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Die
Erfindung bezieht sich auf eine tragbare Vorrichtung zum Bearbeiten
von Rohrenden umfassend eine Grundplatte zum Abstellen der Vorrichtung auf
einer beliebigen Unterlage, ein mit der Grundplatte verbundenes
Aufnahmegehäuse
zur Aufnahme einer Antriebsanordnung und einer Getriebeanordnung zum
Antreiben eines Bearbeitungswerkzeuges und zur Aufnahme einer Vorschubanordnung
zum Vorschieben des Bearbeitungswerkzeuges in Richtung auf ein zu
bearbeitendes Rohrende, eine Spanneinrichtung zum Einspannen eines
zu bearbeitenden Rohres, eine Kupplungsanordnung zum Kuppeln der Vorrichtung
an einer Antriebsquelle und eine Vorschubsteuereinrichtung zum Steuern
des Vorschubs des Bearbeitungswerkzeuges.
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Im
Rohrleitungsbau müssen
als Vorbereitungsschritt vor dem Zusammenbau der Rohrleitungsabschnitte
und Armaturen durch Schweissverfahren die zu verbindenden Stirnflächen der
Rohrenden senkrecht zur Rohrleitungsachse nachbearbeitet werden.
Vor allem dünnwandige
Rohre, das heisst solche mit Wandstärken von weniger als 3 mm,
werden stumpf geschweisst, und müssen
deshalb angeplant, das heisst genau rechtwinklig zur Rohrleitungsachse
gemacht werden. Diese Vorbereitungsarbeit ist notwendig, um eventuelle
Späne oder
Unebenheiten, die nach dem Trenn- oder Sägevorgang am Rohrende vorhanden
sind, vor dem Schweissvorgang zu beseitigen.
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Aus
der
US 5941145 A ist
eine gattungsgemässe
Vorrichtung zur Bearbeitung von Rohren oder zylindrischen Werkstücken bekannt.
In einem Aufnahmegehäuse,
das im Bereich der Getriebeanordnung zweigeteilt wurde, sind eine
Antriebswelle und eine Vorschubsteuerung zur Steuerung eines Werkzeugträgers angeordnet.
Das Gehäuse
ist an einer Grundplatte befestigt. Dem Gehäuse vorgelagert ist eine Spanneinrichtung
angeordnet. In der Spanneinrichtung wird das Rohr oder das zu bearbeitende
zylindrische Werkstück
durch die Schraubbewegung einer Spindel ähnlich wie bei einem Maschinenschraubstock
eingespannt.
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Ferner
ist aus der
DE 37 26
136 A1 eine Vorrichtung zum Biegen von Rohren bekannt,
welche im Wesentlichen aus einer Spanneinrichtung und einer Biegeeinrichtung
besteht, die beide an einer Schiene, welche als U-Profil ausgebildet
ist, angeordnet sind. Die Spanneinrichtung kann auf der Schiene
hin- und herbewegt werden, während
die Biegeeinrichtung mit der Schiene durch Schrauben starr verbunden
ist. Mit Hilfe eines Exzenters wird ein in die Rohrbiegevorrichtung
eingeschobenes Rohr unverrückbar
gegen eine Anlage gepresst, sodass eine vorbestimmte Positionierung
des zu verbiegenden Rohres während
eines Biegevorgangs erhalten bleibt.
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Bei
einer Haltevorrichtung gemäß der
DE 37 26 136 A1 erfordert
es einen relativ hohen Aufwand, verschiedene Rohrdurchmesser zu
halten. Außerdem
erfordert die Halterung von dünnwandigen
Rohren eine erhöhte
Präzision
gegenüber
dem Gegenstand der
DE
37 26 136 A1 .
