DD211974A1

DD211974A1 - Verfahren zum pendeldrehen von drehkolben

Info

Publication number: DD211974A1
Application number: DD24591082A
Authority: DD
Inventors: Hans Schuetzke
Original assignee: Fuerstenwalde Chem Tankanlagen
Priority date: 1982-12-14
Filing date: 1982-12-14
Publication date: 1984-08-01

Abstract

Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhoehung der Masshaltigkeit, der Verbesserung der Laufeigenschaften, der Gewaehrleistung der Austauschbarkeit der Drehkolben und in der Einsparung von Arbeitszeit, Kosten und Material bei derHerstellung der Drehkolben. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass der Drehkolben in eine kreisfoermige Pendelbewegung versetzt wird, der eine synchron ablaufende geradlinige Pendelbewegung der Bearbeitungswerkzeuge ueberlagert ist, wobei die Schwingungsweite der kreisfoermigen Pendelbewegung gleich oder groesser ist als der Pendelwinkel alfa des Drehkolbens, und dass durch die kreisfoermige und geradlinige Pendelbewegung eine Evolvente am Drehkolben erzeugt wird, welche durch sich in Achsrichtung des Drehkolbens bewegende Bearbeitungswerkzeuge in den Drehkolben eingearbeitet wird. Das erfindungsgemaesse Verfahren ist besonders zur Herstellung zweifluegliger Drehkolben fuer Vakuum- und Rootspumpen und Drehkolbengaszaehler geeignet.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zum Pendeldrehen von Drehkolben

5Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Pendeldrehen von Drehkolben, insbesondere zweiflügliger Drehkolben, die durch Schrappen vorbearbeitet sind und deren Solbenkopf und -fuß mittels Fräsen oder Hobeln erzeugt werden«

10Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur Herstellung von Drehkolben für Vakuum- und Bootspumpen, Rootsgebläse und Drehkolbengaszähler geeignet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen 15Drehkolbengaszähler sind volumetrische Meßgeräte, bei denen das eintretende Gas ein Paar gegenläufig rotierende Kolben in Bewegung setzt· Dabei erfassen die Drehkolben ein bestimmtes Volumen, wobei die Drehzahl der Drehkolben proportional der durchströmenden Gasmenge ist. Diese Meßgeräte ähneln in ihrem konstruktiven

20Aufbau den bekannten Boots-Verdichtern· Drehkolbengaszähler wer-

3 3

den zur Messung von Volumenströsen von 3 m^/h bis 70 000 nr/h eingesetzt· Die Drehkolben haben nach allen Seiten ein geringes Spiel, so daß sie sich ohne Berührung beim Gasdurchgang gegenläufig abwälzen. Durch die Lemniskatenform der Drehkolben ist 25der Spalt zwischen den Drehkolben gleichbleibend· Die Leitkurven der Leoniskaten werden aus Evolventen gebildet· Gleichlaufzahnräder synchronisieren die Kolbenbewegungen*

Ea ist bekannt, diese Leitkurven durch Formhobeln mit Formmeii3el nach Schablonen, Formfräsen mit Satzformfräsern, mecha-

30nisches bzw. hydraulisches Kopierhobeln oder Igelwalzenfräsen an den Drehkolben zu erzeugen«

Die Herstellung erfolgt dabei so, daß die Drehkolben zunächst angerissen, zentriert, überdreht, auf Länge gesägt, nachzentriert und vorgefräst bzw. -gehobelt sowie anschließend fer-

35tiggedreht, geschliffen und fertiggefräst bzw. -gehobelt werden.

