DE3240005A1

DE3240005A1 - Koerper von allgemeiner form und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3240005A1
Application number: DE19823240005
Authority: DE
Inventors: &Scaron;tefan Dipl.-Ing. Koto&ccaron;; Franti&scaron;ek Dipl.-Ing. Praha Rosecký
Original assignee: Ustav Pro Vyzkum Motorovych Vozidel
Current assignee: Ustav Pro Vyzkum Motorovych Vozidel
Priority date: 1981-10-30
Filing date: 1982-10-28
Publication date: 1983-05-05
Also published as: FR2515543A1

Description

OVMV Ostav pro vyzkum motorovych vozidel Prag, CSSR

Körper von allgemeiner Form und Verfahren zu seiner Herstellung

I Die Erfindung betrifft einen Körper von allgemeiner Forfn, insbesondere Formkerne oder Modelle zur Herstellung von Strömungsräumen mit dreidimensionaler Symmetrieachse

sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger Formkörper.

Es sind Verfahren zum Formen von Körpern allgemeiner Form mit Hilfe von Stützschnitten und deren Raumkoordinaten bekannt. Zuerst werden am Umfang eines solchen Kanals oder Formkernes einige dieser Stützschnitte gefräst oder geschliffen, die zu der annähernd bestimmten gekrümmten Achse des Kanals oder des Formkernes senkrecht sind und danach werden diese Stützschnitte nach Möglichkeit durch Bearbeitung der überflüssigen Masse des Körpers zwischen ihnen verbunden. Die Stützschnitt«
schiedenste Größe und Form haben.

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ihnen verbunden. Die Stützschnitte können dabei die ver-

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Andere Verfahren, die einen Modelliercharakter haben_f bei dem der Kanal oder der Kern aufeinanderfolgend versuchsweise geformt werden, sind ungenau und nicht reproduzierbar. Keines der bekannten Verfahren ermöglicht ei~ ne vollkommene und reproduzierbare Herstellung von Kanälen oder Formkernen ohne Anwendung einer mühsamen Koordi*= natenbearbeitung auf entsprechenden Maschinen«

Solche Bearbeitungen können nicht an komplizierten krummachsigen Durchflußhohlräumen vorgenommen werden, bei denen die Anwendung des negativen Kernes wegen der Größe _r gießtechnischer Schwierigkeiten u. dgl ο oder Probleme der Werkzeugmaschine ausgeschlossen ist. Die Durchflußhohl= räume und Kanäle insbesondere von Brennkraftmaschinen,-aber auch Gas- und Flüssigkeitsstrecken können herstellungsbedingte Formfehler enthalten, was zu aerodynamischen bzw. hydraulischen Verlusten besonders bei den hohen Strömungsgeschwindigkeiten führt. Hier können sich Unstetigkeiten in der Krümmung der Achse des Kanals und der Wände negativ auswirken, und zwar insbesondere in der zweiten Derivation, welche die Größe und die Richtung der Verlustmassenkräfte des strömenden Mediums bestimmt=

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Formkörper von vorgegebener beliebiger Gestalt mit verbesserter Fonngenauigkeit auf einfache Weise und beliebig oft reproduzierbar herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Paket von miteinander verbundenen parallelen Flächenschichten/ die durch Schichtlinien begrenzt sind, die als Schnittpunkte der Schichtebenen mit dem Mantel des Körpers festgesetzt sind, wobei wenigstens ein Teil

der Flächenschichten die Längsachse in einem kleineren Winkel als 90° schneidet.

Das Wesen des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Körpers beruht darin, daß in dem Raum, der durch den Mantel des Körpers begrenzt ist, ein System der parallelen äquivalenten Ebenen gewählt wird, eine Schichtlinie des Körpers in diesen Ebenen als ein Schnittpunkt dieser Ebenen mit seinem Mantel bestimmt wird, die Schichtlinien auf eine Folie aufgetragen und die auf diese Weise gebildeten Schichten als Bauelemente des Körpers benutzt werden.