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine
tragbare Vorrichtung zum Bearbeiten von Rohrenden anzugeben, die auch
bei dünnwandigen
Edelstahlrohren mit einer hohen Präzision arbeitet, einfach zu
handhaben und zu bedienen ist und die bei wechselnden Rohrdurchmessern
in möglichst
kurzer Zeit den wechselnden Bedingungen angepasst werden kann.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine tragbare Vorrichtung zum Bearbeiten von Rohrenden umfassend
eine Grundplatte zum Abstellen der Vorrichtung auf einer beliebigen
Unterlage, ein mit der Grundplatte verbundenes Aufnahmegehäuse zur Aufnahme
einer Antriebsanordnung und einer Getriebeanordnung zum Antreiben
eines Bearbeitungswerkzeuges und zur Aufnahme einer Vorschubanordnung
zum Vorschieben des Bearbeitungswerkzeuges in Richtung auf ein zu
bearbeitendes Rohrende, eine Spanneinrichtung zum Einspannen eines
zu bearbeitenden Rohres, eine Kupplungsanordnung zum Kuppeln der
Vorrichtung an einer Antriebsquelle und eine Vorschubsteuereinrichtung
zum Steuern des Vorschubs des Bearbeitungswerkzeuges, wobei in der
Spanneinrichtung ein Spannhebel bewegbar von einer ersten ungespannten
Stellung in einer zweiten gespannten Stellung befestigbar angeordnet ist,
und wobei der Spannhebel eine exzentrische Kontur aufweist.
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Es
ist von Vorteil, dass das zu bearbeitende Rohr sowohl schnell als
auch sicher eingespannt werden kann. Dies wird dadurch erreicht,
dass die Spanneinrichtung im Wesentlichen aus einem einstückigen ringförmig ausgebildeten
Haltering aufgebaut ist, der mit dem Aufnahmegehäuse fest verbunden angeordnet
ist, und wobei innerhalb des Halteringes ein bogenförmiges und
bewegbares Halteelement angeordnet ist, das von dem Spannhebel in
Bezug auf den Haltering in dem vom Haltering umschlossenen Kreisraum
bewegbar angeordnet ist.
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Es
ist auch von Vorteil, dass der Arbeitsschritt des Einspannens des
Rohres leicht automatisiert werden kann. Dies wird dadurch erreicht,
dass der Spannhebel im Haltering mittels eines Exzenterbolzens bewegbar
befestigbar angeordnet ist. Dies wird auch dadurch erreicht, dass
der Spannhebel eine Spannfläche
mit einer exzentrischen Kontur aufweist, die derart ausgebildet
ist, dass bei der drehend spannenden Bewegung des Spannhebels um
den Exzenterbolzen das Halteelement auf die Halbschalen zu bewegbar
ist.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Der
Vorteil, dass das zu bearbeitende Rohr sowohl schnell als auch sicher
eingespannt werden kann, wird auch dadurch erreicht, dass in dem
vom Haltering umschlossenen Kreisraum zwei halbkreisförmig ausgebildete
Halbschalen zum Einspannen des zu bearbeitenden Rohres lösbar befestigbar
angeordnet ist. Das Einspannen wird weiter dadurch vereinfacht,
dass die zwei Halbschalen identisch und gegeneinander austauschbar
ausgebildet sind.
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Es
ist weiter von Vorteil, dass mit dem Spannhebel das Rohr mit einer
einfachen Bewegung in einer Richtung in der Vorrichtung zum Bearbeiten des
Rohrendes sowohl positioniert als auch eingespannt werden kann.
Dies wird dadurch erreicht, dass der Spannhebel eine Spannfläche mit
einer exzentrischen Kontur aufweist, die derart ausgebildet ist,
dass bei der drehend spannenden Bewegung des Spannhebels um den
Exzenterbolzen die Halbschalen aufeinander zu bewegt werden. Dies
wird auch dadurch erreicht, dass die Exzenterkontur aus zwei aneinander
anschließend
angeordneten und unterschiedlich ausgebildete Teilkonturen aufgebaut
ist, derart, dass eine erste Teilkontur bei der drehend spannenden
Bewegung des Spannhebels um den Exzenterbolzen in einem ersten Drehwinkelbereich von
etwa 90° die
Halbschalen um eine erste Wegstrecke S aufeinander zu bewegt und
dass eine zweite Teilkontur bei der drehend spannenden Bewegung des
Spannhebels um den Exzenterbolzen in einem zweiten Drehwinkelbereich
von etwa 120° die
Halbschalen um eine zweite Wegstrecke S/2 auf einander zu bewegt.
