DE579272C - Werkzeugmaschine zur Bearbeitung des Innenteils einer Drehkolbenmaschine - Google Patents

Description

Es gibt Drehkolbenmaschine!!, die nach Art einer Zahnradpumpe mit Inneneingriff ausgebildet sind und die Besonderheit aufweisen, daß die den Außenteil bildenden Kolben durch je eine Kreiszylinderfläche umgrenzt sind, also mittels eines rohrförmigen Werkzeuges (Hohlfräsers) bearbeitet werden können. Für den Innenteil einer solchen Drehkolbenmaschine ergibt sich eine, verwickeitere Umrißform, die an sich als Triebstockverzahnung bekannt ist, jedoch von der gewöhnlichen Triebstockverzahnung insofern abweicht, als nicht nur die vorderen und die hinteren Zahnflanken, sondern auch die inneren und die äußeren Übergangsstücke nach der strengen Verzahnungsform genau bearbeitet werden müssen, so daß sich im ganzen ein in sich zurücklaufender wellenförmiger Umriß ergibt.

Bei Evolventenverzahnungen (weniger bei Zykloidenverzahnungen) ist es allgemein gebräuchlich, die genauen Zahnformen nach dem Abwälzverfahren herzustellen. Triebstockverzahnungen, die in der modernen Technik kaum noch eine Rolle spielen, sind vermutlich bisher noch nicht nach dem Abwälzverfahren hergestellt worden, obgleich gerade für diese Verzahnungsart das Bearbeitungswerkzeug die besonders einfache Gestalt eines umlaufenden Zylinders vom Triebstockdurchmesser bekommt. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine nach dem Abwälzverfahren arbeitende sehr einfache Werkzeugmaschine, mittels deren es gelingt, den Innenteil der im Hauptpatent geoffenbarten Drehkolbenmaschine billig und dabei außerordentlich genau herzustellen. Die nämliche Werkzeugmaschine eignet sich auch zur Herstellung des Innenteils einer eingangs erwähnten Drehkolbenmaschine, sofern die aufgesetzten Kolbenteile im Querschnitt von einem Kreis umgrenzt sind. Erfindungsgemäß kennzeichnet sich die Werkzeugmaschine durch einen festgehaltenen, mit seinem Teilkreis den Grundkreis einer Hypozykloide darstellenden, innen verzahnten Kranz, in welchem ein im Durchmesser nur wenig kleineres, außen verzahntes Rad abrollt, mit welchem der Werkstückrohling verbunden ist, der sich an einem Werkzeug (Fräser oder Schleifscheibe) vorbeibewegt, das sich um eine zu den Achsen des ruhenden Rades und des rollenden Rades parallele ortsfeste Achse dreht. Es ist zwar schon eine Werkzeugmaschine vorgeschlagen worden, die sich für die Herstellung von Hypozykloidenkurvenstücken eignet. Bei dieser Werkzeugmaschine rollt aber zur Herstellung der zykloidischen Kurve in einem Kreis ein sehr viel kleinerer, während, wie oben erwähnt, bei der vorliegenden Erfindung in einem großen Kreis ein nur wenig kleinerer rollt. Durch diesen Unterschied wird bedingt, daß die Bauart der früher vorgeschlagenen Werkzeugmaschine sehr umständlich ist, während der Erfindungsgegenstand eine sehr einfache Bauart aufweist.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einer Ausführungsform dargestellt. Es zeigen:

Abb. ι und 2 schematisch die beim Abwäl-5 zen zustande kommende Bewegung in der Pumpe und der Werkzeugmaschine,

Abb. 3 einen Schnitt durch die Werkzeugmaschine nach Linie ΙΙΙ-ΙΠ der Abb. 4,

Abb. 4 die zugehörige Oberansicht, Abb. 5 einen Schnitt nach Linie V-V der Abb. _4>

Abb. 6 einen Teil der Werkzeugmaschine (der Unterscheibe) in Oberansicht.

Bei der im Hauptpatent geoffenbarten Pumpe stehen der Punkt a, nämlich der Mittelpunkt des Querschnittes des Außenrades (Kolbenkranzes), und der Punkt b, nämlich der exzentrisch zum Außenrad gelegene Mittelpunkt des Querschnittes des Inneiirades, fest. Bei P ist der Mittelpunkt des kreisförmig umgrenzten Querschnittes des einen von den Kolben gezeichnet.

