Einrichtung zur Bearbeitung der propellerähnlichen Laufräder von Wasserturbinen und Kreiselpumpen.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bearbeitung der propellerähnlichen Laufrader von Wasserturbinen und Kreiselpumpen und ermöglicht die Bearbeitung jeder Seite der Schaufeln in einem Arbeitsgang.
Die Erfindung besteht in der Kombination einer Profilwalze, bei der das zu kopierende Flächenprofil auf einem Ereiszylinder von beliebigem Durchmesser in der Weise aufgetragen ist, dass den achsialen Abmessungen der Laufradflügel die radialen Abmessungen der Walze und den radialen Abmessungen der Laufradflügel die achsialen Abmessungen der Walze entsprechen, mit einem hydraulischen Servomotor, der mit einem Steuerventil und einer Rückführung versehen ist, zur Steuerung des Werkzeuges, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass nur der Steuerstift des Steuerventils in unmittelbarer mechanischer Berührung mit der sich drehenden und am Steuerstift vorbeigeführten Profilwalze steht und von ihr gesteuert wird, während das Werkzeug gegen das Werkstilek vom Kolben des Servomotors bewegt wird,
welcher Servomotor am Werkstück vorbeigeführt wird.
Zur Einstellung des Verhältnisses zwischen den radialen Abmessungen der Profilwalze und den ihnen zugehorenden achsialen Abmessungen der Laufradflügel wird zweck- mässig in die Rückführung des Servomotorsdas ist die zwischen dem Steuerstift des Steuerventils und dem Servomotorkolben bestehende Verbindung, mittelst der bei einer Bewegung des Kolbens der Steuerstift in seine Mittellage zurückgeführt und so ein t :
lberregeln verhindert wird-ein verstellbares Glied eingeschaltet, während zur Einstellung des Verhältnisses der radialen Abmessungen des Rades zu den Achsialabmessungen der Profilwa. lze zweckmäBig Vorrich tungen vorgesehen sind, um die Walze mit einstellbarer Geschwindigkeit in achsialer Richtung am Steuerstift vorbeizubewegen.
Durch die Verwendung der gekennzeich- neten Profilwalze als Schablone kann eine günstige Gestaltung der Schablone unter Vermeidung starker Erümmungen und übermässiger Überhöhungen erreicht werden, und durch die Einschaltung des hydraulischen Servomotors in der angegebenen Anordnung können die an der Schablone auftretenden Kraft als blosse Steuerkräfte klein gehalten werden, so dass die Schablone aus gering- wertigem Material ohne die Gefahr vorzeitiger Abnutzung und Ungenauigkeit hergestellt werden kann.
Durch die beanspruchte Einrichtung wird im Gegensatz zu bekannten Einrichtungen, bei denen an Werkzeugmaschinen hydraulischer Druck zur Steue- rung des Werkzeuges verwendet ist, die Gestalt des Werkstückes unmittelbar durch die Schablone bestimmt, und durch die Ein-. fügung des verstellbaren Gliedes in d ie Rück- führung und die Vorrichtungen zur beliebigen Achsialbewegung der Profilwalze kann in einfachster Weise jede beliebige massstäbliche Grössenänderung (Vergrösserung oder Verkleinerung) unter Benutzung einer einzigen Schablone erzielt werden. Die Einrichtung kann derart ausgebildet sein, dass sowohl schwere mechanische Übertra- gungsorgane, wie auch verwickelte Steuerun- gen wegfallen.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen die
Fig. 1, 2 und 3 die konstruktiven Vorarbeiten zur Anfertigung der Profilwalze in Anwendung auf ein dreiflügeliges Propellerlaufrad, die Fig. 4 und 5 die gesamte Einrichtung in schematischer Darstellung, wobei Fig. 4 den Aufriss, Fig. 5 den Grundriss wiedergibt.
Die in den Zylinderschnitten I, II, III, IV durch die Laufradflügel (Fig. 1) sich ergebenden Profile werden abgewickelt nnd auf eine Walze aufgetragen. Da das Profil aller drei Flügel in gleichen Zylinder schnitten gleich isb, so genügt eine Teilung zur Abwicklung, das heisst also der Weg von der Hinterkante eines Flügels bis zur Hinterkante des nächsten Flügels. Der Antrieb der Walze erhält ein Übersetzungsver hältnis 3 : 1 zum Antrieb des zu bearbeitenden Laufrades.
