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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres sowie eine Klemmhalterung zur Durchführung des Verfahrens.
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Aus dem Stand der Technik ist unter anderem aus der
DE 2 234 825 A1 ein Verfahren bekannt, mit dem Kernbohrungen im Allgemeinen durchgeführt werden können. Dabei wird mit Hilfe eines Hohlbohrwerkzeugs wie einer Bohrkrone unter Stehenlassen eines inneren Werkstückkerns ein diesen Kern umgebender Hohlzylinder zerspant.
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Weitere Verfahren dieser Art sind durch die
US 2007/ 0 147 967 A1 und die
US 3 086 410 A bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, zylindrische Körper und/oder zylindrische Hohlkörper mit besonders großem Durchmesser in vereinfachter Art und Weise herstellen zu können.
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Die Aufgabe wird, ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art, durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient dementsprechend zur Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers, insbesondere eines Rohres. Gleichzeitig wird durch die Erfindung ermöglicht, einen zylindrischen Körper mit den gleichen Verfahrensschritten parallel zu fertigen.
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Das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung arbeitet dabei grundsätzlich mit einer zerspannenden Werkzeugmaschine, nämlich einer Drehmaschine bzw. Drehbank, in welche das Werkstück in eine Werkstückhalterung bzw. eine Einspannvorrichtung eingespannt wird und für den Bearbeitungsvorgang gedreht werden kann, während das Werkzeug selbst stillsteht. Es wird dazu ein zylindrisches Werkstück an einer Seite, die im Folgenden als Einspannseite bezeichnet wird, eingespannt. Die zum Werkzeug zeigende Seite wiederum wird entsprechend als Bearbeitungsseite bezeichnet.
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Als Werkzeug wird in der Drehmaschine ein Hohlbohrwerkzeug, insbesondere ein Kronbohrwerkzeug verwendet, welches Schneiden aufweist, die auf einem Kreis um die Drehachse angeordnet sind, sodass beim Vorschub des Werkzeugs in Richtung der Drehachse gegen das drehende Werkstück aus diesem ein Hohlzylinder zerspant bzw. herausgeschnitten wird.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird jedoch zunächst nur eine Sackloch-Aussparung aus dem Werkstück gedreht. Dies bietet den Vorteil, dass der Werkstückkern, der sich (beim ersten Bearbeiten) im Inneren des Kronbohrwerkzeug in Richtung zur Drehachse hin befindet, stehen bleibt und mit dem restlichen Werkstück, insbesondere dem den herausgespanten Hohlzylinder umgebenden Hohlzylinder noch an einem Ende zusammenhängt.
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Würde der Werkzeug-Vorschub stattdessen so weit geleistet, dass das Werkzeug das Werkstück entlang der Drehachse komplett durchdringt, würde der Kern des Werkstücks somit vollständig herausgelöst und wäre nicht mehr mit dem verbleibenden eingespannten Hohlzylinder des Werkstücks verbunden, sondern würde ohne jegliche Befestigung in dem stehenden Kronbohrwerkzeug und im Inneren der rotierenden Einspannvorrichtung bzw. im Inneren des rotierenden Werkstücks liegen. Sobald der Kern vollständig herausgetrennt wäre, würde er etwas nach unten gegen das Kronbohrwerkzeug absacken und aufgrund der Reibung mit dem Innenmantel des Kronbohrwerkzeugs in seiner Rotationsbewegung zunächst gebremst bzw. im Inneren der Hohlzylinder bei in der Regel vergleichsweise hoher Drehzahl schlagen. Erfindungsgemäß wird also verhindert, dass der Kern gegen das Werkzeug oder das Werkstück schlägt oder sich ganz löst und durch die Unwucht, die entsteht, da der Kern nicht mehr rotationssymmetrisch um die Drehachse gelagert ist, herausgeschleudert wird. Durch diese Maßnahme wird zunächst ein höheres Maß an Arbeitssicherheit gewährleistet. Zudem kann aber auch verhindert werden, dass das Werkstück, sowohl der eingespannte Hohlzylinder bzw. das Rohr als auch der zylindrische Kern beschädigt werden, wenn der Kern im sich drehenden Hohlzylinder bzw. in der sich drehenden Einspannvorrichtung zu schlagen beginnt.