Offensichtlich verhalten sich die Umlaufzahlen umgekehrt wie die Zähnezahlen. Hat also beispielsweise der Außenteil fünf Zähne und der Innenteil vier Zähne, so vollendet der Außenteil vier Umdrehungen in der gleichen Zeit, in der sich der Innenteil fünfmal dreht. Die Anzahl der Umdrehungen in der gleichen Zeit ist in die schematische Darstellung eingetragen. Beide Drehungen gehen gleichförmig vor sich, und zwar beide im gleichen Drehsinn, z. B. dem des Uhrzeigers.

Der Punkt c läuft um den Punkt a in einem Kreis und beschreibt, während er diesen Kreis vollendet, in dem um den Punkt sich drehenden System eine viermal gewellte Linie, welche als Triebstockmittelpunktskurve bezeichnet werden soll. Die wirklich herzustellende Triebstockkurve ergibt sich, wenn um den Punkt c ein Halbkreis P beschrieben und festgestellt wird, welche (ebenfalls viermal gewellte) Kurve dieser Kreis in dem um den Punkt b sich drehenden System beschreibt. Der Halbkreis stellt den Querschnitt des aus dem Hauptpatent bekannten Kolbens dar.

Behufs Herstellung dieser Kurve wird gemäß der Erfindung der Kolbenkranz festgehalten, d. h. dem in Abb. 1 gezeichneten gesamten System wird eine Drehung mit der Geschwindigkeit % = 4 um a als Mittelpunkt erteilt. Nunmehr sind also die Punkte a und c festgehalten, und der Punkt b läuft im ruhenden System a-c entgegen dem Uhrzeiger mit der Geschwindigkeit η\ = 4 um, während gleichzeitig der zu bearbeitende Rohling des Innenkörpers um den Punkt b sich mit der Geschwindigkeit n_a = 5 dreht. Wird nun an die Stelle c ein zylindrisches Werkzeug P₀ (Fräser, Schleifscheibe) gestellt und dieses Werkzeug mit passender Geschwindigkeit umgetrieben, so arbeitet es aus dem Rohling des Innenkörpers die Triebstockkurve heraus.

tiie Durchführung des erläuterten Erfindungsgedankens geschieht mittels der nachstehend beschriebenen Maschine.

Ein rundes Gehäuse 1, das mittels radial eingeschnittener Ansätze 2 auf einem Werktisch festgeschraubt ist, hat die stehend angeordnete Hauptachse α-α, zu der zentrisch ein Ringraum 3 ausgenommen ist. In diesem Ringraum ist zentrisch zur Achse a-a auf einer Abstufung i^a eine Unterscheibe 4 drehbar gelagert. Eine auf dem Gehäuse 1 mittels Schrauben 5^ß befestigte Ringplatte 5 hindert die Scheibe 4 am Emporgehen.

In den vertieften inneren Teil des Ringraumes 3 reicht ein ringförmiger Ansatz 4" der Scheibe 4 hinab. Dieser Ansatz ist ringsherum mit einer Schneckenradverzahnung/ versehen, in welche eine Schnecke 6 eingreift. Die Schnecke setzt sich in einen Zapfen 6" fort, der in einer Bohrung des Gehäuses 1 gelagert ist. Die Schulter 6⁶ zwischen dem Zapfen 6^S und der Schnecke 6 hindert die Längsverschiebung der Schnecke in der einen Richtung. Auf der gegenüberliegenden Seite setzt sich die Schnecke in eine Achse 6^d fort, die an einer Stelle zu einem Bundring 6^e verdickt ist. Vor diesem Bundring wird auf ein dünneres Stück 6^f der Achse 6 eine Lagerbuchse 9 aufgesteckt, die in einer Bohrung des Gehäuses 1 Platz findet. Die Büchse 9 ist durch eine Stellschraube ψ an Drehung und Verschiebung gehindert. Auf das äußere Ende der Achse 6^f ist eine Handkurbel 8 gesetzt. Mittels dieser Einrichtung ist es also möglich, die Unterscheibe 4 von Hand zu drehen. Natürlich kann die Handkurbel durch eine motorisch angetriebene Ringscheibe 0. dgl. ersetzt werden?

In die Unterscheibe 4 ist in diametraler Richtung eine Nut 10 gefräst, in der ein Schlitten 11 geführt ist. Der Schlitten ist in jeder gewünschten Lage mittels Schrauben 12 feststellbar, die je einen Schlitz 4* der Unterscheibe 4 durchsetzen. Der Schlitten 11 setzt sich in eine Nabe ii^e fort, auf den die Ober- no scheibe 13 mit ihrem Hohlzapfen 14 gesteckt ist. Die Oberscheibe verschiebt sich mit ihrer ebenen Unterfläche auf der ebenen oberen Fläche der Unterscheibe 4. Außerdem greift ein mittels Schrauben 4? auf der Unterscheibe 4 befestigter, im Querschnitt winkelförmiger Ring4^d über den ebenen Rand 13'' der Oberscheibe 13, wodurch diese gegen Abheben gesichert ist.

