DE102012112189A1

DE102012112189A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Abstechen eines Rohrs

Info

Publication number: DE102012112189A1
Application number: DE102012112189.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Froböse
Original assignee: Sandvik Materials Technology Deutschland GmbH
Current assignee: Alleima GmbH
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2014-06-12
Also published as: WO2014090807A1; JP2016504204A; KR20150092327A; CN104903033A; BR112015013518A2; US20150321258A1; EP2931460A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine zum Abstechen eines Rohrs und zum Planen seiner Stirnflächen sowie ein Verfahren zum Abstechen und Planen eines Rohrs. Bei der Herstellung von Rohren, insbesondere durch Walzen oder Ziehen, müssen die fertigen Rohre zu irgendeinem Zeitpunkt abgestochen werden. Für viele Anwendungen ist es erforderlich, dass die Stirnflächen eines jeden abgestochenen Rohrabschnitts eine hohe Oberflächengenauigkeit und Planität aufweisen. Die bekannten Verfahren erweisen sich deshalb als nachteilig, da sie eine Reihe von getrennten Arbeitsschritten nach dem Entnehmen des fertigen Rohrs aus der Walzstraße erfordern. Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bearbeitungsmaschine und ein Verfahren bereitzustellen, die es ermöglichen, ein fertiges Rohr in wirtschaftlicher Weise abzustechen und endzubearbeiten. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Bearbeitungsmaschine zum Abstechen eines Rohrs und zum Planen seiner Stirnflächen vorgeschlagen mit einer ersten Spanneinrichtung für ein zu bearbeitendes Rohr, einer zweiten Spanneinrichtung für das zu bearbeitende Rohr, einem Werkzeughalter zur Aufnahme eines Abstechwerkzeugs und einem Werkzeughalter zur Aufnahme eines Planwerkzeugs, wobei der erste und der zweite Werkzeughalter motorisch angetrieben um eine Drehachse drehbar sind, wobei zumindest die erste oder die zweite Spanneinrichtung in einer Richtung parallel zur Drehachse des ersten und zweiten Werkzeughalters motorisch angetrieben bewegbar ist, wobei zumindest der erste Werkzeughalter motorisch angetrieben in einer Richtung senkrecht zur Drehachse zustellbar ist und wobei der erste und der zweite Werkzeughalter so eingerichtet sind, dass die in den Werkzeughaltern aufnehmbaren Werkzeuge zwischen der ersten und der zweiten Spanneinrichtung mit dem zu bearbeitenden Rohr in Eingriff bringbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine zum Abstechen eines Rohrs und zum Planen seiner Stirnflächen sowie ein Verfahren zum Abstechen und Planen eines Rohrs.
Bei der Herstellung von Rohren, insbesondere durch Walzen oder Ziehen, müssen die fertigen Rohre zu irgendeinem Zeitpunkt abgelängt werden. Dieses Ablängen von Rohren wird allgemein als Abstechen bezeichnet. Beim Abstechen eines Rohres wird dieses in zwei Rohrabschnitte geteilt.
Für viele Anwendungen ist es erforderlich, dass die Stirnflächen eines jeden fertig abgelängten Rohrabschnitts eine hohe Oberflächengenauigkeit und Planität aufweisen. Besondere Anforderungen an die Oberflächeneigenschaft, insbesondere Planität, der Stirnflächen eines Rohres, sind an solche Rohrabschnitte zu stellen, die später durch Orbitalschweißen miteinander verbunden werden sollen.
Es ist daher bekannt, dass Rohre nach dem fertigen Walzen oder Ziehen, d.h. der Reduzierung ihres Innen- und/oder Außendurchmessers auf das erforderliche Nennmaß, außerhalb der Walzanlage zunächst in einer ersten Maschine abgestochen werden und dann ihre Stirn- bzw. Endflächen nachbearbeitet werden.
Die bekannten Verfahren erweisen sich deshalb als nachteilig, da sie eine Reihe von getrennten Arbeitsschritten nach dem Entnehmen des fertigen Rohrs aus der Walzstraße erfordern.
Dem gegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bearbeitungsmaschine und ein Verfahren bereitzustellen, die es ermöglichen, ein fertiges Rohr in wirtschaftlicher Weise abzulängen und endzubearbeiten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bearbeitungsmaschine zum Abstechen eines Rohrs und zum Planen seiner Stirnflächen gelöst mit einer ersten Spanneinrichtung für ein zu bearbeitendes Rohr, einer zweiten Spanneinrichtung für das zu bearbeitende Rohr, einem Werkzeughalter zur Aufnahme eines Abstechwerkzeugs und einem Werkzeughalter zur Aufnahme eines Planwerkzeugs, wobei der erste und der zweite Werkzeughalter motorisch angetrieben um eine Drehachse drehbar sind, wobei zumindest die erste oder die zweite Spanneinrichtung in einer Richtung parallel zur Drehachse des ersten und zweiten Werkzeughalters motorisch angetrieben bewegbar ist, wobei zumindest der erste Werkzeughalter motorisch angetrieben in einer Richtung senkrecht zur Drehachse zustellbar ist und wobei der erste und der zweite Werkzeughalter so eingerichtet sind, dass die in den Werkzeughaltern aufnehmbaren Werkzeuge zwischen der ersten und der zweiten Spanneinrichtung mit dem zu bearbeitenden Rohr in Eingriff bringbar sind.
Eine derart ausgestaltete Bearbeitungsmaschine ermöglicht es, das Abstechen eines Rohrs und das Planen seiner Stirnfläche auf ökonomische Weise in einer einzigen Maschine durchzuführen, wobei diese in einer Ausführungsform in eine Walzanlage oder eine Ziehanlage integrierbar ist.
