorgen, damit das Schnittkantenprofil hergestellt werden kann.

Die Erfindung sieht ferner einen Fräser mit Mehrfachmesserbestückung zur Herstellung von Nuten oder Kehlen an einem Körper vor, bei dem die Schnittkantenprofile der betreffenden Messer so ausgeführt sind, daß in jeweiligen Winkellagen der Messer mit deren Durchlauf durch die Hülle des Körpers jeweils Teile des Kehlenprofils hergestellt werden,, wobei diese Teile zusammen das fertige Kehlenprofil bilden.

Die Erfindung sieht ferner ein verbessertes Verfahren zur Her= stellung eines Werkstücks vor_s das mit einer Anzahl von im gleichen Abstand angeordneten peripheren Nuten oder Kehlen zu versehen ist, die durch einen Fräser hergestellt werden, welcher mit einer Anzahl von Messern bestückt ist, die längs einer Schraubenlinie am Fräser im Abstand angeordnet sind, derart, daß nur ein Gang oder weniger der Schraubenlinie gebildet ist. Der Fräser und das Werkstück werden synchron zueinander gedreht, derart, daß alle Nuten oder Kehlen in einem Durchgang des Frä-

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sers längs der Drehachse des Werkstücks entstehen.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Endansicht eines Profilfräsers nach der Erfindung,

Pig. 2 eine Ansicht aus der Ebene der Linie 2-2 der Fig. 1, Pig. 3 eine Ansicht aus der Ebene der Linie 3-3 der Pig. 1,

Pig. 4 ein Schaubild eines Messers und eines Supports sowie eines Messerhalteblocks,

Pig. 5 eine Ansicht, die das Schnittkantenprofil einer Anzahl von Messern zeigt, die übereinandergelegt sind,

Pig. 6 eine Draufsicht, die die Beziehung zwischen dem Profilfräser nach der Erfindung und einem Werkzeug zeigt, das aus einem gekehlten Rotor besteht,

Pig. 7 eine axiale Endansicht des in Pig. 6 gezeigten Präsers und Werkstücks,

Pig. 8 ein Diagramm, das die Abmessung der Position eines Kehlenprofilpunkts in bezug auf die Präserachse zeigt, und

Pig. 9 eine graphische Darstellung einer Kurvenschar, die bestimmte Positionen verschiedener Punkte am Profil einer Kehle an einem Werkstück wiedergibt»

Insbesondere gemäß Pig. 1 bis 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung durch einen Präser 10 gekennzeichnet.

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Der Fräser 10 weist einen allgemein zylindrischen Körper 12 mit einer mittig sitzenden Längstohrung 14 zum Aufspannen des Präsers auf eine drehbare Spindel oder dergleichen auf. Der Körper 12 hat eine Anzahl von sich axial erstreckenden, abgestuften Ausnehmungen 16, die zur Peripherie des Fräserkörpers offen sind und im gleichen Abstand um dessen Umfang herum angeordnet sind. Der Körper 12 weist außerdem sich radial erstrekkende Flanschpartien 18 auf, die zwischen den Ausnehmungen 16 liegen. Die Planschpartien 18 sitzen auf einer Schraubenlinie 20 in bezug auf die Längsmittelachse 22 des Fräserkörpers 12 und bilden im wesentlichen einen vollständigen Gang der Schraubenlinie, wie in Fig. 3 dargestellt ist.

Der Fräser 10 weist ferner eine Anzahl von Messern 27 auf, die in geeigneter Weise in den abgestuften Ausnehmungen 16 sitzen und am Fräserkörper durch abnehmbare keilförmige Halteblöcke gehalten sind. Die Messerhalteblöcke 26 sind am Fräserkörper durch Schrauben 28 befestigt. Die Messer 24 können aus einem geeigneten zementierten Karbidmaterial hergestellt sein, wie es normalerweise für Metallbearbeitungswerkzeuge benutzt wird.

