DE7808304U1

DE7808304U1 - Fraeser zum fraesen einer schraubenlinienfoermigen nut vorbestimmten profils in einem schraubenverdichter

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Publication number: DE7808304U1
Application number: DE19787808304U
Authority: DE
Original assignee: Gardner Denver Inc
Current assignee: Gardner Denver Inc
Priority date: 1977-03-28
Filing date: 1978-03-18
Publication date: 1980-01-17
Also published as: DE2811932A1; GB1589847A; CA1061095A; US4102583A; SE7800659L

Description

^-."Fräser zum Fräsen einer schraubenlinienfonnigen Nut vorbestimmten Profils in einem Schraubenverdichter" ~

Die Erfindung betrifft einen Fräser zum Fräsen einer schraubenlinienförmigen Nut bzw. mehrerer solcher Nuten eines vorbestimmten Profils in einem Schraubenverdichter, wobei dieser und der Fräser gleichzeitig um ihre zentralen Drehachsen in Umlauf versetzt werden, mit einem im wesentlichen zylindrischen Fräserkörper, der eine Längs-Mittel-Drehachse hat, und mit mehreren Messern, die am Fräserkörper mit Abständen voneinander über dessen Umfang verteilt längs einer Schraubenlinie in Bezug zur Drehachse angeordnet sind.

Bei der spanabhebenden Herstellung von Zahnrädern und gekehlten Rotoren für Pumpen, Verdichter oder dergleichen ist es wichtig, daß die Form oder das Profil der Verzahnung des Zahn*- rades oder der Rotorerhöhungen mit hoher Genauigkeit hergestellt wird. Eine solche Genauigkeit der Profilform ist wegen einer ordnungsgenäßen Wechselwirkung oder eines ordnungsgemäßen Kämmens zwischen den Zähnen oder Erhöhungen und zum Erreichen eines brauchbaren Wirkungsgrades für Fördervorrichtungen wie Pumpen und Verdichtern, mit gekehlten Rotoren wichtig. Die spanabhebende Bearbeitung von Zahn- oder Kehlenprofilen durch Präzisionsfräsen ist ein bekanntes und gängiges Verfahren zur Herstellung von gekehlten Rotoren für Schraubenverdichter und -pumpen sowie für Zahnräder, Kerbverzahnungen, Kettenräder oder andere verzahnte Maschinenelemente. Beim herkömmlichen Formfräsen wird eine Kehle oder ein Zahnzwischenraum vollständig gefräst und das Werkstück wird ann in Bezug zum Fräser in die nächste Kehlenstellung weitergedreht und danach wird das Fräsen wiederholt. Beim Formfräsen von Verdichter-Schraubenrotoren ist der Fräser beispielsweise drehbar um eine Achse gelagert, die im wesentlichen senkrecht zur Schraubenlinie der Rotorkehlen liegt. Das Werkstück oder der Rotor wird in Bezug zum 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 solche Stellung

zum Fräsen einer weiteren Kehle -weitergedreht. Bei der Herstellung von Schraubenrotoren sorgt der Formfräsvorgang für eine brauenbare Profilgenauigkeit und er kann für asymmetrische ebenso wie für symmetrische Rotorprofile angewandt werden. Formfräsen ist jedoch relativ langsam und das periodische Weiterdrehen des Werkstücks von einer Kehle zur folgenden führt eine größere Möglichkeit von Fehlern im Kehlen- oder Zahnabstand ein.

Das als Abwälzfräsen bekannte Verfahren kann für symmetrische oder asymmetrische Kehlen- oder Zahnprofile benutzt werden, muß jedoch Werkstücken zugeordnet sein, die einen gleichmäßigen Abstand der Kehlen oder Zähne haben. Das Abwälzfräsen, das weite Anwendung zum Fräsen von Zahnrädern findet, läßt annehmbare Profilgenauigkeiten bei relativ hoher Fertigungsgeschwindigkeit entstehen, verglichen mit dem Formfräsen. Weil ferner das Werkstück ständig während eines Durchgangs des Fräsers weitergerückt wird, läßt sich ein genauer Abstand zwischen den Kehlen oder den Zähnen leichter erreichen und das Werkstück wird in einem durchgehenden Arbeitsgang fertiggestellt.

Bei einstückig ausgeführten Abwälzfräsern bewirken der Verschlei und die ständig vorhandene Gefahr einer Beschädigung eines Messers jedoch hohe Kosten, in der Wiederherstellung und im Austausch des Werkzeuges, besonders bei Abwälzfräsern, die zum genauen Fräsen relativ großer Zahnräder und Rotoren für Schraubenverdichter benutzt werden.

