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Die Erfindung betrifft ein Verfahren .zur spanabhebenden Bearbeitung von Drehkolben
für Roots-Gebläse sowie eine :Maschine zur Durchführung; des Verfahrens.
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Die heute üblichen Bearbeitungsmaschinen für Drehkolben von Roots-Gebläsen
arbeiten nach dem Prinzip des mechanischen oder elektrischen Abtastens einer Schablone.
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Abgesehen von Ungenauigkeiten bei der Schablonenherstellung und beim
Abtasten der Schablone treten bei dieser bekannten Arbeitsweise die stärksten Ungenauigkeiten
dadurch auf, daß der :\nstellwinkel des Hobelstahls sich dauernd ändert und insbesondere
an_ den Flügelköpfen sehr spitz
ist bekannt. Um sie zu erzielen, ist vorgeschlagen worden, nach
dem Abwälzverfahren zu arbeiten. Statt dessen besteht auch die Möglichkeit, der
Abtastschablone eine entsprechende, d. h. eine Evolventetiform zu geben.
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Die Durchführung des Abwälzverfahrens ist umständlich und kostspielig,
während bei Verwendung einer :\litastschablone die bereits erwähnten Nachteile in
Bezug auf die Anstellwinkel des Hobelstahls auftreten.
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Die Evolventenform bildet jedoch nach der der Erfindung zugrunde liegenden
Erkenntnis die Vor-:uissetzung für ein Bearbeitungsverfahren, bei welchem ohne Schablonen
und Abtastvorrichtungen die Drehkolbenflächen unmittelbar durch eine entsprechende
Steuerung des Werkzeugs hergestellt werden können.
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Gemäß der Erfindung besteht dieses Bearbeitungsverfahren darin, daß
das Werkzeug unter einem konstantenAnstellwinkel auf einem zurKreisevolute konzentrischen
größeren Kreis seitlich verschwenkt und sein Tiefenvorschub in Abhängigkeit von-
der Schwenkung und entsprechend dem Durchmesserverhältnis des Schwenkkreises zur
Kreisevolute gesteuert Wird, so daß die Werkzeugschneide ohne Schablonenführung
jede gewünschte Kreisevolvente beschreibt.
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Abgesehen davon, daß die Schablone und die Abtastvorrichtung entfällt,
wird durch den konstanten Anstellwinkel des Werkzeugs jede Arbeitsungenauigkeit
insbesondere durch das Rattern vermieden.
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Zur Durchführung des Verfahrens kann eine normale Tischhobelmaschine
verwendet werden, bei welcher erfindungsgemäß die Führung des Meißelsupports als
verzahnter Kreisbogen ausgebildet und im lleißelsupport ein Doppelzahnrad angeordnet
ist, dessen großer Zahnkranz mit der Kreisbogenfiihrung und dessen kleiner Zahnkranz
mit dem Werkzeughalter kämmt, wobei das Übersetzungsverhältnis der beiden Zahnkränze
denn Durchmesserverhältnis zwischen dem Teilkreis der Supportführung und der Kreisevolute
des Werkstücks entspricht.
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Durch Anordnung zweier miteinander gekuppelter Meißelsupporte auf
der Kreisbogenführung können erfindungsgemäß beide Kolbenhälften gleichzeitig bearbeitet
werden.
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Bei Bearbeitung von Werkstücken verschiedener Abmessungen ist es nicht
erforderlich, die Kreis-Bogenführung zu ändern. Vielmehr kann der Seiten-und Tiefenvorschub
des Werkzeugs Kreisevoluten verschiedener Durchmesser erfindungsgemäß dadurch angepaßt
werüeri, daß das übersetzungsverhältnis des DoppeÜzahnrads des Meißelsupports einstellbar
ist, z. B. durch Auswechselbarkeit des kleinen Zahnrads und der Verzahnung des Werkzeughalters.
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Die weiteren Einzelheiten des Verfahrens sowie die bauliche Ausbildung
einer zu seiner Durchführung geeigneten Maschine ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung an Hand der Zeichnungen. 1n den Zeichnungen zeigt Fig. i ein Schaubild
eines Drehkolbens bisheriger Ausführungsform, Fig.2 einen senkrechten Schnitt durch
ein Roots-Gebläse, Fig.3 eine schematische Darstellung der bislierigen Art der Bearbeitung,
Fig.4 eine prinzipielle Darstellung der geometrischen Grundlage des neuen Verfahrens,
Fig. $, 6 und 7 schematische Darstellungen einer Maschine zur Durchführung des Verfahrens
und Fig. 8 eine Einzelheit der Maschine.