Auf die Oberscheibe 13 ist, mittels eines Paßstiftes 16 an Drehung gehindert, eine Richtscheibe 15 gesetzt, die einen unrunden,

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der Werkstückform sich anschmiegenden abgestuften Rand 15" aufweist.

Das Werkstück W wird vor Beginn der auf der vorliegenden Maschine zu leistenden Arbeit in seiner Nabe ausgebohrt und fertig bearbeitet und mit seiner Bohrung auf den Hohlzapfen 14 gesteckt, während der eine Rand des Werkstückes auf dem abgestuften Rand 15« Platz findet.

Die Schlittennabe ii^a wird von einer Welle 17 durchsetzt, die auf ihrem unter die Unterscheibe 4 hinabreichenden Ende festsitzend ein Zahnrad 18 trägt, das in einen innen verzahnten Kranz 19 greift. Dieser ist mittels Schrauben ig" und eines Paßstiftes 19* von unten her am Gehäuse 1 befestigt.

Der Zahnkranz 1.9 liegt zentrisch zur Mittellinie a-a, hingegen das Zahnrad 18 und seine Welle 17 zentrisch zur Mittellinie b-b. Nach oben setzt sich die Welle 17 in einen Flansch 17° fort, der über die Nabe ii^s hinweggreift, mittels einer Abstufung 17⁶ im Hohlzapfen 14 zentriert ist, auch über den Hohlzapfen 14 reicht und mit diesem durch einen Paßstift 20 und mehrere Schrauben 21 verbunden ist.

Weiterhin setzt sich die Welle 17 nach oben

in einen Gewindebolzen i?^c fort, auf den eine Deckplatte 22 gesteckt ist, die ähnlich wie die Richtscheibe 15 einen unrunden abgestuften Rand 22^a hat, sich von oben her auf das Werkstück W legt und mittels einer auf den Gewindebolzen iy^c gesteckten, als Sternrad ausgebildeten Mutter 23 angepreßt wird.

Zwei Anschlagleisten 24 und 25 begrenzen die beiden Endlagen des Schlittens 11.

Der Fräser P, der für die Fertigbearbeitung des Werkstückes durch eine zylindrische Schleifscheibe ersetzt wird, dreht sich um die ortsfeste Mittellinie c-c.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Maschine ist die folgende:

Das Zahnrad 18. und der Zahnkranz 19 sind auswechselbar. Das Verhältnis ihrer Zähnezahlen wird entsprechend den zu erzielenden beiden Drehgeschwindigkeiten %i und n_a gewählt. Ferner wird der Schlitten 11 längs der Nut 10 so weit verschoben, bis die Achse b-b des Zahnrades 18 gegen die Achse des Zahnkranzes 19 die gewünschte Exzentrizität hat, d. h. die beiden Teilkreise von 18 und 19 einander gerade berühren. Nunmehr beschreibt das bewegliche System, bestehend aus dem Zahnrad 18, der Welle 17 nebst Flansch 17^s und Abstufung 17⁶, dem Hohlzapfen 14 und der Oberscheibe 13, die gewünschte Triebstockkurve, wenn mittels der Handkurbel 8 die Unterscheibe 4 in Drehung gesetzt wird. Diese Bewegung wird zunächst dazu ausgenützt, um auf der zuerst auf der Oberscheibe 13 befestigten Richtscheibe 15 den abgestuften Rand 15^s herauszuarbeiten. Dann wird die Richtscheibe 15 von der Oberscheibe 13 abgenommen, die Deckplatte 22 auf der Oberscheibe 13 befestigt und in gleieher Weise wie zuvor an der Richtscheibe an der Deckplatte ein abgestufter Rand 22« erzeugt. Die Maschine wird also zuerst dazu benutzt, um zwei von ihren eigenen wesentlichen Bestandteilen fertig zu bearbeiten.