Beim Fräsen wird jedes Formelement der Kolbenfläche mit Formstählen bearbeitet. Die Fräsermesser müssen dafür nach Schablone von Hand geschliffen und eingestellt werden. Die Bearbei-

40tung erfolgt in zwei Arbeitsgängen· Danach werden die Kolben paarweise aufeinander von Hand eingeschliffen» Die Fertigung der Drehkolben ist bei allen bekannten Verfahren immer das größte Problem hinsichtlich ihrer Genauigkeit und Einhaltung der vorgegebenen Toleranzen geblieben. Das Schlei-

45fen der Fräsermesser von Hand, das Einstellen nach Schablone, Abweichungen beim Ausrichten und das Durchbiegen der Kolben beim Fräsen verursachen Ungenauigkeiten in der Leitkurve und auf der KolbenXänga. Beim Einschleifen wird oftmals nur ein Kolben auf den anderen abgestimmt. Die Austauschbarkeit der

5ODrehkolben ist dadurch nicht möglich und die Volumina der Ausgangs- und Eingangskammer sind verschieden, wodurch die Laufeigenschaften der Drehkolben im Meßgerät nachteilig beeinflußt werden» Sin weiterer lachteil besteht darin, daß ein hoher Aufwand an

55Arbeitszeit für die Herstellung der Drehkolben notwendig ist,

Zahnräder dienen bekanntlich der zwangsläufigen und schlüpffreien Kraft- und Bewegungsübertragung zwischen nicht fluchtenden Wellen. Sie wandeln gleichzeitig Drehmomente und DrehöOzahlen. Das Zahnradgetriebe ist demnach ein Antriebselement, das zur Anpassung der Leistung, Drehzahl und des Drehmomentes

in der Antriebstechnik eingesetzt wird (Fronius, MaschineneIemente-Antriebselemente, S. 386, YSB Verlag Technik Berlin; K. Zirpke, Zahnräder, S. 15 ff·» VSB Fachbuchverlag Leipzig,

6511. Auflage, 1980).

Diese Bedingungen erfüllt der Brehkolben nicht· Er ist demzufolge kein Zahnrad. Als solches wird auch der Drehkolben seit seinem Einsatz in-der Fachliteratur nicht angesehen. Zur Herstellung von Zahnrädern sind Verfahren bekannt, bei

70denen zwischen einem Werkrad und einer Zahnstange bzw. einem Werkzeug eine Wälzbewegung erzeugt wird, die sich aus Drehung und Schiebung zusammensetzt» Dies als Wälzverfahren bekannte Verfahren ist bei der Fertigung von Zahnrädern am weitesten verbreitet. Bekannt sind das Wälzfräsen, Hobeln mit Kamm-

75MeLQeI, Wälzstoßen und Wälzschleifen (DD-PS 141 473, DS-AS 1 240 367, DE-AS 1 220 65O, DE-OS 2 020 579, DS-OS 2 023 518, DE-OS 2 239 568). Beim Wälzfräsen werden die Fräser parallel zur Achse des Werkradea verschoben, Fräser und Werkrad führen eine Kreisbewegung aus.

80Dieses bekannte Abwälzfräsen ist für die Fertigung von Drehkolben ungeeignet, weil die dafür notwendigen Fräser überdimensionale Abmessungen aufweisen, die technisch und ökonomisch nicht mehr beherrschbar sind* Das bekannte Maag-Hobel-Verfahren verwendet eine kurze ala

85Ka.Enm-Mei.3el ausgebildete Zahnstange, deren Zahnflanken und Kopfflächen so hinterarbeitet sind, daß Schneidwinkel entstehen» Der Kamm-Meißel führt die Haup-tbewegung aus und schneidet beim Abwärtshub. Der Werkstücktisch mit dem Werkrad bewegt sich dabei längs der Zahnstange, wobei das Werkrad um seine Achse

90kreist. Die Zahntiefenainsteilung erfolgt durch Vorschub des Längs- und Bundtisches auf den Kamm-Meißel zu. lach dem Stoßen von mehreren Zähnen wird geteilt, wobei das Werkrad um einen bestimmten Betrag gedreht wird. Es beginnt das Aushobeln der nächsten Zähne.

