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Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Endbereichsbearbeitung eines nichtrotierenden Rohres mit einem rotierenden Werkzeugträger und wenigstens einer Spannvorrichtung für das Rohr.
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Bei dem allgemein bekannten Verfahren zur Herstellung von Rohrgewinden erfolgt das Gewindedrehen mit rotierendem Werkstück. Der Vorteil besteht in der einfachen, gut beherrschbaren Maschinenstruktur mit klarer funktioneller Trennung. Das angetriebene Werkstück realisiert die Hauptbewegung, während das Werkzeug die Vorschubbewegung und Zustellbewegung ausführt. Diese Realisierung stößt an ihre Grenzen, wenn sehr lange Rohre mit großem Durchmesser zu bearbeiten sind, die darüber hinaus eine große in Bewegung zu versetzende Masse besitzen. Letztere vergrößert sich durch die gleichfalls mitrotierende Werkstückaufnahme, die das Rohr unter der Wirkung der Beschleunigungskräfte und Bearbeitungskräfte betriebssicher halten muss. Zum Ende der Bearbeitung ist die eingetragene kinetische Energie der rotierenden Massen dem System wieder zu entziehen. Darüber hinaus bedingen die Rohrausgangstoleranzen eine inhomogene und nicht axialsymmetrische Massenverteilung, die erheblichen Schwierigkeiten hinsichtlich des Schwingungsverhaltens beziehungsweise der dynamischen Systemsteife verursachen kann. Unter diesen Bedingungen sind die geforderten Toleranzen an Gewinde und Dichtsitz auch bei sehr reichlich dimensionierten Spannmitteln und Führungen nur schwer einzuhalten.
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Alternativ zum Gewindedrehen mit rotierendem Werkstück können alle Bewegungen durch das Werkzeug ausgeführt werden, wobei das zu bearbeitende Rohr in seiner Werkstückaufnahme ruht. Die aus der Rotation des Werkstückes resultierenden Nachteile werden auf diese Weise beseitigt. Die Bearbeitung mit rotierendem Werkzeug, also mit ruhendem Rohr, ist ab einem Rohrdurchmesser von etwa 560 Millimeter die ausschließlich praktizierte Variante. Hierfür wird ein rotierender Werkzeugträger, welcher in axialer Richtung verfahren werden kann und dessen Werkzeug radial zustellbar ist, benötigt. Die radiale Werkzeugzustellung erfordert ihrerseits die hochpräzise Einkopplung einer Vorschubbewegung in das rotierende System. Zu diesem Zweck werden entweder spezielle mechanische Umlaufgetriebe mit Leistungsverzweigung eingesetzt oder es wird ein elektrischer Vorschubantrieb einschließlich der erforderlichen Längenmesstechnik in den rotierenden Werkzeugträger integriert. Die mechanischen Umlaufgetriebe als auch die im rotierenden System integrierten elektrischen Vorschubantriebe stellen sehr anspruchsvolle Werkzeugmaschinenkomponenten dar.
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Durch die Druckschrift
DE 101 60 031 A1 ist eine Vorrichtung zur Endenbearbeitung von rohrförmigen Körpern bekannt. Dabei wird eine angetriebene Hohlwelle eingesetzt. In einer ersten Variante weist der Werkzeugträger mehrere strahlenförmig verlaufende Geradführungen auf. Die Werkzeuge befinden sich auf direkt angetriebenen verfahrbaren Einrichtungen, die jeweils mit einem Positionsgeber verkoppelt sind. Der Linearantrieb ist dabei ein Bestandteil des Werkzeugträgers. In einer zweiten Variante sind verfahrbare Werkzeugschlitten vorhanden, die mit jeweils mit einem feststehenden Antrieb gekoppelt sind. Dazu sind in der Hohlwelle in radialer Richtung Schlittenantriebswellen gelagert. Das erste Ende jeder Schlittenantriebswelle endet an einem Ende der Hohlwelle für eine weitere Verbindung mit dem Werkzeugschlitten. Die anderen Enden sind in der Hohlwelle jeweils mit einem Stirnzahnrad so versehen, dass die Verzahnungen von außen zugänglich sind. In die Verzahnungen greifen innen und außen verzahntes Stirnräder ein, die weiterhin auf dem Umfang der Hohlwelle radial verschiebbar sind. Diese sind darüber hinaus über jeweils ein Planetenradgetriebe mit jeweils einem Antrieb verbunden, die jeweils feststehend sind.