Es ist vorgeschlagen worden, Abwälzfräser mit austauschbaren Messern zu bestücken. Solche Anordnungen sind in den US-PS Nrn. 2 498 721 und 3 740 808 beschrieben. Diese bekannten Abwälzfräser erfordern, daß die Messer in ihre fertige Form geschliffen werden, ehe sie in die vorgesehene Lage am Fräserkörper eingesetzt werden. Ein Schleifen der Messer in die gewünschte Profilform oder ein Schärfen der Kanten bei dem Körper eingesetzten Messern ist außerordentliäi schwierig und wegen der mehreren Reihen von Messern, bei denen axial aufeinanderfolgende Messer ein Schleifen der betreffenden Schneidkante an einem Messer stören. Ferner führt das Problem zum genauen Einsetzen der fertig geschliffenen Messer in den Fräserkörper sehr häufig zu weniger als einer annehmbaren Profilgenauigkeit und zu ungleichmäßigem Verschleiß der Messer. Bisher sind die Vorteile, die von den hohen Produktionsmengen bei Arbeiten mit dem Abwälzfräsverfahren abzuleiten sind, im wesentlichen durch die hohen Anschaffungskosten von Abwälzfräsern sowie die Kosten wieder aufgehoben worden, die mit der Wartung und dem Austausch der Fräser einhergehen. Dies gilt ganz besonders dann, wenn das Abwälzfräsverfahren für die Herstellung von Rotoren von Schraubenverdichtern, nämlich Pumpen, Kompressoren, Expansionsmaschinen usw. in Betracht gezogen wird. Das gleiche gilt im unterschiedlichen Maß für die Herstellung von Zahnrädern, kerbverzahnten Wellen, Kettenrädern oder verschiedenen anderen Maschinenelementen.

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Die Erfindung bezweckt die Herstellung eines verbesserten Fräsers zum Anfertigen von Zahnprofilen oder Kehlen an Maschinenelementen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Fräser zum spanabhebenden Herstellen von gekehlten Schraubenverdichter-Rotoren vorgesehen. Der erfindungsgemäße Profilfräser wird vorzugsweise in Verbindung mit einer Universal-Hochleistungs-Abwälzfräsmaschine benutzt, so daß eine verbesserte Herstellung von genau gefrästen, gekehlten Rotoren erreicht werden kann, ohne daß den Einsatz verbietende Werkzeugkosten aufgewendet werden müssen.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß nur eine einzige Windung der Schraubenlinie ausgebildet ist und die Messer in einem solchen Abstand voneinander Ife gen, daß keines der Messer axial mit einem anderen Messer fluchtet, und daß jedes Messer eine Schneidkantenkontur hat, die sich von den Schneidkantenkonturen aller anderen Messer unterscheidet und die durch eine Reihe von Punkten bestimmt ist, wobei jeder Punkt bei einer bestimmten Winkelstellung des Messers zur Drehachse des Fräsers mit der Stellung eines Punktes auf dem Profil der Nut in Bezug auf die Drehachse des Fräsers zusammenfällt, so daß dann, wenn sich ein Schneidmesser über die Nut bewegt, alle Punkte auf dem Profil der Nut von jedem Messer des Fräsers gefräst werden. Alle Messer sind auswechselbar am Fräserkörper angebracht, so daß einzelne Messer nachgeschliffen oder je nach Bedarf ausgewechselt werden können, ohne daß dabei

ein Stören durch ein anderes Messer am Fräser auftritt. Ferner kann jedes Messer einen über seine gesamte Schneidkante angeschliffenen Soll-Freischliffwinkel haben, der sich von einem Messer zum anderen,ändert, falls das für erforderlich erachtet wird.