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Es
ist weiter auch von Vorteil, dass der Vorschub des Bearbeitungswerkzeuges vom
Bedienpersonal einfach und genau beurteilt werden kann. Dies wird
dadurch erreicht, dass mit der Vorschubsteuereinrichtung eine Digitalanzeige
zur Anzeige des Werkzeugvorschubs verbindbar angeordnet ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Sicht auf eine erfindungsgemässe tragbare Vorrichtung zum
Bearbeiten von Rohrenden,
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2 eine
Sicht auf die Vorrichtung von 1, gesehen
auf die Spanneinrichtung,
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3 eine
seitliche Ansicht der Vorrichtung von 1,
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4 einen
Schnitt durch die Spanneinrichtung von 2, geschnitten
quer zur Achse eines zu bearbeitenden Rohres,
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5a eine
perspektivische Sicht auf einem Exzenterbolzen,
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5b eine
seitliche Ansicht des Exzenterbolzens von 5a,
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6 einen
Schnitt durch die Vorrichtung von 1, geschnitten
entlang der Achse eines zu bearbeitenden Rohres und
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7 eine
Sicht auf einem Spannhebel mit einer exzentrischen Kontur.
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In
den 1, 2 und 3 ist eine
tragbare Vorrichtung 1 zur Bearbeitung von Rohrenden dargestellt.
Die Vorrichtung 1 ist besonders ausgelegt für die Bearbeitung
von dünnwandigen
Rohren aus korrosionsbeständigen
Edelstahllegierungen, wie beispielsweise Legierungen gemäss der DIN-Normen 1.4304
oder 1.4435. Diese Legierungen werden häufig eingesetzt für Rohrleitungen
in Anlagen, die höchste
Anforderungen an die Reinheit stellen, wie beispielsweise in der
pharmazeutischen Industrie oder in der Herstellung von Elementen
für die Mikroelektronik.
In diesen Industrien dürfen
bei der Bearbeitung der Rohre kein Kühl- oder Schmieroel verwendet
werden. Auch die Späne,
die bei der Verarbeitung der Rohre entstehen, sind auf ein Minimum zu
beschränken.
Die entstehenden Späne
dürfen nicht
in die Umgebung der Anlage gelangen und müssen auf einfache Art und Weise
aus der Anlage entsorgt werden können.
Diese Einschränkungen
bedeuten unter anderem, dass die Rohre beispielsweise nicht gesägt werden
dürfen.
Die Stahllegierungen, die hoch korrosionsbeständig sind, können oft
nur schlecht oder gar nicht geschnitten werden, weil das Material
zu zäh
ist.
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Die
tragbare Vorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem
Aufnahmegehäuse 2,
das beispielsweise mittels Schrauben an einer Grundplatte 4 befestigt
ist. Die Grundplatte 4 erlaubt es, die Vorrichtung 1 auch
auf einer nicht vollständig
ebenen Unterlage, beispielsweise auf einer Baustelle aufzustellen und
trotzdem eine stabile Aufstellung zu erreichen. Auf einer Vorderseite 5 des
Aufnahmegehäuses 1 ist in
den 1, 2 und 3 eine Spanneinrichtung 6 ersichtlich.
Das Aufnahmegehäuse 1 ist
aus einem Guss, beispielsweise einer Stahl- oder Aluminiumlegierung
gefertigt und erstreckt sich von der Vorderseite 5 bis
zu einer Rückseite 7,
an die eine Werkzeugvorschubsteuereinrichtung 8 anschliesst. Die
Steuereinrichtung 8 dient zur Steuerung des Vorschubes
eines Bearbeitungswerkzeuges 10, beispielsweise eines Schneidwerkzeuges 10,
das in einem Werkzeughalter 11 eingespannt ist und das
zur Bearbeitung der Stirnflächen
von Metallrohren ausgelegt ist.
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Ein
Teilbereich des Werkzeughalters
11 ist in
2 ersichtlich.
Beispiele für
das Schneidwerkzeug
10 und für den Werkzeughalter
11 sind
in einer früheren
Patentschrift
US 6082235 des
gleichen Anmelders beschrieben worden. Die Spanneinrichtung
6, der
Werkzeughalter
11, das Aufnahmegehäuse
2 und die Vorschubsteuereinrichtung
8 sind
auf einer Linie, die übereinstimmt
mit der Achse des zu bearbeitenden Rohres, hintereinander angeordnet.
Quer zu dieser Rohrachse ist am Aufnahmegehäuse
2 eine Kupplungsanordnung
12 und
eine Antriebsquelle
13 ersichtlich. Die Antriebsquelle
13 ist
beispielsweise die Antriebseinheit einer handelsüblichen Bohrmaschine, oder
eine andere elektrische oder pneumatische Antriebsquelle mit der
für die
Aufgabe der Vorrichtung erforderlichen Leistung und dem notwendigen
Drehzahlbereich. Die Antriebsquelle
13 wird mittels der
Kupplungsanordnung
12 an einer Getriebeanordnung
14 und
einer Antriebsanordnung
15 im Aufnahmegehäuse
2 mit
dem Bearbeitungswerkzeug
10 lösbar verbunden. Die Getriebeanordnung
14 und
die Antriebsanordnung
15 für den Antrieb des Werkzeughalters
11 und
des Bearbeitungswerkzeuges
10 sind in der geschnittenen
Darstellung von
6 ersichtlich.
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In 4 ist
die Spanneinrichtung 6 senkrecht zur Rohrachse, das heisst
senkrecht zur Hauptachse des Aufnahmegehäuses 2 geschnitten
und gesehen von der Vorderseite 5 des Aufnahmegehäuses 2 dargestellt.
Die Spanneinrichtung 6 umfasst im Wesentlichen einen einstückigen und
ringförmigen
Haltering 16, in der ein bogenförmiges Halteelement 17 bewegbar
angeordnet ist. Im Kreisraum, der vom Haltering 16 umschlossen
wird, und in der sich das Halteelement 17 bewegen lässt, sind
zwei Halbschalen, eine obere erste Halbschale 18 und eine
untere zweite Halbschale 19 angeordnet. Der Haltering 16 ist
im unteren Bereich der Spanneinrichtung 6 fest mit dem
Aufnahmegehäuse 1 oder
mit der Grundplatte 4 verbunden. Das im Wesentlichen halbringförmige Halteelement 17 ist
in dem Kreisraum in bezug auf dem Haltering 16 bewegbar
angeordnet und weist einen Innenradius auf, der übereinstimmt mit dem Aussenradius
der Halbschalen 18, 19. Die Halbschalen 18, 19 sind
identisch und gegeneinander austauschbar ausgebildet. Die Halbschalen 18, 19 weisen
einen Innenradius auf, der mit dem Aussenradius des jeweils zu bearbeitende
Rohr übereinstimmt.
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Die
Halbschalen 18, 19 weisen am Aussenumfang eine
radial ausgebildete Nut 20 auf, in die Passstifte 21, 22, 23 passen,
die im Haltering 16 und im Halteelement 17 eingesetzt
sind. Hierdurch wird erreicht, dass die Halbschalen 18, 19 im
betriebsbereiten Zustand in der Richtung der Rohrachse unbewegbar
festgehalten werden, jedoch vor und nach dem eigentlichen Bearbeitungsvorgang
zum Lösen und
zum Anpassen der Halbschalen 18, 19 an unterschiedlichen
Rohrdurchmessern in einer Ebene quer zur Rohrachse bewegt und ausgewechselt
werden können.
Im unteren Bereich des Halteringes 16 ist ein besonders
ausgebildeter Passstift 23 ersichtlich, der mittels einer
Feder 33 unter Federspannung gehalten wird.
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Wenn
die Halbschalen 18, 19 ausgetauscht werden müssen, wird
die untere Halbschale 19 von dem Passstift 23 und
der sich entspannenden Feder 33 nach oben angehoben. Durch
die Verwendung der Passstifte 21, 22, 23 in
die Nut 20 wird im betriebsbereiten Zustand eine stabile,
unbewegliche Einheit gebildet. Die obere Halbschale 18 bildet
eine stabile Einheit mit dem Halteelement 17 und die untere
Halbschale 19 bildet eine stabile Einheit mit dem Haltering 16.
Die Kombination von Nut und Passstiften ist für den Anwender einfacher als
eine Verbindung mittels Schrauben, die nur mittels Spezialschlüssel und
unter zusätzlichen
Zeitaufwand gelöst
und befestigt werden können.
Der federnde Passstift 23 bewirkt, dass die untere Halbschale 19 ohne
zusätzlichen Aufwand
und ohne extra Handgriffen nach oben angehoben wird, wenn die Halbschalen
ausgewechselt werden müssen.
In 1 und besonders in 4 ist auch
ein Spannhebel 24 ersichtlich, der innerhalb des Halteringes 16 drehbar
befestigt ist. Der Spannhebel 24 ist mittels eines Exzenterbolzen 25 im
Haltering 16 angeordnet. Der Exzenterbolzen 25 ist
für sich
alleine in den 5a und 5b dargestellt.
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Der
Spannhebel 24 ist in der Seitenansicht in 7 im
einzelnen dargestellt. Wie in 7 ersichtlich,
weist der Spannhebel 24 in dem Bereich, mit dem der Spannhebel 24 mittels
des Exzenterbolzens 25 drehbar am Haltering 16 befestigt
ist, eine Spannfläche
mit einer exzentrischen Kontur 26, 27 auf. Durch
die exzentrische Kontur 26, 27 des Spannhebels 24 wird
erreicht, dass die Drehbewegung des Spannhebels 24 um den
Exzenterbolzen 25 in eine geradlinige Bewegung des Halteelementes 17 und der
oberen Halbschale 18, die zusammen eine Einheit bilden,
umgewandelt wird.
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In 7 ist
auch ersichtlich, wie die exzentrische Kontur aus zwei Teilkonturen,
einer ersten Teilkontur 26 und einer zweiten Teilkontur 27 zusammengesetzt
ist. Die erste Teilkontur 26 umfasst einen ersten Drehwinkelbereich
des Spannhebels 24 von etwa 90° und die zweite Teilkontur 27 umfasst
einen zweiten Drehwinkelbereich von etwa 120°. Im ersten Drehwinkelbereich ändert sich
der Aussenradius des Spannhebels 24 um einen grösseren Wert,
beispielsweise 9 mm. Im zweiten Drehwinkelbereich ändert sich
der Aussenradius des Spannhebels 24 um einen wesentlich
kleineren Wert, beispielsweise 3 mm. Zusammen mit dem grösseren Drehwinkel
ergibt sich, dass die Steigung im Bereich der ersten Teilkontur 26 um
ein Vielfaches grösser
ist als im Bereich der zweiten Teilkontur 27. Im Bereich
der zweiten Teilkontur 27 ist die Steigung so klein, beispielsweise
kleiner als 5°,
dass eine Selbsthemmung erreicht wird. Im Bereich der ersten Teilkontur 26 wird
somit durch die Drehbewegung des Spannhebels die erste Halbschale 18 in
einem Schnellvorschub an die zweite, untere Halbschale 19 herangeführt, und
im Bereich der zweiten Teilkontur 27 wird durch die Selbsthemmung
die obere Halbschale 18 in der Spanneinrichtung 6 um
das Rohr fixiert.
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Durch
die einfache durchgehende Hebelbewegung des Spannhebels 24 wird
das Rohr in die Spannvorrichtung 6 eingespannt und fixiert.
Diese Hebelbewegung kann leicht von einem Roboter ausgeführt werden
oder sonst automatisiert betätigt
werden. Der Spannhebel 24 kann statt mit einem Exzenterbolzen 25 auch
mittels einem Gewindestift an den Haltering 16 verbunden
sein. Für
den Schnellvorschub wird dann das Halteelement 17 durch
eine oder mehrere Drehbewegungen des Spannhebels nach oben nahe
an dem Spannhebel 24 gebracht. Für die abschliessende Fixierung
sorgt dann wiederum eine Exzenterkontur, die übereinstimmt mit der zweiten
Teilkontur 27 und die eine Selbsthemmung bewirkt.
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In 4 sind
auch zwei Spiralfedern 28 ersichtlich, die auf gegenüberliegenden
Seiten in dazupassenden Federaufnahmen im Halteelement 17 angeordnet
sind. Die Spiralfedern 28 wirken auf Vorsprüngen 34 am
Haltering 16 und bewirken, dass das Halteelement 17 von
der oberen ersten Halbschale 18 gelöst werden kann und nach oben
angehoben wird, wenn der Spannhebel 24 von einer angespannten
Stellung, die etwa in 1, 2 und 4 dargestellt
ist, in der ungespannten Stellung bewegt wird. Dabei werden die
Passstifte 21 aus der Nut 20 angehoben und die
obere Halbschale 18 gibt das eingespannte Rohr frei. Wenn
nötig,
beispielsweise, wenn ein neues Rohr mit einem abweichenden Rohrleitungsdurchmesser
bearbeitet werden muss, können
die Halbschalen 18, 19 ausgewechselt werden.
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Auf
einer Seite der Halbschalen 18, 19 sind im Haltering 16 auch
zwei federnde Rastklinken 29, 30 dargestellt.
Die Rastklinken 29, 30 werden von dazupassenden
Federn 31 federnd in eine Ruhestellung bewegt, die etwa
die Darstellung von 4 entspricht. Die Federn 31 drücken die
Rastklinken 29, 30 von aussen nach innen an die
Halbschalen 18, 19. Die obere erste Rastklinke 29 bewegt
sich durch die Entspannung der Feder 31 durch den Haltering 16 und
durch das Halteelement 17 hindurch in Richtung auf einem
Rastabsatz 32, der an der ersten oberen Halbschale 18 ausgebildet
ist. Die zweite untere Rastklinke 30 greift in gleicher
Art und Weise ein an einem identischen Absatz 32 der zweiten
unteren Halbschale 19 und führt ebenfalls durch den Haltering 16 hindurch.
Durch das Eingreifen der Rastklinken 29, 30 an
den Rastabsätzen 32 der
Halbschalen 28, 29 werden diese zusätzlich in
ihrer Lage gesichert, was zu einer erschütterungsfreien Lagerung des
zu bearbeitenden Rohres beiträgt.
Wenn die Rastklinken 29, 30 vom Anwender herausgezogen werden,
nachdem der Spannhebel 24 gelöst wurde, werden die Halbschalen 18, 19 vom
eingespannten Rohr gelöst
und können
nach oben bewegt werden, beispielsweise wenn die Halbschalen ausgetauscht werden
müssen.
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In 6 ist
die Steuereinrichtung 8 zur Steuerung des Vorschubes des
Werkzeughalters 11 mit dem darin befestigten Bearbeitungswerkzeuges 10 geschnitten
dargestellt. Zwischen dem Werkzeughalter 11 und der Werkzeugvorschubsteuereinrichtung 8 ist
die Antriebsanordnung 15, hier eine massive Welle 15 dargestellt.
Die Welle 15 ist über
einer Getriebeanordnung 14, hier ein Schneckengetriebe 14 mit
der Antriebsquelle 13 verbunden. In den 2, 3 und 6 ist
auch eine Wanne 35 ersichtlich, die unter dem Werkzeughalter 11 angeordnet
ist. Zusammen mit einer Abdeckhaube 36, die in 3 am
besten ersichtlich ist, dient die Wanne 35 dazu, dass die Späne, die
beim rotierenden Betrieb des Werkzeughalters 11 weggeschleudert
werden, aufgefangen werden können
und nicht in die Umgebung des zu bearbeitenden Rohres gelangen.
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Im
Aufnahmegehäuse 2,
dass einstückig
aus einem Guss, beispielsweise aus einer Gusseisen- oder Leichtmetalllegierung
hergestellt wird, ist auch die Vorschubanordnung 37 zum
Vorschieben des Werkzeughalters 11 durch eine durchgehende
zylindrische Bohrung durch das Aufnahmegehäuse 2 dargestellt.
Die Steuereinrichtung 8 zur Steuerung des Vorschubes kann
auch mit einer Digitalanzeige verbunden sein. Hierdurch wird erreicht,
dass der Anwender auch bei sehr kleinen Werten des Vorschubes den
Fortschritt des Vorschubes genau überwachen kann. Dies ist besonders
von Vorteil bei zähen Stahllegierungen
die bei zu schnellem Vorschub zu Überhitzung neigen.