95Dieses Verfahren ist für die Herstellung von Drehkolben nicht geeignet, weil das Schneiden, Walzen und Teilen nicht kontinuierlich erfolgt und die entsprechende Hubmaschine ungleichförmig und ruckartig arbeitet·

Es ist ferner bekannt, evolventenförmige Kolbenflügel an Dr eh-

lOOkolben durch kammförmige Werkzeuge mit geraden Planken zu erzeugen. Das Werkzeug führt eine geradlinige Arbeitsbewegung und eine Vorschubbewegung aus« Der Eingriffswinkel und die Zähnezahl wird derart gewählt, daß der Schnittpunkt der Evolventen mit der Zahnmittellinie auf einem möglichst großen Durchmesser liegt· Der Ein-

1O5griffswinkel OO beträgt bei diesem bekannten Abwälzverfahren für zweiflüglige Drehkolben 47,4 °·

Dieses bekannte Abwälzverfahren hat den Nachteil, daß größere Drehkolben Werkzeuge erfordern, die überdimensionale Abmessungen annehmen, wodurch die notwendigen Genauigkeiten an den geraden

HOFlanken nicht eingehalten werden. Dies beeinflußt die Meßgenauigkeit der Drehkolbengaszähler oder das Fordervolumen bei Pumpen und Verdichtern nachteilig«

Desweiteren hat diese bekannte Lösung den Hachteil, daß Sonderwerkzeugmaschinen infolge der überdimensionalen Abmessungen der

115Drehkolben notwendig sind,

Die Svolventenform des Kolbenkopfes, der Kolbenfianken und des Kolbenfusses verursacht durch den Unterschnitt am Kolbenfuß ein Bückvolamen, das die leistung von Roots- und Vakuumpumpen herabsetzt,

120DeS¹Seiteren bedingt der spitzauslaufende Kolbenflügel eine ungenügende Abdichtung zwischen Kolbenflügel und Gehäuse, so daß diese bekannte technische Lösung für die Herstellung von Drehkolbengaszähler ungeeignet ist

Uach der DS-OS 2 023 518 ist ein Verfahren zur Herstellung runder

125Zahnrader mit Innen- oder Außenevolventen-Verzahnung bekannt, das ein Bezugsprofil verwendet, deren Zahnflanken eben und parallel zueinander sind, denen eine geradlinige Bewegung überlagert ist. Dieses bekannte Verfahren hat den lachteil, daß nur eine bestimmte Kolbendicke bzw. Zahnflankenweite herstellbar ist. Das eingesetzte

130Werkzeug wird nach seiner Abnutzung unbrauchbar und verworfen, weil die geraden und parallelen Planken als Schneidwerkzeug einen Freiwinkel besitzen müssen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhöhung der Maßhaltig-135keit, der Verbesserung der Laufeigenschaften, der Gewährleistung der Austauschbarkeit der Drehkolben und in der Einsparung von Arbeitszeit, Kosten und Material bei der Herstellung der Drehkolben.

140Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schneiden und Walzen kontinuierlich durchzuführen.

Srfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Drehkolben in eine kreisförmige Pendelbewegung versetzt wird, der

145eine synchron ablaufende geradlinige Pendelbewegung der Be arbeitungswerkzeuge überlagert ist, wobei die Schwingungsweite der kreisförmigen Pendelbewegung gleich oder größer ist als der Pendelwinkel ©6 des. Drehkolbens, und daß durch die kreisförmige und geradlinige Pendelbewegung eine Evolvente am Dreh-

15Okolben erzeugt wird, welche durch sich in Achsrichtung des Drehkolbens bewegende Bearbeitungswerkzeuge in den Drehkolben eingearbeitet wird«

Die technisch-ökonomischen Auswirkungen, insbesondere die Effektivität der Erfindung bestehen in der Erhöhung der Maßhaltig-

155keit der Drehkolben. Die Einhaltung der engen Fertigungstoleranzen gewährleisten einen gleichbleibenden Spalt zwischen den Drehkolben und die Austauschbarkeit der nach der Erfindung gefertigten Drehkolben, was die Laufeigenschaften der Drehkolben und die Meßgenauigkeit verbessert.

löODas erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich ferner dadurch aus, daß der Aufwand an Arbeitszeit bei der Herstellung der Drehkolben merklich gesenkt wird.