Es versteht sich, dass die Drehachse der ersten und zweiten Werkzeughalter ein und dieselbe Drehachse ist, die im Betrieb der Maschine vorzugsweise mit der Symmetrieachse des zu bearbeitenden Rohrs zusammenfällt. Dazu sind dann insbesondere die Spanneinrichtungen so eingerichtet, dass sie das zu bearbeitende Rohr so einspannen, dass dessen Symmetrieachse mit der Drehachse des Werkzeughalters zusammenfällt.
Wenn in der vorliegenden Anmeldung von Richtungen parallel bzw. senkrecht zur Drehachse die Rede ist, so versteht es sich, dass dies gleichbedeutend ist mit Richtungen senkrecht bzw. parallel zur Symmetrieachse des zu bearbeitenden Rohrs. Es versteht sich weiterhin, dass wenn im Sinne der vorliegenden Anmeldung von Richtungen senkrecht bzw. parallel zur Drehachse die Rede ist, geringe Abweichungen von der Parallelen bzw. Senkrechten im Rahmen der für die Bearbeitung des Rohrs erforderlichen Toleranzen möglich sind.
Um die Funktionalität der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine sowie ihrer optionalen Merkmale besser verstehen zu können, wird diese anhand des mit der Bearbeitungsmaschine ausführbaren erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.
Die oben genannte Aufgabe wird nämlich auch durch ein Verfahren zum Abstechen eines Rohrs und zum Planen seiner Stirnflächen gelöst, das die Schritte aufweist: Einspannen eines ersten Rohrabschnitts eines Rohrs mit einer ersten Spanneinrichtung, Einspannen eines zweiten Rohrabschnitts des Rohrs mit einer zweiten Spanneinrichtung, Drehen eines Abstechwerkzeugs um eine mit einer Symmetrieachse des zu bearbeitenden Rohrs zusammenfallende Drehachse, Zustellen des Abstechwerkzeugs zwischen der ersten und der zweiten Spanneinrichtung in einer zur Symmetrieachse senkrechten Richtung auf das Rohr hin, Ineingriffbringen des Abstechwerkzeugs mit dem Rohr und Abstechen des Rohrs, sodass ein erster und ein zweiter Rohrabschnitt gebildet werden, Auseinanderbewegen des ersten und des zweiten Rohrabschnitts des abgestochenen Rohrs, Drehen eines Planwerkzeugs um die Drehachse, Bewegen des ersten Rohrabschnitts und des Planwerkzeugs relativ zueinander in einer Richtung parallel zur Drehachse aufeinander zu, Ineingriffbringen des Planwerkzeugs mit einer Stirnfläche des ersten Rohrabschnitts und Planen der Stirnfläche des ersten Rohrabschnitts, Bewegen des zweiten Rohrabschnitts und des Planwerkzeugs relativ zueinander in einer Richtung parallel zur Drehachse aufeinander zu, und Ineingriffbringen des Planwerkzeugs mit einer Stirnfläche des zweiten Rohrabschnitts und Planen der Stirnfläche des zweiten Rohrabschnitts.
Dabei ist es für die vorliegende Erfindung unerheblich, ob zunächst ein Planen der Stirnfläche des ersten Rohrabschnitts oder ein Planen der Stirnfläche des zweiten Rohrabschnitts erfolgt.
Das Einspannen des ersten und des zweiten Rohrabschnitts des zu bearbeitenden Rohrs mit jeweils einer ersten bzw. zweiten Spanneinrichtung dient dazu, während der Bearbeitung erst das gesamte Rohr und dann die beiden voneinander getrennten ersten und zweiten Rohrabschnitte zu fixieren. Da mindestens eine der ersten und zweiten Spanneinrichtungen motorisch angetrieben in einer Richtung parallel zur Drehachse bewegbar ist, ermöglichen es die Spanneinrichtungen, die Rohrenden des ersten und zweiten Rohrabschnitts nach dem vollständigen Abstechen des Rohrs auseinanderzufahren, um Platz für die nachfolgende Endbearbeitung der Stirnflächen des ersten und des zweiten Rohrabschnittes zu machen.
Eine motorisch angetriebene Spanneinrichtung ermöglicht es in einer Ausführungsform zudem, eine relative Zustellbewegung des zu bearbeitenden Rohrs und des Planwerkzeugs in axialer Richtung, d.h. parallel zur Drehachse des Werkzeughalters, auszuführen, ohne dass der Werkzeughalter selbst in axialer Richtung einen Vortrieb aufweisen müsste.
Weisen beide Spanneinrichtungen die Möglichkeit für eine motorisch angetriebene Bewegung parallel zur Drehachse der Werkzeughalter auf, so lassen sich die relativen Zustellbewegungen zwischen dem ersten in der ersten Spanneinrichtung aufgenommenen Rohrabschnitt und dem Planwerkzeug sowie zwischen dem zweiten in der zweiten Spanneinrichtung aufgenommenen Rohrabschnitt und dem Planwerkzeug ausführen.
Zusätzlich oder alternativ zu einem motorischen Antrieb beider Spanneinrichtungen in einer Richtung parallel zur Drehachse kann auch der zweite Werkzeughalter zur Aufnahme des Planwerkzeugs einen Antrieb für eine lineare Bewegung in einer Richtung parallel zur Drehachse aufweisen.