Der Profilfräser gemäß der Erfindung kann so ausgebildet sein,, daß alle Messer auf eine gemeinsame Schneidkante oder ein gemeinsames Profil geschnitten sind, daß nicht das am Werkstück hergestellte Profil ist, das aber das Soll-Profil am Werkstück entstehen läßt. Ferner kann auch der Profilfräser nach der Erfindung mit Messern versehen sein, die jeweils so ausgeführt sind, daß sie ein anderes Schneidkantenprofil haben, so daß jedes Messer das Gegenprofil des Werkstücks fräst. Eine solche Anordnung sorge für einen gleichmäßigen Verschleiß der Fräsermesser und läßt genauere Profile am Werkstück entstehen. Die Fräszeit für ein bestimmtes Werkstück kann auch verkürzt werden, weil die Fräskräfte gleichmäßiger auf alle Fräsmesser verteilt werden,

Zusätzlich zur ausgezeichneten Produktivität des Profilfräsers gemäß der Erfindung lassen sich auch Vorteile aus der längeren Einsatzzeit der Fräsermesser und aus der Einfachheit und Genauigkeit der Herstellung des Schneidkantenprofils an jedem Messer erreichen. Unter Verwendung bekannter Schleifmaschinen ;kann die gesamte Umfangsschneidkante jedes Fräsermessers durch ein rotierendes Schleifwerkzeug geschliffen werden, um das

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Schneidkantenprofil entstehen zu lassen, wobei gegebenenfalls die Messerprofile sich voneinander unterscheiden und es läßt sich ein geeigneter Freischnittwinkel an jedem Messer herstellen. Da man ferner in der Lage ist, den Umfang jedes Fräsermessers zu schleifen, können einzelne Messer am Fräser körper bei Verschleiß oder Beschädigung umgesetzt werden, um für adäquates Schleifmaterial zu sorgen,damit das Schneidkantenprofil hergestellt werden kann.

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

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Endansicht eines Profilfräsers gemäß der Erfindung

Fig. 2 eine Ansicht aus der Ebene 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 eine Ansicht aus der Ebene 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 ein Schaubild eines Messers und eines Supports sowie eines Messerhalteblocks;

Fig. 5 eine Ansicht, die das Schneidkantenprofil einer Anzahl von Messern zeigt, die übereinandergelegt sind;

Fig. 6 eine Draufsicht, die die Beziehung zwischen dem Profilfräser gemäß der Erfindung und einem Werkstück zeigt, das einen gekehlten Rotor umfaßt;

, jFig. 7 eine axiale Endsicht des in Fig. 6 gezeigten Fräsers und des Werkstücks;

^;Fig. 8 ein Diagramm, daß die Abmessung der Position eines Kehlenprofilpunktes in Bezug auf die Fräserachse zeigt, und

*'- Fig. 9 eine graphische Darstellung einer Kurvenschar, die bestimmte Positionen verschiedener Punkte an Profil einer Kehle an einem Werkstück wiedergibt.

In Fig. 1 bis 3 ist der Fräser als ganzes mit 10 bezeichnet. Er weist einen im wesentlichen zylindrischen Körper 12 mit einer mittigen Längsbohrung 14 zum Einspannen des Fräsers auf eine drehbare Spindel oder dergleichen auf.

Der Fräserkörper 12 hat eine Anzahl von sich axial erstreckenden, abgestuften Ausnehmungen 16, die zum Umfang des Körpers hin offen sind und im gleichen Abstand über den Umfang angeordnet sind. Der Körper 12 weist ferner sich radial erstreckende Flanschbereiche 18 auf, die zwischen den Ausnehmungen 16 liegen. Die Flanschteile 18 liegen auf einer Schraubenlinie 20 in Bezug zur Längs-Mittel-Achse 22 des Körpers 12 und bilden im wesentlichen einen vollständigen Gang einer Schraubenlinie, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

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

Jedes Messer ist auf einem Support 29 angeordnet und wird durch einen Keil 30 in Bezug auf den Support in der vorgenannten Lage gehalten. Die Keile 30 sind an den Supporten durch Stifte befestigt, wie dies beispielsweise in Fig. 1 gezeigt ist. Die Supporte 29 sind jeweils mit Zähnen 34 an der Seite versehen, die dem Messer gegenüberliegt und die Zähne hemmen in damit zusammenwirkenden Zähnen am Fräserkörper 12, um das Halten des Messers und des Supports in einer ortsfesten, radialen Lage in Bezug zum Fräserkörper zu unterstützen. ¥enn die Messer

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in der dargestellten Art und Weise angeordnet sind, hält die Keilwirkung der Blöcke 26 die Messer am Fräserkörper. Die Messer 24 können jedoch an den Supporten durch ein geeignetes Klebemittel oder durch Verlöten weiterbefestigt sein, falls dj.es erwünscht ist. Die Supporte 29 und der Fräserkörper 12 können aus Kohlenstoffstahl hergestellt sein.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen hervorgeht, können die Messer 24 und deren Supporte 29 radial zur Achse 22 des Fräserkörpers umgesetzt werden, wenn eines oder mehrere der Messer verschlissen sind und nachgeschliffen weraen müssen und einer Wiederherstellung des Schneidkantenprofils bedürfen. Die einzelnen Messer und Supporte können auch seitlich oder in anderer Richtung parallel zur Achse 22 in begrenzter Weise zum Zwecke der genauen Anordnung der Messer längs der Schraubenlinie 20 (Fig« 2 und Fig. 3) bewegt werden. Der als Ausführungsbeispiel in den Zeichnungen dargestellte Fräser 10 ist mit zehn im gleichen Abstand voneinander angeordneten Messen 24 versehen, die längs der Schraubenlinie 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 Sinne, daß nur eine einzige Re ...ie Messer vorhanden ist und daß nicht mehr als ein Messer sich in derselben radialen Stellung zur Achse 22 befindet. Verschiedene Zahlen von Messern können benutzt werden und der Umfangsabstand der Messer muß nicht für alle Messer gleich sein, obgleich das

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für eine besondere Verteilung von Kräften am Fräser und am Werkstück bevorzugt wird.

Sin wichtiger Vorteil des Fräsers 10 besteht darin, daß die gesamte Schneidkante 25 jedes Messers 24 hergestellt werden kann, nachdem das Messer am Fräserkörper angeordnet und an diesem befestigt ist. Unter Verwendung von Schleif vorrichtungen kann jedes Messer 24 so ausgeführt sein, daß es ein Schneidkantenprofil hat, das das gleiche ist wie das der anderen Messer oder jedes Messer kann so ausgeführt sein, daß es ein anderes Sehneidkantenprofil als das der anderen Messer hat. Gemäß Fig. 4 hat jedes Messer 24 eine Schneidkante 25, die durch den Schnitt der ebenen Fläche 36 des Messers und der Fläche 38 entsteht. Die Fläche 38 kann durch Vorrichtungen geschliffen werden, um einen Freischliff für die Schneidkante als einen Teil eines Arbeitsganges zu schaffen, bei dem die Kante selbst das gewünschte Profil erhält. Die Fläche 38 kann so ausgeführt sein, daß sie geringfi&g konkav ist, wenn mit einer runden Fräser-Schleifscheibe gearbeitet wird. Ferner können die Messer 24 auch vorteilhafterweise so ausgeführt sein, daß deren Schneidkanten in Ebenen liegen, die parallel zur Achse 22 liegen oder durch diese verlaufen. Diese Anordnung ! vereinfacht den Vorgang der Herstellung der Schneidkante an jedem Messer.

Die Fräsermesser 24 können je nach Bedarf einzeln nachgeschliffen oder ausgewechselt werden, ohne daß dazu ein großer

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Aufwand erforderlich ist, während gleichzeitig ein hohes Maß an Genauigkeit im Vorgang des Fräsens eines Werkstückes gewahrt bleibt, um ein vorgeschriebenes Zahn- oder Kehlenprofil herzustellen.

Der Profilfräser 10 ist besonders zum Fräsen von Kehlen-oder Nuten in Schraübenverdichtem geeignet. Es können jedoch auch andere Arten von Profilen für Maschinenelemente bzw. Zahnräder, Kettenräder, kerbverzahnte Glieder und dergleichen mittels eines erfindungsgemäßen Fräsers hergestellt werden.

Fig. 6 und 7 zeigen die Beziehung zwischen dem Fräser und dem Werkstück während des Einfräsens von Kehlen oder Nuten. In Fig. 6 ist der Fräser in einer typischen Stellung gezeigt, während ein Rotor gefräst wird, der sechs Schraubenkehlen oder -nuten 42 hat. Während des Fräsens ist der Rotor 40 relativ zum Fräser 10 parallel zur Achse 44 mit einer bestimmten Geschwindigkeit und in Richtung des Pfeils auf der Achse 44 in Fig. 6 gelagert. Der Rotor 40 wird auch mit einer bestimmten Geschwindigkeit in Richtung des Pfeils 46 um die Achse 44 gedreht. Der Fräser 10 dreht sich um seine Achse 22 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bezüglich zur Drehung des Rotors, und zwar in Richtung des Pfeiles 47 in Fig. 7. Das Verhältnis der Drehgeschwindigkeit des Fräsers zur Drehgeschwindigkeit des Rotors kann aus der folgenden Gleichung bestimmt werden:

R_a = R₁ (F/Lr - 1).

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Darin sind:

R = das Verhältnis der Drehzahl des Fräsers 10 zur Drehzahl a

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

R. = das Verhältnis der Zahl der Kehlen zur Zahl der Fräsergänge. Der Fräser 10 hat einen Gang.

P = der axiale Vorschub des Fräsers zum Rotor längs der Achse 44 pro Umdrehung des Rotors.

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

Für schraubenförmig gekehlte Rotoren wiiüdie Schraubenlinie der Kehlen durch das Verhältnis R„ und die VOrschubgeschwindigkeit F bestimmt. Die Steigung des Rotors Lr ist durcü die Rotorkonstruktion bestimmt. Weil außerdem der Schraubenlinie-Steigungswinkel der Kehlen, gemessen am Rotor-Teilkreisdurchmesser, eine Funktion des Teilkreisdurchmessers und der Rotorsteigung ist und der Fräser eine Profilform am Teilkreisdu-chmesser 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

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Schraubenlinie haben.

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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 einer annehmbaren Messereinsatzdauer zu erzeugen.

Der Fräser 10 ist so gestaltet, da3 er eine Schraub^nliniensteigung hat, die im vesentlichen dem Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Kehlen 42 entspricht, gemessen in einer vertikalen Ebene durch die Achse 22 (Fig. S). Der Fräser 10 ist außerdem normalerweise so zum Werkstück oder zuc Rotor 40 eingerichtet, daß die Drehachse 22 im rechten Winkel zur Schraubenlinie der ^T'^nlen 42 verläuft. Obgleich diese Winkellage des Fräsers nicht erforderlich ist, sorgt sie für eine günstigere Breite der Fräsermesser 24.

Erfindungsgemäß ist es möglich, Fräser mit Messern vorzusehen, die Schneidkantenprofile haben, welche das gesamte Profil jeder Rotorkehle in einem Durchgang des Fräsers axial längs der Rotorachse entstehen lassen. Das Werkstück, also der Rotor 40, kann so gefräst werden, daß er in einem einzigen Durchgang des Fräsers die vorgesehene Fcrd erhält. Je nach dem, ob der Rotor Profile hat» die in die vorgesehene Form vorgegossen sind, oder ob der Rotor aus dem vollen gefräst wird, kann der Fräser in der Lage sein, die Profile in einem Arbeitsgang fertig zu fräsen. Die Schneidkantenprofile der Fräsermesser 24 sind nicht identisch mit dem Profil der Kehlen des Rotors 42 und zwar

sowohl bei Blick in einer Ebene im rechten Winkel zur Achse als auch in einer vertikalen Ebene (Fig. 6) durch die Achse und parallel zu dieser. 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 fräser. Dies ist in Fig. 5 dargestellt, in der die Schneidkantenprofile für einen Fräser mit zehn Messern zum Fräsen d?r Kehlen eines Rotors für einen Schraubenverdichter gezeigt sind. Aus Grundes der Kürze sind nur die betreffenden Fräserprofile 25, 25a und 25b gezeichnet. Die zehn Profile liegen übereinander, um die Profilunterschiede zu veranschaulichen. Ein Fräser nach der Erfindung kann mit Messern bestückt sein, die alle das gleiche Profil haben und dieses Profil ist dann die innere Hülle 25c aller in Fig. 5 dargestellten 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 Schleif Vorgang des Profilfräs er έτ. Dank der auswechselbaren Anordnung der Messer am Fräser 10 läßt sich jedoch ein Auswechseln und ein Nachschleifen der einzelnen Messer in einfachster Weise durchführen.

Gemäß Fig. 6 und 7 können die Schneidkantenprofile der Fräsermesser bei Blick in der vertikalen Ebene P durch die Achse 22

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dadurch bestimmt werden, daß eine Kurve der Lagen einer ausreichend repräsentativen Anzahl von Punkten am Rotorkehlenprofil gezeichnet wird; diese Kurve bestimmt das Fräsermesserprofil, das in der einen oder anderen Winkellage des Messers alle Punkte desKehlenprofils fräst und keine Punkte am Kehlenprofil hinterschnitten werden. Mit anderen Worten, mit dem Durchlauf eines Fräsermessers 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 Kehlenprofils 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 zur Drehachse des Fräsers bestimmt werden.

Gemäß Fig. 8 können die verschiedenen Lagen eines Profilpunktes am Werkstück in den Koordinaten r und t ausgedrückt werden, woibei r der Abstand längs einer radialen Linie von der Achse zu einem Profilpunkt Q an einer bestimmten Lage an der Kehle ist und wobei t die Lage des Punktes längs der Achse 22 in Bezug zu einem Bewegungspunkt an der Achse ist. In Fig. 8 sind zwei Lagen des Punktes Q im Bereich des Fräsers als GL und Q₂ wiedergegeben. Der Bezugspunkt an dem t null ist, kann willkürlich so gewählt werden, daß es sich dabei um den radialen am weitesten innenliegenden Punkt am Kehlenprofil in Bezug zur

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Achse 44 handelt, der von einem Messer etwa in der Mitte zwischen den Enden der Rotor-Schraubenlinie gefräst wird.

Zum Bestimmen der verschiedenen Werte von r und t für einen Fräser mit Mehrfachmesserbestückung, beispielsweise für den Fräser 10, kann angenommen werden, daß der Fräser so in Bezug auf das Werkstück angeordnet ist, daß ein Messer an oder in der Nähe des Mittelpunktes der Schraubenlinie 20 des Fräsers den radial am weitesten innenliegenden Punkt am Kehlenprofil fräst, wenn das Messer sich in der vertikalen Ebene P befindet. Entsprechend kann das Profil jedes Messers am Fräser so bestimmt werden, daß die verschiedenen Positionen einer Anzahl von Punkten am Kehlenprofil in Bezug zur Fräserachse 22 aufgetragen werden, und diese Punktorte können in vertretbarer Weise als in der Nähe eines Fräsermessers liegend angenommen werden, während es in die Hülle des Werkzeuges oder aus dieser läuft. Anders als bei herkömmlichen Fräs verfahren, bei denen abgenommen wird, daß aus praktischen Gründen das Werkstück im wesentlichen nicht umläuft, während ein Fräsermesser die zylindrische Hülle des Werkstückes durchläuft, sieht die Erfindung vor, daß eine definierte Beziehung zwischen der Drehwinkellage des Fräsermessers und der Drehwinkellage des Werkstückes in Betracht gezogen werden muß. Ferner muß die axiale Lage jedes Messers längs der Schraubenlinie 20 des Fräsers bei der Bestimmung der Fräsermesserform in Betracht gezogen werden.

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Die Drehwinksllagen verschiedener Fräsermesser in Bezug auf die Drehung des Werkstücks sind aus der Gleichung für R_a bekannt, die vorstehend angegeben worden ist. Deshalb kann die Lage eines Punktes 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 Keblenprofilpunktes längs der Linie entwickelt werden. Weiter entsteht durch eine ausreichende Anzahl 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 Schneidkantenprofil eines Fräsermessers. Natürlich müssen eine ausreichende Zahl von Kurven von r- und t-Werten so gewählt werden, daß eine glatte Hülle entsteht und man ein genaues Fräsermesserprofil erhält. In einem Fräser mit Mehrfachfräserbestückung kann das Messerprofil auf der Basis bestimmt werden, daß jedes Messer alle Punkte am Profil fräst, und weil die Drehungdes Werkstücks in Betracht gezogen wird, ebenso die relativen Axiallagen jedes Messers längs der Schraubenlinie des Fräsers, unterscheidet sich das Schneidkantenprofil für jedes Messer von demjenigen jedes anderen Messers. Es ist möglich, jedes Messer in ei~em Fräser mit Mehrfachmesserbestückung mit dem gleichen Schneidkantenprofil zu versehen und dieses Profil ist die innere Hülle der Profile alier Messer, die übereinandergelegt sind, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist.

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Es kann ein Fräser vorgesehen sein, der nur ein Messer hat, jedoch machen praktische Beschränkungen "bezüglich der Messerdrehzahl und der Axial-Vorschubgeschwindigkeit einen solchen Fräser für die Herstellung der meisten Arten von Werkstücken nicht wünschenswert. Die Zahl der Fräsermesser kann eine Frage der Konstruktion sein unäjim. Rahmen der Erfindung ist ein Fräser mit zehn Messern entwickelt worden, der sich für das Fräsen von schraubenlinienförmig gekehlten Rotoren aus Stahl oder Gußeisen mit vier bis 6 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 Fig. 8 können die Koordinaten x, y und ζ eines Punktes Q am Rotorprofil als die Koordinaten in Bezug auf die Ebene, wie die Ebene P, durch entsprechende Urosetzungs- und Rotationsformeln definiert werden. Ein Satz Koordinatenpunkte in Bezug auf die Ebene P definiert als dao Fräsermesser-Koordinatensystem, kann entwickelt werden, der das Schneidkantenprofil als die Rotorkehlenprofilpunkte definiert, die entsprechend umgesetzt und gedreht worden sind. Indem Werte für die Fräsermesser-Drehlage und die Rotorprofilpunktlage gewählt werden, die sich im Bereich eines Zusammenfaliens mit einem Wert für r und t befinden, der auf dem Fräsermesserprofil liegt, kann ein Interatipnsprozeßdurchgeführt werden, um einen Profilpunkt am Fräsermesserprofil

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zu finden, der genauer definiert ist als die Fräsermesserprofile, die durch graphische Konstruktion der r- und t-Werte erhalten werden.

Gemäß Fig. 8 und 9 kann ein Punkt am Kehlenprofil in der Form von 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, x¹ und z¹ definiert werden. Der Wert von x¹ ist gleich dem Wert von t und der Wert von r ist gleich der Quadratwurzel der Summe von y^! zum Quadrat plus z¹ zum Quadrat. Die nachstehend beschriebene Methode kann benutzt werden, um eine Reihe von Punkten am Fräsermesser zu bestimmten, die ihrerseits das Fräsermesserprofil bestimmten.

Eine Methode kann angewandt werden, die darin besteht, eine Winkellage des Fräsermessers in Bezug zur Ebene P und eine Lage eines Rotorkehlenprofilpunktes Q zu wählen, beispielsweise die Lage Q.. Die entsprechende radiale Linie r für die Lage des gewählten Profilpunktes kann berechnet werden und durcn einen Interationsprozeß wird die Lage des Punktes Q geändert, bis der errechnete Wert von r den Winkel L zur Ebene P bildet. Dabei ist der Winkel L gleich der Winkellage des Fräsermessers, die gewählt worden ist. Wenn eine Lage eines Punktes am Rotorkehlenprofil bestimmt wird, die einen solchen Wert hat, daß sie in einer Ebene unter dem gleichen V/inkel zur Ebene P liegt wie

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die Winkellage, die für das Fräsennesser gewählt worden ist, wird eine neue Winkellage des Fräsermessers gewählt, die in einem kleinen Winkelabstand von der ersten Lage liegt, und es wird eine neue Lage eines Profilpunktes gewählt, beispielsweise die Lage GU. Wenn die Winkellage eines neu errechneten Wertes für r nicht mit der neu gewählten Fräsermesser-Winkellage zusammenfällt, wird wiederum durch Interationsprozeß die Rotorkehlenprofillage geändert, bis die Winkellage des entstehenden Wertes von r mit dem neu gewählten Fräsermesserwinkel zusammenfällt.

Der nächste Schritt in dieser Methode besteht darin, einen neuen Punkt S auf dem Rotorkehlenprofil zu wählen, der sich nahe am zuvor graniten Punkt befindet, und die gleiche Winkellage des Fräsermessers zu wählen, wie sie für den ersten Punkt gewählt worden ist. Die relativen Lagen der Punkte GL, GU und S sind in den Zeichnungan aus Veranschaulichungsgründen etwas übertrieben dargestellt. Die Lage des Punktes S wird dann geändert, bis die Winkellage des entsprechenden Wertes von r mit dem gewählten Wert der Winkellage des Fräsermessers zusammenfällt. Gemäß der Darstellung in Fig. 9 liegen die Lagen Q^ und CU 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 GL und CU kann ausgerechnet werden und mit der Neigung einer Linie zwischen dem Punkt Q₁ und dem Punkt S verglichen werden. .'Wenn die Neigungen nicht gleich sind, muß eine neue Winkellage j des Fräsermessers gewählt werden und die Methode muß von Anfang

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an wiederholt werden. Wenn die Neigungen gleich sind, also die Linie M in Fig. 9 bilden, ist ein Punkt GL am Fräsermesserprofil entsprechend einem Kehlenprofilpunkt bestimmt worden.

Die vorstehende Methode kann für eine ausreichende Zahl von Punkten wiederholt werden, um eine glatte Kurve entstehen zu lassen, die das Fräsermesserprofil bildet, und natürlich wird die Methode für jedes Messer des Fräsers durchgeführt, wobei die Messerlage an der Schraubenlinie des Fräsers und die Drehung d=s Rotors in Betracht gezogen werden.

Claims

Dipl.-lng.W.Dahlke Dipl.-lng. H.-]. Lippert Patentanwälte Frankenforster Straße 137 5060 Bergisch Gladbach 3 18. September 1979 D-Hg./Su G 78 08 304.2 Gardner-Denver Company Schutzansprüche

1. Fräser zum Fräsen einer schraübenlinienförmigen Nut bzw. mehrerer solcher Nuten eines vorbestimmten Profils in einem Schraubenverdichter, wobei dieser und der Fräser gleichzeitig um ihre zentralen Drehachsen in Umlauf versetzt werden, mit einem im wesentlichen zylindrischen Fräserkörper, der eine Längs-Mittel-Drehachse hat, und mit mehreren Messern, die am Fräserkörper mit Abständen voneinander über dessen Umfang verteilt längs einer Schraubenlinie in Bezug zur Drehachse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine einzige Windung der Schraubenlinie(20) ausgebildet ist und die Messer (24) in einem solchen Abstand voneinander liegen, daß keines der Messer (24) axial mit einem anderen Messer fluchtet, und daß jedes Messer (24) eine „Schneidkantenkontur hat, die sich von den Schneidkonturen (25) aller anderen Messer(24) unterscheidet und die durch eine

Reihe von Punkten bestimmt ist, wobei jeder Punkt bei einer bestimmten Winkelstellung des Messers zur Drehachse des Fräsers mit der Stellung eines Punktes auf dem Profil der Nut in Bezug auf die Drehachse des Fräsers zusammenfällt, so daß dann, wenn sich ein Schneidmesser über die Nut bewegt, alle Punkte auf dem Profil der Nut von jedem Messer des Fräsers gefräst werden. !

2. Fräser nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ; zeichnet , daß der Fräser Teile (26, 29) zum abnehm- j baren Halten der Messer am Körper aufweist. j

3. Fräser nach Ansu^un 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Messer (24) im gleichen Abstand voneinander längs der Schraubenlinie (20) angeordnet sind.

4. Fräser nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet , daß jedes Messer (24) eine Schneidkante I

(25) mit einem bestimmten Profil hat, das in jeweiligen J Winkellagen des Messers in Bezug auf die Drehachse des Fräsers ι (10) einen Teil des Profils des Werkstücks fräst, wobei die ^: Teile zusammen das am Werkstück gefräste Gesamtprofil bilden.

5. Fräser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Schnittkante jedes Messers (24) in einer Ebene P liegt.

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6. Fräser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Ebene P der Schneidkante jedes Messers parallel zur Drehachse (22) des Fräsers verläuft.

7. Fräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Messer (24) eine ebene Schneidkante (25c) gemeinsamen Profils hat, das durch die innere Hülle einer Anzahl unterschiedlicher Profile bestimmt ist, die gleich der Zahl von Messern (24) am Fräser (10) sind, wobei die verschiedenen Profile als solche bestimmt sind, die in jeweiligen Winkellagen jedes Messers (24) in Bezug auf die Drehachse (22) des Fräsers (10) jeweils Teile des Profils des Werkstücks fräsen, wobei die Teile zusammen im wesentlichen das am Werkstück entstehende Gesamtprofil bilden.

8. Fräser zum Fräsen einer schraubenlinienförmigen Nut bzw. mehrerer solcher Nuten eines vorbestimmten Profils in einen Schraubenverdichter, wobei dieser und der Fräser gleichzeitig um ihre zentralen Drehachsen in Umlauf versetzt werden, mit einem im wesentlichen zylindrischen Fräserkörper, der eine Längs-Mittel-Drehachse hat, und mit mehreren Messern, die am Fräserkörper mit Abständen voneinander über dessen Umfang verteilt längs einer Schraubenlinie in Bezug auf die Drehachse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß nur ein einziger vollständiger Gang der Schraubenlinie (20) ausgebildet ist und die Messer (24) so in einem Abstand voneinander angeordnet

sind, daß keines der Messer (24) mit einem anderen Messer iaxial fluchtet, und daß jedes Messer (24) eine planare Schneidkante (25o) einer gemeinsamen Kontur hat, die durch eine Reihe von Punkten bestimmt ist, die die innere Hülle ieiner Anzahl von unterschiedlichen planaren Konturen bilden, die gleich der Zahl der Messer (24) am Fräser ist, wobei die verschiedenen Konturen je durch eine Anzahl von Punkten bestimmt sind, von denen jeder bei einer besonderen Winkelstellung der Ebene der jeweiligen Kontur in Bezug auf die !Drehachse des Fräsers mit der Stellung eines Punktes auf dem «Profil der Nut in Bezug auf die Drehachse des Fräsers zusammenfällt.