Die Schichten können mit Vorteil wenigstens mit einem Orientierungsraster bezeichnet sein, das als Schnittpunkt mit einigen auf ihm senkrechten Ebenen gebildet ist. Die Schichten werden derart zusammengesetzt, daß die Raster aller Schichten im Anblick senkrecht auf die Schichtenebene identisch sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines aus Schichten aufgebauten Formkörpers,

Fig. 2 einen Grundriß dieses Formkörpers mit Schnitten,

Fig. 3 eine Ansicht des Formkörpers, der mit dem Raster bezeichnet wurde.

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Der dargestellte Formkörper ist ein Formkern und besteht aus Schichten A, die.parallel zur Grundebene S aufeinanderliegen. Die Achse 0 ist die Achse der Endform
des Kernes. Die einzelnen Schichten A sind mit einem
Orientierungsraster R bezeichnet, das in diesem Fall
zweifach ist (Fig. 3).

Bei Anwendung eines Rechners zur Berechnung der einzelnen Schichten, was ein vorteilhaftestes Verfahren zur Realisierung der Erfindung darstellt, werden Stützkoordinaten P und Schnitte V eingeführt. Durch Eingeben dieser Daten in den Rechner wird eine große Zahl der aufgezeichneten Schichtlinien erhalten.

Wenn die graphische Ausgabeeinheit des Rechners einen Messer- oder Laserschneider für Folien aufweist,
können die ausgeschnittenen Folienabschnitte als Bauelemente für den Kern durch deren direkte Verbindung verwendet werden. Der auf diese Weise entstandene Kern erfordert keine weitere Bearbeitung, insbesondere soweit die
Berechnung und die Fertigung der Schichtfolie in genügend kleinen Schritten, bezogen auf die Größe des erforderten Kanals, durchgeführt wurden.

Durch das Verfahren gemäß der Erfindung können kleine und große Durchflußräume und Körper hergestellt werden. Bei großen Objekten können die Schichtlinien-Folien aus Teilabschnitten hergestellt werden, die bei genügender Breite des Ausgabebandes des Rechners die Schichtlinien und Objekte mit Abmessungen von einigen Zehnern
Meter zusammengesetzt werden können.

Wenn die graphische Ausgabeeinheit des Rechners keinen Folienschneider hat, kann als Hilfsmittel das Papier

des Koordinatenschreibers als Schicht verwendet werden. Die Verarbeitung der aufgezeichneten Schichten A ist wie folgt:

Das Papier mit der aufgezeichneten Schichtlinie wird auf eine hölzerne oder andere Unterlage mit gegebener Dicke aufgeklebt und die Schicht entlang der Schichtlinie von Hand ausgeschnitten. Daraufhin werden die benachbarten Schichten A mit den ausgeschnittenen Außen- oder Innenteilen aufeinander angeordnet, bis der Rohling des Formkörpers fertiggestellt ist. Die Wand des auf diese Weise gebildeten Rohlings des Formkörpers wird nach Bedarf durch Kitten oder Schleifen geglättet, um die Absätze an den ggf. dickeren Schichten auszugleichen.

Wird das Orientierungsraster R angewandt, weil die benachbarten Schichten A immer unterschiedliche Abmessungen haben, bleibt ein Teil des Orientierungsrasters R auf der unteren Schicht von der oberen Schicht unbedeckt. Darum wird zum Schluß durch das Orientierungsraster R der gesamte Formkörper bezeichnet, wobei ein Gesamt-Orientierungsraster aus vielen Ebenen gebildet wird, welche durch die Orientierungsraster R der einzelnen Schichten führen.

Die Parallelität dieser Ebenen kann an kleinen Körpern und Hohlräumen einfach durch visuelle Kontrolle bei ihrer Zusammensetzung aus Schichten A gesichert werden. Der entstehende Körper kann dabei in den geeigneten Winkel gedreht werden, bei dem die Schichten A zur Deckung gelangen. Dabei wird zweckmäßig für die Schichten A ein durchsichtiges Material verwendet.

Bei Herstellung von Körpern großer Abmessungen aus Orientierungsschichten A gemäß diesem Verfahren können mit Vorteil optische Kontrollgeräte und Visiergeräte angewendet werden.

Bei einer Auflösung des Rasters auf die Schichten durch die graphische Ausgabeeinheit des Rechners von ungefähr 0,1 mm und einer Auflösungsfähigkeit der Sehkraft von 0,1 - 0,2 mm kann ein Körper nach der Erfindung mit einer dreidimensionalen Genauigkeit von etwa + 0,3 mn hergestellt werden.