Wenn also im Sinne der vorliegenden Anmeldung von einem Zustellen des Planwerkzeugs in einer Richtung parallel zur Drehachse auf die Stirnfläche der Rohrabschnitte hin die Rede ist, so kann dieses Zustellen bewirkt werden entweder durch motorischen Antrieb des zweiten Werkzeughalters parallel zur Drehachse oder Bewegen des zu bearbeitenden Rohrabschnitts parallel zur Drehachse.
Im Betrieb der Bearbeitungsmaschine wird das an dem ersten Werkzeughalter aufgenommene Abstechwerkzeug um die Drehachse herumgedreht und gleichzeitig in einer zu der Drehachse senkrechten Richtung, d.h. in radialer Richtung, auf das abzustechende Rohr hin zugestellt. Dabei kommt das Abstechwerkzeug mit dem Rohr in Eingriff und das Rohr wird abgestochen, d.h. umfänglich durchtrennt. Durch das Durchtrennen des Rohrs entstehen zwei voneinander unabhängige Rohrabschnitte, von denen ein erster in der ersten Spanneinrichtung und ein zweiter in der zweiten Spanneinrichtung eingespannt sind.
Nach dem Abstechen durch Verändern des Abstands zwischen den beiden Spanneinrichtungen werden die beiden Rohrabschnitte auseinandergezogen, sodass zwischen ihren Stirnflächen genügend Platz entsteht, um das Planwerkzeug einzuführen.
Zum Planen der Stirnflächen der beiden Rohrabschnitte wird das Planwerkzeug um die Drehachse gedreht und gleichzeitig in einer Richtung parallel zur Drehachse auf die Stirnfläche wahlweise entweder des ersten oder des zweiten Rohrabschnitts oder aber gleichzeitig auf die Stirnflächen des ersten und des zweiten Rohrabschnitts zugestellt. Dabei kommt das Planwerkzeug mit der Stirnfläche in Eingriff und die Stirnfläche des Rohrabschnitts wird geplant. Abschließend wird das Planen für die Stirnfläche des anderen Rohrabschnitts wiederholt.
Es versteht sich, dass ein gleichzeitiges Planen der Stirnflächen des ersten und des zweiten Rohrabschnitts bevorzugt dadurch bewirkt wird, dass die Relativpositionen des ersten und des zweiten Rohrabschnitts zu dem Planwerkzeug durch eine gleichzeitige Zustellbewegung der beiden Spanneinrichtungen variiert wird. In einer derartigen Ausführungsform können die Werkzeughalter in einer Richtung parallel zu ihrer Drehachse ortsfest sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind der erste Werkzeughalter und der zweite Werkzeughalter so um die Drehachse drehbar eingerichtet, dass sie sich mit gleicher Winkelgeschwindigkeit drehen und einen konstanten Abstand voneinander in Umfangsrichtung aufweisen. Bei einer derartigen Ausführungsform ist es möglich, dass die Drehbewegung des ersten und des zweiten Werkzeughalters von einem einzigen gemeinsamen Antrieb bewirkt wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der erste Werkzeughalter und der zweite Werkzeughalter mit gleicher Zustellgeschwindigkeit in einer Richtung senkrecht zur Drehachse zustellbar. Auch eine solche Ausführungsform kann zweckmäßigerweise mit einem einzigen gemeinsamen Antrieb für die Zustellbewegung der beiden Werkzeughalter realisiert werden.
Insbesondere können beide Werkzeughalter an einem einzigen Maschinenelement oder Grundträger aufgenommen sein, wobei sie in Umfangsrichtung um einen Winkel von mindestens 90° und vorzugsweise von etwa 180° voneinander beabstandet sind.
Sind der erste Werkzeughalter und der zweite Werkzeughalter von jeweils einem gemeinsamen Antrieb in Drehrichtung und gegebenenfalls in Zustellrichtung angetrieben, und ist der erste Werkzeughalter mit einem Abstechwerkzeug verbunden und der zweite Werkzeughalter mit einem Planwerkzeug verbunden, so ist es zweckmäßig, wenn der erste Werkzeughalter mit dem Abstechwerkzeug und der zweite Werkzeughalter mit dem Planwerkzeug, gemessen in einer Richtung senkrecht zur Drehachse, so angeordnet sind, dass beim Zustellen der Werkzeughalter auf das zu bearbeitende Rohr zunächst das Abstechwerkzeug und erst dann das Planwerkzeug mit dem zu bearbeitenden Rohr in Eingriff kommt.
Diese Anordnung folgt der Logik, dass ein Planen der Stirnflächen der beiden abgestochenen, d.h. voneinander getrennten Rohrabschnitte erst nach dem Abstechen erfolgen kann.
Zusätzlich zum Planen der Stirnflächen kann das an dem zweiten Werkzeughalter aufnehmbare Planwerkzeug zum Fasen der Stirnflächen zumindest eines Rohrabschnitts dienen. Dazu wird vorzugsweise der radiale Abstand der in den Werkzeughaltern aufgenommenen Werkzeuge von der Drehachse so gewählt, dass das Planwerkzeug mit den beiden Rohrabschnitten in Eingriff kommt, noch während das Abstechwerkzeug mit dem Rohr bzw. den beiden Rohrabschnitten in Eingriff ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist in dem ersten Werkzeughalter ein Abstechwerkzeug aufgenommen.
Ein Abstechwerkzeug im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist beispielsweise eine Schneidplatte bzw. ein Schneideinsatz zur spanenden Bearbeitung mit einer definierten Scheidkante. Insbesondere ist als Abstechwerkzeug ein Drehmeißel geeignet.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist in dem zweiten Werkzeughalter ein Planwerkzeug aufgenommen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Planwerkzeug eine Schneidplatte bzw. ein Schneideinsatz, vorzugsweise eine Wendeschneiplatte, zur spanenden Bearbeitung mit einer definierten Scheidkante.
