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Die
Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Endenbereichsbearbeitung von
nichtrotierenden Rohren mit mindestens einem umlaufenden Werkzeug.
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Vorrichtungen
zur Bearbeitung des Endenbereichs von Werkstücken mit umlaufenden Werkzeugen
sind unter anderem durch die Druckschrift
DE 199 21 919 C2 (Multifunktionale
Vorrichtungen zur Bearbeitung des Endbereichs von Werkstücken durch
Drehen mit mindestens einem umlaufenden Werkzeug und stehendem Werkstück) und
DE 101 60 031 A1 (Vorrichtung
zur Endenbearbeitung von rohrförmigen
Körpern)
bekannt.
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Die
DE 199 21 919 C2 beinhaltet
eine Vorrichtung, bei der die Bewegung von Schlitten mit zum Beispiel
Werkzeugen auf einem kreisringförmigen Werkzeugträger über Planetenradgetriebe
mit jeweils einem Antrieb gekoppelt sind. Die Bewegungsübertragung
basiert auf diesem Getriebe mit mehreren Planetenradgetrieben, wobei
vorhandene Toleranzen zum Vermeiden von Fertigungstoleranzen während der
Bearbeitung ausgeglichen werden müssen. Ein angetriebener kreisringförmiger Werkzeugträger ist
auch durch die
DE
101 60 031 A1 bekannt, wobei unter anderem auch programmierbare
Steuerungen für
die Schlitten des Werkzeugträgers
eingesetzt werden. Diese Steuerungen werden vor der Bearbeitung
programmiert. Ein Eingriff bei sich veränderten Bearbeitungsbedingungen
ist nicht möglich.
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Bei
beiden Lösungen
wird weiterhin das Werkstück
unabhängig
von der Bearbeitungseinrichtung gespannt. Die translatorische Bewegung
des gespannten nichtdrehenden Werkstücks erfolgt durch die Spanneinrichtungen.
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Innenspannvorrichtungen
für rohrförmige Werkstücke sind
unter anderem durch die Offenlegungsschrift
DE 2 311 432 (Innenspannvorrichtung) und
die Druckschrift
DE
203 20 084 U1 (Innenspanneinrichtung und damit ausgerüstetes Spannsystem) bekannt.
Dabei befinden sich mehrere Spannsegmente auf einem Konus, so dass
mit Hilfe eines bewegten Zugbolzens und eines Ringelementes oder Spindelflansches
die Spannsegmente radial nach außen gedrückt werden. Das Ringelement
oder der Spindelflansch dienen gleichzeitig dem Halt der Spannsegmente
in dieser Richtung. Diese können aber
an diesen Elementen verklemmen, so dass die radiale Bewegung gehemmt
ist.
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Der
im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde,
Endenbereiche von Rohren einfach und schnell so zu bearbeiten, dass
plane Flächen,
Fasen, kopierte Flächen und/oder
Gewinde entstehen.
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Dieses
Problem wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Die
Vorrichtungen zur Endenbereichsbearbeitung von nichtrotierenden
Rohren mit mindestens einem umlaufenden Werkzeug zeichnen sich insbesondere
dadurch aus, dass Endenbereiche von Rohren einfach und schnell bearbeitbar
sind, wobei plane Flächen,
Fasen, kopierte Flächen
und/oder Gewinde erzeugt werden.
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Dazu
bestehen diese aus einem antreibbaren, beim Antrieb rotierenden
und kreisringförmigen Werkzeugträger und
einer gegenüber
dem Werkzeugträger
horizontal verfahrbaren Innenspannvorrichtung für den Endenbereich des Rohres,
wobei für die
Innenspannvorrichtung auf einer Stange mit einem ersten Konus eine
Hohlwelle mit einem zweiten Konus und auf den Konussen über den
Umfang verteilt wenigstens zwei miteinander verbundene Spannbacken
so geführt
sind, dass bei einer Bewegung der Konusse zum Spannen die Spannbacken radial
von sowohl der Stange als auch der Hohlwelle weg bewegt werden.
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Während der
Bearbeitung des Endenbereiches des Rohres ist wenigstens dieser
Endenbereich gegenüber
dem Werkzeugträger
gespannt. Vorteilhafterweise wird der Endenbereich durch diese Innenspannvorrichtung
gleichzeitig zentriert. Auf dem Werkzeugträger befinden sich gegenüber dem
Rohr verfahrbare Werkzeuge, so dass eine einfache Bearbeitung gegeben
ist. Das ist insbesondere ein Fasen und/oder ein Einbringen eines
Gewindes.