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Gemäß Fig. i ist der nuerschnitt bei den bislierigen Ausführungsformen
von Drehkolben für. Roots-Gebläse durch eine :\nzahl von Kreisbögen KI bis K6
USW. begrenzt, welche derart gewählt werden, daß -die -beiden Drehkolben
iin Roots-Gebläse. (Fig. 2) sich mit geringem spiel aufeinander abwälzen.
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Die Herstellung dieser Drehkolben erfolgt gemäß Fig. 3 mittels einer
Tischhobelmaschine. Das «'erkstück i ist auf den Schlitten 2 aufgespannt. Am Querbalken
3 der Maschine ist die Schablone 4 angeordnet, welche den Hobelstahl 5 steuert,
dessen oberes Ende mittels einer Rolle od. dgl. den Umriß der Schablone 1 abtastet.
.Aus der rechts in Fig.4 gestrichelt angedeuteten Lage des Hobelstahls 5 ist deutlich
die außerordentlich ungünstige Änderung des Atistellwinkels ersichtlich.
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Gemäß Fig.4 entsteht eine Kreisevolvente E bekanntlich dadurch, daß
man einen auf der Kreisevolute A aufgewickelt gedachten Faden gestrafft abrollt.
Der Punkt o des Fadens beschreibt dann die Evolvente E von o bis 5 und darüber hinaus.
Dabei ist die abgewickelte Kreisbogenlänge immer gleich der Fadenlänge, also der
Bogen o bis 5° gleich der Strecke vom Punkt 5 zum Punkt 5°. Der Punkt 5 ist ferner
der krümmungsmittell)unkt der Evolvente E im Punkt 5°, weil die Evolute .4 der geometrische
Ort aller Krümmungsmittelpunkte der Evolvente E ist. Die Strecke 5 bis 5" steht
somit senkrecht auf der Evolvente E.
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Die Tatsache, daß die Fadenlänge linear mit dem Drehwinkel wächst,
bildet die Grundlage für das Verfahren gemäß der Erfindung. Ordnet man nämlich einen
zur Kreisevolute _4 konzentrischen Kreis B als Schwenkbahn für das @@`erkzeug an,
so beschreibt die Werkzeugschneide eine Kreisevolvente, wenn man das Werkzeug aus
dem Kreis B seitlich verschwenkt und seinen Tiefenvorschub in Abhängigkeit von der
Schwenkung entsprechend dein Durchmesserverhältnis des Schwenkkreises B zur Kreisevolute
A steuert. Wird z. B. das Werkzeug, dessen Schaft auf der Verlängerung der Linie
5 bis 5° liegt und dessen Schneide sich im Punkt 5° befindet und welches im Punkt
5b auf dein Kreise B geführt wird, zum funkte 4b seitlich verschoben, so liegt sein
Schaft auf der Strecke 4° bis 4b. Wird gleichzeitig der Tiefenvorschub im Verhältnis
der Durchmesser d,4 : de gesteuert, so beschreibt die Werkzeugschneide die
Evolventenstrecke 5° bis 4°, da die Strecke 5b bis 4b sich zur Differenz der Strecken
4b bis 4° und 5b bis 5a verhält wie du : d,i.
Das gleiche gilt für
die anderen Punkte 3b bis 2b usw. ebenso wie für 3° bis 2° USW.
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Bei der Maschine gemäß Fig. 5 bis 7 ist das Werkstück i in der üblichen
Weise auf dem Schlitten 2 befestigt.
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Die Führung des rein schematisch dargestellten \leißelstipport; 6
ist als verzahnter Kreisbogen 7 ausgebildet. lin \leißelsupport 6 ist ein Doppelzahnrad
8 abgeordnet, dessen großer Zahnkranz BZ mit der Kreisbogenführung 7 und dessen
kleiner Zähnkranz AZ mit dem im Meißelsupport 6 geführten Werkzeughalter kämmt.
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Das 111iersetztingsverhältnis DB : DA ,der Zahnkränze
13, AZ entspricht dem Durchmesserverhältnis dA : du.
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Wird derMeißelsupport durch Drehen des Doppelzahnrads 8 auf dem Kreisbogen
7 verschwenkt, so beschreibt die \-leißelschneide .f die Evolvente F_ will Ptitikt
5° zitni Punkt o.