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Die letzte Variante ist auch 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 bekannt, in der ein mechanisches Umlaufgetriebe eingesetzt wird.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 032 160 A1 beinhaltet eine Vorrichtung zur Endenbearbeitung von Werkstücken mit einem Trägermodul und einer Spannvorrichtung für das Werkstück. Die Werkzeuge aber auch Sensoren sind an Funktionsteilen als Mittel des Trägermoduls befestigt. Die Bewegung dieser Funktionsteile erfolgt gesteuert, wobei sich vorteilhafterweise eine Datenverarbeitungseinrichtung unter anderem auch als zentrale Steuerung an der Vorrichtung selbst oder davon entfernt und damit außerhalb der Bearbeitungszone platzierbar ist. Die Datenübertragung zum sich während der Bearbeitung drehenden Trägermodul erfolgt bereichsweise drahtlos und/oder einem Schleifringkontaktsystem.
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Die Herstellung eines Rohrgewindes umfasst neben der eigentlichen Gewindeherstellung die Bearbeitung der Rohrstirnseite, das Fasen sowie die Realisierung der Dichtkontur. Für ein Rohraußengewinde werden dabei bis zu sechs unterschiedliche Werkzeuge auf bis zu vier mit dem Werkzeugträger rotierende Achsen für die radiale Zustellung eingesetzt. Die genannten Maschinen eignen sich für die Rohraußengewindeherstellung, wobei dem mechanischen Umlaufrädergetriebe zur Einkopplung der Vorschubbewegungen in das rotierende System der Vorzug gegeben wird. In den rotierenden Werkzeugträger integrierte elektrische Vorschubantriebe können auch prinzipiell die vollständige Rohraußengewindeherstellung in einem Bearbeitungszyklus ohne Werkzeugwechsel und damit ohne zwischenzeitliches Anhalten des Werkzeugträgers gewährleisten. Für die Realisierung eines Innengewindes sind diese Lösungen weniger geeignet. Durch die geometrischen Verhältnisse und die daraus resultierenden Kräfte und Momente kann für die Bearbeitung jeweils nur rotierendes Werkzeug auf einer umlaufenden radialen Achse eingesetzt werden. Mehrere Werkzeugwechsel innerhalb eines Bearbeitungszyklus, die jeweils ein zwischenzeitliches Anhalten des Werkzeugträgers bedingen, werden notwendig und reduzieren die Produktivität.
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Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Endbereich von Rohren vorzugsweise Großrohren einfach und damit ökonomisch zu bearbeiten.
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Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Die Einrichtungen zur Endbereichsbearbeitung eines nichtrotierenden Rohres mit einem rotierenden Werkzeugträger und wenigstens einer Spannvorrichtung für das Rohr zeichnen sich insbesondere durch eine ökonomisch günstige Bearbeitung aus.
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Dazu weist der Werkzeugträger wenigstens einen geführt verfahrbaren Werkzeugdorn mit mehreren Werkzeugen auf, so dass ein Werkzeug in Richtung Rohrwand bewegbar ist. Das Rohr und/oder der Werkzeugträger und/oder der Werkzeugdorn ist/sind weiterhin geführt so verfahrbar, dass mittels eines der Werkzeuge der innere Endbereich oder der äußere Endbereich des Rohres bearbeitbar ist.
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Mittels der Einrichtungen ist es damit möglich, die Endbereiche von Rohren zu trennen, plan zu drehen und/oder mit einem Gewinde zu versehen.
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Bei der Herstellung von lösbaren Rohrverbindungen für die Erdöl- und Erdgasindustrie wird in den allermeisten Einsatzfällen das Verschrauben mittels direkt auf dem Rohr aufgebrachter Gewinde bevorzugt. Dabei weisen die Rohre entweder Außengewinde auf beiden Seiten auf, so dass sie durch eine Muffe mit Innengewinde verbunden werden können, oder es wird an einem Rohrendbereich ein Außengewinde und am gegenüberliegenden Endbereich des Rohres ein Innengewinde vorgesehen, womit das Verschrauben ohne zusätzliche Muffe möglich ist. Der steigende Bedarf an Rohren in der letztgenannten Ausführung, den sogenannten Integral Joint Tubing (IJ), ermöglicht eine wesentlich kompaktere Bohrlochverrohrung und deutliche Kosteneinsparungen.
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Die Belastungen, welche im Betrieb von der Rohrverbindung ertragen werden müssen, sind sowohl hinsichtlich des wirkenden Druckes als auch im Hinblick auf die von außen einwirkenden Kräfte und Momente sehr hoch. Gewinde und Dichtkonturen bestimmen die optimale Betriebsfestigkeit und die einwandfreie Abdichtung bei den zu erwartenden Einsatz- und Umgebungsbedingungen. Dazu sind hoch belastbare, dauerbetriebsfeste, leicht herstellbare und lösbare Verbindungen notwendig, welche das Festigkeitspotential des Rohrwerkstoffes ausnutzen sowie die Dichtfunktion allein durch geeignete Dichtkonturen im metallischen Kontakt und ohne zusätzliche Dichtungskomponenten ermöglichen. Dazu sind Gewinde und Dichtkanten mit einer sehr hohen Fertigungsgenauigkeit im Bereich von einem bis fünf Mikrometer sowie eine ausgezeichnete Oberflächenqualität in den Gewindeflanken und insbesondere an den Dichtkonturen vorzusehen.
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Vorteilhafterweise können diese Anforderungen durch die Einrichtung zur Endbereichsbearbeitung eines nichtrotierenden Rohres mit einem rotierenden Werkzeugträger und wenigstens einer Spannvorrichtung für das Rohr erfüllt werden. Beispielsweise sind so Rohrgewinde in einem Durchmesserbereich von 320 bis 816 Millimeter auf Rohre mit einer Länge von bis zu 18 Meter wirtschaftlich in Großserie aufbringbar.
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Die Einrichtung eignet sich insbesondere für die Innengewindeherstellung insbesondere an großen Rohren. Basis dafür ist der Werkzeugdorn, der ein Werkzeugträger für mehrere Werkzeuge ist. Dieser kann im Rohr positioniert und geführt werden, so dass eine Bearbeitung des Endbereichs der Rohres nacheinander mit einem Werkzeug ohne Werkzeugwechsel erfolgen kann. Natürlich kann der Dorn darüber hinaus auch für eine Außenbearbeitung des Endbereichs des Rohres verwendet werden. Damit ist eine universell einsetzbare Einrichtung zur Endbereichsbearbeitung von Rohren gegeben.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 14 angegeben.
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Der Werkzeugdorn ist ein mit einem Führungsschlitten drehbar verbundener linear geführter Werkzeugdorn des Werkzeugträgers. Weiterhin sind der Führungsschlitten an einen Antrieb zum Verfahren und der Werkzeugdorn an einen weiteren Antrieb zum Drehen gekoppelt. Darüber hinaus ist ein diametral angeordneter und linear synchron zum Führungsschlitten mit dem Werkzeugdorn bewegter Gegenstand als Ausgleichsmasse ein Bestandteil des Werkzeugträgers. Der Werkzeugdorn ist damit radial am Werkzeugträger verfahrbar. Der Führungsschlitten kann vorteilhafterweise mit einer Positionsmesseinrichtung gekoppelt sein, so dass dieser zur Bearbeitung lagegenau positionierbar ist. Die Werkzeuge sind über den Umfang des Werkzeugdorns verteilt angeordnet und mit diesem lösbar verbunden. Durch Drehen des Werkzeugdorns kann somit das entsprechende Werkzeug zur Bearbeitung ausgewählt werden. Mittels des als Ausgleichsmasse dienenden Gegenstands ist ein annähernder Massenausgleich im rotierenden Werkzeugträger geschaffen. Fliehkräfte werden weitestgehend kompensiert.
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Der Führungsschlitten ist/sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 in einer hydrostatischen Linearführung und/oder der Werkzeugdorn in einer hydrostatischen Drehführung geführt. Damit erfolgt eine hydrostatische Lagerung, wobei der unter Druck zugeführte Schmierstoff zur hydraulisch unterstützten Indexierung und Klemmung nutzbar ist.
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Der Werkzeugdorn ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 an exzentrisch zueinander angeordnete Drehführungen des Werkzeugträgers gekoppelt. Die Exzenter sind weiterhin entweder an Antriebe oder über ein Überlagerungsgetriebe an einen Antrieb gekoppelt.
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Durch ein definiertes Drehen der einzelnen Rotationsachsen der Exzenter kann der Werkzeugdorn und damit das Werkzeug innerhalb definierter Grenzen in jede beliebige radiale Lage gebracht werden. Falls die Exzenter eine gleiche Konstruktionsdichte haben, ergibt sich unabhängig von den jeweiligen Drehwinkeln der Achsen ein unverändert zentrisch liegender Massenschwerpunkt des Gesamtsystems auf dem rotierender Werkzeugträger. Die Rotationsachsen müssen deshalb nicht zwingend masseoptimiert gestaltet werden. Die Kompensation der Fliehkräfte beschränkt sich dabei allein auf die umlaufende Masse der Werkzeugaufnahme und kann unter Umständen ganz vernachlässigt werden. Bei Verwendung von drei Exzentern sind drei Rotationsachsen anzutreiben. Das kann mittels eines schnell laufenden, leistungsverzweigten Vorschubantrieb erfolgen, bei dem der Energiefluss vordergründig vom Vorschubantrieb zu den jeweiligen Rotationsachsen und nicht zwischen den letzteren stattfindet. Zur Reduzierung der Winkelgeschwindigkeit wird ein an jeder Rotationsachse angeordnetes zweistufiges Schneckengetriebe eingesetzt. Auf diese Weise werden die zu übertragenden Momente in Umlaufgetriebe, welches das benötigte Übertragungsverhalten zeigt, reduziert. Der Einfluss von sich fortpflanzenden, die Fertigungsgenauigkeit limitierenden Verzahnungsfehlern wird hierdurch ebenso gemindert. Darüber hinaus sind die zu erzeugende Linearbewegung und die Drehung der Rotationsachsen durch trigonometrische Funktionen derart verknüpft, dass in der äußeren beziehungsweise in der inneren Endlage der Linearachse zur Abbildung einer endlichen Zustellgeschwindigkeit theoretisch eine unendlich hohe Rotationsgeschwindigkeit in den Rotationsachsen zu fahren ist.
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Die exzentrisch zueinander angeordneten Drehführungen des Werkzeugträgers sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 teilweise oder vollständig hydrostatisch gelagert. Damit erfolgt eine hydrostatische Lagerung, wobei der unter Druck zugeführte Schmierstoff zur hydraulisch unterstützten Indexierung und Klemmung nutzbar ist.
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Die Exzenter sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 an den Antrieb oder die Antriebe so gekoppelt, dass zumindest die Massen der Exzenter und der Drehführungen ausgeglichen sind.
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Die Antriebe sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 für den Werkzeugdorn am Werkzeugträger oder gekoppelt über ein Getriebe an einem Gestell angeordnet. Bei letzterem erfolgt das mittels einer Hauptspindel, mit der der Werkzeugträger verbunden ist. Dazu sind in der Hauptspindel in radialer Richtung Schlittenantriebswellen gelagert. Das erste Ende jeder Schlittenantriebswelle endet an einem Ende der Hauptspindel für eine weitere Verbindung mit dem Werkzeugdorn. Die anderen Enden sind in der Hauptwelle jeweils mit einem Stirnzahnrad so versehen, dass die Verzahnungen von außen zugänglich sind. In die Verzahnungen greifen innen und außen verzahntes Stirnräder ein, die weiterhin auf dem Umfang der Hauptwelle radial verschiebbar sind. Diese sind darüber hinaus über jeweils ein Planetenradgetriebe mit jeweils einem Antrieb verbunden, die jeweils feststehend sind.
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Der Werkzeugdorn ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 ein während der Dauer der Bearbeitung mittels einer Fixiereinrichtung festgesetzter Werkzeugdorn.
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Der Werkzeugdorn ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 ein in seiner Länge veränderbarer Werkzeugdorn, wobei der Werkzeugdorn aus wenigstens einem führenden und einem geführten Teil besteht und der geführte Teil an einen Antrieb gekoppelt ist. Damit können auch lange Endbereiche des Rohres bearbeitet werden.
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Die Einrichtung zur Endbereichsbearbeitung eines nichtrotierenden Rohres weist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 mindestens eine wenigstens einen Oberflächenbereich des zu bearbeitenden Endbereichs des Rohres erfassende Messeinrichtung und eine Steuereinrichtung auf. Die Antriebe des Werkzeugdorns, des Werkzeugträgers und der Spannvorrichtung sowie die Messeinrichtung sind mit der Steuereinrichtung verbunden.
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Der Werkzeugdorn ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 mit einer Wegmesseinrichtung des Werkzeugträgers gekoppelt, die weiterhin mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Die Verbindung zur Datenübertragung kann berührungslos erfolgen, wobei induktive und/oder kapazitive und/oder optische und/oder funktechnische Übertragungen mit Sendern und Empfängern einsetzbar sind.
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Die Messeinrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 12 eine die Innenkontur und/oder die Außenkontur des Rohrendes und/oder des Rohrendbereichs erfassende Messeinrichtung, die Messeinrichtung mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Damit wird das Rohrende über wenigstens einen Antrieb mit der Spannvorrichtung und/oder einer mit dem Werkzeugträger verbundenen Hauptspindel zentriert oder werden die Werkzeuge über Antriebe entsprechend der Position des Rohrendes geführt bewegt.
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Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 13 ist eine Einrichtung zur Messung der Innenkontur und der Außenkontur des Rohrendes mit der Steuereinrichtung verbunden. Die Messeinrichtung ist eine die Innenkontur oder die Außenkontur des in der Spannvorrichtung angeordneten Rohres erfassende Messeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Dabei wird das Rohrende über wenigstens einen Antrieb mit der Spannvorrichtung und/oder einer mit dem Werkzeugträger verbundenen Hauptspindel zentriert oder werden die Werkzeuge über Antriebe entsprechend der Position des Rohrendes geführt bewegt.
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Die Steuereinrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 14 ein Datenverarbeitungssystem. Weiterhin sind die Antriebe über elektrische Leiter oder drahtlos mit dem Datenverarbeitungssystem verbunden oder Antriebe jeweils mit Mikrocomputern zusammengeschaltet. Letztere sind mit dem Datenverarbeitungssystem über elektrische Leiter oder drahtlos verbunden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 ein Werkzeugträger mit einem radial verfahrbaren Werkzeugdorn einer Einrichtung zur Endbereichsbearbeitung eines nichtrotierenden Rohres mit einem rotierenden Werkzeugträger,
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2 eine Vorderansicht eines Werkzeugträgers mit einem radial verfahrbaren Werkzeugdorn,
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3 eine Vorderansicht eines Werkzeugträgers mit exzentrisch zueinander angeordneten Drehführungen mit einem Werkzeugdorn,
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4 einen Werkzeugträger mit einem Werkzeugdorn mit Werkzeugen in einem Rohr,
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5 eine Einrichtung mit einer optischen Messeinrichtung für den Endbereich des Rohres,
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6 eine werkstückseitige Kompensation des Zentrierfehlers des Rohrendes und
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7 eine werkzeugseitige Kompensation des Zentrierfehlers des Rohrendes.
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Eine Einrichtung zur Endbereichsbearbeitung eines nichtrotierenden Rohres 8 besteht im Wesentlichen aus einem angetrieben rotierenden Werkzeugträger 1 mit einem geführt verfahrbaren Werkzeugdorn 2 mit mehreren Werkzeugen 3 und einer Spannvorrichtung für das Rohr 8.
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Der Werkzeugträger 1 ist an einer Hauptspindel befestigt, die in einem Gestell drehbar gelagert und an einen Antrieb gekoppelt ist. Eine derartige Anordnung ist allgemein bekannt und nicht gezeigt.
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Es zeigen
die 1 einen Werkzeugträger 1 mit einem radial verfahrbaren Werkzeugdorn 2 einer Einrichtung zur Endbereichsbearbeitung eines nichtrotierenden Rohres 8 mit einem rotierenden Werkzeugträger 1 und
die 2 eine Vorderansicht eines Werkzeugträgers 1 mit einem radial verfahrbaren Werkzeugdorn 2 in prinzipiellen Darstellungen.
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Der Werkzeugträger 1 weist den geführt verfahrbaren Werkzeugdorn 2 mit mehreren Werkzeugen 3 auf, so dass ein Werkzeug 3 in Richtung Rohrwand 9 bewegbar ist. Der Werkzeugdorn 2 ist dazu mit einem Führungsschlitten 4 drehbar verbunden und linear geführt. Dazu sind der Führungsschlitten 4 in einer hydrostatischen Linearführung und der Werkzeugdorn 2 in einer hydrostatischen Drehführung geführt. Weiterhin sind der Führungsschlitten 4 an einen Antrieb zum Verfahren und der Werkzeugdorn an einen weiteren Antrieb zum Drehen gekoppelt. Die Antriebe sind in den Darstellungen nicht gezeigt. Zum Masseausgleich kann ein diametral angeordneter und linear synchron zum Führungsschlitten 4 mit dem Werkzeugdorn 2 bewegter Gegenstand als Ausgleichsmasse vorgesehen sein.
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Die 3 zeigt eine Vorderansicht eines Werkzeugträgers 1 mit exzentrisch zueinander angeordneten Drehführungen mit einem Werkzeugdorn 2 in einer prinzipiellen Darstellung.
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Der Werkzeugdorn 2 ist in einer Ausführungsform an exzentrisch zueinander angeordnete Drehführungen des Werkzeugträgers 1 gekoppelt. Die Elemente 5, 6, 7 sind an Antriebe oder über ein Überlagerungsgetriebe an einen Antrieb gekoppelt. Die Elemente 6, 7 stellen dabei Exzenter dar. Die Darstellung der 3 zeigt ein Schema der seriellen Struktur von exzentrisch zueinander angeordneten Rotationsführungen zur Realisierung der Linearbewegung der hier virtuellen radialen Achse des Werkzeugdorns 2. Durch definiertes Drehen der einzelnen Rotationsachsen kann der Werkzeugdorn 2 innerhalb definierter Grenzen in jede beliebige radiale Lage gebracht werden. Wird davon ausgegangen, dass die Elemente 5, 6 und 7 die gleiche Konstruktionsdichte haben, so ergibt sich unabhängig von den jeweiligen Drehwinkeln der Achsen ein unverändert zentrisch liegender Massenschwerpunkt des Gesamtsystems auf dem rotierender Werkzeugträger 1. Die Rotationsachsen müssen deshalb nicht zwingend masseoptimiert gestaltet werden. Die Kompensation der Fliehkräfte beschränkt sich dabei allein auf die umlaufende Masse des Werkzeugdorns 2 mit den Werkzeugen 3 und kann unter Umständen ganz vernachlässigt werden. Als Antrieb kann ein schnell laufender und leistungsverzweigter Vorschubantrieb vorgesehen sein, bei dem der Energiefluss vordergründig vom Vorschubantrieb zu den jeweiligen Rotationsachsen und nicht zwischen den Letzteren stattfindet. Zur Reduzierung der Winkelgeschwindigkeit kann ein an jeder Rotationsachse angeordnetes zweistufiges Schneckengetriebe eingesetzt werden. Auf diese Weise werden die zu übertragenden Momente in Umlaufgetriebe reduziert, welches das benötigte Übertragungsverhalten zeigt. Der Einfluss von sich fortpflanzenden, die Fertigungsgenauigkeit limitierenden Verzahnungsfehlern kann hierdurch ebenso gemindert werden. Die exzentrisch zueinander angeordneten Drehführungen des Werkzeugträgers 1 sind teilweise oder vollständig hydrostatisch gelagert.
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Die 4 zeigt einen Werkzeugträger 1 mit einem Werkzeugdorn 2 mit Werkzeugen 3 in einem Rohr 8 in einer prinzipiellen Darstellung.
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Die Antriebe der Ausführungsformen zur Bewegung des Werkzeugdorns 2 können einzeln ausgeführt und Bestandteile des Werkzeugträgers sein. Antriebe für die Bewegungen des Werkzeugdorns 2 können am Gestell feststehende Antriebe sein. Dazu sind in der Hauptspindel in radialer Richtung Antriebswellen gelagert. Das erste Ende jeder Antriebswelle endet an einem Ende der Hauptspindel für eine weitere Kopplung zur Bewegung des Werkzeugdorns 2. Die anderen Enden sind in der Hauptspindel jeweils mit einem Stirnzahnrad so versehen, dass die Verzahnungen dieser Stirnzahnräder von außen zugänglich sind. In die Verzahnungen greifen innen und außen verzahnte Stirnräder ein, die weiterhin auf dem Umfang der Hauptspindel radial verschiebbar sind. Diese sind darüber hinaus über jeweils ein Planetenradgetriebe mit jeweils einem Antrieb verbunden, die jeweils feststehend sind. Eine derartige Getriebeanordnung ist bekannt und deshalb nicht gezeigt.
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Die 5 zeigt eine Einrichtung mit einer optischen Messeinrichtung für den Endbereich des Rohres 8 in einer prinzipiellen Darstellung.
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Die Einrichtung zur Endbereichsbearbeitung eines nichtrotierenden Rohres 8 weist mindestens eine wenigstens einen Oberflächenbereich des zu bearbeitenden Endbereichs erfassende Messeinrichtung auf. Das kann vorteilhafterweise ein Lasermesssystem 10 sein, welches axial durch das Zentrum des Werkzeugträgers 1 eingefahren werden kann, so dass dessen Strahlengang den zu referenzierende Oberflächenbereich auf der Rohrinnenseite erreicht. Das Lasermesssystem 10 kann dabei entweder um die Rotationsachse des Werkzeugträgers 1 gedreht werden oder die Vermessung erfolgt mit einem mehrstrahligen und nicht rotierenden Lasermesssystem 10. Die zeitweise Beeinflussung des Strahlenganges durch das rotierende Werkzeug 3 ist letztlich unschädlich, da die Winkellage bekannt ist und somit die Messdaten aus dem temporär gestörten Winkelsegment aus der Auswertung herausgefiltert werden können. Der beispielsweise so ermittelte Zentrierfehler kann entweder werkstückseitig oder werkzeugseitig kompensiert werden. Dazu ist die Messeinrichtung mit einer Steuereinrichtung verbunden. Die Steuereinrichtung ist weiterhin mit den Antrieben für den Werkzeugdorn 2, den Werkzeugträger 1 und der Spannvorrichtung 11 verbunden. Der Werkzeugdorn 2 ist dazu mit einer Wegmesseinrichtung gekoppelt.
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Die 6 zeigt eine werkstückseitige Kompensation des Zentrierfehlers des Rohrendes in einer prinzipiellen Darstellung.
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Ein Zentrieren des toleranzbehafteten Rohres 8 zur Rotationsachse des Werkzeugträgers 1 kann auf der Grundlage einer optischen Vermessung des Innendurchmessers im Bereich des herzustellenden Gewindes erfolgen. Eine werkstückseitige Kompensation sieht beabstandet zum Bearbeitungsbereich eine erste feststehende Spanneinrichtung 11 vor. Danach erfolgt das Spannen am zu bearbeitenden Rohrende durch eine zweite Spanneinrichtung 12. Das so festgesetzte Rohr 8 wird nun durch die mittig angeordneten Spanneinrichtungen 13, 14 gesichert. Diese sind dazu zunächst schwimmend gelagert, um den aus den Toleranzen des Rohres 8 resultierenden radialen Abweichungen zwangsfrei folgen zu können. Für eine messtechnische Erfassung des Zentrierfehlers wird die schwimmende Lagerung der mittleren Spanneinrichtungen 13, 14 festgesetzt. Ist der Zentrierfehler mit Winkel und Betrag ermittelt, wird zunächst die schwimmende Lagerung der mittleren Spanneinrichtungen 13, 14 vorübergehend frei gegeben. In diesem Einspannzustand wird die zweite Spanneinrichtung 12 um den quantifizierten Fehlerbetrag diametral zum detektierten Zentrierfehler verfahren und gesichert. Mit dem Festsetzen der schwimmenden Lagerung der mittleren Spanneinrichtungen 13, 14 ist der Zentriervorgang abgeschlossen.
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Die 7 zeigt eine werkzeugseitige Kompensation des Zentrierfehlers des Rohrendes in einer prinzipiellen Darstellung.
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Alternativ dazu erfolgt eine werkzeugseitige Zentrierfehlerkompensation, in dem die radiale Achse drehwinkelabhängig um den detektierten Zentrierfehler verfahren und das Werkzeug 3 auf einer definiert exzentrisch gesteuerten Kreisbahn geführt wird.
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Die Messeinrichtung kann in einer weiteren Ausführungsform eine die Innenkontur und/oder die Außenkontur des Rohrendes und/oder Rohrendbereichs erfassende Messeinrichtung sein. Die Messeinrichtung ist dazu mit der Steuereinrichtung verbunden, wobei das Rohrende über wenigstens einen Antrieb mit der Spannvorrichtung und/oder einer mit dem Werkzeugträger 1 verbundenen Hauptspindel zentriert wird oder die Werkzeuge 3 über Antriebe entsprechend der Position des Rohrendes geführt bewegt werden.
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Darüber hinaus kann eine Einrichtung zur Messung der Innenkontur und der Außenkontur des Rohrendes und/oder Rohrendbereichs mit der Steuereinrichtung verbunden sein. Die Messeinrichtung ist dazu eine die Innenkontur oder die Außenkontur des in der Spannvorrichtung angeordneten Rohres erfassende Messeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Dabei wird das Rohrende über wenigstens einen Antrieb mit der Spannvorrichtung und/oder einer mit dem Werkzeugträger 1 verbundenen Hauptspindel zentriert oder die Werkzeuge 3 werden über Antriebe entsprechend der Position des Rohrendes geführt bewegt.
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Die Steuereinrichtung kann ein bekanntes Datenverarbeitungssystem sein. Die Antriebe sind über elektrische Leiter oder drahtlos mit dem Datenverarbeitungssystem verbunden. Einzelne Antriebe, miteinander verbundene Antriebe oder die Antriebe können mit Mikrocomputern zusammengeschaltet sein, die mit dem Datenverarbeitungssystem über elektrische Leiter oder drahtlos verbunden sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10160031 A1 [0004]
- DE 19921919 C2 [0005]
- DE 102005032160 A1 [0006]