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Der
Werkzeugträger
ist weiterhin vorteilhafterweise insbesondere so ausgebildet, dass
die Werkzeuge des Werkzeugträgers
bei rotierenden Werkzeugträger
sowohl unabhängig
voneinander als auch unabhängig
gegenüber
dem Rohr verfahren werden können.
Weiterhin kann die Bewegung des Werkzeugs gegenüber dem Rohr gestoppt werden. Die
Werkzeuge sind dazu auf oder an Bauteilen befestigt, die zum Beispiel
als Schlitten ausgeführt
sind. Vorteilhafterweise können
nicht zur Bearbeitung des Rohres benötigte Werkzeuge oder mit Bauteilen
verbundene Gegenstände
so platziert werden, dass sich ausbildende Unwuchten ausgleichbar
sind und somit bei der Bearbeitung weitestgehend vermeidbar sind. Ein
dadurch hervorgerufener Verschleiß der Vorrichtung oder Bearbeitungsfehler
des Rohres werden weitestgehend vermieden.
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Der
Werkzeugträger
kann auch weiterhin vorteilhafterweise so ausgebildet sein, dass
die Bewegungen sowohl der Werkzeuge untereinander als auch die Bewegung
des Werkzeugträgers
unabhängig
voneinander erfolgen. Schaltvorgänge
oder Unterbrechungen der Bearbeitung sind nicht notwendig, so dass
eine kontinuierliche Bearbeitung des Rohres erfolgen kann. Die Vorrichtung
kann auch modular aufgebaut werden. Unterschiedlich ausgeführte Werkzeugträger oder
Innenspannvorrichtungen können
dabei Bestandteile der Vorrichtung sein. Vorteilhafterweise ist
die Innenspannvorrichtung durch den kreisringförmigen Werkzeugträger horizontal
geführt verfahrbar,
so dass eine feste Position des Endenbereichs des Rohres gegenüber dem
Werkzeugträger gegeben
ist.
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Die
Innenspannvorrichtung für
den Endenbereich des Rohres zeichnet sich insbesondere durch ihre
einfache Realisierung aus. Durch die beiden gegeneinander geführt bewegbare
Konusse können
die darauf angeordneten und miteinander verbundenen Spannbacken
gegen Innenwandbereiche des Rohres verfahren werden. Die Innenwandbereiche
sind gleichzeitig die Anschläge.
Mit einer derartigen Realisierung ist auch eine positionssichere
Halterung des Rohres auch während
dessen Bearbeitung gegeben.
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Damit
eignen sich die Vorrichtungen insbesondere für eine Endenbereichsbearbeitung
von langen Rohren. Weiterhin können
auch die Endenbereiche von Rohren mit größeren Durchmessern einfach und
schnell bearbeitet werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis
14 angegeben.
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Die
Spannbacken weisen nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2
eine umlaufende Vertiefung auf. Dadurch kann insbesondere ein Endenbereich
vom Rohr abgeschnitten werden. Das ist insbesondere bei Rohren vorteilhaft,
bei denen das Ende deformiert ist. Der abgetrennte Bereich des Rohres verbleibt
dabei fest positioniert auf der Innenspannvorrichtung, so dass ansonsten
mögliche
Beschädigungen
des neuen Rohrendes und der Werkzeuge des Werkzeugträgers durch
Lageveränderungen
des abzu- und abgetrennten Endenbereiches vermieden werden. Nach
dem Tennen kann sofort die Weiterbearbeitung des Endenbereiches
des Rohres erfolgen, ohne dass ein erneutes Spannen des Rohres notwendig
ist. Damit sind wesentliche Einsparungen in der Bearbeitungszeit
des Rohres gegeben.
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Die
Spannbacke besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3
aus einem Innenteil und einem darauf lösbar befestigtem Außenteil.
Der Außendurchmesser
der Innenspannvorrichtung kann durch verschieden starke Außenteile
an unterschiedliche Innendurchmesser der Rohre leicht angepasst werden,
so dass sich zum Spannen kurze Wege ergeben. Dadurch können unter
anderem Kurzhubzylinder oder Schraubenspindeln mit geringen Steigungen
zur Bewegung der Stange gegenüber
der Hohlwelle eingesetzt werden.
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Zwischen
dem Innenteil und dem Außenteil befindet
sich nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 ein Körper aus
einem elastischen Material. Dadurch können nichtgewollte Bewegungen
zwischen dem Rohr und den Werkzeugen gedämpft werden, so dass sich dadurch
ergebende Fertigungsfehler vermieden werden. Das ist insbesondere
beim Eingriff eines Werkzeugs in die Wandung des Rohres möglich, wobei
sich ansonsten eine ratternde Bewegung ergeben kann.