In einer Ausführungsform weist das Planwerkzeug eine obere und eine untere Fläche und sich zwischen der oberen und der unteren Fläche erstreckenden Seitenflächen auf. Dabei dient die untere Fläche als Anlagefläche und ist im eingebauten Zustand mit einer korrespondierenden Fläche des Werkzeughalters in Eingriff. Zwei gegenüberliegende Kanten zwischen jeweils einer Seitenfläche und der oberen Fläche bilden die Schneidkanten eines solchen Schneidwerkzeugs. Das Werkzeug wird so auf dem Werkzeughalter aufgenommen, dass beim Eingriff des Planwerkzeugs mit dem Werkstück die obere Fläche die Spanfläche des Werkzeugs bildet. In einer Ausführungsform ist die obere Fläche bzw. die Spanfläche konkav gekrümmt.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Bearbeitungsmaschine eine Kühleinrichtung mit mindestens einer Düse für flüssiges CO₂ auf, wobei die Düse so angeordnet ist, dass das flüssige CO₂ während des Betriebs der Vorrichtung das zu bearbeitende Rohr in der Umgebung des Eingriffs zwischen Rohr und Werkzeug kühlt und schmiert. Es versteht sich, dass die Kühleinrichtung neben der Düse auch eine entsprechende Leitungsanordnung und einen Vorrat für flüssiges CO₂ sowie die entsprechenden zugehörigen Regeleinrichtungen umfasst bzw. umfassen kann.
Erstaunlich ist, dass die Kühlung mit CO₂ auch eine Schmierung zwischen den Werkzeugen und dem Werkstück, d.h. dem Rohr bzw. den Rohrabschnitten, bewirkt, welche zu einer optimierten Oberflächenqualität der Stirnflächen der Rohrabschnitte führt. Daher ist es in einer Ausführungsform nicht erforderlich, außer dem CO₂ ein zusätzliches Schmiermittel zuzuführen.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird der zweite Werkzeughalter mit einem Planwerkzeug mit einer ersten und einer zweiten Schneidkante verbunden, wobei der zweite Werkzeughalter und das Planwerkzeug so eingerichtet sind, dass die erste Schneidkante mit einer Stirnfläche des ersten Rohrabschnitts des abgestochenen Rohrs in Eingriff bringbar ist und die zweite Schneidkante mit einer Stirnfläche eines zweiten Rohrabschnitts des abgestochenen Rohrs in Eingriff bringbar ist. Auf diese Weise können mit ein und demselben im zweiten Werkzeughalter aufgenommenen Planwerkzeug die einander gegenüberliegenden Stirnflächen des abgestochenen Rohrs endbearbeitet werden. Vorzugsweise kann diese Endbearbeitung der beiden Stirnflächen dabei gleichzeitig erfolgen.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Bearbeitungsmaschine zudem eine Steuerung auf, wobei die Steuerung so eingerichtet ist, dass sie den Betrieb der Bearbeitungsmaschine so steuert, dass diese die folgenden Schritte ausführt: Drehen des ersten und des zweiten Werkzeughalters um die Drehachse, Zustellen zumindest des ersten Werkzeughalters in einer Richtung senkrecht zur Drehachse und während des Drehens zum Abstechen des Rohrs, Bewegen zumindest der ersten und der zweiten Spanneinrichtung in einer Richtung parallel zur Drehachse, sodass sich der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Spanneinrichtung vergrößert, Bewirken einer Relativbewegung zwischen zumindest dem zweiten Werkzeughalter relativ zu der ersten Spanneinrichtung in einer ersten Richtung parallel zur Drehachse zum Planen einer Stirnfläche eines ersten Rohrabschnitts des abgestochenen Rohrs, Bewirken einer Relativbewegung zwischen zumindest dem zweiten Werkzeughalter relativ zu der zweiten Spanneinrichtung in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung zum Planen einer Stirnfläche eines zweiten Rohrabschnitts des abgestochenen Rohrs.
Zusammengefasst ist die Steuerung damit so eingerichtet, dass sie im Betrieb die Bearbeitungsmaschine so steuert, dass sie das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.
Dabei ist die Steuerung in einer Ausführungsform zweckmäßiger Weise so eingerichtet, dass sie die Relativbewegungen des zweiten Werkzeughalters relativ zu den ersten und zweiten Spanneinrichtungen gleichzeitig bewirkt, so dass beide Stirnflächen der beiden Rohrabschnitte gleichzeitig geplant werden.
In einer Ausführungsform ist die Steuerung darüber hinaus so eingerichtet, dass sie im Betrieb die Bearbeitungsmaschine so steuert, dass diese zusätzlich die folgenden Schritte ausführt: während des Zustellens des ersten Werkzeughalters in einer Richtung senkrecht zur Drehachse, Zustellen des zweiten Werkzeughalters in der gleichen Richtung und gleichzeitiges Ineingriffbringen des von dem ersten Werkzeughalter aufgenommenen Abstechwerkzeugs und des an dem zweiten Werkzeughalter aufgenommenen Planwerkzeugs mit dem abzustechenden Rohr.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren deutlich.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine.
2 zeigt eine schematische Seitenansicht der Bearbeitungsmaschine aus 1 mit einem darin eingespannten Rohr.
3 zeigt eine schematische Seitenansicht der Bearbeitungsmaschine aus den 1 und 2 beim Abstechen.