Jedes Messer 24 sitzt auf einem Support 29 und wird durch einen Keil 30 in bezug auf den Support in der vorgesehenen Lage gehalten. Die Keile 30 sind an den Supporten durch Stifte 32 befestigt, wie das beispielsweise in Fig. 1 gezeigt ist. Die Supporte 29 sind jeweils mit Zähnen 34 an der Seite versehen, die

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dem Messer gegenüberliegt, und diese Zähne passen in damit zusammenwirkende Zähne am Fräserkörper 12, um das Halten des Messers und des Supports in einer ortsfesten radialen Lage in "bezug auf den Fräserkörper zu unterstützen. Wenn die Hesser 24 in der dargestellten Art und Weise angeordnet sind, hält die Verkeilungswirkung der Blöcke 26 die Messer am Fräserkörper. Die Messer 24 können jedoch an den Supporten durch ein geeignetes Klebemittel oder durch Verlöten weiter "befestigt sein, falls erwünscht. Die Supporte 29 und der Fräserkörper 12 können aus Kohlestahl hergestellt sein.

Wie aus der Torstehenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen hervorgeht, können die Messer 24 und deren Supporte 29 radial in bezug auf die Achse 22 des Präserkörpers umgesetzt werden, wenn eines oder mehrere der Messer verschlissen sind und nachgeschliffen werden müssen und einer Wiederherstellung des Schnittkantenprofils bedürfen. Die einzelnen Messer und Supporte können auch seitlich oder in einer Richtung parallel zur Achse 22 in begrenzter Weise zum Zwecke der genauen Anordnung der Messer längs der Schraubenbezugslinie 20, Fig. 2 und 3 bewegt werden. Der als Ausführungsbeispiel in den Zeichnungen dargestellte Fräser 10 ist mit zehn im gleichen Abstand angeordneten Messern 24 versehen, die längs der Schraubenbezugslinie 20 angeordnet sind, die sich jedoch nicht überlappen oder in eine Flucht mit anderen Messern gelangen. Die Messer selbst bilden also einen einzigen Umlauf der Schraubenlinie in dem

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Sinne, daß nur eine Heine Messer vorhanden ist -und daß nicht mehr als ein Messer sich in derselben radialen Position in "bezug auf die Achse 22 befindet. Verschiedene Zahlen von Messern können benutzt werden, und der Umfangsabstand der Messer muß nicht für alle Messer gleich sein, obgleich das für eine bessere Verteilung von Kräften am Fräser und am Werkstück bevorzugt wird.

Ein wichtiger Vorteil des Präsers 10 ist, daß die gesamte Schnittkante 25 jedes Messers 24 hergestellt werden kann, nachdem das Messer am Fräserkörper sitzt und an diesem befestigt ist. Durch die Verwendung geeigneter Spanwerkzeug-Schleifvorrichtungen kann jedes Messer 24 so ausgeführt sein, daß es ein Schnittkantenprofil hat, das das gleiche wie das der anderen Messer ist, oder jedes Messer kann so ausgeführt sein, daß es ein anderes Schnittkantenprofil als das der anderen Messer hat. Gemäß Fig. 4 hat jedes Messer 24 eine Schnittkante 25, die durch den Schnitt der ebenen Fläche 36 des Messers und der Fläche 38 entsteht. Die Fläche 38 kann durch geeignete Vorrichtungen geschliffen werden, um einen Freischliff für die Schnittkante 25 als ein Teil des Arbeitsgangs zu schaffen, bei dem die Kante selbst das gewünschte Profil erhält. Die Fläche 38 kann so ausgeführt sein, daß sie geringfügig konkav ist, wenn mit einer runden Fräser-Schleifscheibe gearbeitet wird. Ferner können die Messer 24 auch vorteilhafterweise so ausgeführt sein, daß deren Schnittkanten in Ebenen liegen, die parallel zur Achse 22

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liegen oder durch die Achse gehen. Diese Anordnung vereinfacht den Vorgang der Herstellung der Schnittkante an jedem Messer. Eine brauchbare Ausführung einer Schleifvorrichtung für ein Präserprofil, die im Rahmen der Erfindung benutzt werden kann, ist als eine numerisch gesteuerte Profilflächen-Schleifmaschine bekannt, die mit einer numerischen Dreiachsen-Simultan-Steuerung bestückt ist. Ein Lieferant für eine solche Maschine ist die Firma CompuGrinder, Indianapolis, Indiana. Numerische Daten zur Bestimmung des Fräsermesserprofils können zur Verwendung für die vorstehend beschriebene Vorrichtung geliefert werden. Solche Daten können entsprechend einem Verfahren bestimmt werden, das hier allgemein zu beschreiben sein wird. Ferner kann ein Verfahren zum Lagern und zum Handhaben des Fräsers 10 benutzt werden, das ähnlich dem ist, das in der TJS-PS 3.579.315 beschrieben worden ist.

