DE2148746A1

DE2148746A1 - Rotor fuer Drehkolbenmaschinen und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2148746A1
Application number: DE19712148746
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Emanuelsson K Ingemar; Dipl-Ing Stork Sven Torsten
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1970-10-01
Filing date: 1971-09-30
Publication date: 1972-04-13
Also published as: JPS5135527Y2; FR2109796A5; CA939308A; IT939434B; JPS47216U; DE2148746C3; BE773344A; ZA716091B; DE2148746B2; GB1320638A

Description

Andrejewski, Honlce & Gesthuysen Patentanwälte

Diplom-Physiker

Dr. Walter Andrejewski

Diplom-Ingenieur

Dr.-lng. Manfred Honke

Diplom-Ingenieur Anwaltsakte: 37 628/Ti-th _{Hans Dieter} Gesthuysen

4300 Essen, den 28.9.1971 Theaterplatz 3

Patentanmeldung

Atlas Copco Aktiebolag

Naoka, Schweden

Rotor für Drehkolbenmaschinen und Verfahren zu seiner Herstellung.

Die Erfindung betrifft einen Rotor für Drehkolbenmaschinen mit zwei zusammenwirkenden Drehkolben, bestehend aus einem Nabenteil mit sich über l80° - 270°, vorzugsweise 225°, kreisrund erstreckender Umfangsfläche und einem sich hiervon radial abhebendem Zahn mit einer in eine Nabenaushöhlung für den Durchgang des Zahnes des Gegenrotors übergehenden konkaven Zahnflanke, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

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Dabei will die Erfindung einen derartigen Rotor in der Weise ausbilden, daß er bei großer Genauigkeit sehr preiswert hergestellt werden kann»

Gekennzeichnet ist der erfindungsgemäße Rotor im wesentlichen dadurch, daß die Umfangsflache des Rotorkörpers aus einer in Umfangsrichtung entsprechend einer Schablone geformten, von der ^ Zahnspitze längs einer konvexen Zahnfläche über eine ebene Zahnflanke und über das im wesentlichen kreisrunde Nabenteil verlaufenden ersten Teilfläche, bei welcher die ebene Zahnflanke als Tangentialebene zur konvexen Zahnfläche und zum im wesentlichen kreisrunden Nabenteil verläuft, und eine von der konkaven Zahnflanke sowie der konkaven und der konvexen Fläche der Nabenaushöhlung gebildeten zweiten Teilfläche besteht.

Vorzugsweise sind das Nabenteil und der Zahn einteilig mit der Rotorwelle als Präzisionsgußteil hergestellt, während die konkave Zahnflanke und die Umfangsfläche der Nabenaushöhlung in Richtung der Rotorachse geschliffen sind und die restlichen Umfangsflachen des Zahnes sowie der Nabe entsprechend einer ) Schablone in Umfangsrichtung geschliffen sind.

In verfahrensmäßiger Hinsicht schlägt die Erfindung vor, daß die zweite Teilfläche der Umfangsfläche des Rotorkörpers mittels eines einzigen in Richtung der Mantellinien dieser Teilfläche arbeitenden Werkzeuges ohne parallel zu seiner Vorschubrichtung verlaufende Wirkflächen fertigbearbeitet wird und anschließend die erste konvexe Teilfläche der Umfangsfläche auf einer Kopierfräs- oder -Schleifmaschine unter Verwendung einer Schablone ■

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mit im Ganzen konvex verlaufender Leitfläche mittels eines in Umfangsrichtung dieser Teilfläche arbeitenden Werkzeuges fertigbearbeitet wird.

Einige Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Rotors werden nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnung im einzelnen erläutert; es zeigen:

Figur 1 und 2 jeweils einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Steuerrotor mit Hinweisen zu seiner Herstellung;

Figur 3 und 4 Querschnitte durch einen erfindungsgemäßen Steuerrotor für die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Steuerrotore mit Hinweisen auf die Herstellung; und

Figur 5, 6 und 7 weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Rotoren, wobei in Figur 5 auch die Hauptumrisse eines diesen Rotoren zugeordneten Maschinengehäuses schematisch im Schnitt dargestellt sind.