Aus dem abgewickelten Zylinderschnitt des Profils I (Fig. 2) werden die Absta7Jde cc'i, & & i...i...aaivon einer beliebigen, senkrecht zur Propellerachse liegenden Ebene E entnommen und auf einem Zylinder C radial aufgetragen (Fig. 3). Es entsteht dann die Kurve a-b-c-d-e-f--g, die durch eine beliebige Rückführungskurve g-a geschlossen wird, die zur Zurückführung des Werkzeuges im Zwischenraum zwischen den Flügeln nach a dient.
Wird nun dieses Verfahren für die Zy lindersohnitte II, III und IV (Fig. 1) wiederholt, so erhält man vier verschiedene Schnitte der Profilwalze. Diese können nun als Blechschablonen ausgeführt in den Abständen r2-r1, r3-r2, r4-r3 auf eine Welle aufgereiht werden und die Zwischenräume durch Distanzstücke, die die stetigen Übergänge zwischen den Profilen herstellen, ausgefüllt werden. Das Flügelprofil einer Seite des Laufrades wird also in der Weise auf die Walze aufgebracht, dass den achsialen Abmessungen der Laufradflügel die radialen Abmessungen der Walze und den radialen Abmessungen der Laufradflügel die achsia- len Abmessungen der Walze entsprechen.
Bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Einrichtung ist das deiflügelige Laufrad 1 auf der Planscheibe 2 einer Drehbank aufgespannt. die sich in der durch den Pfeil angegebenen Richtung dreht. Ihr Antri. eb ist nicht eingezeichnet,. Ein hinter der Plan subeibe mit ihr verbundenes Zahnrad 3 treibt iiber Zahnrad 4 Welle 51* Kegelräder 6 und 7 und Welle 8 die Profilwalze 9 an, und zwar in dem Ausführungsbeispiel i. Übersetzungsverhältnis 1 : 3, das heiBt die Walze 9 dreht sich dreimal bei einer Umdrehung des Laufrades 1. Gegen die Walze 9 legt sich die Laufrolle des Kopierstiftes 10, der in unmittelbarer mechanischer Verbindung mit dem Steuerstift 11 des Steuerventils 12 steht.
Bei der Drehung der Walze 9 wird der Steuerstift durch diese Verbindung entsprechend den Änderungen der radialen Ab messungen derWalze 9 bewegt. Das Steuerventil 12 öffnet bei diesen Bewegungen des Sl. euerstiftes die Druckalzuführungen zum Arbeitszylinder 13 des Servomotors, und zwar zu den beiden auf der einen oder andern Seite des Kolbens 14 liegenden Zy linderräumen. Durch das Drucköl, das die Pumpe 15 fordert, wird der Kolben 14 in den Bewegungen des Kopierstiftes 10 entsprechender Weise bewegt und damit auch das Werkzeug 16, das auf der Kolbenstange des Kolbens 14 sitzt.
Zwischen der Kolben stange und dem Steuerstift 11 besteht eine Verbindung durch das Gestänge 17, 18, die sogenannte Rückführung, die bei Bewegungen des K'olbens den Steuerstift wiederum in seine Mittellage im Steuerventil 12 zurückführt und dadurch die Bewegungen des Kolbens 14 rechtzeitig unterbricht. Der
Hebel 18 ist im Punkt 19 an n der Kolbenstange drehbar befestigt, hat in 20 einen mit dem Gehäuse des Servomotors festverbundenen
Drehpunkt, während er in 21 mit der Stange
17 verbunden ist. Von dem Verhältnis der
Strecken 19-20 und 20-21 hängt das Grossenverhä. ltnis zwischen dem Wege des Kolbens 14 und der entsprechenden Bewe gung des Steuerstiftes 11 ab.
Um dieses Verhältnis einstellen zu können, ist der Drehpunkt 19 an der Kolbenstange verschieb- bar, wobei er sich in einem Schlitze der Riickfiibrungsstange 18 bewegt.