Dabei wird vorausgesetzt, daß die Berechnung des Rasters, als Schnittpunkte der Schichtlinien und der parallelen Äquidistantrasterebenen, im Rechner mit einer viel höheren Genauigkeit durchgeführt wird.

Das Verfahren zur Formung eines Körpers von willkürlicher Form gemäß der Erfindung erlaubt eine einfache und genügend genaue Materialisation der Ergebnisse der Berechnungen im Rechner, die nach vollkommenen Verfahren und Eingangsbedingungen durchgeführt werden. Bei einer solchen Berechnung kann in der ersten Phase der Eingabesatz der Koordinaten der Längsachse 0 des Kanals oder Körpers vom Gesichtspunkt der Stetigkeit der Derivationen "gelöscht" werden, weiter der Koordinateneingabesatz der Stützschnitte P., P„, P₃, ... , was die Größe der Durchgangsquerschnitte betrifft, aufgrund der Bedingung und Einhaltung des gegebenen Diagramms der Größe der Durchflußquerschnitte längs der Achse des Kanals präzisiert werden. Die Achse des Kanals wird dabei für die geometrische Stelle des Schwerpunktes der Stützquerschnitte gehalten. Eine weitere Etappe kann das Durchlegen einer genügend großen Zahl der eingelegten Schnitte V₁, V₃, ... zwischen den Stützschnitten P und Formung der eingelegten

Schnitte V sein, so daß sie einen fließenden Übergang zwischen den Stützpunkten P bildeten, die sich in ihrer Form erheblich unterscheiden können. Nach einer solchen "Verdichtung" der Schnitte können sie vom Rechner bestimmt und gezeichnet oder in die Folie in Form der Schichtlinien geschnitten werden. Aus diesen erhaltenen Schichten wird dann der Formkörper bzw. Formkern zusammengebaut.

Das Verfahren gemäß der Erfindung erlaubt die beliebig wiederholbare Herstellung von Formkörpern in den bestellten Maßen. Bei der Berechnung können die Bedingungen der gegenseitigen "Unterschneidung" der Schnitte u. dgl. respektiert werden.

L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche

1.J Formkörper mit einer dreidimensional verlaufenden Längs- **■=' achse, insbesondere Kern oder Modell für einen komplizierten krummachsigen Durchflußhohlraum oder Kanal,

gekennzeichnet durch

ein Paket von miteinander verbundenen parallelen Flächenschichten (A), die durch Schichtlinien begrenzt sind, die als Schnittpunkte der Schichtebenen mit dem Mantel des Körpers festgesetzt sind, wobei wenigstens ein Teil der Flächenschichten (A) die Längsachse in einem kleineren Winkel als 90° schneidet.

2. Formkörper nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Flächenschichten (A) durch die Schichtlinien an ihrer Innenseite begrenzt sind.

3. Formkörper nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

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daß die Flächenschichten (A) durch die Schichtlinien an ihrer Außenseite begrenzt sind.

4. Formkörper nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Schichten (A) mit mindestens einem Orientierungsraster (R) bezeichnet sind, der als ein Schnittpunkt der Schichten mit einigen auf ihm senkrechten Ebenen gebildet ist.

5. Formkörper nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß jede Schicht mit zwei Rastern (R) bezeichnet ist.

6. Formkörper nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Orientierungsraster (R) an der oberen und unteren Seite der Schicht (A) gebildet ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet,

daß in dem mit dem Mantel des Körpers bezeichneten Raum ein System von parallelen äquivalenten Ebenen gewählt wird, welche den Mantel des Körpers kreuzen, daß die Schichtlinie des Körpers als ein Schnittpunkt dieser Ebenen mit seinem Mantel festgesetzt wird, daß die Schichtlinien auf eine Folie aufgetragen und ausgeschnitten werden, und daß die auf diese Weise entstandenen Schichten als Bauelemente des Körpers benutzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Folie mit wenigstens einem für alle Schichten einheitlichen Orientierungsraster bezeichnet wird, der als ein Schnittpunkt der Schichten mit einigen auf ihm senkrechten Ebenen gebildet wird und derart zusammengesetzt wird, daß die Raster aller Schichten in der Ansicht senkrecht auf die Ebene der Schichten identisch sind.