Yfie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, können die Fräsermesser 24 nach Bedarf einzeln nachgeschliffen oder ausgewechselt werden, ohne daß dazu ein großer Aufwand erforderlich ist, während gleichzeitig ein hohes Maß an Genauigkeit im Vorgang des Präsens eines Werkstücks bewahrt bleibt, um ein vorgeschriebenes Zahn- oder Kehlenprofil herzustellen.

Der Profilfräser 10 nach der Erfindung ist besonders zum Fräsen der Kehlen oder Nuten in Schrauben-Pumpen, -Verdichtern und -Expansionsmaschinen geeignet. Der Fräser 10 kann beispielswei-

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ft

se zum Fräsen von Schraubenrotoren benutzt werden^ die Kehlen oder Nuten mit Profilen haben, wie sie etwa in US-PS 3.787.154 beschrieben worden sind. Andere Arten von Profilen für Maschinenelemente wie Zahnräder, Kettenräder, kerbverzahnte Glieder und dergleichen können mittels eines erfindungsgemäßen Präsers hergestellt werden.

Pig. 6 und 7 zeigen die Beziehung zwischen dem Präser und dem Werkstück während des Vorgangs des Einfräsens von Kehlen oder Nuten, In Pig. 6 ist der Präser 10 in einer typischen Position gezeigt, während ein Rotor 40 gefräst wird, der sechs Schraubenkehlen oder -nuten 42 hat. Während des Präsens ist der Rotor 40 zur relativen Bewegung in bezug auf den Präser 10 parallel zur Achse 44 mit bestimmter Geschwindigkeit und in Richtung des Pfeils auf der Achse 44 in Pig. 6 gelagert. Der Rotor 40.wird auch mit einer bestimmten Geschwindigkeit in Richtung des Pfeils 46 um die Achse 44 gedreht* Der Präser 10 dreht sich um seine Achse 22 mit einer bestimmten Geschwindigkeit in bezug auf die Drehung des Rotors, und zwar in Richtung des Pfeils 47 in Pig. 7. Das Verhältnis der Drehgeschwindigkeit des Präsers 10 in bezug auf die Drehgeschwindigkeit des Rotors 40 kann aus der folglichen Gleichung bestimmt werden;

^Ra ^{= R}i ^(:F/Lr "

Darin sind:

R = das Verhältnis der Drehzahl des Präsers 10 in bezug auf

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die Drehzahl des Rotors 40, das erforderlich ist , um einen "bestimmten Schraubensteigungswinkel der Rotorkehlen entstehen zu lassen.

R. = das Verhältnis der Zahl der Kehlen in bezug auf die Zahl der Fräs ergänze. Der Fräser tiO hat einen Gang.

F = der axiale Vorschub des Fräsers in bezug auf den Rotor längs der Achse 44 pro Umdrehung des Rotors.

Lr = die Schraubensteigung der Rotorkehlen, gemessen längs der Achse 44.

Für schraubenförmig gekehlte Rotoren wird die Schraubenlinie der Kehlen durch das Verhältnis R„ und die Vorschubgeschwindigkeit

el

F bestimmt. Die Steigung des Rotors Lr ist durch die Rotorkonstruktion bestimmt. Weil außerdem der Schraubenlinien-Steigungswinkel der Kehlen, gemessen am Rotor-Teilkreisdurchmesser, eine Funktion des Teilkreisdurchmessers und der Rotorsteigung ist und der Fräser eine Profilform am Teilkreisdurchmesser erzeugt, entsteht dann, wenn ein Wert für die Rotorsteigung und ein Wert für den Vorschub F in der vorstehend genannten Gleichung eingesetzt wird, ein Wert für das Drehzahlverhältnis R , das Kehlen entstehen läßt, die die gewünschte Schraubenlinie haben.