Ausführungsbeispiel

1ö5Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der dazugehörigen Zeichnung zeigt die Figur eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das Drehkolbenprofil wird durch vier Kreisevolventen 1 gebil-

17Odet. Der Drehkolben 2 ist fest mit einer Arbeitsspindel 3 verbunden, die durch einen Hebel 4 in eine kreisförmige Pendel-'bewegung τχ versetzt wird, deren Schwingungsweite gleich oder größer ist als der Drehwinkel 06 des Drehkolbens 2. Die Werkzeugschlitten 5 und 6 werden durch ein Zahnrad 7 über

175die Zahnstangen 8 und 9 angetrieben· Beide Werkzeugschlitten bewegen sich in y-Bichtung zueinander gegenläufig, Der Weg der Werkzeugschlitten 5 und 6 in y-Richtung ist dabei genauso groß wie das Bogenmaß des Pendelwinkels O^ bezogen auf den Grandkreis 10 des Drehkolbens 2» Da der Gxundkreis 10 von der

180Größe des Drehkolbena 2 abhängt, wird die Differenz mittels Wechselräder 11, 12 und 13 ausgeglichen· Ton den vier Werkzeugschneiden 14, 15, 16 und 17 sind jeweils zwei Schneiden im Eingriff und zwar bei positiver Drehrichtung des Drehkolbens 2 die Werkzeugschneiden 14 und. 16, bei nega-

185tiver_Drehrichtung die Schneiden 15 and 17. Die Werkzeugschlitten 5 and 6 3ind auf einem Schieber angeordnet, der sich in x-Sichtung bewegt,~Dies ermöglicht die Bearbeitung des Drehkolbens 2 seiner Länge nach. Die Geschwindigkeit.der Werkzeugschneiden auf den Tangenten des Grundkreises 10 sind gleich

I90der Pendelgeschwindigkeit bezogen auf den Grundkz-eis 10 des Drehkolbens 2.

Es ist natürlich auch möglich, die Pendelbewegung des Drehkolbens 2 und die Pendelbewegung der Bearbeitungswerkzeuge elektronisch zu steuern.

195Mit dem erfindongsgemäßen Verfahren soll ein Drehkolben mit einem Durchmesser von 205 mm und einer Kolbenlänge von 535 mm hergestellt werden. Die Pertigungstoleranzen des Drehkolbens sollen betragen;

Kolbendicke 85 bis 91 m

Evolventenrichtungsfehler

auf 500 mm Länge 90 pn

Evolventenformfehler 40 um

Teilungsfehler . 50 um

_ 7 —

Der unbearbeitete Drehkolben wird zunächst angerissen, auf länge 2O5gesägt, zentriert, überdreht und geschruppt« Anschließend wird der Kolbenkopf und -fuß mittels Fräsen fertigbearbeitet. Natürlich kann dies auch durch Hobeln erfolgen. An diesem Arbeitsgang schließt sich die Feinbearbeitung der Kolbenevolventen an» Der Pendelwinkel C4 des Drehkolbens beträgt 127 °· Als Bearbei-210tungswerkzeuge werden SeitendrehmeiBel eingesetzt.

Der ferigbearbeitete Drehkolben erreicht folgende Toleranzen: Kolbendicke 35 Am

Evolventenrichtungsfehler

auf 500 mm Länge 25 inn

Svolventenformfehler 20 um

Teilungsfehler 20 uia·

Claims

Erf indungsanspruch

Verfahren zum Pendeldrehen von Drehkolben, insbesondere zwe flüglige Drehkolben, die durch Schruppen vorbearbeitet sind

220und deren Kolbenkopf und -faß mittels Präsen oder Hobeln erzeugt werden, gekennzeichnet dadurch, daß der Drehkolben in eine kreisförmige Pendelbewegung versetzt wird, der eine synchron ablaufende geradlinige Pendelbewegung der Bearbeitungswerkzeuge überlagert ist,-wobei die Schwingungsweite der kreisförmigen

225Pendelbewegung gleich oder größer ist als der Pendelwinkel des Drehkolbens, und daß durch die kreisförmige und geradlinige Pendelbewegung eine Evolvente am Drehkolben erzeugt wird, welche durch sich in Achsrichtung des Drehkolbens bewegende Bearbeitungawerkzeuge in den Drehkolben eingearbeitet wird.

Hierzu 1 Seits Zeichnungen