4 zeigt eine schematische Seitenansicht der Bearbeitungsmaschine aus den 1 bis 3 beim Auseinanderfahren der Rohrabschnitte.
5 zeigt eine schematische Seitenansicht der Bearbeitungsmaschine aus 1 bis 4 beim Eintauchen des Planwerkzeugs.
6 zeigt eine schematische Seitenansicht der Bearbeitungsmaschine aus 1 bis 5 beim Planen der Stirnfläche eines Rohrabschnitts.
7 zeigt eine schematische Seitenansicht der Bearbeitungsmaschine aus 1 bis 6 nach dem Beenden des Planens der Stirnfläche des ersten Rohrabschnitts.
8 zeigt eine schematische Seitenansicht der Bearbeitungsmaschine aus 1 bis 7 beim Übergang zur Bearbeitung der Stirnfläche eines zweiten Rohrabschnitts.
9 zeigt eine schematische Seitenansicht der Bearbeitungsmaschine aus 1 bis 8 beim Planen der Stirnfläche des zweiten Rohrabschnitts.
10 zeigt eine schematische Seitenansicht der Bearbeitungsmaschine aus 1 bis 9 nach dem Abschluss der Bearbeitung der Stirnfläche des zweiten Rohrabschnitts.
11 zeigt eine schematische Seitenansicht der Bearbeitungsmaschine aus 1 bis 10 nach dem Ausfahren der Werkzeuge.
12 zeigt eine schematische Seitenansicht der Bearbeitungsmaschine aus 1 bis 11 nach dem Entspannen der Rohrabschnitte.
13 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des Planwerkzeugs. In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische Elemente.
1 zeigt eine schematische seitliche Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine 1 zum Abstechen eines Rohrs sowie zum Planen der durch das Abstechen entstandenen Stirnflächen der getrennten Rohrabschnitte.
In der dargestellten Ausführungsform weist die Bearbeitungsmaschine 1 einen Spannzylinder 2 sowie einen Abgreifer 3 auf, die als erste und zweite Spanneinrichtungen für ein in der Maschine 1 zu bearbeitendes Rohr dienen. Sowohl der Abgreifer 3 ist mit Hilfe eines Motors 4 in einer Richtung 5 parallel zur Drehachse 9 der Werkzeughalter verfahrbar, als auch der Spannzylinder 2 ist mit Hilfe eines Antriebs 6 in einer Richtung 5 parallel zur Drehachse 9 verfahrbar. Weiterhin verfügt die Bearbeitungsmaschine 1 über einen Grundträger 7, der mit Hilfe eines Motorantriebs 8 um die Drehachse 9 herum drehbar angeordnet ist.
Der Grundträger 7 besteht im Wesentlichen aus einer zylindrischen Hülse 10 und aus zwei im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 9, d.h. in radialer Richtung von der Hülse 10, abstehenden Schenkeln 11, 12. Die Schenkel 11, 12 weisen in Umfangsrichtung einen Abstand von 180° voneinander auf, d.h. sie sind an gegenüberliegenden Seiten der Hülse 10 angeordnet. Jeder der Schenkel 11, 12 trägt einen Werkzeughalter.
Dabei wird im Folgenden der an dem Schenkel 11 befestigte Werkzeughalter 13 als erster Werkzeughalter bezeichnet. Mit diesem ist das eigentliche Abstechwerkzeug 14 austauschbar verbunden. An dem zweiten Schenkel 12 ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung der zweite Werkzeughalter 15 mit dem daran aufgenommenen Planwerkzeug 16 angeordnet. Beide Werkzeughalter 13, 15 sind über Linearführungen 17, 18 mit den Schenkeln 11 bzw. 12 verbunden. Auf diese Weise lassen sich die Werkzeughalter 13, 15 bzw. die mit diesen verbundenen Werkzeuge 14, 16 in radialer Richtung, d.h. in einer Richtung senkrecht zur Drehachse 9, auf ein in den Spanneinrichtungen 2, 3 aufnehmbares Rohr zustellen.
In der dargestellten Ausführungsform werden über ein geeignetes Getriebe beide Linearversteller 17, 18 von dem gleichen Motor 19 angetrieben.
Die hier gezeigte konkrete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine lässt demnach beide Werkzeuge 14, 16 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit und mit einem konstanten Abstand voneinander in Umfangsrichtung drehen, da beide Drehbewegungen durch den gleichen Motor 8 bewirkt werden. Zudem werden beide Werkzeuge 14, 16 gleichzeitig und mit gleicher Zustellgeschwindigkeit auf das Rohr zugestellt. Lediglich die Differenz im Abstand der beiden Werkzeuge 14, 16 von der Drehachse 9 entscheidet darüber, zu welchem Zeitpunkt welches der beiden Werkzeuge 14, 16 mit dem Werkstück, d.h. dem Rohr, in Eingriff kommt.
Die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung weist zudem eine Düse 20 auf, die über eine Zuführleitung 21 mit einem CO₂-Vorrat verbunden ist, sodass während der Bearbeitung das Werkstück im Eingriffsbereich gekühlt werden kann. Das zur Kühlung eingesetzte flüssige CO₂ dient auch der Schmierung zwischen Werkstück, d.h. dem Rohr, und den Werkzeugen und verbessert die Oberflächenqualität insbesondere der Stirnflächen der beiden getrennten Rohrabschnitte erheblich.
Die Funktionsweise und der Betrieb der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung 1 wird nun anhand der 2 bis 12, die einen vollständigen Abstech- und Planprozess gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, beschrieben. Die 2 bis 12 zeigen dabei zeitlich aufeinanderfolgende Momentansichten der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung im Betrieb.
Dabei sind der besseren Übersicht halber in den 2 bis 12 nur diejenigen Elemente der Vorrichtung 1 mit Bezugszeichen versehen, die zur Beschreibung des jeweiligen Prozessschrittes erforderlich sind.
In 2 ist in der Bearbeitungsvorrichtung 1 ein abzustechendes Rohr 22 aufgenommen. Dieses ist sowohl in dem Abgreifer 3 als auch in dem Spannzylinder 2 aufgenommen und eingespannt. Die beiden Werkzeughalter 13, 15 mit den darin aufgenommenen Werkzeugen 14 bzw. 16 rotieren von dem Antriebsmotor 8 angetrieben mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um das Rohr 22 bzw. dessen Symmetrieachse, welche mit der Drehachse 9 zusammenfällt.
Durch Zustellen der beiden Werkzeuge 14, 16 in radialer Richtung, d.h. auf die Drehachse 9 hin, kommt zunächst das Abstechwerkzeug 14 wie in 3 dargestellt mit dem Rohr in Eingriff und das Abstechwerkzeug 14 durchtrennt das Rohr 22, sodass dieses in einen ersten Rohrabschnitt 23 und einen zweiten Rohrabschnitt 24 geteilt wird.
Während das Abstechwerkzeug 14 noch mit dem Rohr bzw. dessen Abschnitten 23, 24 in Eingriff ist, tritt auch bereits das Planwerkzeug 16 mit diesen in Eingriff und fast diese.
Während des gesamten Abstechvorgangs, aber auch während dem späteren Planen der durch das Abstechen des Rohrs entstandenen Stirnflächen 25 bzw. 26 des ersten 23 bzw. des zweiten 24 Rohrabschnitts strömt durch die Düse 20 CO₂ auf das Rohr 22, 23, 24 im Abstechbereich. Nach dem erfolgreichen Abstechen, d.h. Durchtrennen des Rohrs 22, werden die beiden durch das Abstechen entstandenen Rohrabschnitte 23, 24, so wie in 4 dargestellt, sprunghaft auseinandergefahren bzw. geöffnet. Diese Öffnen geschieht durch Verfahren der Spanneinrichtungen 2, 3 mit Hilfe ihrer motorischen Antriebe 6, 4 in entgegengesetzten Richtungen. Dadurch vergrößert sich der Abstand zwischen den Stirnflächen 25, 26, sodass das Planwerkzeug 16 in den Spalt zwischen den beiden Rohrabschnitten 23, 24 eintauchen kann.
Das Eintauchen des Planwerkzeugs 16 in den Spalt zwischen den Rohrabschnitten 23 und 24 erfolgt durch weiteres Zustellen des Planwerkzeugs in radialer Richtung durch den motorischen Antrieb 19. Das Eintauchen des Planwerkzeugs in den Spalt zwischen den Rohrabschnitten 23 und 24 ist in 5 gezeigt.
Im Folgenden werden nun die Stirnflächen 26, 27 der Rohrabschnitte 23 und 24 geplant. Diese Endenbearbeitung ist in den 6 bis 11 zu sehen.
Da die Werkzeughalter 13, 15 keinen linearen Antrieb für eine Zustellbewegung in einer Richtung parallel zu ihrer Drehachse bzw. zur Symmetrieachse des Rohrs aufweisen, wird die erforderliche Zustellbewegung des Planwerkzeugs 16 relativ zu den Rohrabschnitten 23 bzw. 24 durch ein aktives motorgetriebenes Verfahren der Spanneinheiten 2, 3 bewirkt, wobei die Stirnflächen der Rohrabschnitte 23, 24 auf das Planwerkzeug 16 zubewegt werden, bis dieses mit den Stirnflächen in Eingriff tritt und bis die jeweilige Endenbearbeitung abgeschlossen ist.
6 zeigt die Bearbeitung der Stirnfläche des zweiten Rohrabschnitts 24, wobei der Abgreifer 3 durch den Motor 4 angetrieben auf das Planwerkzeug 16 zubewegt wird, sodass dieses mit der Stirnfläche 26 des zweiten Rohrabschnitts 24 in Eingriff kommt und diese Stirnfläche plant. Nachdem die Endenbearbeitung des zweiten Rohrabschnitts 24 abgeschlossen ist, wird dieses wieder von dem Planwerkzeug 16 entfernt, so wie dies in 7 gezeigt ist.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Planwerkzeug 16 eine rautenförmige Wendeschneidplatte mit Schneidkanten auf zwei Seiten der Wendeschneidplatte. Da die Schneidkanten der Wendeschneidplatte in radialer Richtung, d.h. in einer Richtung senkrecht zur Drehachse des Werkzeugs gegeneinander verschoben angeordnet sind, muss nach der Bearbeitung der Stirnfläche 26 des zweiten Rohrabschnitts 24 das Planwerkzeug 16 nochmals in Richtung auf die Drehachse hin zugestellt werden, damit die zweite Schneidkante mit der Stirnfläche 27 des ersten Rohrabschnitts 23 in Eingriff kommen kann. Der Zustand nach erneutem Zustellen des Planwerkzeugs 16 in radialer Richtung ist in 8 gezeigt.
In einem nächsten Schritte wird nun der in der ersten Spanneinrichtung 2 eingespannte erste Rohrabschnitt 23 mit Hilfe des Antriebs 6 auf das Planwerkzeug 16 zugestellt, sodass dieses mit der Stirnfläche 27 des ersten Rohrabschnitts 23 in Eingriff kommt und diese plant. Das Planen der Stirnfläche des ersten Rohrabschnitts 23 ist in 9 gezeigt.
Nachdem auch das Planen der Stirnfläche des ersten Rohrabschnitts 23 beendet ist, werden die beiden Rohrabschnitte 23, 24 wieder auseinandergefahren (siehe 10), sodass Platz besteht, um die Werkzeuge 14, 16 wie in 11 gezeigt aus dem Spalt zwischen den beiden Rohrabschnitten 23, 24 herauszufahren.
Abschließend werden wie in 12 gezeigt beide Rohrabschnitte 23, 24 entspannt, wobei der zweite Rohrabschnitt 24 mit dem Abgreifer 3 aus der Vorrichtung 1 entfernt wird, während der erste Rohrabschnitt 23 durch die Vorrichtung hindurchgeschoben wird, sodass dann nach Abmessen einer gewählten Länge das Rohr 23 erneut abgestochen werden kann.
Alternativ zu der Darstellung aus 6 und 9 kann das Planen der Stirnflächen 25, 26 der beiden Rohrabschnitte 23, 24 auch gleichzeitig erfolgen, wobei gleichzeitig beide Spanneinrichtungen für die Rohrabschnitte 23, 24 auf den zweiten Werkzeughalter 15 zugestellt werden.
In 13 ist eine Ausführungsform eines in dem zweiten Werkzeughalter 15 aufnehmbaren Planwerkzeugs 16 dargestellt. Bei dem Planwerkzeug 16 handelt es sich um einen Wendeschneideinsatz mit zwei Schneidkanten 27, 28 zur spanenden Bearbeitung der Rohrenden zweier Rohrabschnitte. Im Betrieb ist der Schneideinsatz 16 derart auf dem zweiten Werkzeughalter aufgenommen, dass die erste Schneidkante 27 das Rohrende eines ersten zuvor abgestochenen Rohrabschnitts bearbeiten kann und die zweite Schneidkante 28 einen zweiten Rohrabschnitt eines zuvor abgestochenen Rohrs bearbeiten kann. Zur Aufnahme des Schneideinsatzes 16 an dem zweiten Werkzeughalter weist das Werkzeug 16 ein zentrales Befestigungsloch 29 auf. Der Schneideinsatz verfügt ferner über eine untere Fläche bzw. Bodenfläche 30, die als Anlagefläche auf dem zweiten Werkzeughalter 15 dient und Seitenflächen 31, 32 welche die untere Fläche 30 mit einer oberen Fläche 33 verbinden. Die obere Fläche 33 ist in der dargestellten Ausführungsform konkav ausgestaltet. Der Schneideinsatz 16 ist so an dem zweiten Werkzeughalter aufnehmbar, dass beim Bearbeiten der Rohrenden die obere Fläche 33 als Spanfläche dient, auf der die Späne ablaufen.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisen“ nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel „eine“ oder „ein“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.
Bezugszeichenliste

1: Bearbeitungsmaschine
2: Spannzylinder
3: Abgreifer
4, 6, 8, 19: Motor
5: Richtung parallel zur Drehachse
7: Grundträger
9: Drehachse
10: zylindrische Hülse
11, 12: Schenkel
13: erster Werkzeughalter
14: Abstechwerkzeug
15: zweiter Werkzeughalter
16: Planwerkzeug
17, 18: Linearführungen/-versteller
20: Düse
21: Zuführleitung
22: Rohr
23: erster Rohrabschnitt
24: zweiter Rohrabschnitt
25, 26: Stirnflächen
27, 28: Schneidkanten
29: Befestigungsloch
30: Bodenfläche
31, 32: Seitenflächen
33: Spanfläche

Claims

Bearbeitungsmaschine (1) zum Abstechen eines Rohrs (22) und zum Planen seiner Stirnflächen mit einer ersten Spanneinrichtung für ein zu bearbeitendes Rohr (22), einer zweiten Spanneinrichtung für das zu bearbeitendes Rohr (22), einem ersten Werkzeughalter (13) zur Aufnahme eines Abstechwerkzeugs (14) und einem zweiten Werkzeughalter (15) zur Aufnahme eines Planwerkzeugs (16), wobei der erste (13) und der zweite (15) Werkzeughalter motorisch angetrieben um eine Drehachse (9) drehbar sind, wobei zumindest die erste oder die zweite Spanneinrichtung in einer Richtung parallel zur Drehachse (9) des ersten (13) und zweiten (15) Werkzeughalters motorisch angetrieben bewegbar ist, wobei zumindest der erste Werkzeughalter (13) motorisch angetrieben in einer Richtung senkrecht zur Drehachse (9) zustellbar ist und wobei der erste (13) und der zweite (15) Werkzeughalter so eingerichtet sind, dass die in den Werkzeughaltern (13, 15) aufnehmbaren Werkzeuge zwischen der ersten und der zweiten Spanneinrichtung mit dem zu bearbeitenden Rohr (22) in Eingriff bringbar sind.
Bearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkzeughalter (13) und der zweite (15) Werkzeughalter, vorzugsweise von einem gemeinsamen Antrieb angetrieben, so um die Drehachse (9) drehbar eingerichtet sind, dass sie sich mit gleicher Winkelgeschwindigkeit drehen und einen konstanten Abstand voneinander in Umfangsrichtung aufweisen.
Bearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkzeughalter (13) und der zweite (15) Werkzeughalter, vorzugsweise von einem gemeinsamen Antrieb angetrieben, mit gleicher Zustellgeschwindigkeit in einer Richtung senkrecht zur Drehachse (9) zustellbar sind.
Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkzeughalter (13) und der zweite (15) Werkzeughalter um einen Winkel von mindestens 90° und vorzugsweise von etwa 180° in Umfangsrichtung von einander beabstandet sind.
Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkzeughalter (13) mit einem Abstechwerkzeug (14) verbunden ist und der zweite Werkzeughalter (15) mit einem Planwerkzeug (16) verbunden ist, wobei der erste Werkzeughalter (13) mit dem Abstechwerkzeug (14) und der zweite Werkzeughalter (15) mit dem Planwerkzeug (16) gemessen in einer Richtung senkrecht zur Drehachse (9) so angeordnet sind, dass beim Zustellen der Werkzeughalter auf das zu bearbeitenden Rohr (22) zunächst das Abstechwerkzeug (14) und erst dann das Planwerkzeug (16) mit dem zu bearbeitenden Rohr (22) in Eingriff kommt.
Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kühleinrichtung mit mindestens einer Düse (20) für flüssiges CO₂ aufweist, wobei die Düse (20) so angeordnet ist, dass das flüssige CO₂ während des Betriebs der Vorrichtung das zu bearbeitende Rohr (22) in der Umgebung des Eingriffs zwischen Rohr (22) und Werkzeug kühlt.
Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Werkzeughalter (15) mit einem Planwerkzeug mit einer ersten und einer zweiten Schneidkante verbunden ist, wobei der zweite Werkzeughalter (15) und das Planwerkzeug (16) so eingerichtet sind, dass die erste Schneidkante mit einer Stirnfläche eines ersten Rohrabschnitts (23) des abgestochenen Rohrs (22) in Eingriff bringbar ist und die zweite Schneidkante mit einer Stirnfläche eines zweiten Rohrabschnitts (24) des abgestochenen Rohrs (22) in Eingriff bringbar ist.
Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuerung aufweist, wobei die Steuerung so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb die Bearbeitungsmaschine (1) so steuert, dass die Bearbeitungsmaschine (1) die folgenden Schritte ausführt: Drehen des ersten (13) und des zweiten Werkzeughalters (15) um die Drehachse (9), Zustellen zumindest des ersten Werkzeughalters (13) in einer Richtung senkrecht zur Drehachse (9) und während des Drehens zum Abstechen des Rohrs (22), Bewegen zumindest der ersten oder der zweiten Spanneinrichtung in einer Richtung parallel zur Drehachse (9), so dass sich der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Spanneinrichtung vergrößert, Bewirken einer Relativbewegung zwischen zumindest dem zweiten Werkzeughalter (15) relativ zu der ersten Spanneinrichtung in einer ersten Richtung parallel zur Drehachse (9) zum Planen einer Stirnfläche (25, 26) eines ersten Rohrabschnitts (23) des abgestochenen Rohrs (22), Bewirken einer Relativbewegung zwischen zumindest dem zweiten Werkzeughalter (15) relativ zu der zweiten Spanneinrichtung in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung zum Planen einer Stirnfläche (25, 26, 27) eines zweiten Rohrabschnitts (24) des abgestochenen Rohrs (22).
Bearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb die Bearbeitungsmaschine (1) so steuert, dass die Bearbeitungsmaschine (1) zusätzlich die folgenden Schritte ausführt: während des Zustellens des ersten Werkzeughalters (13) in einer Richtung senkrecht zur Drehachse (9) Zustellen des zweiten Werkzeughalters(15) in der gleichen Richtung und Ineingriffbringen eines in dem zweiten Werkzeughalter (15) aufgenommenen Planwerkzeugs (16) mit den Rohr (22) zum Fasen des Rohrs (22).
Verfahren zum Abstechen eines Rohrs (22) und zum Planen seiner Stirnflächen mit den Schritten Einspannen eines ersten Rohrabschnitts (23) eines Rohrs (22) mit einer ersten Spanneinrichtung, Einspannen eines zweiten Rohrabschnitts (24) des Rohrs (22) mit einer zweiten Spanneinrichtung, Drehen eines Abstechwerkzeugs (14) um eine mit einer Symmetrieachse des zu bearbeitenden Rohrs (22) zusammenfallende Drehachse (9), Zustellen des Abstechwerkzeugs (14) zwischen der ersten und der zweiten Spanneinrichtung in einer zur Drehachse (9) senkrechten Richtung auf das Rohr (22) hin, Ineingriffbringen des Abstechwerkzeugs (14) mit dem Rohr (22) und Abstechen des Rohrs (22), so dass ein erster (23) und ein zweiter (24) Rohrabschnitt gebildet werden, Auseinanderbewegen des ersten (23) und des zweiten (24) Rohrabschnitts des abgestochenen Rohrs (22), Drehen eines Planwerkzeugs (16) um die Drehachse (9), Bewegen des ersten Rohrabschnitts (23) und des Planwerkzeugs (16) relativ zueinander in einer Richtung parallel zur Drehachse (9) aufeinander zu, Ineingriffbringen des Planwerkzeugs (16) mit einer Stirnfläche des ersten Rohrabschnitts (23) und Planen der Stirnfläche des ersten Rohrabschnitts (23), Bewegen des zweiten Rohrabschnitts (24) und des Planwerkzeugs (16) relativ zueinander in einer Richtung parallel zur Drehachse (9) aufeinander zu, Ineingriffbringen des Planwerkzeugs (16) mit einer Stirnfläche des zweiten Rohrabschnitts (24) und Planen der Stirnfläche des zweiten Rohrabschnitts (24).