Der Vorschub F kann auf der Basis einer gewählten Fräserdrehzahl, der Zahl von Messern im Fräser und bekannten Bereichen annehmbarer Schnittkräfte vorgewählt werden, die von den Messern aufgenommen werden können, um eine glatte Oberfläche am Werkstück

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mit einer annehmbaren Messer-Einsatzdauer zu erzeugen.

Der Fräser 10 ist so ausgeführt, daß er eine Schraubenliniensteigung hat, die im wesentlichen dem Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Kehlen 42 entspricht, gemessen in einer vertikalen Ebene durch die Achse 22, Fig₀ 6„ Der Präser 10 ist außerdem normalerweise so in bezug auf das Werkstück oder den Rotor 40 eingerichtet, daß die Drehachse 22 im rechten Winkel zur Schraubenlinie der Kehlen 42 liegt«, Obgleich diese Winkellage des Fräsers nicht erforderlich ist, sorgt sie doch für eine günstigere Breite der Fräsermesser 24. Eine geeignete Maschine für die richtige Lagerung und das richtige Fräsen mit dem Fräser 10 beim Fräsen von schraubenförmig gekehlten Rotoren ist eine Hochleistungs-Abwälzfräsmaschine des Modells 630, die von der Firma Hermann Pfauter, ludwigsburg, hergestellt wird.

Erfindungsgemäß ist es möglichj, Fräser mit Messern vorzusehen^ die Schnittkantenprofile haben, welche das gesamte Profil jeder Rotorkehle in einem Durchgang des Fräsers axial längs der Rotorachse entstehen lassen. Das Werkstück, der Rotor 40 also, kann so gefräst werden, daß es bzw. er in einem Durchgang des Fräsers die vorgesehene Form erhält» Je nachdem, ob der Rotor Profile hat, die in die vorgesehene Form vorgegossen sind, oder ob der Rotor aus dem Vollen gefiäst wird, kann der Fräser in der Lage sein, die Profile in einem Arbeitsgang fertigzufräsen. Die Schnittkantenprofile der Fräsermesser 24 sind nicht iden-

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tisch mit dem Profil der Kehlen des Rotors 40, und zwar sowohl bei Blick in einer Ebene im rechten Winkel zur Achse 44 als auch in einer vertikalen Ebene, Pig. 6 durch die Achse 22 und parallel dazu. Weil die Drehung des Werkstücks relativ schnell erfolgt und die Fräsermesser selbst auf einer Schraubenlinie liegen, ist das Profil jedes Fräsermessers 24 anders als das Profil jedes anderen Fräsermessers, wenn alle Messer alle Punkte am Rotorprofil fräsen. Das ist in Fig. 5 dargestellt, in der die Schnittkantenprofile für einen Fräser mit zehn Messern zum Fräsen der Kehlen eines Rotors für einen Schrauben-Gasverdichter gezeigt sind. Aus Gründen der Kürze sind nur die betreffenden Fräserprofile 25, 25a und 25b gekennzeichnet. Die zehn Profile liegen übereinander, um die Profilunterschiede zu veranschaulichen. Ein Fräser nach der Erfindung kannmit Messern bestückt sein, die alle das gleiche Profil haben, und dieses Profil ist dann die innere Hülle 25c aller in Fig. 5 gezeigten Profile. Bei einem solchen Fräser entstehen die Profile der Kehlen durch den Fräser, d.h. jedes Messer kann nur einen Teil des Kehlenprofils fräsen, während das Messer die Werkstückhülle durchläuft. Eine solche Anordnung kann zu einem ungleichmäßigen Verschleiß an den betreffenden Messern führen, vereinfacht aber den SchleifVorgang des Profilfräsers. Dank der Anordnung einer Reihe von auswechselbaren Messern am Fräser 10 läßt sich jedoch ein Auswechseln und ein Nachschleifen der einzelnen Messer in einfacher Weise durchführen.

Gemäß Fig. 6 und 7 können die Schnittkantenprofile der Fräser-

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messer bei Blick in der vertikalen. Ebene P durch die Achse 22 dadurch bestimmt werden, daß eine Kurve der lagen einer ausreichend repräsentativen Anzahl von Punkten am Rotorkehlenprofil gezeichnet wirdj diese Kurve bestimmt das Eräsermesserprofil, das in der einen oder anderen Winkellage des Messers alle Punkte des Kehlenprofils gefräst werden und keine Punkte am Kehlenprofil hinterschnitten werden. Mit anderen V/orten, mit dem Durchlaufen eines Präsermessers durch die zylindrische Hülle, die durch den maximalen Durchmesser des Rotors beschrieben wird, wird jeder Punkt am Rotorkehlenprofil, in Wirklichkeit die Summe einer großen Anzahl extrem kleiner Teile der Kehle, in irgendeiner Winkellage des Messers gefräst, während es durch die Rotorhülle läuft. Die verschiedenen Lagen eines Kehlenprofilpunkts müssen also für die Zeit bestimmt werden, zu der ein Messer durch die Rotorhülle läuft. Aus Gründen der Einfachheit kann die Lage eines Punktes am Rotorkehlenprofil in bezug auf die Drehachse des Erasers bestimmt werden.

Gemäß Eig. 8 können die verschiedenen Lagen eines Profilpunkts am Werkstück in den Koordinaten r und t ausgedrückt werden, wobei r der Abstand längs einer radialen Linie von der Achse 22 zu einem Profilpunkt Q an einer bestimmten Lage an der Kehle ist und wobei t die Leg e des Punkts längs der Achse 22 in bezug auf einen Bezugspunkt an der Achse ist«, In Eig_o 8 sind zwei Lagen des Punkts Q im Bereich des Erasers als Q^ tind Q₂ wiedergegeben. Der Bezugspunkt, an dem t Null ist₉ kann willkürlich so

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gewählt werden, daß es sich dabei um den radial am weitesten innen liegenden Punkt am Kehlenprofil in bezug auf die Achse 44 handelt, der von einem Messer etwa in der Kitte zwischen den Enden der Rotor-Schraubenlinie gefräst wird.

Zum Bestimmen der verschiedenen Werte von r und t für einen Präser mit Mehrfachmesserbestückung, beispielsweise für den Präser 10, kann angenommen werden, daß der Präser so in bezug auf das Werkstück angeordnet ist, daß ein Messer an oder in der Nähe des Hittelpunkts der Schraubenlinie 20 des Präsers den radial am weitesten innen liegenden Punkt am Kehlenprofil fräst, wenn das Hesser sich in der vertikalen Ebene P befindet. Entsprechend kann das Profil jedes Hessers am Präser so bestimmt werden, daß die verschiedenen Positionen einer Anzahl von Punkten am Kehlenprofil in bezug auf die Präserachse 22 aufgetragen werden, und diese Punktorte können in vertretbarer Weise als in der Nähe eines Präsermessers liegend angenommen werden, während es in die Hülle des Werkstücks und aus dieser läuft. Anders als bei herkömmlichen Präsverfahren, bei denen angeommen wird, daß aus praktischen Gründen das Werkstück im wesentlich nicht rotiert, während ein Präsermesser die zylindrische Hülle des Werkstücks durchläuft, sieht die Erfindung vor, daß eine definitive Beziehung zwischen der Drehwinkellage des Präsermessers und der Drehwinkellage des Werkstücks in Betracht gezogen werden muß. Perner muß die axiale Lage jedes Messers längs der Schraubenlinie 20 des Präsers bei der Bestimmung der Präsermesserform in Be-

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tracht gezogen werden.