Die erfindungsgemäßen Rotoren besitzen gewöhnlich parallele Stirnflächen sowie eine Nabe mit über l80° - 270°, d.h. dem Hauptteil der Umfangsflache des Rotors, kreisrund, d.h. also mit konstantem Radius, verlaufender Umfangsflache. Diese Rotoren besitzen ferner einen radial sich von der Nabe abhebenden Zahn sowie eine Aushöhlung in der Nabe neben dem Zahn, wobei dieser Zahn und die Nabenaushöhlung derart ausgebildet sind,

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daß zwei zusammenwirkende Rotoren während ihrer Drehung in einer Drehkolbenmaschine abdichtend miteinander zusammenwirken können. Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Steuerrotoren bestehen aus einem Hohlkörper, weicherein Nabenteil 1 mit einem sich über etwa 225° der Umfangsflache im wesentlichen kreisrund erstreckenden Teil bildet, einem Zahn 2 und einer Aushöhlung 3 in der Nabe neben dem Zahn, wobei diese Aushöhlung in eine Zahn-

t flanke und das Nabenteil 1 übergeht. Davon ausgehend, daß der Rotor für einen Drehkolbenkompressor bestimmt ist, bildet die Zahnflanke 4 die Vorderflanke und die Zahnflanke 5 die Hinterflanke. Die Vorderflanke 4 des Zahnes ist dabei konkav ausgebildet, während die Hinterflanke 5 mit Ausnahme eines ebenen Teiles 6 konvex ausgebildet ist. Die Vorderflanke'4 und die Hinterflanke 5 laufen in eine Zahnspitze 7 aus, welche bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel abgerundet ist. Im übrigen sind die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Rotoren gleich ausgebildet. Die Nabe und der Zahn der Rotoren sind hohl ausgebildet und besitzen aus diesem Grunde, wie dies in den Figuren 1 und 2 in gestrichelten Linien angedeutet ist, Hohlräume 8, wodurch es möglich ist, den Rotor ohne Einsetzen

W spezieller Auswuchtteile auszugleichen. Die Rotoren besitzen eine Bohrung 9 für die Rotorwelle.

Zur Herstellung der Rotoren gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zuerst die innere Umfangswandung 10 des Hohlraumes 8 bearbeitet und anschließend mit dieser Wandung als Bezugsfläche die Bohrung 9 für die Welle bearbeitet. Mit dieser Wellenbohrung 9 ^als Bezugsfläche werden dann die konkaven Zahnflanke 4 sowie die konkave und konvexe Umfangsflache der

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Aushöhlung 5 gefräst und geschliffen, zu welchem Zweck ein einziges Werkzeug verwendet wird, welches in den Figuren 1 und 2 mit dem Bezugszeichen 14 angedeutet ist. Daraufhin erfolgt die Bearbeitung oder Fräsung der Umfangsflächen 1 und 5 des Rotors bis zur Zahnspitze 7 hin unter Steuerung mittels einer Schablone. Vorzugsweise werden die Umfangsflächen 1 und 5 mittels eines Werkzeuges 11 bearbeitet, welches, wie dies durch die strichpunktierte Linie angedeutet ist, hydraulisch über einen Läufer oder Kopierstift 12 von einer Schablone 13 gesteuert wird, die eine im Ganzen konvexe Umfangsflache besitzt, die im Steuerbereich sich mit der konvexen Umfangsflache 1, 5 des Rotors deckt und synchron mit dem Werkstück verdreht wird. Die Nabenaushöhlung 3 und die konkave Zahnflanke 4, welche unter Verwendung des Werkzeuges 14 gefräst und/oder geschliffen werden, sind derart geformt, daß das Werkzeug keine Arbeitsflächen aufweist, die parallel zur Vorschubrichtung des Werkzeuges zum Werkstück verlaufen, d.h. also keinerlei Arbeitsflächen, die parallel zur Linie 15 verlaufen, die senkrecht zur tiefsten Stelle der Nabenaushöhlung verläuft, wenn man in Umfangsrichtung in die Aushöhlung hineinsieht. Dadurch erhält die Schleifscheibe oder der Fräser 15 eine Form, welche es ermöglicht, das Werkzeug mehrmals nachzuschleifen oder nachzustellen? ohne daß dadurch das Profil 16 oder 17 verändert würde. Dies ist besonders wichtig für das gewöhnlich als Schleifscheibe ausgebildete Werkzeug, welches für die Endbearbeitung der Aushöhlung 3 und der Zahnflanke 4 verwendet wird, da diese Flächen beim Einsatz des fertigen Rotors gleichzeitig längs zwei Dichtlinien am Zahn des Hauptrotors während eines Teiles des Arbeitstaktes abdichtend zusammenwirken müssen, d.h. einer ersten

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Dichtlinie an der Spitze des Hauptrotorzahnes, und einer zweiten Linie, welche längs des ebenen Teiles und des konvexen Teiles der Zahnflanke des Hauptrotors verläuft. Die verwendeten Schleifscheiben oder Präser 14 drehen sich um eine rechtwnilig zu einer Ebene verlaufenden Achse, die parallel zur Rotorachse durch die Linie 15 hindurchgeht. Gemäß dem erfindungsgemaßen Verfahren werden die Rotoren vorzugsweise in der Weise bearbeitet, daß k eine Anzahl von Rotoren übereinander aufgespannt werden und beispielsweise in einem Arbeitsgang gleichzeitig bearbeitet werden können, in welchem das Werkzeug 14 sich in Richtung auf die Rotorachse bewegt und gleichzeitig umläuft. Anstelle eines umlaufenden Präsers oder einer Schleifscheibe 14 können die Aushöhlung 3 und die konkave zahnflanke 4 auch mittels einer Reibahle oder einer Räumahle ausgearbeitet werden, welche in Richtung der Rotorachse gegenüber den Werkstücken vorgeschoben oder gezogen wird.