Rotiert die Drehbank und mit ihr das Werkstück 1, dann dreht sich auch die Walze 9. und der Drehstahl 16 beschreibt das seinem radialen Abstand von der Achse des Laufrades entsprechende Flügelprofil, während der Kopierstift 10 auf der Walze 9 den diesem Zylinderschnitt des Laufrades entsprechenden Umfang der Walze umfährt-.
Damit das Laufrad in seiner ganzen radialen Ausdehnung bearbeitet wird, muss der ganze Servomotor mit dem Werkzeug 16 senkrecht zur Achse des Laufrades vor ihm vorbeibewegt werden, und zwar um ein solches Stück, wie die in radialer Richtung gemessene Flügellänge beträgt. Zu diesem Zwecke sitzt der Servomotor auf Gleitschienen 22, auf denen er von der Schraubenspindel 23 der Drehbank verschoben wird. Der Antrieb dieses Planzuges ist in den Zeichnungen nicht dargestellt. Die Laufrolle des Kopierstiftes 10 beschreibt dabei auf der Oberfläche der Walze eine Schraubenbewegung.
Stimmt die Lange der Walze 9 mit der in radialer Richtung gemessenen Flügellänge, das heisst dem Wege des Servomotors auf dem Planzug überein, dann bleibt bei der Bewegung des Servomotors die Walze, abgesehen von ihrer Drehbewegung gegenüber dem Werkstück, in Ruhe.
Soll ein dem ursprünglichen Rad ähnliches in anderer Grole hergestellt werden, dann ändern sich nicht nur die achsialen, sondern auch die radialen Abmessungen.
Der Änderung jener wird durch die Einstellvorrichtung 1S, 19 in der Rückführung Rechnung getragen. Die neuen radialen Abmessungen des Laufrades werden durch eine Bewegung der Walze relativ zum Laufrad in Richtung ihrer Achse berücksichtigt.
Es wird der Walze, wenn ein Laufrad bearbeitet werden soll, dessen radiale Länge der Schaufeln kleiner oder grösser ist als die Länge der Walze, das aber der durch die Walze dargestellten Form geometrisch ähnlieh ist, eine solche Differentialbewegung erteilt, dass der Kopierstift bereits die ganze Longe der Walze bestrichen hat, wenn das Werk- zeug die der radialen Flügellänge entsprechende Strecke zurückgelegt hat. Zu diesem Zwecke ist eine Antriebsvorrichtung für die Verschiebung der Walze in achsialer Rich tung vorgesehen. In dem Ausführungsbei- spiel, das durch die Fig. 4 und 5 dargestellt ist, ist die Walze 9 auf dem Servomotorgehäuse gelagert.
Die Walze bewegt sich also stets mit dem Servomotorgehäuse mit.
Um ihr die notwendige Achsialbewegung gegenüber dem Kopierstift 10 zu erteilen, wird von der die Planbewegung des Servomotors bewirkenden Schraubenspindel 23 über ein Zahnradgetriebe 24,25 und 26 die Welle 27 und von dieser aus die Schrauben- spindel 28 angetrieben, auf der sich die Walze 9 verschiebt. Dabei gleitet die Walze 9 auf der Welle 8, mit der sie durch Nut und Feder in Eingriff steht.
Durch geeignete Wahl der Übersetzungsverhältnisse der Zahnräder kann jede beliebige Bewegung der Walze 9 gegenüber dem Kopierstift 10 hervorgebracht werden, so dass bei Drehung und gleichzeitig seitlicher Verschiebung der Walze die Laufrolle des Kopierstiftes Schraubenlinien von verschiedener Ganghöhe auf dem Mantel der Walze beschreibt.
Es ist selbstverständlich auch möglich. einzelne Flügel sehr groBer Abmessungen mit der dargestellten Einrichtung zu bearbeiten, indem das Werkzeug sich um einen auf der Flügelfläche zweckmässig gewählten Mitelpunkt in Spiralen bewegt. Ebenso kön- nen bei vielflügeligen Laufrädern einzelne Flügel weggelassen werden, zum Beispiel wenn die Flügel sich teilweise überdecken.
Die zunächst weggelassenen werden dann für sich bearbeitet.
Die Art des Werkzeuges (Drehstahl, Fräser usw.) spielt keine Rolle.