Nunmehr wird wieder die Richtscheibe an ihren Platz gebracht, der beispielsweise durch Stahlguß erzeugte Rohling des Werkstückes mit seiner Nabenbohrung auf den hohlen Zapfen 14 und mit der inneren Randfläche seines Umfangsflansches auf den abgestuften Rand 15° der Richtscheibe 15 gesetzt, die Deckscheibe 22, die mit ihrem abgestuften Rand 22« ebenfalls in' die innere Randfläche des Umfangsflansches des Werkstückes W paßt, aufgesetzt und das Ganze mittels der Mutter 23 festgespannt. Nunmehr kann die eigentliche Bearbeitung mittels des Fräsers W beginnen, bei welcher an jeder Stelle eine Genauigkeit von beispielsweise 0,01 bis 0,02 mm erreicht wird, die bei der Fertigbearbeitung, nämlich nach Ersatz des Fräsers durch eine Schleifscheibe von gleichem Durchmesser, noch gesteigert wird und jedenfalls so groß ist, daß jegliche Nachbearbeitung des fertigen Innenkörpers beim Einmontieren in die Drehkolbenmaschine entfällt.

Sehr wichtig ist dabei, daß die Arbeitsgenauigkeit bei den einspringenden konkaven Stellen des Werkstückumfanges noch größer ist als bei den konvexen Stellen desselben. Dort ist nämlich wegen des kleineren Abstandes von der Drehachse die Umfangsgeschwindigkeit, mit welcher die Fräs- oder Schleifstelle am Werkzeugumfang fortschreitet, kleiner als bei den konvexen Stellen. Gerade diese einspringenden Stellen sind aber diejenigen, bei denen in der Drehkolbenmaschine die höchsten Anforderungen an die Abdichtungsgenauigkeit gestellt werden.

Die erläuterten Einstellmöglichkeiten nebst der Auswechselbarkeit der Zahnräder 18 und 1.9 und der Einstellbarkeit des Schlittens 11 lassen die Herstellung von Innenkörpern jedes Durchmessers und die Wahl beliebiger Über-Setzungsverhältnisse zwischen dem Innenkörper und dem aus den umlaufenden Kolben bestehenden Außenkörper zu.

Die Genauigkeit des fertigen Werkstückes wird wie folgt festgelegt.

Der Außendurchmesser des Werkstückes wird durch Verschieben des Tisches der Arbeitsmaschine gegenüber dem an seinem Ort verbleibenden Fräser P bestimmt. Es ist also möglich, mittels des nämlichen Fräsers inerseits die Richtscheibe 15 und die Deckscheibe 22, anderseits den Werkstückroh-

ling W TM bearbeiten. Die Nachprüfung des erzeugten größten Durchmessers geschieht durch eine Rachenlehre oder einen Kaliberring. Die gehärtete Anschlagleiste 24 dient zugleich als Ausrichtstück beim Einstellen der Exzentrizität mittels des Schlittens 11. Der genaue Abstand wird durch Einlegen von parallelen Endmaßen zwischen der rechts in Abb. 3 gezeichneten Schlittenkante und dem

to Ausrichtstück eingestellt. Das richtige Übersetzungsverhältnis ergibt sich bei der Wahl geeigneter Zahnräder. Die Genauigkeit, mit der diese Zahnräder hergestellt sind, bestimmt offensichtlich die Genauigkeit, mit der die Triebstockkurve bei der Arbeitsbewegung zustande kommt. Die mit der Maschine erzielbare Genauigkeit stimmt also mit der bekanntlich sehr hohen bei Zahnrädern erreichbaren Genauigkeit überein.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Werkzeugmaschine zur Bearbeitung des Innenteils einer Drehkolbenmaschine, bei welcher die den Außenteil bildenden Kolben durch je eine Kreiszylinderfläche umgrenzt sind, gekennzeichnet durch einen festgehaltenen, mit seinem Teilkreis den Grundkreis einer Hypozykloide darstellenden, innen verzahnten Kranz (19), in welchem ein im Durchmesser nur wenig kleineres, außen verzahntes Rad (18) abrollt, mit welchem der Werkstückrohling (W) verbunden ist, der sich an einem Werkzeug (Fräser oder Schleifscheibe P) vorbeibewegt, das sich um eine zu den Achsen (a-a und b-b) des ruhenden Rades (19) und des rollenden Rades (18) parallele ortsfeste Achse (c-c) dreht.
2. 2. Werkzeugmaschine nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine das Werkstück tragende Richtscheibe (15) und eine auf das Werkstück sich legende Deckscheibe (22), deren abgestufte Ränder (15^s, 22") in gleicher Weise wie das Werkstück (W) selbst bearbeitet werden.
3. .3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen einstellbaren Schlitten (11), mittels dessen die Exzentrizität des Werkstückes bestimmt wird.
4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, gekennzeichnet durch ein Ausrichtstück (24), mit Bezug auf welches unter Zuhilfenahme von Parallelendmaßen die Exzentrizität mit Präzision eingestellt wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen