DE4030789A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines hauptrotors - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines hauptrotorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Globoidschrauben
bzw. Globoidschnecken zur Verwendung als Hauptrotoren
in Kompressoren, Expandern und dergleichen, und insbe
sondere ein neues und verbessertes Verfahren und eine
Vorrichtung zur Herstellung einer Globoidschraube zu
diesem Verwendungszweck.
Ein Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung ist
die Herstellung von Hauptrotoren für Ein-Schrauben
kompressoren oder -Expander, obwohl die Grundsätze der
vorliegenden Erfindung auf verschiedene Weise anwend
bar sind. In einem Ein-Schraubenkompressor oder
-Expander hat der Hauptrotor die Form einer Globoid
schraube, deren spiralförmige Nut ein spiralförmiges
Gewinde entlang der Länge des Rotors begrenzt, und
ist aus einem zylindrischen Körper eines geeigneten
Materials, üblicherweise Metall, hergestellt.
Bei der Herstellung solcher Hauptrotoren ist der
Bearbeitungsprozeß mit zahlreichen Überlegungen ver
bunden. Das Herstellungsverfahren sollte einen
schnellen Schneidvorgang ermöglichen, um die Bear
beitungszeit auf eine Weise zu reduzieren, die unzu
lässige Werkzeugbelastungen und -Abnutzung vermeidet.
Außerdem sollte das Schneidwerkzeug ein hohes Maß an
Variabilität beim Schneidvorgang gewähren. Es ist zudem
wünschenswert, daß bei einem Bearbeitungsverfahren und
der zugehörigen Vorrichtung die endgültig angestrebte
Hauptrotornutgeometrie nicht durch die Geometrie, d. h.
das Profil und die Form des Schneidwerkzeuges diktiert
oder begrenzt ist, so daß ein vorgegebenes Schneidwerk
zeug die Möglichkeit eröffnet, unterschiedliche Haupt
rotorgeometrien zu erzeugen, und zwar mit unterschied
lich zulässigen Toleranzen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, ein neues und verbessertes Verfahren und
eine Vorrichtung zur Herstellung einer Globoidschraube
zur Verwendung als Hauptrotor in einem Kompressor oder
Expander anzugeben. Dabei soll die endgültige Haupt
rotornutgeometrie durch die Geometrie des Schneidwerk
zeugs nicht diktiert oder begrenzt sein. Der Bearbei
tungsvorgang soll schnell und ohne unzulässige Werk
zeugbelastung und Werkzeugabnutzung ablaufen, wobei
ein hohes Maß an Variabilität des Schneidvorganges ge
währleistet sein soll. Schließlich soll das erfindungs
gemäße Verfahren effizient, effektiv und wirtschaft
lich sein.
Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Herstellung einer Globoidschraube zur
Verwendung als Hauptrotor in einem Kompressor oder Ex
pander an, bei der bzw. dem ein zylindrischer Rotor
körper drehbar um seine Längsachse befestigt wird, ein
Schneidwerkzeug mehrere Zähne in Umfangsrichtung be
abstandet in einer Ebene aufweist und eine Drehachse
hat, die senkrecht zu dieser Ebene verläuft, und um
diese Achse drehbar befestigt und so angeordnet ist,
daß die Ebene parallel zur Rotorkörperlängsachse ver
läuft, so daß die Schneidwerkzeugdrehachse senkrecht
zur Rotorlängsachse angeordnet ist, wobei der Rotor
körper und das Schneidwerkzeug mit synchronisierten
Geschwindigkeiten gedreht werden. Der Rotorkörper und
das Schneidwerkzeug werden so zueinander positioniert,
daß die Drehachse des Schneidwerkzeugs und die Längs
achse des Rotorkörpers relativ zueinander bewegt werden,
um den Abstand zwischen den Achsen während der Drehung
des Schneidwerkzeugs und des Rotorkörpers zu verringern,
so daß die Schneidwerkzeugzähne den Rotorkörper während
jeder Schneidwerkzeugdrehung berühren, um Material von
dem Rotorkörper durch eine Fräswirkung abzutragen und
ein Globoidschraubenprofil mit einer Nut auszubilden,
die zwei voneinander beabstandete Seitenwände hat und
sich auf einer spiralförmigen Bahn entlang des Rotor
körpers erstreckt. Die relative Geschwindigkeit zwischen
dem Rotorkörper und dem Schneidwerkzeug wird über eine
vorgegebene Zeitspanne um einen vorgegebenen Betrag
geändert, um eine positionelle Änderung zwischen den
Schneidwerkzeugzähnen und dem Material des Rotorkörpers
hervorzurufen, was zu einer gewünschten Änderung in dem
Globoidschraubenprofil führt, wobei die relative Ge
schwindigkeit erhöht oder verringert wird, abhängig
davon, welche Nutseitenwand bearbeitet werden soll,
wobei die Geschwindigkeitsänderung ein Ausmaß hat, das
von der Lage der gewünschten Nutseitenwand abhängt.
Im Ergebnis eröffnet ein einziges Schneidwerkzeug
die Möglichkeit, unterschiedliche Hauptrotorgeometrien
mit unterschiedlichen Toleranzzielen zu erzeugen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfin
dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Haupt
rotors und der Absperrotoren eines Ein-
Schraubenkompressors mit weggelassenen
Teilen;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang einer
Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Vorrich
tung zur Ausführung des erfindungsgemäßen
Hauptrotor-Herstellungsverfahrens;
Fig. 4 eine Aufsicht auf eine Form eines Schneid
werkzeugs zur Verwendung in der Vorrichtung
gemäß Fig. 3;
Fig. 5 eine Aufsicht auf das Schneidwerkzeug gemäß
Fig. 4 von der entgegengesetzten Seite;
Fig. 6 eine Aufsicht auf eine andere Ausführungs
form eines Schneidwerkzeugs zur Verwendung
in der Vorrichtung gemäß Fig. 3;
Fig. 7 eine Aufsicht auf die andere Seite des
Schneidwerkzeugs gemäß Fig. 6;
Fig. 8 eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungs
form eines Schneidwerkzeuges zur Verwendung
in der Vorrichtung gemäß Fig. 3;
Fig. 9 eine Aufsicht auf die andere Seite des
Schneidwerkzeugs gemäß Fig. 8;
Fig. 10 eine fragmentarische radiale Ansicht zur
Verdeutlichung einer Anfangsstufe in der
Ausbildung der Nut des Rotorkörpers;
Fig. 11 und 12 eine fragmentarische Radialansicht und
Seitenansicht zur Verdeutlichung der
Stufe der Ausbildung der Nut, in der die
endgültige Nuttiefe erreicht ist;
Fig. 13 und 14 eine fragmentarische Radialansicht und
Seitenansicht zur Verdeutlichung eines
Aspektes der relativen Geschwindigkeits
änderung zwischen dem Rotorkörper und dem
Schneidwerkzeug gemäß der vorliegenden
Erfindung und
Fig. 15 und 16 eine fragmentarische Radialansicht und
Seitenansicht zur Erläuterung eines wei
teren Aspektes der relativen Geschwindig
keitsänderung zwischen dem Rotorkörper und
dem Schneidwerkzeug gemäß der vorliegen
den Erfindung.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Ein-Schraubenkompressor,
der allgemein mit 10 bezeichnet ist und einen Haupt
rotor 12 und zwei Absperrotoren 14 und 16 aufweist.
Der Hauptrotor 12 hat die Form einer Globoidalschraube
bzw. -schnecke und weist eine Welle 18 auf, die drehbar
um eine Achse 20 (Fig. 1) ist, wobei der Hauptrotor mit
einer spiralförmigen Nut 22 versehen ist, die ein spi
ralförmiges Gewinde 24 in einem Rotorkörper 26 begrenzt.
Der Hauptrotor 12 ist ein Beispiel für Hauptrotoren,
die nach dem nachfolgend beschriebenen Verfahren herge
stellt werden. Die Spitze des Gewindes 24 befindet sich
auf einer zylindrischen Fläche, die symmetrisch zur
Drehachse 20 ist, und wirkt mit einem Gehäuse zusammen,
von dem ein Teil in Fig. 20 mit dem Bezugszeichen 30
versehen ist.
Die Absperrotoren 14 und 16 haben die Form von Flügel
rädern mit Wellen 36 und 38, die um Achsen 40 bzw. 42
drehbar angeordnet sind, wie Fig. 1 zeigt. Der Absperr
rotor 14 hat mehrere Zähne 46 entlang seines Umfangs,
die sich radial nach außen erstrecken und in einer
gemeinsamen Ebene liegen, die im wesentlichen senk
recht zur Drehachse 40 liegt. Auf gleiche Weise hat der
Absperrotor 16 mehrere Zähne 48 an seinem Umfang, die
sich radial nach außen erstrecken und in einer gemein
samen Ebene liegen, die im wesentlichen senkrecht zur
Drehachse 42 verläuft. Die Drehachsen 40 und 42 der
Absperrotoren 14 bzw. 16 liegen im wesentlichen parallel
zueinander und sind im wesentlichen senkrecht zur Dreh
achse 20 des Hauptrotors 12 angeordnet. Die Absperr
rotoren 14 und 16 sind drehbar in dem Gehäuse 30 mittels
Lageranordnungen 50, 52 und 54, 56 gehalten. Bei diesem
in Fig. 2 dargestellten Kompressor liegen die Zähne 46
und 48 der Absperrotoren 14 und 16 in Ebenen, die gering
fügig versetzt sind.
Im Betriebszustand begrenzen die Zähne 46 und 48 der Ab
sperrotoren 14 und 16 mit dem Rotorgewinde 24 Fluidex
pansions- oder -Kompressionskammern, die nacheinander
in Verbindung mit einer Auslaßöffnung für das Hochdruck
fluid gebracht werden, wie dies allgemein bekannt ist.
Während in den Fig. 1 und 2 ein Ein-Schraubenkompressor
abgebildet ist, ist die vorliegende Erfindung auf die
Herstellung von Globoidschraubenhauptrotoren zur Ver
wendung in dynamischen Fluidenergieumwandlern mit Kom
pressoren und Expandern geeignet.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Ausführung des Haupt
rotor-Herstellungsverfahrens. Ein zylindrischer Rotor
körper 60, der zu bearbeiten ist, ist an einer Welle
62 befestigt, die drehbar von einem Arm 64 gehalten
ist. Ein allgemein mit 68 bezeichnetes Schneidwerkzeug
ist auf einer Welle 70 befestigt, deren Achse im
rechten Winkel zur Achse der Welle 62 liegt. Das
Schneidwerkzeug 68 kann so wie in Fig. 3 abgebildet
mit oben liegenden Schneidkanten ausgerichtet werden,
oder umgekehrt mit unteren Schneidkanten. Die Welle
70 ist mit dem Ausgang eines Rechtwinkelgetriebe
kastens 72 verbunden, der das Schneidwerkzeug 68 um
die Achse der Welle 70 dreht. Der Rotorkörper 60 wird
von einer geeigneten Einrichtung (nicht dargestellt) gehalten
und die Drehung der Welle 62 wird durch eine Folge von
Rädern 80a bis 80f auf die Eingangswelle 82 einer Ge
schwindigkeitssteuereinrichtung oder Phasenwechslers 84
übertragen. Die Ausgangswelle 86 der Phasenabgleichvor
richtung 84 ist über eine Folge von Rädern 88a bis 88c
mit der Eingangswelle des Getriebekastens 72 verbunden.
Bei dieser Anordnung wird während des Schneidvorgangs
der Rotorkörper 60 in Richtung eines Pfeils 90 gedreht,
das Schneidwerkzeug 68 wird in Richtung eines Pfeil 92
gedreht, und die Kombination der Phasenabgleichvorrich
tung 84, des Getriebekastens 72 und des Schneidwerk
zeugs 68 wird linear in Richtung des Pfeils 94 auf den
Rotorkörper 60 zu bewegt.
Im einzelnen bilden die Räder 80a bis 80f eine
Parallelogramm-Transmission, so daß dann, wenn sich
die Phasenabgleichvorrichtung, der Getriebekasten 72
und das Schneidwerkzeug 68 auf den Körper 60 bewegen,
keine Winkelbewegung des Schneidwerkzeugs 68 infolge
der Relativbewegung des Getriebes bzw. Zahnradvorge
leges 80 auftritt. In diesem Zusammenhang ist der Ge
triebezug 80a bis 80b in zwei Sätze mit Rädern bzw.
Zahnrädern 80a bis 80c eines Satzes, der drehbar auf
einem ersten Arm 81a gehalten ist, der schwenkbar an
einem Ende der Welle 62 befestigt ist, und mit Rädern
80d bis 80f des zweiten Satzes unterteilt, der drehbar
an einem zweiten Arm 81b befestigt ist, der seiner
seits schwenkbar an einem Ende der Welle 82 angebracht
ist, wobei die anderen Enden der Arme 81a, 81b anein
ander angelenkt sind.
Das bei dem Hauptrotor-Herstellungsverfahren verwendete
Schneidwerkzeug 68 ist ein sternförmiges Mehr-Zahn-
Schneidwerkzeug, das das erforderliche Hauptrotorprofil
erzeugt. Das Schneidwerkzeug 68 entfernt Material durch
eine Schleif-, Fräs-, Hobel- und Drechselwirkung. Das
Hauptrotorwerkstück 60 und das Schneidwerkzeug 68 werden
synchron gedreht. Im einzelnen wird die relative Drehung
zwischen dem Schneidwerkzeug 68 und dem Rotorkörper 60,
die zur Materialentfernung erforderlich ist, dadurch
erreicht, daß der Körper 60 und das Schneidwerkzeug
68 mit Geschwindigkeiten gedreht werden, die proportional
zu dem Verhältnis der Hauptrotornuten zu den Absperr
rotorzähnen sind. Beispielsweise hat der Hauptrotor
12 gemäß den Fig. 1 und 2 6 Nuten, wie am besten aus
Fig. 2 zu ersehen ist, während jeder Absperrotor 14,
16 elf Zähne hat, weshalb die Geschwindigkeit des
Schneidwerkzeugs 68 6/11 der Geschwindigkeit des
Körpers 60 beträgt. Außerdem bewegt sich am Anfang der
Bearbeitung die Drehachse des Schneidwerkzeugs 68 rela
tiv zur Drehachse des Rotorkörpers 60. Diese Bewegung
in Richtung des Hauptrotorkörpers 60 ist in Fig. 3
durch den Pfeil 94 angezeigt. Während dieser Bewegung
verbleibt der Drehradius des Schneidwerkzeugs 68 jedoch
konstant. Die Vorschubgeschwindigkeit in Richtung des
Pfeils 94 ist durch das Material des Blocks 60, das
Material und die Festigkeit des Schneidwerkzeugs 68,
die Art des Schneidwerkzeugs 68, die Stabilität der
Halterung des Körpers 60 und des Schneidwerkzeugs 68,
durch die aufgebrachte Kraft und dadurch bestimmt, ob
Kühlung angewandt wird oder nicht.
Der Mehrpunkt-Bearbeitungsprozeß unter Verwendung des
Mehrzahn-Schneidwerkzeugs 68 ist eine schnelle Lösung,
da mehrere Zähne zur selben Zeit Material abtragen.
Diese Lösung bringt ferner signifikant niedrige Werk
zeugspannungen und Werkzeugabnutzung mit sich. Wenn
zudem ein oder zwei Zähne brechen, muß die Bearbeitung
nicht aufgeschoben werden. Außerdem hat das Mehrpunkt-
Schneidwerkzeug Schneidkanten, die Material durch die
Wirkung der Werzeugflanken und der Vorderkante entfernen,
wobei der Hauptschneidvorgang an den Flanken auftritt.
Dies führt zu einem hohen Maß an Variabilität bei dieser
Mehrpunktlösung. Jeder Zahn kann an jeder Seite schnei
den, wechselweise aufeinanderfolgende Zähne können
wechselweise aufeinanderfolgende Flanken der Haupt
rotornut 22 schneiden und einige Zähne können so ausge
bildet sein, daß sie nur leichten Feinschliff ausführen,
wobei dies in näheren Einzelheiten beschrieben wird.
Das Schneidwerkzeug 68 hat typischerweise eine Anzahl
von Zähnen, die der Anzahl der Zähne des Absperrotors
bzw. Torrotors entspricht, der mit dem herzustellenden
Hauptrotor verwendet wird. Das Schneidwerkzeug 68
könnte weniger Zähne haben, was zu einer geringeren
Materialmenge und damit zu einer längeren Bearbeitungs
zeit führen würde.
Das Profil und die Form jedes Schneidwerkzeugzahns
ist nicht äquivalent mit der Form der endgültigen
gewünschten Hauptrotornutgeometrie. Die endgültige
Geometrie wird durch einen zusätzlichen Grad an Freiheit
erhalten, die das Schneidwerkzeug 68 während der Syn
chrondrehung mit dem Hauptrotorkörper 60 erhält. Dieser
extra-Freiheitsgrad ist eine relative Geschwindigkeits
änderung zwischen dem Schneidwerkzeug 68 und dem Haupt
rotorkörper 60, bewirkt durch die Phasenabgleichvor
richtung 84 während des Schneidvorgangs. Im einzelnen
ruft die Phasenabgleichvorrichtung 84 eine kleine und
kurzzeitige, jedoch wichtige Änderung in der Drehge
schwindigkeit des Schneidwerkzeugs 68 hervor, während
die Drehgeschwindigkeit des Hauptrotorkörpers 60 konstant
bleibt, wodurch die Position der Schneidkante des Schneid
werkzeugs 68 relativ zu dem Material des Körpers 60
während des Bearbeitungsvorgangs verlagert wird, wobei
die Geschwindigkeitsänderung eine Winkelphasenänderung
hervorruft. Dies kann als Positionsphasenänderung be
trachtet werden, wobei die Geschwindigkeitsänderung
eine Winkelphasenänderung hervorruft. Alternativ könnte
die Geschwindigkeit des Hauptrotorkörpers 60 geändert
werden, während die Geschwindigkeit des Schneidwerk
zeugs 68 konstant gehalten wird, um dieselben Ergebnisse
zu erhalten. Das Vorstehende ermöglicht die Verwendung
eines Mehrpunktwerkzeugs oder Schneidwerkzeugs 68 auf
sehr flexible Weise mit dem Ergebnis, daß ein vorge
gebenes Schneidwerkzeug die Möglichkeit hat, unter
schiedliche Hauptrotorgeometrien zu erzeugen, und zwar
mit unterschiedlichen zulässigen Toleranzen.
Der Hauptrotorherstellungsprozeß ermöglicht viele Kom
binationen der Parameter des Schneidwerkzeugprofils
und damit der Nutgeometrie. Der Schneidwerkzeugaufbau
ist eine Funktion des zu schneidenden Hauptrotorma
terials, der zum Schneiden verfügbaren Kraft, der Ge
schwindigkeit, mit der geschnitten werden soll, des
Grades der erforderlichen Vorbearbeitung und der
Oberflächenfeinheit der Nut, um einige Faktoren zu
erwähnen. Jedes Mehrpunktwerkzeug hat die Möglich
keit, eigenartige Variationen der Hauptrotoren her
zustellen. Beispielsweise ist es möglich, mit dem
selben Schneidwerkzeug auf derselben Werkzeugmaschine
und mit demselben Aufbau, d. h. ohne Entfernung des
Schneidwerkzeugs, Hauptrotoren zu erzeugen, die unter
schiedliche Abstände zu passenden Bauteilen und unter
schiedlich zulässige Toleranzbereiche haben.
Der Hauptrotor-Herstellungsvorgang kann mit einem ein
zigen Schneidwerkzeug oder mit mehreren Schneidwerk
zeugen ausgeführt werden. Als Beispiel für letzteres
würde der Prozeß mit einem ersten oder groben Schneid
werkzeug beginnen, gefolgt von einem zweiten oder
Zwischenschneidwerkzeug, und mit einem dritten oder
Feinbearbeitungsschneidwerkzeug enden. Dies ist in
den Fig. 4 bis 9 abgebildet, wobei die gegenüber
liegenden Flächen eines ersten oder groben Schneidwerk
zeugs 100 in den Fig. 4 und 5 abgebildet sind. Das
Schneidwerkzeug 100 hat einen scheibenähnlichen Haupt
körper 102 und mehrere identische Zähne 104, die in Um
fangsrichtung beabstandet sind und sich von dem Körper
102 radial nach außen erstrecken. Jeder Zahn 104 hat
relativ kurze Flanken 106, eine im wesentlichen konstante
Breite und endet in einer relativ breiten Vorder- oder
Außenkante 108. An einer Fläche jedes Zahns 104 ist
eine Anflächung bzw. flache Schicht ausgespart, die
einen Karbideinsatz 110 aufnimmt, der mit einer geeig
neten Befestigungseinrichtung 112 angebracht ist, um
den Abrieb zu verringern und die Schneidwirkung zu
erhöhen.
Die Fig. 6 und 7 zeigen ein Zwischenschneidwerkzeug
116 mit einem scheibenähnlichen Hauptkörperabschnitt
118 und mehreren im wesentlichen identischen Zähnen
120, die in Umfangsrichtung beabstandet sind und sich
von dem Körper 118 radial nach außen erstrecken. Jeder
Zahn hat relativ längere Flanken 122 im Vergleich zu
dem Schneidwerkzeug 100, hat eine radial nach außen
schräg zulaufende Breite und endet in einer relativ
kürzeren Außenkante 124. Die Fig. 8 und 9 zeigen
ein Feinbearbeitungsschneidwerkzeug 126 mit einem schei
benähnlichen Hauptkörperteil 128 und mehreren identischen
Zähnen 130, die in Umfangsrichtung beabstandet sind und
sich radial von dem Körper 128 nach außen erstrecken.
Jeder Zahn hat eine glatte Flanke 132 und eine gezackte
Flanke 134. Die Flanken sind etwas länger als diejenige
des Schneidwerkzeugs 116 mit dem Ergebnis, daß sich
jeder Zahn zu einer relativ kürzeren Außenkante 138
verjüngt.
Die gezackten Kanten des Schneidwerkzeugs 126 erzeugen
kleinere Metallchips bzw. -Späne während des Schneid
vorgangs, wodurch die Belastung des Werkzeugs reduziert
wird. Außerdem hat gemäß den Fig. 8 und 9 jeder
Zahn des Schneidwerkzeugs 126 nur eine Schneidkante,
d. h. die Kante mit den Zacken 134. Dies hat den Zweck,
die Belastung zu reduzieren. Wenn es andererseits kein
Belastungsproblem gibt, kann jeder Schneidwerkzeugszahn
zwei Schneidkanten haben. Dies hätte andererseits den
Vorteil, daß die Notwendigkeit vermieden ist, das
Schneidwerkzeug umzukehren, wenn der Schneidvorgang
von einer Nutflanke zur anderen umgeschaltet wird,
was noch näher beschrieben wird. Bei dem in den Fig.
8 und 9 abgebildeten Schneidwerkzeug 126 mit
einer einzigen Kante ist es erforderlich, das Schneid
werkzeug umzukehren, wenn der Schneidvorgang von einer
Nutflanke zur anderen geändert wird.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß eine breite Viel
zahl von Schneidwerkzeuggrößen, -Geometrien und Ausge
staltungen möglich ist. In den Fig. 8 und 9 sind
Einzel-Schneidkanten zur Verringerung der Belastung
dargestellt. Eine andere Lösung zur Verringerung der
Belastung sind abwechselnde Schneidkanten. Beispiels
weise können, mit Bezug auf die Fig. 6 und 7, ab
wechselnde Schneidkanten erreicht werden, indem die
rechten Flanken jedes zweiten Zahns 120 Schneidkanten
sind. Wenn außerdem die linken Flanken jeden zweiten
Zahns 120 ebenfalls Schneidkanten sind, müßte das
Schneidwerkzeug 126 nicht umgekehrt werden, wenn der
Schneidvorgang von einer Nutflanke zur anderen geändert
wird. Alternierende Schneidkanten werden zur Verringerung
der Belastung verwendet, wenn jedoch ein Belastungs
problem nicht besteht, können Schneidkanten an beiden
Flanken jedes Schneidwerkzeugszahns vorgesehen sein.
Die Fig. 10 bis 16 zeigen verschiedene Zustände
während der Ausbildung der Nut 22 in dem Körper 60
durch das erfindungsgemäße Hauptrotorherstellungsver
fahren. In jeder dieser Ansichten enthält die Nut
22 zwei Seitenwandflächen, die sich von einer Nut
bodenwand erstrecken, und diese sind in entsprechen
den Ansichten der verschiedenen Zustände ihrer Aus
bildung dargestellt. Während jede Ansicht nur einen
einzigen Schneidwerkzeugszahn zur Erleichterung der
Abbildung zeigt, trifft diese Abbildung für alle
Schneidwerkzeugzähne zu. Fig. 10 zeigt den Anfangs
zustand bei der Bildung der Nut in dem Körper 60,
wenn jeder Schneidwerkzeugzahn beginnt, allmählich
Material von dem Körper 60 zu entfernen. Im einzelnen
ist ein einziger Zahn 150 eines Schneidwerkzeugs 152
während eines frühen Zustandes des fortschreitenden
Eindringens in den Körper 60 dargestellt, wenn das
Schneidwerkzeug 152 und der Körper 60 mit synchroni
sierten Geschwindigkeiten gedreht werden, sowie während
des frühen Zustandes der fortschreitenden linearen Be
wegung des Schneidwerkzeugs 152 in Richtung des Körpers
60. Der Zahn 150 hat zwei Flanken 154, 156, die sich
radial von dem scheibenähnlichen Schneidwerkzeugkörper
nach außen erstrecken und in einer Außenkante 158 enden.
Die in Fig. 10 abgebildete Nut hat zwei Seitenwände
160 und 162, die durch die Schneidwirkung der Zahn
flanken 154 bzw. 156 gebildet sind, und eine Innen- oder
Bodenwand 164, die durch die Schneidwirkung der Zahn
kante 158 gebildet ist. Während nur ein einziger Zahn
150 abgebildet ist, versteht es sich, daß das Schneid
werkzeug 152 mehrere Zähne hat, die mit dem Zahn 150
identisch sind und sich radial von dem Körper des
Schneidwerkzeugs 152 im Umfangsabschnitt nach außen
erstrecken, ähnlich wie dies bei den Schneidwerkzeugen
gemäß den Fig. 4 bis 9 abgebildet ist. Wenn der
Körper 60 und das Schneidwerkzeug 152 relativ zuein
ander gedreht werden, und das Schneidwerkzeug 152
linear zunehmend in Richtung des Körpers 60 bewegt
wird, werden im Ergebnis die Nutseitenwände 160, 162
und die Innenwand 164 entlang des Körpers 60 in einer
spiralförmigen Bahn ausgebildet. Während das in Fig.
10 abgebildete Schneidwerkzeug 100 gemäß den Fig.
4 und 5 ähnelt, kann dieser Vorgang mit jedem ausge
wählten Schneidwerkzeug sternförmiger Mehrzahngestalt
ausgeführt werden.
Die Fig. 11 und 12 zeigen den Zustand bei der Aus
bildung der Nut, bei der die endgültige Nuttiefe er
reicht ist. Im einzelnen ist ein einziger Zahn 170
eines Schneidwerkzeugs 172 am Ende des progressiven
Eindringens in den Körper 160 abgebildet, wenn das
Schneidwerkzeug 172 und der Körper 60 mit sychroni
sierten Geschwindigkeiten relativ zueinander gedreht
werden, und demnach am Ende der progressiven linearen
Bewegung des Schneidwerkzeugs 172 in Richtung des
Pfeils 173 auf den Körper 60 zu. Der Zahn 170 hat
eine radial nach außen sich verjüngende Breite und
zwei Zahnflanken 174, 176, die sich von dem scheiben
ähnlichen Schneidwerkzeugkörper radial nach außen er
strecken und in einer Außenkante 178 enden. Die in
den Fig. 11 und 12 dargestellte Nut hat zwei Seiten
wände 180 und 182, die durch die Schneidwirkung der
Zahnflanken 174 bzw. 176 ausgebildet sind, sowie eine
Innenwand oder Boden 184, die durch die Schneidwirkung
der Zahnkante 178 ausgebildet ist. Die endgültige Tiefe
der Nut wird zwischen der Nutinnenwand 184 und der Außen
fläche des Körpers 60 gemessen und wird durch die Di
mension angezeigt, die in Fig. 11 mit 188 bezeichnet
ist. Während nur ein einziger Zahn 170 abgebildet ist,
versteht es sich, daß das Schneidwerkzeug 172 mehrere
Zähne hat, die mit dem Zahn 170 identisch sind und sich
von dem Körper des Schneidwerkzeugs 152 im Umfangs
abstand radial nach außen erstrecken, wie dies bei
den Schneidwerkzeugen gemäß den Fig. 4 bis 9 der
Fall ist. Wenn der Körper 60 und das Schneidwerk
zeug 172 relativ zueinander gedreht werden und das
Schneidwerkzeug 172 allmählich auf den Körper 60 zu
bewegt wird, werden die Nutseitenwände 180, 182 und
Innenwand 184 in einer spiralförmigen Bahn entlang
des Körpers 60 ausgebildet. Während das Schneidwerk
zeug 172 in den Fig. 11 und 12 dem Schneidwerkzeug
116 in den Fig. 6 und 7 ähnelt, kann der vor
stehende Vorgang mit jedem ausgewählten Schneidwerk
zeug einer sternförmigen Mehrzahngestalt ausgeführt
werden. Außerdem kann die Ausbildung der Nut von dem
in Fig. 10 abgebildeten Anfangszustand bis zu dem
Zustand endgültiger Tiefe gemäß den Fig. 11 und 12
mit anderen Schneidwerkzeugen in anderen Stufen als
bei dem dargestellten Beispiel ausgeführt werden, oder
unter Verwendung eines einzigen Schneidwerkzeugs von
einer Anfangstiefe zur Endtiefe.
Aus der Betrachtung der Fig. 11 ist ersichtlich,
daß in dieser Ausbildungsstufe der Nut deren Geometrie
im wesentlichen mit dem Profil und der Form der Schneid
werkzeugzähne übereinstimmt. In diesem Zusammenhang
und mit Ausnahme der oben beschriebenen Schneidwerk
zeuge mit alternierenden Flanken hat jedes in dem
Hauptrotor-Herstellungsverfahren verwendete Schneid
werkzeug Zähne mit identischer Form, Größe und Profil.
Wie jedoch schon oben erwähnt, besteht ein wichtiger
Vorteil des erfindungsgemäßen Hauptrotor-Herstellungs
verfahrens darin, daß das Profil und die Form jedes
Schneidwerkzeugzahns nicht äquivalent ist mit der
Form der endgültigen, gewünschten Hauptrotornut
geometrie. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird
die endgültige Nutgeometrie durch einen zusätzlichen
Freiheitsgrad erhalten, den das Schneidwerkzeug
während seiner synchronisierten Drehung bezüglich
des Hauptrotorkörpers 60 erhält. Dieser Zusatzfrei
heitsgrad basiert auf einer momentanen relativen Ge
schwindigkeitsänderung zwischen der Drehung des Schneid
werkzeugs und der Drehung des Hauptrotorkörpers 60, be
wirkt durch die Phasenabgleichvorrichtung 84. Im ein
zelnen ruft die Phasenabgleichvorrichtung 84 eine
kleine, jedoch bedeutende, kurzzeitige Änderung, d. h.
momentane Erhöhung oder Verringerung der Drehgeschwin
digkeit des Schneidwerkzeugs hervor, während die Dreh
geschwindigkeit des Hauptrotorkörpers 60 konstant
bleibt, wodurch die Position der Schneidkante des
Schneidwerkzeugs relativ zu dem Material des Körpers
60 während des Bearbeitungsprozesses verlagert wird,
was die endgültige Geometrie der Nutseitenwände be
stimmt. Dies kann als Positionsphasenänderung be
trachtet werden, wobei die Geschwindigkeitsänderung
eine Winkelphasenänderung hervorruft. Abhängig davon,
welche Nutseitenwand bearbeitet werden soll, wird die
Schneidwerkzeugsdrehgeschwindigkeit gegenüber der
Drehgeschwindigkeit des Hauptrotorkörpers 60 erhöht
oder verringert, wie dies in den Fig. 13 bis 16
dargestellt ist.
Die vorstehenden Ausführungen werden durch die folgende
Erläuterung näher erklärt. Es sei angenommen, daß zwei
Fahrzeuge mit 60 m. p. h. Seite an Seite entlang einer
Autobahn fahren. Für einen kleinen Moment erhöht der
Fahrer des einen Fahrzeugs die Geschwindigkeit auf
65 m. p. h., während das andere Fahrzeug weiterhin mit
60 m. p. h. fährt. Das schnellere Fahrzeug wird gegen
über der Position des anderen Fahrzeugs vorrücken.
Wenn die Geschwindigkeit des einen Fahrzeugs wieder
auf 60 m. p. h. zurückkehrt, fahren die Fahrzeuge mit
einem festen Abstand voneinander weiter. Somit führt
die momentane relative Geschwindigkeitsänderung zu
einer relativen Positionsänderung.
In den Fig. 13 und 14 ist zur Vereinfachung der
Darstellung dasselbe Schneidwerkzeug 172 dargestellt,
das zur Herstellung der endgültigen Nuttiefe ver
wendet wurde, wie dies im Zusammenhang mit den Fig.
11 und 12 beschrieben ist. Das Schneidwerkzeug 172
wird in Richtung des Pfeils 196 gedreht, während der
Rotorkörper 60 in Richtung des Pfeils 198 umläuft.
Während der in den Fig. 13 und 14 abgebildeten Stufe
des Bearbeitungsverfahrens wird die Drehgeschwindigkeit
des Schneidwerkzeugs 172 kurzzeitig gegenüber ihrer
synchronisierten Geschwindigkeit oder Phasengeschwin
digkeit erhöht, mit der die endgültige Nuttiefe er
reicht wurde, mit dem Ergebnis, daß die Schneidwerk
zeugflanke 176 und die Kante 178 weiteres Material
von dem Körper 60 einwärts der ursprünglich ausge
bildeten Nutseitenwand 182 antragen, um eine neue
und endgültige Nutseitenwand 202 zu bilden. Eine teil
weise fertige Nutinnenwand 204 wird ebenfalls erhalten.
Die Lage der endgültigen Nutseitenwand 202 wird durch
das von der Phasenabgleichvorrichtung 84 hervorgerufene
Maß der Erhöhung der Drehgeschwindigkeit der Schneid
vorrichtung 172 bestimmt. Außerdem wird dies stufen
weise oder auf wachsende Weise aus mehreren Gründen
ausgeführt. Zum einen soll ein Überschneiden ver
mieden werden, zweitens im Einklang mit der Festigkeit
und der Schneidkapazität des Werkzeugs stehen, und
drittens erfordert es Zeit, die gesamte spiralförmige
Bahn mit mehreren Rotornuten zu schneiden. Beispiels
weise enthält in einer Ausführungsform die Phasenab
gleichvorrichtung 84 einen Phasenpositionierer, der
kommerziell von Candy Corp. unter der Bezeichnung
Modell Pos 1-2 erhältlich ist, mit einer manuell be
tätigbaren Drehsteuerung, die eine Skala mit Gradein
teilung enthält, um eine Gradanzeige der voreilenden
oder nacheilenden Beziehung zwischen der Drehung der
Eingangswellen und Ausgangswellen der Phasenabgleich
vorrichtung 84 anzugeben. Somit wird eine gewünschte
Phasenänderung, d. h. voreilende oder nacheilende
Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit des Rotor
körpers und der Schneideinrichtung durch ensprechende
Einstellung der Steuerung ausgewählt. Im einzelnen
wird von der Bedienungsperson eine wachsende Phasen
änderung ausgewählt, und das Geräusch des Schneidvor
gangs wird von der Bedienungsperson akustisch über
wacht, um festzustellen, wann der Zuwachs oder Teil
des Schneidvorgangs beendet ist, wodurch die nächste
wachsende Phasenänderung eingeleitet werden kann.
Da die Winkellage, d. h. der Neigungsgrad der Schneid
werkzeugflanke 176, bekannt ist, kann die erforderliche
Winkelphasenänderung zur Festlegung paralleler Nutsei
tenwände bestimmt werden. Dies ist aus einem Vergleich
der Winkeländerung in der Position der Flanken 176
gemäß den Fig. 11 und 13 ersichtlich. In diesem
Zusammenhang müssen die endgültigen Nutseitenwände
parallel in der Ebene der Absperrotoren liegen, damit
der Betrieb einwandfrei funktioniert. Während des vor
hergehenden Vorgangs verbleibt die Drehachse des
Schneidwerkzeugs 172 stationär gegenüber der Drehachse
des Rotorkörpers 60.
Während in den Fig. 13 und 14 nur ein einziger Zahn
170 abgebildet ist, geschieht das vorstehend beschrie
bene mit jedem der zahlreichen Zähne, so daß dann,
wenn das Schneidwerkzeug 172 und der Rotorkörper 60
rotieren, die Nutseitenwand 202 und Innenwand 204 in
einer spiralförmigen Bahn entlang des Körpers 60 aus
gebildet werden. Während zum Zwecke der Vereinfachung
das Schneidwerkzeug 172 dargestellt ist, kann der vor
stehende Vorgang mit jedem ausgewählten Schneidwerkzeug
ausgeführt werden, das mit der Nutgeometrie kompatibel
ist, wenn die endgültige Nuttiefe erreicht ist.
Mit Bezug auf die Fig. 15 und 16 wird das Schneid
werkzeug 172 in Richtung des Pfeils 210 gedreht, und
der Rotorkörper 60 dreht in Richtung des Pfeils 212.
Während der in den Fig. 15 und 16 dargestellten
Stufe des Bearbeitungsvorgangs ist die Drehgeschwindig
keit des Schneidwerkzeugs 172 gegenüber ihrer früheren
Geschwindigkeit oder Phasengeschwindigkeit verringert,
in der die endgültige Nuttiefe erhalten wurde, mit dem
Ergebnis, daß die Schneidwerkzeugflanke 174 und Kante
178 zusätzliches Material von dem Körper 60 einwärts
der ursprünglich ausgebildeten Nutseitenwand 180 ab
trägt, um eine neue und endgültige Nutseitenwand 218
zu bilden. Die endgültige Nutinnenwand 220 wird auch
erhalten. Das Vorstehende wird in Stufen ausgeführt
unter manueller Steuerung der Phasenabgleichvorrich
tung 84, wie weiter oben beschrieben. Die Lage der
endgültigen Nutseitenwand 218 wird durch die Größe
und Dauer der Verringerung der Drehgeschwindigkeit
des Schneidwerkzeugs 172, hervorgerufen durch die
Phasenabgleichvorrichtung 84, bestimmt. Die Winkel
phasenänderung, die zur Erzielung paralleler Nutseiten
wände erforderlich ist, wird durch die Neigung der
Flanke 174 bestimmt, wie weiter oben beschrieben, und
dies ist durch Vergleich der Winkeländerung in der
Position der Lage 174 in den Fig. 11 und 15 ersicht
lich. Während des vorstehenden Vorgangs verbleibt die
Drehachse des Schneidwerkzeugs 172 stationär zu der
Drehachse des Rotorkörpers 60. Während in den Fig.
