DE102007006526B3

DE102007006526B3 - Verfahren und Vorrichtung zum zentrischen deformationsarmen Spannen von dünnwandigen Rohren

Info

Publication number: DE102007006526B3
Application number: DE102007006526A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schake; Eberhard Dr.-Ing. Lotter; Günter Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Höhne; Klaus Prof. Dr. sc. techn. Bernstein
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2027-02-07

Abstract

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum zentrischen deformationsarmen Spannen von dünnwandigen Rohren bereitzustellen, mit denen ein deformationsarmes Zentrieren und Spannen von Rohren mit verschiedenen Durchmessern bei hoher Rundlaufgenauigkeit realisiert sowie eine spanende Bearbeitung der Plan- und Mantelflächen dieser Rohre gewährleistet werden kann. Erfindungsgemäß wird ein zu bearbeitendes dünnwandiges Rohr zwischen Mittel zum Zentrieren der Rohre und Mittel zur Erzeugung einer Gegenkraft zur Vermeidung von Deformationen positioniert und verspannt. Anwendung findet diese Erfindung bei einer spanenden Bearbeitung der Plan- und Mantelflächen dünnwandiger Rohre mit verschiedenen Außen- und Innendurchmessern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum zentrischen deformationsarmen Spannen von dünnwandigen Rohren, die spanend bearbeitet werden sollen.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen zum deformationsarmen Spannen von Rohren, wie z. B. Spannzangen, Spanndorne, Gleitlamellenfutter, Schrumpffutter oder Dehndorne, bekannt.
Die Spannzangen zeichnen sich durch einen einfachen Aufbau, eine hohe Rundlaufgenauigkeit, Spannungsarmut sowie durch kurze Spannzeiten aus. Außerdem können mit Spannzangen stangenförmige Werkstücke mit verschiedenen Durchmessern und Querschnitten bearbeitet werden. Nachteilig bei der Verwendung von Spannzangen ist jedoch, dass bereits für kleine Durchmesserunterschiede jeweils eine andere Spannzange benötigt wird. Auch wird für die Innen- und Außenbearbeitung jeweils eine extra Vorrichtung benötigt.
Dagegen lassen Spanndorne (Innenspannung) bzw. Gleitlammellenfutter größere Durchmesserunterschiede zu. Gleichzeitig kann mit ihnen eine gute zentrische Fassung und eine relativ große Kraftübertragung realisiert werden. Aber auch bei Verwendung dieser Vorrichtungen zum Spannen von Rohren ist für die Außen- und Innenbearbeitung der Rohre sowie auch für große Durchmesserunterschiede jeweils eine separate Vorrichtung mit verschieden großen Grundkörpern erforderlich.
Bei Schrumpffuttern (Außenspannung) bzw. Dehndornen (Innenspannung) wird die elastische Dehnung des Materials (Federstahl) des Spannzeugs selbst ausgenutzt. Da diese bekanntermaßen sehr klein ist, ist eine sehr gute Ausgangsqualität des zu spannenden Werkstücks erforderlich. Jedoch lässt sich mit ihnen eine sehr hohe Rundlaufgenauigkeit erzielen. Der Vorteil dieser Art von Spannmitteln liegt zusätzlich in der Deformationsarmut. Allerdings werden nur kleine Durchmesserunterschiede der Werkstücke zugelassen, was meist eine genaue Vorbearbeitung nötig macht. Auch diese Spannzeuge erfordern für die Außen- und Innenbearbeitung der Rohre eine separate Vorrichtung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum zentrischen deformationsarmen Spannen von dünnwandigen Rohren bereitzustellen, mit denen die genannten Nachteile überwunden werden können und ein deformationsarmes Zentrieren und Spannen von Rohren mit verschiedenen Durchmessern bei hoher Rundlaufgenauigkeit realisiert sowie eine spanende Bearbeitung der Plan- und Mantelflächen dieser Rohre gewährleistet werden kann.
Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 6.
Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem nachfolgenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert wird. Es zeigt:
1 – eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung
In 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Schnittansicht dargestellt. In einem Dreibackenfutter (1) wird mindestens eine Spannbacke (2) mit einer Bohrung versehen, die senkrecht zur Längsachse eines eingespannten dünnwandigen Rohres (7) verläuft und in die ein erster Schenkel eines Spannwinkels (5) angeordnet wird. Mit einer Verdrehsicherung (3), wie z. B. einem Stift, einer Pass- oder Scheibenfeder oder einem anderen nicht kreisförmigen Querschnitt, soll ein Verdrehen des Spannwinkels (5) beim Spannen des dünnwandigen Rohres (7) vermieden werden. Mit der Arretiervorrichtung (4), die z. B. als Schraube, Keil, Exzenter oder Kniehebel ausgeführt sein kann, wird gewährleistet, dass der Spannwinkel (5) einen bestimmten Abstand zur Spannbacke (2) einhält und nicht auf diesem liegt, wenn sich die Spannbacke unterhalb der Drehachse befindet. Die Spannkraft wird durch das Feststellen der Arretiervorrichtung (4) realisiert. Da sich der Spannwinkel (5) bei größeren Kräften verformen würde, und damit eine eindeutige Anlage nicht mehr gewährleistet wäre, befindet sich an der Vorderseite des zweiten Schenkels des Spannwinkels (5) ein Winkelausgleichselement (6) (z. B. eine drehbar gelagerte Wippvorrichtung, ein Drehhebel oder ein ähnliches elastisches Teil). Dieses Winkelausgleichselement (6) hat die Aufgabe, die Auswirkungen der Verformung zu kompensieren.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung wird im Folgenden erläutert:
Das zu bearbeitende dünnwandige Rohr (7) wird auf etwas mehr als die doppelte Nutzlänge gekürzt und anschließend zwischen die Spannbacken (2) und die gelösten Spannwinkel (5) soweit geschoben, dass mehr als die Hälfte der Rohrlänge frei liegt und bearbeitet werden kann. Anschließend wird das Dreibackenfutter (1) soweit „geschlossen", dass das Rohr (7) zentriert, jedoch nicht deformiert wird. Das Dreibackenfutter (1) erfüllt somit nur die Aufgabe der Zentrierung.
Das eigentliche Spannen erfolgt durch das Feststellen der Arretiervorrichtung (4), wobei das dünnwandige Rohr (7) gegen die Spannbacken (2) gedrückt wird. Nun kann die eine Rohrhälfte sowohl an der Stirnfläche, als auch an den beiden Mantelflächen bearbeitet werden. Danach wird das bearbeitete Rohrstück zur Bearbeitung der anderen Rohrhälfte in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingespannt.
Aufgrund von Bearbeitungsungenauigkeiten entsteht in der Mitte des Rohres ein kleiner Absatz, der wiederum beim Teilen des Ausgangsrohres abgedreht werden kann. Im Ergebnis entstehen zwei vollständig bearbeitete dünnwandige Rohre (7).
Mit der vorliegenden Erfindung werden dünnwandige Rohre (7) von beiden Mantelseiten (innen und außen) gespannt und damit deformationsarm festgehalten. Mit ihr ist eine Außen-, Innen- und Planflächenbearbeitung dünnwandiger Rohre (7) mit kleinen Durchmessern (ab 12 mm Innendurchmesser) ohne Umspannung möglich. Bei größeren Rohrdurchmessern (ab 20 mm Innendurchmesser) erfolgt das Spannen mit drei Spannwinkeln (5). Dadurch können ausreichend große Haltekräfte erreicht werden.
Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisierbare Bearbeitungsgenauigkeit ist unabhängig von der eigentlichen Spannvorrichtung und wird allein durch das Dreibackenfutter (1) bestimmt. Dünnwandige Rohre (7) können auf einfache, kostengünstige Weise eingespannt und bearbeitet werden. Hierfür sind nur kurze Rüstzeiten erforderlich. Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ermöglicht eine gut durchführbare Qualitätsprüfung.