Die Drehwinkellagen verschiedener Fräsermesser in bezug auf die Drehung des Werkstücks sind aus der Gleichung für R be-

et

kannt, die vorstehend angegeben worden ist. Deshalb kann die Lage eines Punkts am Kehlenprofil in bezug auf die Drehachse des Fräsers in Werten für r und t bestimmt werden. Ferner kann eine Kurve für r- und t-Werte für alle Lagen eines betreffenden Kehlenprofilpunkts längs der Kehle entwickelt werden. Weiter enteht durch eine ausreichende Zahl von Kurven, die für die betreffenden r- und t-Werte einer betreffenden Zahl von Profilpunkten gezeichnet werden, eine Kurvenschar, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, und die innere Hülle dieser Kurvenschar beschreibt das Schnittkantenprofil eines betreffenden Fräsermessers, natürlich müssen eine ausreichende Zahl von Kurven von 3?-und t-Werten so gewählt werden, daß eine glatte Hülle entsteht und man ein genaues Fräsermesserprofil erhält. In einem Fräser mit Mehrfachmesserbestückung kann das Messerprofil auf der Basis bestimmt werden, daß jedes Messer alle Punkte am Profil fräst, und weil die Drehung des Werkstücks in Betracht gezogen wird, ebenso die relativen axialen Lagen jedes Messers längs der Schraubenlinie des Fräsers, unterscheidet sich das Schnittkantenprofil für jedes Messer von demjenigen jedes anderen Messers. Es ist möglich, jedes Messer in einem Fräser mit Mehrfachmesserbestückung mit dem gleichen Schnittkantenprofil zu versehen, und dieses Profil ist die innere Hülle der Profile aller Messer, die

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übereinandergelegt sind, wie in Pig. 5 dargestellt ist.

Ein Fräser kann vorgesehen sein, der nur ein Messer hat, jedoch machen praktische Beschränkungen "bezüglich der Messerdrehzahl und der Axial-Yorschubgeschwindigkeit einen solchen Präser für die Herstellung der meisten Arten von Werkstücken nicht wünschenswert. Die Zahl der Präsermesser kann eine Präge der Konstruktion sein, find im Rahmen der Erfindung ist ein Präser mit zehn Messern entwickelt worden, der sich für das Präsen von schraubenlinienförmig gekehlten Rotoren aus Stahl oder Gußeisen mit vier bis sechs Kehlen eignet.

Schraubenrotorprofile sowie Zahnradprofile können durch ein dreiachsiges Koordinatensystem festgelegt werden, das zwei zueinander senkrechte Achsen in einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Rotors hat. Die letztere Achse ist die dritte Achse des Koordinatensystems. Gemäß Pig. 8 können die Koordinaten x, y und ζ eines Punkts Q am Rotorprofil als die Koordinaten in bezug auf eine Ebene wie die Ebene P durch entsprechende Umsetzunp-s- und Rotationsformeln definiert werden. Ein Satz Koordinatenpunkte in bezug auf die Ebene P, definiert als das Präsermesser-Koordinatensystem, kann entwickelt werden, der das Schnittkantenprofil als die Rotorkehlenprofilpunkte definiert, die entsprechend umgesetzt und gedreht worden sind. Indem Werte für die Präsermesser-Drehlage und die Rotorprofilpunktlage gewählt werden, die sich im Bereich eines Zusammenfallens mit

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einem Wert für r und t befinden, der auf dem Fräsermesserprofil liegt, kann ein Iterierungsprozeß durchgeführt werden, um einen Profilpunkt am Präsermesserprofil zu finden, der genauer definiert ist als die Fräsermesserprofile_y die durch graphische Konstruktion der r- und t-Werte erhalten werden«

Gemäß I¹Ig. 8 und 9 kann ein Punkt am Kehlenprofil in der Form Ton Koordinaten x, y und ζ in "bezug auf die Ebene definiert werden, die senkrecht zur Drehachse 44 des Rotors liegt« Diese Koordinaten können entsprechend in ein Koordinatensystem in bezug auf die Ebene P umgesetzt und gedreht werden und als x¹, y¹ und z¹ definiert werden₀ Der Wert von x¹ ist gleich dem Wert ■von tj und der Wert von r ist gleich der Quadratwurzel der Summe von y^! zum Quadrat plus z^! zum Quadrate Das nachstehend beschriebene Terfahren kann benutzt werden^ um eine Reihe von Punkten am Fräsermesser zu bestimmen^ die das Fräsermesserpro-= fil bestimmen.