15 und 16 nur ein einziger Zahn 170 abgebildet ist,
tritt der vorstehende Vorgang bei jedem der zahlreichen
Schneidwerkzeugzähne auf, so daß während der Drehung
des Schneidwerkzeugs 172 und des Rotorkörpers 60 die
Nutseitenwand 218 und Innenwand 220 in einer spiral
förmigen Bahn entlang des Körpers 60 ausgebildet wer
den. Während das Schneidwerkzeug 172 zur Vereinfachung
der Darstellung abgebildet ist, kann der vorstehende
Vorgang mit jedem ausgewählten Schneidwerkzeug ausge
führt werden, das mit der Nutgeometrie kompatibel ist,
die mit Erreichen der endgültigen Nuttiefe existiert.
Somit hat die endgültige oder fertig bearbeitete Nut
mit Seitenwänden 202 und 218 und Innenwand 220 eine
Geometrie, die sich von dem Profil und der Form
der Schneidwerkzeugzähne 170 unterscheidet. Die end
gültige Nutgeometrie ist in vorteilhafter Weise un
abhängig von der Schneidwerkzeugzahngeometrie und
nicht auf diese beschränkt, so daß eine beträchtliche
Flexibilität und Variation in der endgültigen Geome
trie der Nuten möglich ist, die durch das erfindungs
gemäße Hauptrotor-Herstellungsverfahren ausgebildet
sind. Während bei den vorhergehenden Vorgängen be
schrieben ist, daß die Schneidwerkzeuggeschwindigkeit
zuerst kurzzeitig erhöht und dann kurzzeitig verringert
wird, um die Nutseitenwand 202 vor der Seitenwand 218
auszubilden, kann die Reihenfolge auch umgekehrt sein,
um die Seitenwand 218 vor der Seitenwand 202 auszu
bilden, indem zuerst die Schneidwerkzeuggeschwindig
keit kurzzeitig gesenkt und anschließend kurzzeitig
erhöht wird.
Die vorliegende Erfindung wird durch das nachfolgen
de Beispiel weiter erläutert. Ein Hauptrotorkörper
aus Aluminium mit einem Außendurchmesser von 7,1 inch
wurde mit 110 r. p. m gedreht. Zwei Schneidwerkzeuge
wurden während aufeinanderfolgender Stufen des Be
arbeitungsvorgangs eingesetzt. Das erste Schneid
werkzeug oder Vorbearbeitungsschneidwerkzeug mit
relativ breiteren Zähnen bestand aus Hochgeschwindig
keitswerkzeugstahl und hatte einen Außendurchmesser
von 6,6 inches. Dieses Schneidwerkzeug wurde mit
60 r. p. m. gedreht, und die Vorschubgeschwindigkeit
des Schneidwerkzeuges in Richtung des Rotorkörpers
betrug 0,05 inch/min. Die auf dieses Schneidwerk
zeug nach der endgültigen Eindringung von 1,2 inches
ausgeübte Phasenänderung betrug 0,06° für alle 13
Drehungen des Rotorkörpers. Ein zweites Schneidwerk
zeug oder Endbearbeitungswerkzeug mit relativ
schmaleren Zähnen, ebenfalls aus Hochgeschwindig
keitswerkzeugstahl, mit einem Außendurchmesser von
7,1 inch, wurde dann eingesetzt und mit 60 r. p. m.
gedreht. Die Vorschubgeschwindigkeit des Schneid
werkzeugs in Richtung des Rotorkörpers betrug
0,03 inch/min. Das Schneidwerkzeug drang zusätzlich
0,25 inch für eine endgültige Nuttiefe von 1,45 inch
ein. Die auf dieses Schneidwerkzeug nach dem end
gültigen Eindringen ausgeübte Phasenänderung betrug
0,06° für alle dreizehn Drehungen des Rotorkörpers.
Die Phasenabgleichvorrichtung 84 war ein Candy Corp.
Modell Pos 1-2, wie oben erwähnt, und die Rechtwinkel
getriebebox 72 war von Boston Gear kommerziell erhält
lich.
In der Anordnung gemäß Fig. 2 ist das Geschwindig
keitsverhältnis zwischen dem Rotorkörper 60 und dem
Schneidwerkzeug 68 durch die Transmission einschließ
lich der Zahnräder 80 und 86 bestimmt, die der Ge
schwindigkeitsänderung unterworfen sind, die von der
Phasenabgleichvorrichtung 84 hervorgerufen wird. Al
ternativ können der Körper 60 und das Schneidwerkzeug
separat von bürstenlosen Gleichstrommotoren mit einem
Geschwindigkeitsverhältnis angetrieben werden, das
von einer geeigneten elektronischen Servosteuerein
richtung gesteuert wird. Die elektronische Steuerung
ruft auch die Phasenänderung hervor, die für eine
gewünschte Nutgeometrie erforderlich ist. Da bürsten
lose Gleichstrommotoren mit relativ hoher Geschwindig
keit laufen, wird eine die Geschwindigkeit verringernde
Transmission wie ein Riemen oder ein Getriebe zwischen
dem Schneidwerkzeug 68 und seinem Antriebsmotor ver
wendet.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Aus
führungsbeispiele beschränkt.
Claims (47)
1. Verfahren zur Herstellung einer Globoidschraube
zur Verwendung als Hauptrotor in einem Kompressor
oder Expander,
gekennzeichnet durch
- a) Bereitstellen eines zylindrischen Rotorkörpers mit einer Längsachse,
- b) drehbares Befestigen des Rotorkörpers um seine Längsachse,
- c) Bereitstellen eines Schneidwerkzeugs mit mehreren Zähnen, die in Umfangsrichtung beabstandet in einer Ebene angeordnet sind, wobei das Schneidwerkzeug eine Drehachse hat, die senkrecht zu der Ebene verläuft,
- d) drehbares Befestigen des Schneidwerkzeugs um die Achse, wobei das Schneidwerkzeug so angeordnet wird, daß seine Ebene parallel zur Rotorkörper längsachse verläuft, derart, daß seine Drehachse senkrecht zu der Rotorlängsachse liegt,
- e) Drehen des Rotorkörpers und des Schneidwerkzeugs mit sychronisierten Geschwindigkeiten und
- f) Positionieren des Rotorkörpers und des Schneid werkzeugs relativ zueinander auf solche Weise, daß die Schneidwerkzeugzähne den Körper berühren, um durch eine Fräswirkung Material von dem Rotor körper zu entfernen, um ein Globoidschraubenprofil auszubilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Posi
tionierens des Rotorkörpers und des Schneidwerk
zeugs das Bewegen der Drehachse des Schneidwerk
zeugs und der Längsachse des Rotorkörpers zueinander
umfaßt, während der Rotorkörper und das Schneidwerk
zeug gedreht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des
Schneidwerkzeugs und die Längsachse des Rotorkörpers
aufeinander zu bewegt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Posi
tionierens des Rotorkörpers und des Schneidwerkzeugs
das Bewegen des Schneidwerkzeugs in Richtung des Rotor
körpers umfaßt, während der Rotorkörper und das Schneid
werkzeug gedreht werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Positionierens
des Rotorkörpers und des Schneidwerkzeugs auf solche
Weise ausgeführt wird, daß mehrere Schneidwerkzeug
zähne gleichzeitig während jeder Drehung des Schneid
werkzeugs Material von dem Rotorkörper abtragen.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptrotor zusammen
mit einem Absperrotor in einem Kompressor verwendet
wird und daß die Drehgeschwindigkeiten des Rotorkör
pers und des Schneidwerkzeugs durch ein Verhältnis
zwischen der Anzahl der Nuten in dem Hauptrotor und
der Anzahl der Zähne in dem Absperrotor bestimmt
sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit
des Schneidwerkzeugs der Drehgeschwindigkeit des
Rotorkörpers im Verhältnis der Anzahl der Rotornuten
zur Anzahl der Absperrotorzähne entspricht.
8. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptrotor mit einem
Absperrotor in einem Kompressor verwendet wird und
daß das Schneidwerkzeug eine Anzahl von Zähne hat,
die der Anzahl der Zähne des Absperrotors entspricht.
9. Verfahren nach Anspruch 1,
ferner gekennzeichnet durch einen Schritt des Änderns
der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Rotor
körper und dem Schneidwerkzeug über eine vorgegebene
Zeitspanne und in einem vorgegebenen Ausmaß, wodurch
eine positionelle Änderung zwischen den Schneidwerk
zeugzähnen und dem Material des Rotorkörpers hervor
gerufen wird, was zu einer gewünschten Änderung im
Globoidschraubenprofil führt.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das Globoidschrauben
profil eine spiralförmige Nut mit zwei beabstandeten
Seitenwänden aufweist und daß der Schritt des Änderns
der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Rotor
körper und dem Schneidwerkzeug ein Vergrößern oder
Verringern der relativen Geschwindigkeit umfaßt,
in Abhängigkeit davon, welche Seitenwand bearbeitet
werden soll, wobei das Ausmaß von der gewünschten
Lage der Seitenwand abhängt.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidwerkzeugge
schwindigkeit gegenüber der sychronisierten Drehge
schwindigkeit erhöht oder verringert wird, je nachdem,
welche Nutseitenwand bearbeitet werden soll.
12. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidwerkzeugge
schwindigkeit gegenüber der sychronisierten Drehge
schwindigkeit in einem Ausmaß geändert wird, das aus
reicht, Seitenwände auszubilden, die parallel in der
Ebene eines Absperrotors liegen, der mit dem Haupt
rotor in einem Kompressor operativ verbunden ist.
13. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Globoidschraubenprofil
in mehreren Stufen unter Verwendung unterschiedlicher
Schneidwerkzeuge in den verschiedenen Stufen ausge
bildet wird.
14. Verfahren zur Herstellung einer Globoidschraube
zur Verwendung als Hauptrotor in einem Kompressor
oder Expander,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- a) Bereitstellen eines zylindrischen Rotorkörpers mit einer Längsachse und drehbares Befestigen des Rotorkörpers um diese Längsachse,
- b) Bereitstellen eines Schneidwerkzeugs mit wenig stens einem Zahn an einem Umfang in einer Ebene, mit einer Drehachse des Schneidwerkzeugs, die senkrecht zu der Ebene liegt,
- c) drehbares Befestigen des Schneidwerkzeugs um die Achse und Anordnen des Schneidwerkzeugs in einer Weise, daß seine Ebene parallel zu der Rotor körperlängsachse und seine Drehachse senkrecht zu der Rotorlängsachse liegen,
- d) Drehen des Rotorkörpers und des Schneidwerkzeugs mit synchronisierten Geschwindigkeiten,
- e) Positionieren des Rotorkörpers und des Schneid werkzeugs zueinander auf eine Weise, daß die Schneidwerkzeugdrehachse und die Rotorkörper längsachse relativ zueinander bewegt werden, um den Abstand zwischen den Achsen zu verringern, während der Rotorkörper und das Schneidwerkzeug gedreht werden, so daß der Schneidwerkzeugzahn den Rotorkörper während jeder Schneidwerkzeug drehung berührt, um durch eine Fräswirkung Material von dem Rotorkörper abzutragen und ein Globoidschraubenprofil einschließlich einer Nut auszubilden, die zwei beabstandete Seitenwände hat, und sich in einer spiralförmigen Bahn entlang des Rotorkörpers erstreckt, und
- f) Ändern der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Rotorkörper und dem Schneidwerkzeug über eine vorgegebene Zeitspanne in einem vorgegebenen Ausmaß, um eine positionelle Änderung zwischen dem Schneidwerkzeugzahn und dem Material des Rotor körpers hervorzurufen, mit der Folge einer ge wünschten Änderung in dem Globoidschraubenprofil, wobei die relative Geschwindigkeit vergrößert oder verringert wird, je nachdem, welche Nutseitenwand bearbeitet werden soll, und das Ausmaß der Geschwin digkeitsänderung von der Lage der gewünschten Nut seitenwand abhängt.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug
mehrere Zähne aufweist, die in Umfangsrichtung beab
standet sind, und daß der Schritt des Positionierens
des Rotorkörpers und des Schneidwerkzeugs auf solche
Weise ausgeführt wird, daß mehrere Schneidwerkzeug
zähne während der Drehung des Schneidwerkzeugs den
Rotorkörper gleichzeitig berühren.
16. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug in
Richtung des Rotorkörpers bewegt wird, während der
Rotorkörper und das Schneidwerkzeug gedreht werden.
17. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptrotor zusammen
mit einem Absperrotor in einem Kompressor verwendet
wird und daß die Drehgeschwindigkeit des Rotorkörpers
und des Schneidwerkzeugs durch ein Verhältnis zwischen
der Anzahl der Nuten des Hauptrotors und der Anzahl
der Zähne des Absperrotors bestimmt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit
des Schneidwerkzeugs gleich ist der Drehgeschwindig
keit des Rotorkörpers multipliziert mit dem Verhältnis
der Anzahl von Hauptrotornuten zur Anzahl von Ab
sperrotorzähnen.
19. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptrotor mit einem
Absperrotor in einem Kompressor verwendet wird und
daß das Schneidwerkzeug eine Anzahl von Zähne hat,
die der Anzahl der Zähne des Absperrotors entspricht.
20. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidwerkzeugge
schwindigkeit gegenüber der synchronisierten Drehge
schwindigkeit über eine Zeitspanne geändert wird, die
ausreicht, um Nutseitenwände auszubilden, die parallel
in der Ebene eines Absperrotors liegen, der operativ
mit dem Hauptrotor in einem Kompressor verbunden ist.
21. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das Globoidschrauben
profil in mehreren Stufen unter Verwendung unter
schiedlicher Schneidwerkzeuge in den verschiedenen
Stufen ausgebildet wird.
22. Vorrichtung zur Herstellung einer Globoidschraube
aus einem zylindrischen Rotorkörper mit einer Längs
achse, zur Verwendung als Hauptrotor in einem Kom
pressor oder Expander,
gekennzeichnet durch
- a) eine Einrichtung zur drehbaren Befestigung des zylindrischen Rotorkörpers (60) um dessen Längs achse (62),
- b) ein Schneidwerkzeug (68) mit mehreren, in Umfangs richtung beabstandeten Zähnen in einer Ebene und mit einer Drehachse, die senkrecht zu der Ebene liegt,
- c) eine Einrichtung zur drehbaren Befestigung des Schneidwerkzeugs um die Achse, wobei das Schneid werkzeug so angeordnet ist, daß seine Ebene parallel zur Längsachse des Rotorkörpers liegt, und daß seine Drehachse senkrecht zur Längsachse des Rotorkörpers angeordnet ist,
- d) eine Antriebseinrichtung, die operativ mit dem Rotor körper und dem Schneidwerkzeug verbunden ist, um den Rotorkörper und das Schneidwerkzeug mit syn chronisierten Geschwindigkeiten zu drehen und
- e) eine Einrichtung zum Bewegen des Schneidwerkzeugs und des Rotorkörpers relativ zueinander, so daß die Drehachse des Schneidwerkzeugs und die Längsachse des Rotorkörpers zueinander bewegt werden, während das Schneidwerkzeug und der Rotorkörper gedreht werden, so daß die Schneidwerkzeugzähne den Rotor körper während der Drehung des Schneidwerkzeugs berühren und durch eine Fräswirkung Material von dem Körper abtragen, um ein Globoidschraubenprofil auszubilden.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur rela
tiven Bewegung des Schneidwerkzeugs (68) und des Rotor
körpers (60) operativ mit dem Schneidwerkzeug verbun
den ist, um dieses in Richtung des Rotorkörpers zu
bewegen, während der Rotorkörper und das Schneidwerk
zeug gedreht werden.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug (68)
mehrere Zähne in einer sternförmigen Anordnung auf
weist, so daß die mehreren Zähne den Rotorkörper (60)
während der Drehung des Schneidwerkzeugs gleichzeitig
berühren.