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Nach
der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 weisen die Hohlwelle wenigstens
zwei Federn und jede der Spannbacken eine Nut zur Aufnahme einer
Feder auf. Dadurch sind die Spannbacken verdrehsicher auf der Hohlwelle
angeordnet.
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Die
wenigstens zwei über
den Umfang verteilten Spannbacken sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs
6 entweder über
mindestens ein Spreizmittel oder mittels zwischen den Spannbacken angeordneten
Federsystemen miteinander verbunden. Damit wird der Halt der Spannbacken
auf der Hohlwelle gewährleistet.
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Nach
der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 ist die Stange mit dem ersten
Konus eine Zugstange und sind die über den Umfang verteilt wenigstens
zwei miteinander verbundene Spannbacken auf den Konussen so geführt, dass
bei einer Bewegung der Konusse zueinander die Spannbacken zum Spannen
radial von sowohl der Stange als auch der Hohlwelle weg bewegt werden.
Eine derartige Anordnung sichert eine einfache Montage der Innenspannvorrichtung
an sich. Die Spannbacken werden dabei auf die Hohlwelle aufgeschoben
und entweder die Zugstange mit dem Konus oder der Konus abschließend montiert.
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Die
Stange und die Hohlwelle der Innenspannvorrichtung sind nach der
Weiterbildung des Patentanspruchs 8 mit einem Schubmotor verbunden,
so dass eine gesteuerte und maschinenbetätigte Bewegung der Stange gegenüber der
Hohlwelle oder der Hohlwelle gegenüber der Stange möglich ist.
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Eine
Bewegung der Stange und der Hohlwelle der Innenspannvorrichtung
zueinander ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs dadurch
gegeben, dass eine Kopplung mit einem Schnecken-, Zahnstangen- oder
Schraubengetriebe vorhanden und ein Bestandteil des Schnecken-,
Zahnstangen- oder Schraubengetriebes mit einem Antrieb verbunden
ist.
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Das
Rohr befindet sich nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10
in wenigstens einer Spannvorrichtung und die Spannvorrichtung und/oder
der Werkzeugträger
sind mit einem translatorisch wirkenden Antrieb gekoppelt. Dadurch
kann zum einen das Rohr in Richtung des Werkzeugträgers und/oder
der Werkzeugträger
in Richtung des Rohres bewegt werden. Das ist insbesondere bei sehr
langen Rohren vorteilhaft.
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Die
Innenspannvorrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs
11 mit einem translatorisch wirkenden Antrieb so gekoppelt, dass
die Innenspannvorrichtung gegenüber
dem Werkzeugträger
geführt
bewegbar ist. Dadurch kann die Innenspannvorrichtung in das Rohr
ein- und ausgefahren werden.
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Der
Werkzeugträger
besitzt nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 12 wenigstens
ein quer zur Drehachse des Werkzeugträgers verfahrbares Bauteil entweder
zur lösbaren
Befestigung eines Werkzeugs, für
einen Antriebsmechanismus für
ein Werkzeug oder eines Sensors. Bei mehreren Bauteilen kann wenigstens
eines dieser Bauteile auch zum Unwuchtausgleich des Werkzeugträgers platziert werden.
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Nach
der Weiterbildung des Patentanspruchs 13 ist der Werkzeugträger an einer
sowohl drehbar gelagerten als auch angetriebenen hohlen Welle lösbar befestigt
und die Innenspannvorrichtung im Hohlraum der hohlen Welle horizontal
bewegbar, wobei sich wenigstens Bereiche der Stange und der Hohlwelle
ohne die Konusse der Innenspannvorrichtung im durch die hohle Welle
und den Werkzeugträger
umschlossenen Raum befinden. Diese Bereiche der Innenspannvorrichtung
können
auch sehr lang ausgeführt
sein, so dass große
Verfahrwege vorhanden sind.