Eine Methode kann angewendet werden^ die allgemein darin besteht, eine Winkellage des Fräsermessers in bezug auf die Ebene P und eine Lage eines Rotorkehlenprofilpunkts Q zu wählen, beispielsweise die Lage Q.. _β Die entsprechende radiale Linie r für die Lage des gewählten Profilpunkts wird berechnet ^und durch einen Iterierungsprozeß wird die Lage des Punkts Q geändert, bis der errechnte Wert von r den Winkel L zur Ebene P bildet« Dabei ist der Winkel L gleich der Winkellage des Präsermessers, die

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gewählt worden ist. Wenn eine Lage eines Punkts am Rotorkehlenprofil bestimmt wird, die einen solchen Wert hat, daß sie in einer Ebene unter dem gleichen Winkel in "bezug auf die Ebene P wie die Winkellage liegt, die für das Fräsermesser gewählt worden ist, wird eine neue Uinkellage des Fräsermessers gewählt, die in einem kleinen Winkelabstand -von der ersten Lage liegt, und es x»ird eine neue Lage eines Profilpunkts gewählt, beispielsweise die Lage Q.,. Wenn die V/inkellage eines neu errechneten Werts für r nicht mitder neu gewählten Fräsermesser-Winkellage susammenxällt, wird wiederum durch Iterierung die Rotorkehlenprofilpunktlage geändert, bis die Winkellage des entstehenden Werts von r mit dem neu gewählten iräsermesserwinkel zusammenfällt.

Der nächste Schritt in dieser Uethode besteht darin, einen neuen Punkt 8 auf dem Rotorkehlenprofil zu wählen, der sich nahe am zuvor gewählten Punkt befindet, und die gleiche Winkellage des S'räsermessers zu wählen, wie sie für den ersten Punkt gewählt worden ist. Die relativen Lagen der Punkte CL, Q~ und S sind in den Zeichnungen aus (fründen der Darstellung etwas übertrieben dargestellt. Die Lage des Punkts S wird dann geändert, bis die Winkellage des entsprechenden Werts von r mit dem gewählten Wert der 'Winkellage des Präsermessers zusammenfällt. Gemäß der Darstellung in Pig. 9 liegen die Lagen Q.. und Q~ der Punkte Q auf der r-t-Kurve 70, und der Punkt S liegt auf der r-t-Kurve 72. Die Neigung einer Linie zwischen den Punkten Q^ und Q~ kann ausgerechnet v/erden und mit der Neigung einer Linie zwischen

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dem Punkt QL und dem Punkt S verglichen werden« Wenn die Neigungen nicht gleich sind, muß eine neue Winkellage des Fräsermessers gewählt werden, und die Methode muß von Anfang an wiederholt v/erden. Wenn die Neigungen gleich sind ist also die Linie M in Pig. 9 "bestimmen, ist ein Punkt Q^ am Präsermesserprofil entsprechend einem Kehlenprofilpunkt "bestimmt worden_o

Die vorstehende Methode kann für eine ausreichende Zahl von Punkten wiederholt werden, um eine glatte Kurve entstehen zu lassen, die das Präsermesserprofil "bildet, und natürlich wird die Methode für jedes Messer des Erasers durchgeführt, wobei die Messerlage an der Schraubenlinie des Präsers und die Dreirang des Rotors in Betracht gezogen werden.

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Claims (12)