Die Herstellung der Rotoren gemäß Figur 2 erfolgt in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben mit Ausnahme dessen, daß die Schleifscheibe oder der Präser 14 in Figur 2 ein Profil 17 mit einer Nase 18 besitzt, sodaß mit diesem Werkzeug die Zahnspitze 7 gleichzeitig mit der konkaven Zahnflanke 4 und der Aushöhlung 3 bearbeitet wird und sich eine abgerundete Zahnspitze ergibt.

Die Herstellung eines erfindungsgemaßen Hauptrotors erfolgt in der gleichen Weise wie die Herstellung eines Steuerrotors und ist schematisch in Figur 3 dargestellt, wobei allerdings nur das Werkzeug zur Bearbeitung der konkaven Zahnflanke und der

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Nabenaushöhlung des Hauptrotors angedeutet ist. Um unnötige Wiederholungen aller Einzelheiten zu vermeiden, sind in den Figuren 3 und 4 die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 und 2 verwendet worden, wobei lediglich der Zusatz a eingeführt wurde. Dieser Hauptrotor besitzt ein Nabenteil la mit im wesentlichen konstantem Radius, d.h. also mit im wesentlichen kreisrunder Umfangsflache, und einen Rotorzahn 2a, welcher sich Jedoch vom Zahn des Steuerrotors 2 insofern unterscheidet, als er eine im wesentlichen konvexe Vorderflanke 4a und eine konkave Hinterflanke 5a besitzt. Die konvexe Vorderflanke 4a geht in das Nabenteil la mit im wesentlichen kreisrundem Umfang über ein ebenes Teilstück 6a über. Die Zahnspitze 7a ist in Figur 3 scharf und in Figur 4 abgerundet, während die Rotoren im übrigen in den beiden Figuren 3 und 4 gleich sind. Zum Gewichtsausgleich ist der Hohlraum 8a beim Hauptrotor etwas kleiner gehalten als beim Steuerrotor. Das in den Figuren 3 und 4 dargestellte Werkzeug 14a, welches zur Bearbeitung der Nabenaushöhlung 3^a des Hauptrotors und der konkaven Zahnflanke 5^a dient, weist ein derartiges Profil auf, daß es beim Herausziehen aus der Nabenaushöhlung um ein kurzes Stück längs der Winkelhalbierenden 15⁸· des Winkels χ zwischen den Tangenten 18 und 19 des Profils der Aushöhlung an der Profilmündung einen Zwischenraum längs des gesamten Profils dieser Zahnflanke und Aushöhlung ergibt. Mit einem derart geformten Werkzeug 14a läßt sich eine sehr genaue Bearbeitung durchführen und außerdem das Werkzeug, falls es erforderlich wird, auf das dem Profil 16a genau entsprechende Profil 16b nachschleifen. Die Tangenten 18 und 19 bilden einen Winkel cTl , welcher wesentlich größer ist als 0 . Vorzugsweise werden die Rotoren gemäß Figur 3 und

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als Gußhohlkörper hergestellt und die Bearbeitung der konvexen Umfangsflachen la, 6a, 4a erfolgt in der gleichen Weise wie dies im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschrieben wurde, d.h. unter Verwendung einer Schablone entsprechend der Schablone 13* welche naturgemäß in ihrem Umfang mit der konvexen Umfangsflache la, 6a, 4a des Hauptrotors übereinstimmt. Der kreisrunde Nabenteil la des Hauptrotors erstreckt sich über einen Teil des Rotorumfanges, welcher vorzugsweise etwa 225 P beträgt, welcher jedoch auch irgendwo zwischen l80° und 270 liegen kann. Das Gleiche trifft für das Nabenteil 1 des Steuerrotors zu. Auf jeden Fall bilden die Tangenten 18 und I9 an den Nabenaushöhlungen und den konkaven Zahnflanken einen Winkel der größer ist als 0°. Die Hohlräume 8 bezw. 8a sind zu den Zahnflankenteilen 6 (Fig. 1 und 2) bezw. 3a (Fig. 3 und 4) offen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer Rotoren mit einem einzigen Zahn, wie sie für Drehkolbenmaschinen, beispielsweise Kompressoren, verwendet werden können, sind in den Figuren 5 bis 7 dargestellt. Die Rotoren und ihre Einzelteile tragen, ^ so weit sie den Einzelheiten in den Figuren 1 bis 4 entsprechen, die gleichen Bezugszeichen wie in diesen Figuren und sind nicht nochmals beschrieben. Die in den Figuren 5 bis 7 dargestellten Rotoren bestehen aus Hohlgußkörpern vorzugsweise aus rostfreiem Stahl und sind in Präzisions- bezw. Wachsguß einteilig mit den Rotorwellen 20 bezw. 20a gegossen. Dabei zeigt Figur 5 schematisch die einander schneidenden Zylinderbohrungen 21, 21a eines entsprechenden Maschinengehäuses, in welchen sich die Rotoren 1, 2 bezw. la, 2a drehen. Die axialen Einlaßöffnungen der

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Maschine sind mit 2j5 und die axialen Auslaßöffnungen der Maschine mit 22 angedeutet. Da die Rotoren einteilig mit ihren Wellen gegossen sind, war es möglich, die Hohlräume 8, 8a in den Rotoren teilweise in die Wellen auszudehnen, wie dies durch die Bezugszeichen 8b bezw. 8c angedeutet ist. Da diese Rotoren im Präzisionsguß hergestellt sind, brauchen die Umfangsflächen lediglich geschliffen zu werden, wie dies im Zusammenhang mit den AusfUhrungsbeispielen gemäß Figur 1 bis 4 erläutert wurde, sodaß die konkaven Flächen 4 und 4a sowie die Umfangsflächen J> und 3^a in Richtung der Rotormantellinie parallel zur Rotorachse geschliffen werden und die Umfangsflächen von den Zahnspitzen 7 bezw. 7a über die ebenen Flächen 6 bezw. 6a und die kreisrunden Nabenteile 1 bezw. la entsprechend geeigneter Schablonen wie beispielsweise der in Figur 1 und 2 dargestellten Schablone 12 in Umfangsrichtung geschliffen werden.

Ansprüche:

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Claims

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Ansprüche .

Rotor für Drehkolbenmaschinen mit zwei zusammenwirkenden Drehkolben, bestehend aus einem Nabenteil mit sich über 18O° 270⁰, vorzugsweise 225°, kreisrund erstreckender Umfangsflache und einem sich hiervon radial abhebendem Zahn mit einer in eine Nabenaushöhlung für den Durchgang des Zahnes des Gegenrotors übergehenden konkaven Zahnflanke, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsflache des Rotorkörpers aus einer in Umfangsrichtung entsprechend einer Schablone (13) geformten, von der Zahnspitze (7; 7^a) längs einer konvexen Zahnfläche (5; 4a) über eine ebene Zahnflanke (6; 6a) und über das im wesentlichen kreisrunde Nabenteil (1; la) verlaufenden ersten konvexen Teilfläche, bei welcher die ebene Zahnflanke als Tangentialebene zur konvexen Zahnfläche und zum im wesentlichen kreisrunden Nabenteil verläuft, und einer von der konkaven Zahnflanke (5^a> ^i) sowie der konkaven und der konvexen Fläche der Nabenaushöhlung (3J 3^a) gebildeten zweiten Teilfläche besteht, wobei diese zweite Teilfläche mittels eines einzigen, in Richtung der Rotorachse arbeitenden Werkzeuges (14) ohne Arbeitsfläche parallel zu seiner Vorschubrichtung herstellbar ist.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nabenteil (1, la) und der Zahn (2, 2a) einteilig mit der Rotorwelle (20; 20a) als Präzisionsgußteil hergestellt sind, daß die konkave zahnflanke (4; 5a) und die Umfangsflache der Nabenaushöhlung (3; 3^a) in Richtung der Rotorachse geschliffen sind und daß die restlichen Umfangsflachen (1, 5* 6; la, 6a, 4a) des Zahnes sowie der Nabe entsprechend einer Schablone (13) in Umfangsrichtung geschliffen sind.

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3. Verfahren zur Herstellung eines einzahnigen Rotors gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Teilfläche (5, 4; j5a* 5&) der Umfangsflache des Rotorkörpers mittels eines einzigen in Richtung der Mantellinien dieser Teilfläche arbeitenden Werkzeuges (14; l4a) ohne parallel zu seiner Vorschubrichtung (15J 15a) verlaufende Wirkflächen fertigbearbeitet wird und anschließend die erste konvexe Teilfläche (1, 5, 6; la, 6a, 4a) der Umfangsflache auf einer Kopierfräsoder -schleifmaschine unter Verwendung einer Schablone (13) mit im Ganzen konvex verlaufender Leitfläche mittels eines in Umfangsrichtung dieser Teilfläche arbeitenden Werkzeuges (11) fertigbearbeitet wird.

Patentanwalt.

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