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Das
Bauteil ist mit einem Antrieb nach der Weiterbildung des Patentanspruchs
14 entweder auf dem Werkzeugträger
oder an einem Gestell für
die hohle Welle über
ein Getriebe gekoppelt. Damit ist das Werkzeug bei rotierendem Werkzeugträger jederzeit
unabhängig
bewegbar. Die Anordnung mehrerer Bauteile mit jeweils einem Werkzeug
am Werkzeugträger
führt weiterhin
dazu, dass diese sowohl unabhängig
voneinander als auch unabhängig
gegenüber
dem Werkstück
verfahrbar sind. Gleichzeitig kann die Bewegung des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück gestoppt
werden. Die Bauteile sind zum Beispiel als Schlitten ausgeführt.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass das Bauteil auch ein Antriebsmechanismus
für ein
Werkzeug sein kann. Damit kann auch eine Technologie für die Bearbeitung
eines Werkstückes
zur Anwendung kommen, dessen Grundlage ein rotierendes Werkzeug
ist. Das sind zum Beispiel Fräs-,
Schleif- und Sägeverfahren,
die sich insbesondere vorteilhafterweise auch durch die kleinen
erzielbaren Spänegeometrien
auszeichnen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
prinzipielle Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Endenbereichsbearbeitung
von nichtrotierenden Rohren mit mindestens einem umlaufenden Werkzeug
und
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2 eine
Innenspannvorrichtung in einer Schnittdarstellung.
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Eine
Vorrichtung zur Endenbereichsbearbeitung von nichtrotierenden Rohren 1 mit
mindestens einem umlaufenden Werkzeug besteht im wesentlichen aus
einem antreibbaren, beim Antrieb rotierenden und kreisringförmigen Werkzeugträger 2 an
einer hohlen Welle 5 und einer gegenüber dem Werkzeugträger 2 horizontal
verfahrbaren Innenspannvorrichtung 6 für den Endenbereich des Rohres.
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Die 1 zeigt
eine prinzipielle Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Endenbereichsbearbeitung
von nichtrotierenden Rohren 1 mit mindestens einem umlaufenden
Werkzeug 4.
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Die
hohle Welle 5 befindet sich vorteilhafterweise in einem
Gestell. Diese hohle Welle 5 und der daran angeordnete
Werkzeugträger 2 weisen
einen durchgängigen
und tunnelartigen Hohlraum auf, der nach beiden Seiten und damit
nach außen
offen ist. Der Querschnitt dieses Hohlraumes ist insbesondere größer als
der des zu bearbeitenden Rohres 1. Damit kann sowohl das
Rohr 1 als auch die Innenspannvorrichtung 6 für das Rohr 1 in
diesem Hohlraum und/oder der Werkzeugträger 2 und die hohle
Welle 5 über
das Rohr 1 verfahren werden. Die Innenspannvorrichtung 6 zentriert
dabei wenigstens den zu bearbeitenden Endenbereich des Rohres 1 gegenüber den
Werkzeugträger 2.
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Der
Werkzeugträger 2 besitzt
mehrere Bauteile 3. Das Bauteil 3 stellt dabei
eine Befestigungsvorrichtung für
ein Werkzeug 4, für
einen Antrieb mit Werkzeug oder für Sensoren dar. Die Bauteile 3 sind bekannte
geführte
Schlitten. Entsprechend weist der Werkzeugträger 2 zwei, drei,
fünf ein
mehrfaches von zwei oder drei Führungen
für jeweils
mindestens einen Schlitten auf.
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Die
Kopplung zwischen dem Antrieb und der hohlen Welle 5 und
die zwischen Antrieben und der Bauteile 3 kann bekannterweise
in zwei grundlegenden Ausführungsformen
realisiert werden.
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In
einer ersten Ausführungsform
erfolgt der Antrieb der hohlen Welle 5 über ein Zahnrad getriebe, wobei
die hohle Welle einen umlaufenden Zahnkranz aufweist, in den ein
Stirnrad eingreift. Die Welle dieses Stirnrades ist an den Antrieb
gekoppelt. Im Körper
der hohlen Welle 5 sind in radialer Richtung Schlittenantriebswellen
drehbar gelagert. Das erste Ende der Schlittenantriebswelle endet
am Ende der hohlen Welle 5 für den Werkzeugträger 2 und
ist weiterhin mit einem Getriebe mit dem Bauteil verbunden. Das
andere Ende ist mit einem Stirnzahnrad so versehen, dass dessen
Verzahnung von außen
zugänglich
ist. In die Verzahnung des Stirnzahnrades greift ein innen und außen verzahntes
Stirnrad ein. Dieses ist weiterhin auf dem Umfang der hohlen Welle 5 so angeordnet,
dass dieses gegenüber
der hohlen Welle 5 radial verschiebbar ist. Das innen und
außen
verzahnte Stirnrad ist über
ein Planetenradgetriebe zum einen mit dem umlaufenden Zahnkranz
der hohlen Welle 5 und zum anderen mit einem Antrieb verbunden.
Die Anzahl dieser Anordnungen entspricht der Anzahl der maximal
am Werkzeugträger 2 anordenbaren
Bauteile 3. Die Planetenradgetriebe sind gegenüber der
hohlen Welle 5 fest an dem Gestell angeordnet. Der Steg
jedes Planetenradgetriebes ist als ein erstes Getrieberad als Stirnzahnrad
ausgebildet, dass in das jeweilige innen und außen verzahnte Stirnrad eingreift.