1: Dreibackenfutter
2: Spannbacke
3: Verdrehsicherung
4: Arretiervorrichtung
5: Spannwinkel
6: Winkelausgleichselement
7: dünnwandiges Rohr

Claims

Vorrichtung zum zentrischen deformationsarmen Spannen eines dünnwandigen Rohres (7) dadurch gekennzeichnet, dass zum Zentrieren des dünnwandigen Rohres (7) ein Dreibackenfutter (1) mit außen am dünnwandigen Rohr (7) angreifenden Spannbacken (2) vorgesehen ist und zur Erzeugung einer Gegenkraft zur Vermeidung von Deformationen jeder Spannbacke (2) ein Spannwinkel (5) mit zwei Schenkeln zugeordnet ist, welcher an der Innenseite des dünnwandigen Rohres (7) angreift, wobei jede Spannbacke (2) eine zur Längsachse des eingespannten dünnwandigen Rohres (7) senkrecht verlaufende Bohrung zur Aufnahme eines ersten Schenkels des Spannwinkels (5) aufweist und an dem nicht von der Spannbacke (2) aufgenommenen zweiten Schenkel, welcher in das dünnwandige Rohr (7) eingreift, ein Winkelausgleichselement (6) vorhanden ist, wobei mittels Arretiervorrichtungen (4) die Spannwinkel (5) gegen die Spannbacken (2) festgestellt werden können, um das dünnwandige Rohr (7) gegen die Spannbacken (2) zu drücken und damit zu spannen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein dünnwandiges Rohr (7) mit einem Innendurchmesser größer 20 mm gespannt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Spannwinkel (5) mit einer Verdrehsicherung (3) versehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Winkelausgleichselement (6) eine drehbar gelagerte Wippvorrichtung ist.
Verfahren zum zentrischen deformationsarmen Spannen eines dünnwandigen Rohres (7) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt das dünnwandige Rohr (7) zwischen die Spannbacken (2) des Dreibackenfutters (1) und die zweiten Schenkel der gelösten Spannwinkel (5) positioniert wird und in einem zweiten Schritt das Dreibackenfutter (1) soweit geschlossen wird, dass das dünnwandige Rohr (7) nur zentriert, jedoch nicht deformiert wird und in einem dritten Schritt mittels der Arretiervorrichtungen (4) die Spannwinkel (5) gegen die Spannbacken (2) festgestellt werden. und so das dünnwandige Rohr (7) gegen die Spannbacken (2) gedrückt und damit gespannt wird.