1. V-'. :· -■ · "!¹^ 16. März 1978

   Patentansprüche

   I.JPräser zum Fräsen eines Formprofils in ein Werkstück, ins-—^

   besondere in einen schraubenförmig gekehlten Rotor oder dergleichen, bestehend aus einem allgemein zylindrischen Fräserkörper mit einer mittig angeordneten Längsdrehachse, g e kennzeichnet durch eine Anzahl von Hessern (24), die am Körper (12) im Abstand zueinander um den Umfang des Körpers herum längs einer Schraubenlinie (20) in bezug auf die Drehachse (22) des Körpers (12) angeordnet sind, derart, daß nur ein Umlauf der Schraubenlinie entsteht, wobei die Messer (24) in. einem solchen Abstand angeordnet sind, dai3 keines der Messer in einer axialen Flucht mit irgendeinem anderen Messer liegt.
2. 2. Fräser nach Anspruch 1 _s dadurch gekenn-
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4. s e J. c ii η ο c , (LrU-J dor !''raser ^eile (26, 29) sum Halten der !ieo;:e.L* (24) an körper (12) aiixVeist, derart, clai-5 die ..eo-SOx¹ j in/ei Is von körper (12) abnehribar sind.
5. 5. fräser nach Anspruch 1, d a d u r c h :,; e k e η η ζ G i c h η ο L , da¹"·· die ϊ-lesoer (24) im gleichen Abstand zueinander in besiif;; aiii¹ den IJrafan™ des Körpers (12) eingeordnet sind.

   4. Fräser nach Anspruch I, dadurch g e k e η η — zeichnet , daß die Kesser (24) im gleichen Abstand lüii der [jchrnubeiilinio angeordnet sind.

   5. Fräser nach Anspruch 1, da d ti roh gekennzeichnet _t daß jedes Hesser (24) eine Schnittkante (25) wit einen bestimmten Profil iuvt, das in jeweiligen Winkella:;en des i-iesners (24) in bezuß· auf die Drehachse des Fräsers (lu) einen !t'eil des Profils des Werkstücks fräst, wobei die ¹EeIIe zusammen im wesentlichen das am Werkstück gefräste Gesamtprofil bilden.
6. 6. Fräser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Sclinittkante jedes Messers (24) in einer Ebene (P) liert.
7. 7. fräser nach Anspruch 6, dadurch gekenn-

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   zeichnet , daß die Ebene (P) der Schnittkante jedes nessers parallel zur Drehachse (22) des Präsers (10) liegt.
8. 8. Präser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Messer (24) eine ebene Schnittkante (25c) gemeinsamen Profils hat, das durch die innere Hülle einer Anzahl unterschiedlicher Profile bestimmt ist, die gleich der Zahl von Messern (24) im Präser (1ü) sind, wobei die verschiedenen Profile als solche bestimmt sind, die in jeweiligen Winkellagen jedes Messers (24) in bezug auf die Drehachse (22) des Präsers (10) jeweilige Partien des Profils des V/erkstücks fräsen, wobei die Partien zusammen im wesentlichen das Gesamtprofil bilden, das am Werkstück entsteht.
9. 9. Präser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Ebene der Schnittkante (25c) jedes Messers (24) parallel zur .Drehachse (22) des Präsers (10) liegt.
10. 10. Verfahren zur Herstellung eines Schraubenrotors mit einer Anzahl von schraubenförmigen Nuten, die im Abstand zueinander um den Umfang des Rotors herum angeordnet sind und die ein gemeinsames Profil haben, gemessen in einer Ebene senkrecht zu einer mittig angeordneten Längsdrehachse des Rotors, dadurch gekennzeichnet j, daß mit einem Präser (10) mit einem Präserkörper (12) zum Rotieren um eine Präserachse (22) gearbeitet wird, wobei der Präser eine Anzahl

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    Me es em (24) hat, die im Abstand zueinandei· längs einer Schraubenlinie (2ü) in bezug auf die Pz'äserachse angeordnet sind und nur einen Umlauf der Schraubenlinie bilden, der Präser (10) in bezug auf den Rotor (40) in einer Richtung parallel zur Mittelachse des Rotors unter Drehen des Rotors und des Erasers in einer solchen zeitlichen Beziehung vorgeschoben wird, daß alle Hüten (42) im Rotor (40) in einem Durchgang des Fräsers (10) längs der Mittelachse des Rotors (40) entstehen.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Präser (10) in bezug auf den Rotor (40) so angeordnet ist, daß die Präserachse (22) im wesentlichen senkrecht zur Schraubenlinie der Nuten (42) liegt.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Messer (24) mit einem Schnittkantenprofil (25) versehen wird, das in jeweiligen Winkellagen jedes I-iGssers in bezug auf die Präserachse betreffende Partien jeder Hut fräst, wobei diese Partien zusammen das Profil der Hüten bilden.

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