Die Planetenräder
der Planetenradgetriebe befinden sich jeweils in einem innenverzahnten
Zahnrad als zweites Getrieberad. Damit sind die Bauteile 3 unabhängig der
Drehbewegung der hohlen Welle 5 in Richtung zur Mitte des
Werkzeugträgers 2 oder
von dieser weg bewegbar.
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In
einer zweiten Ausführungsform
ist die hohle Welle 5 mit einem bewegten Teil eines Antriebs entweder
direkt oder über
ein Getriebe verbunden, wobei der Antrieb und/oder das Getriebe
mit dem Gestell verkoppelt sind. Der Direktantrieb ist ein bürstenloser
ringförmiger
Elektromotor dessen Läufer
mit der hohlen Welle 5 und dessen Stator mit dem Gestell
fest verbunden ist. Jedes Bauteil 3 des Werkzeugträgers 2 ist
an wenigstens einen Antrieb als Linearantrieb gekoppelt. Die Stromversorgung
der elektrisch betriebenen Komponenten des Werkzeugträgers 2 erfolgt über ein
Schleifkontaktsystem. Die Steuerung dieser Antriebe basiert zum
einen auf einer speicherprogrammierten oder numerischen Steuerung
mit einem Mikrorechnersystem auf dem Werkzeugträger 2 oder Verbindungen
der Antriebe mit einer Steuerung über ein Schleifkontaktsystem
oder einer drahtlosen Datenübermittlung,
vorzugsweise per Funk.
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Die
Innenspannvorrichtung 6 besteht im wesentlichen aus einer
Zugstange 7 mit einem ersten Konus 9, einer Hohlwelle 8 mit
einem zweiten Konus 10 und Spannbacken 11.
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Die 2 zeigt
die Innenspannvorrichtung 6 in einer Schnittdarstellung.
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Auf
der Zugstange 7 ist der erste Konus 9 befestigt.
Die auf der Zugstange 7 geführte Hohlwelle 8 ist
mit dem zweiten Konus 10 ausgestattet. Über den Umfang verteilt befinden
sich auf den Konussen 9, 10 wenigstens zwei und
insbesondere drei miteinander verbundene Spannbacken 11,
so dass bei einer Bewegung der Konusse 9, 10 zum
Spannen die Spannbacken 11 radial von sowohl der Zugstange 7 als auch
der Hohlwelle 8 weg bewegt werden.
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Die
Spannbacke 11 besteht aus einem Innenteil 11a und
einem darauf lösbar
befestigtem Außenteil 11b.
Zwischen dem Innenteil 11a und dem Außenteil 11b kann sich
ein Körper
aus einem elastischen Material befinden, so dass nichtgewollte Bewegungen
zwischen dem Rohr 1 und den Werkzeugen 4 gedämpft werden.
Die gleiche Wirkung kann durch die Ausbildung des Außenteils 11b selbst
aus einem elastischen Material erreicht werden.
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Die
Hohlwelle 8 weist drei Federn 14 und jede der
Spannbacken 11 eine Nut 13 zur Aufnahme einer
Feder 14 auf, so dass eine Verdrehsicherung vorhanden ist.
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Die
drei über
den Umfang verteilten Spannbacken 11 sind entweder über mindestens
ein Spreizmittel in Form eines Sprengringes 12 oder mittels
zwischen den Spannbacken 11 angeordneten Federsystemen
miteinander verbunden. Im letzteren Fall sind die Federsysteme jeweils
mit den Spannbacken 11 so verbunden, dass vorteilhafterweise
eine Rohrform vorhanden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
sind die Zugstange 7 und die Hohlwelle 8 sind
mit einem Schubmotor verbunden. In einer weiteren Ausführungsform
sind diese mit einem Schnecken-, Zahnstangen- oder Schraubengetriebe
gekoppelt, wobei weiterhin ein Bestandteil des Schnecken-, Zahnstangen-
oder Schraubengetriebes mit einem Antrieb verbunden ist. Mit diesen
Ausführungsformen
ist eine Bewegung der Zugstange 7 und der Hohlwelle 8 zueinander
gegeben.
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Die
Innenspannvorrichtung 6 selbst ist mit einem translatorisch
wirkenden Antrieb so gekoppelt, dass die diese gegenüber dem
Werkzeugträger 2 geführt bewegbar
ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Innenspannvorrichtung 6 können die Spannbacken 11 eine
umlaufende Vertiefung 15 aufweisen.