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Werden zwecks gleichzeitiger Bearbeitung der beiden Kolbenhälften
gemäß Fig.7 zwei Meißelsup[iorte auf der Kreisbogenfiihrung miteinander gekoppelt,
so arbeitet der zweite Meißel vorn Schnittptitikt der Evoltite .-I mit der betreffenden
Kolbenfl:iche nach links.
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Die Fläche h zw,isclieli den Schnittpunkten der Kreise@olute I' mit
der Kolbenfläche wird als Abrollfläche für die Flügelköpfe ausgebildet. Dies
kann z. B. mit einem normalen Formfräser geschehen.
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rin wesentliches \lerknial des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt
darin, (laß im Mittelteil des Kolbens iiietnals ein hinschneiden des Stahls in die
vorn Forinfräser erzeugte Fläche F erfolgen kann, weil die Evolvente jenseits ihres
Entstehungspunkts o sich w ie(ler von der Evolttte abhebt. Wird also der zweite
\leißelsupli(»-t 6' ill Fig. 7 nach rechts gescIiwenkt, so liebt sich die Meißelschneide
5' von der Fliiche F schräg nach rechts oben ab, während die Jleißelschneide S des
unteren Meißelsupports 6 bis zum Flügelkopfende auf der Evolvente weiterläuft. .=arbeitsmäßig
ist der Vorgang umgekehrt, nämlichso, (laß die Sclinei(le.S des Supports 6 am rechten
Flügelkopf des Werkstücks i beginnt und die Schneide S' des Supports (i' erst wirksam
wird, wenn beide Stipl)orte (i wid ()' die Stellung gemäß Fig. 7 erreicht haben.
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F i-. 5 tind 6 zeigen zwei vei-sclüedene Stellungen eifies eilizeln(-ii
\'leißelstipports 6 in bezug auf das Werkstück i.
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In Fig. 8 ist eine 1>eispielsw-eise .\usfiihrtttlgSmöglichkeit des
Werkzeugsupports dargestellt. Dieser besteht ati; einer kräftigen Hülse to, in welcher
der \\'erl:zeugh alter i i mit dem Meißel axial verschiebbar ist. Mit der tIiilse
io fest verbunden ist eh' Gleitstein 13, welcher in einer entsprechenden
Führung 14 des Kreisbogens 7 gleitet. Der Werkzeughalter t i hat eine zweckmäßig
auswechselbare Zahnstange i _5.
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In der Ihilse to ist (las Doppelzahnrad 8 gelagert, dessen großer
Zahnkranz BZ mit der Kreisbogenführung 7 arid dessen kleiner Za'linkranz AZ mit
der Zalinstaiige i 5 des Werkzeughalters i r kämmt. Der Antrieb des Doppelzahnrads
8 erfolgt in beliebiger geeigneter Weise und wird vom Tisch 2 gesteuert. Diese Steuerung
kann beispielsweise mittels einer Druckölleitung erfolgen, welche einen Stößer zum
schrittweisen Weiterschalten des Zahnrads 8 betätigt.
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Durch Auswechseln des Doppelzahnrads 8 kann der Seiten- und Tiefenvorschub
des Werkzeugs 12 Kreisevoluten A verschiedener Durchmesser angepaßt werden. Gleichzeitig
mit dem Doppelzahnrad 8 wird dann auch die Zahnstange 15 des Werkzeuglialters ii
oder dieser selbst ausgewechselt, um den Eingriff des kleinen Zahnrads Aa mit der
Zahnstange 15 dein neuen Übersetzungsverhältnis anzupassen, während der Zahnkranz
BZ unverändert bleiben kann, da es nicht auf die Maßwerte der Durchmesser, sondern
nur auf die Durchmesserverhältnisse ankommt. Bei geeigneter Ausbildung des Doppelzahnrads
8 kann auch lediglich der kleine Zahnkranz Az und die "Zahnstange 15 ausgewechselt
werden.
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Statt eines Hobelstahls 12 kann auch jedes andere spanabhebende Werkzeug
Verwendung fanden. Ferner kann die Führung des Supports io auf dem Kreisbogen 7
in jeder geeigneten Weise ausgebildet werden. Die Maschine kann auch so ausgebildet
werden, daß (las Werkzeug sich bewegt und das Werkstück stillsteht, was lediglich
eine kinematische Umkehrung des beispielsweise beschriebenen Verfahrens bedeutet.