25. Vorrichtung nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptrotor (12) zu
sammen mit einem Absperrotor (14, 16) in einem Kom
pressor verwendet wird und daß das Schneidwerkzeug
(68) eine Anzahl von Zähnen hat, die mit der Anzahl
von Zähnen des Absperrotors übereinstimmt.
26. Vorrichtung nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Einrichtung
(84) operativ mit der Antriebseinrichtung verbunden
ist, um die relative Geschwindigkeit zwischen dem
Rotorkörper (60) und dem Schneidwerzeug (61) über
eine vorgegebene Zeitspanne in einem vorgegebenen
Maß zu verändern, um eine Positionsänderung zwischen
den Schneidwerkzeugzähnen und dem Material des Rotor
körpers hervorzurufen, was zu einer gewünschten Än
derung des Globoidschraubenprofils führt.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26,
dadurch gekennzeichnet, daß das Globoidschrauben
profil eine spiralförmige Nut (22) mit zwei von
einander beabstandeten Seitenwänden aufweist und daß
die Geschwindigkeitsänderungseinrichtung (84) eine
Phasenänderungseinrichtung aufweist, um die relative
Geschwindigkeit zu erhöhen oder zu verringern, in
Abhängigkeit davon, welche Nutseitenwand bearbeitet
werden soll, und in einem Ausmaß, das von der Lage
der gewünschten Seitenwand abhängt.
28. Vorrichtung nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug
mehrere verschiedene Schneidwerkzeuge (104, 116, 126)
umfaßt, die in verschiedenen Stufen während der Aus
bildung des Globoidschraubenprofils eingesetzt werden.
29. Vorrichtung nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schneidwerkzeugzahn
(104, 120, 130) gegenüberliegende Flanken aufweist,
die von einer Außenkante verbunden sind, und daß der
Hauptteil des Schneidvorgangs an den Flanken auftritt.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schneidwerkzeugzahn
(104) eine relativ konstante Breite hat mit relativ
kurzen Flanken (106), die in einer relativ breiten
Außenkante (108) enden.
31. Vorrichtung nach Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schneidwerkzeugzahn
(120) eine schräg sich verjüngende Breite hat mit
relativ langen Flanken (122), die in einer relativ
kurzen Außenkante (124) enden.
32. Vorrichtung nach Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schneidwerkzeug
zahn (130) Zacken an einer Flanke (134) aufweist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schneidwerkzeug
zahn nur an einer Flanke eine Schneidkante aufweist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet, daß alternierende Zähne
Schneidkanten an einer Flanke aufweisen.
35. Vorrichtung nach Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schneidwerkzeug
zahn (104) mit einem Einsatz (110) eines abriebfesten
Materials versehen ist.
36. Vorrichtung zur Herstellung einer Globoidschraube
aus einem zylindrischen Rotorkörper mit einer Längs
achse, zur Verwendung als Hauptrotor in einem Kom
pressor,
gekennzeichnet durch
- a) eine Einrichtung zur drehbaren Befestigung des zy lindrischen Rotorkörpers (60) um seine Längsachse (62),
- b) ein Schneidwerkzeug mit wenigstens einem Zahn am Umfang in einer Ebene und mit einer Drehachse, die senkrecht zu der Ebene liegt,
- c) eine Einrichtung zur drehbaren Befestigung des Schneidwerkzeugs um die Achse, wobei das Schneidwerk zeug so angeordnet ist, daß seine Ebene parallel zu der Längsachse des Rotorkörpers liegt und daß seine Drehachse senkrecht zur Längsachse des Rotorkörpers verläuft,
- d) eine Antriebseinrichtung, die operativ mit dem Rotorkörper und dem Schneidwerkzeug verbunden ist, um diese mit synchronisierten Geschwindigkeiten zu drehen,
- e) eine Einrichtung zur Bewegung des Schneidwerkzeugs und des Rotorkörpers relativ zueinander, derart, daß die Drehachse des Schneidwerkzeugs und die Längs achse des Rotorkörpers relativ zueinander bewegt werden, während das Schneidwerkzeug und der Rotor körper gedreht werden, so daß der Schneidwerkzeugzahn den Rotorkörper während jeder Drehung des Schneid werkzeugs berührt und Material von dem Körper durch eine Fräswirkung abträgt, um ein Globoidschrauben profil mit einer Nut (22) mit zwei beabstandeten Seitenwänden auszubilden, die sich in einer spiral förmigen Bahn entlang des Rotorkörpers erstreckt, und
- f) eine Einrichtung (84), die operativ mit der An triebseinrichtung verbunden ist, um die relative Ge schwindigkeit zwischen dem Rotorkörper und dem Schneid werkzeug über eine vorgegebene Zeitspanne um ein vor gegebenes Maß zu ändern, um eine Lageveränderung zwi schen dem Schneidwerkzeugzahn und dem Material des Rotorkörpers hervorzurufen, was zu einer gewünschten Änderung in dem Globoidschraubenprofil führt, wobei die relative Geschwindigkeit erhöht oder verringert wird, je nachdem, welche Nutseitenwand bearbeitet werden soll, und das Ausmaß der Geschwindigkeitsän derung von der gewünschten Lage der Nutseitenwand abhängt.
37. Vorrichtung nach Anspruch 36,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (84) zur
relativen Bewegung des Schneidwerkzeugs und des Ro
torkörpers operativ mit dem Schneidwerkzeug (68) ver
bunden ist, um dieses in Richtung des Rotorkörpers
(60) zu bewegen, während der Rotorkörper und das
Schneidwerkzeug gedreht werden.
38. Vorrichtung nach Anspruch 36,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug mehrere
beabstandete Zähne entlang seines Umfangs aufweist, so
daß mehrere Zähne den Rotorkörper (60) gleichzeitig
während jeder Schneidwerkzeugdrehung berühren.
39. Vorrichtung nach Anspruch 38,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptrotor (12) zu
sammen mit einem Absperrotor (14, 16) in einem Kom
pressor verwendet wird und daß das Schneidwerkzeug (68)
soviel Zähne hat wie der Absperrotor.
40. Vorrichtung nach Anspruch 36,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug
mehrere unterschiedliche Schneidwerkzeuge (104, 116,
126) aufweist, die in verschiedenen Stufen der Aus
bildung des Globoidschraubenprofils eingesetzt werden.
41. Vorrichtung nach Anspruch 36,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schneidwerkzeugzahn
(104, 120, 130) gegenüberliegende Flanken hat, die
von einer Außenkante verbunden sind, und daß der Haupt
schneidvorgang an den Flanken auftritt.
42. Vorrichtung nach Anspruch 41,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schneidwerkzeugzahn
(104) eine relativ konstante Breite hat mit relativ
kurzen Flanken (106), die in einer relativ breiten
Außenkante (108) enden.
43. Vorrichtung nach Anspruch 41,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schneidwerkzeugzahn
(120) eine sich verjüngende Breite hat mit relativ
langen Flanken (122), die in einer relativ kurzen
Außenkante (124) enden.
44. Vorrichtung nach Anspruch 41,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schneidwerkzeugzahn
(130) Zacken entlang einer Flanke (134) aufweist.
45. Vorrichtung nach Anspruch 41,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schneidwerkzeugzahn
nur an einer Flanke eine Schneidkante aufweist.
46. Vorrichtung nach Anspruch 41,
dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnde Zähne Schneid
kanten an einer Flanke aufweisen.
47. Vorrichtung nach Anspruch 41,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schneidwerkzeugzahn
(104) mit einem Einsatz (110) eines abriebfesten Ma
terials versehen ist.
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