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In diese Sackloch-Aussparung wird anschließend von der Bearbeitungsseite her bzw. an der Bearbeitungsseite eine Klemmhalterung eingeführt. Danach kann das Werkstück umgespannt werden, d.h. das Werkstück wird gedreht und die bisherige Bearbeitungsseite wird eingespannt, während die bislang eingespannte Seite zur Bearbeitungsseite wird. Anschließend wird ein zweiter Bearbeitungsschritt durchgeführt, bei dem das Werkstück wiederum gedreht und das Kronbohrwerkzeug gegen das Werkstück gefahren wird.
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Da das Werkstück lediglich umgedreht wurde, liegt die Achse des im ersten Bearbeitungsschritt zerspanten Hohlzylinders immer noch auf der Drehachse. Der noch nicht zerspante Teil in Verlängerung des herausgeschnittenen Hohlzylinders kann nun entfernt werden. Die zuvor erläuterten Nachteile sind demzufolge durch Einsetzen der Klemmhalterung beseitigt, denn die Klemmhalterung verspannt den Werkstückkern gegenüber dem Werkstück-Hohlzylinder, sodass der Kern in seiner Position verbleibt und nicht gegen das Werkzeug oder das Werkstück schlagen kann.
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Anschließend kann die Klemmhalterung entfernt werden, und man erhält zwei Werkstückteile, nämlich den zylindrischen Kern und einen Hohlzylinder bzw. ein Rohr. In vorteilhafter Weise eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere auch zum Einsatz bei großen Durchmessern, also Rohren mit einem Durchmesser von 300 mm und mehr. Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß möglich, zylinderförmige Körper mit sehr großer Tiefe voneinander zu trennen bzw. aus dem Werkstück auszuschneiden, nämlich insbesondere für Durchstoß-Tiefen bis zu 250 mm und mehr entlang der Drehachse.
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Trotz des Umspannvorgangs wird ein sehr präzises Arbeiten ermöglicht, zumal der zylindrische Werkstückkörper auch nach der Drehung immer noch sehr genau mit seiner Längsachse in Bezug auf die Drehachse der Werkzeugmaschine ausgerichtet werden kann.
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Bei dem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als Hohlbohrwerkzeug ein solches verwendet, das wenigstens zwei, insbesondere drei entlang der Drehachse hervorstehende Schneiden benutzt. Derartige Schneiden können sich z.B. aus jeweils einem Schneidaufnahmezahn zur Halterung eines Schneidaufsatzes und dem darin eingesetzten Schneidaufsatz zusammensetzen. Würde nur eine Schneide verwendet, würde zunächst das Werkstück im Wesentlichen nur an einem Punkt seitlich versetzt zur Drehachse belastet. Sind jedoch mehrere Schneidaufnahmezähne vorhanden, so wird das Werkstück an diesen Punkten gleichzeitig auf einem Kreis um die Drehachse herum bearbeitet, sodass die Belastung gleichmäßiger stattfindet. Zudem wird aber auch die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöht, wenn das Werkstück gleichzeitig an mehreren Stellen bearbeitet wird. Darüber hinaus wird jeder einzelne Schneidaufnahmezahn nicht so stark durch den Abrieb verschlissen, wenn die Bearbeitung auf mehrere Einzelwerkzeuge verteilt wird.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind auswechselbare Schneidaufsätze vorgesehen, um zu verhindern, dass nach dem Verschleiß einer oder mehrere Aufsätze die gesamte Bohrkrone bzw. das gesamte hohe Bohrwerkzeug ausgetauscht werden muss. Somit können in vorteilhafter Weise Kosten und Material eingespart werden. Wie bereits erwähnt, werden diese Schneidaufsätze in einem Schneidaufnahmezahn jeweils gehaltert.
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Die Schneiden der Schneidaufsätze bzw. die Schneidaufnahmezähne können in vorteilhafter Weise in gleichen Winkelabständen am Hohlbohrwerkzeug angeordnet werden. Auf diese Weise wird eine möglichst gleichmäßige Belastung bzw. Druckverteilung beim Vorschub des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück in Bezug auf die Drehachse geleistet. Insbesondere dann, wenn drei Schneidaufsätze vorgesehen sind, liegen diese entsprechend in einem Versatz von jeweils 120° zueinander, sodass das Werkstück relativ gleichmäßig in Richtung der Drehachse belastet wird und kein seitlich zur Drehachse versetztes Drehmoment am Werkstück angreift. Somit wird ein gleichmäßiger Bearbeitungsvorgang ermöglicht, durch den die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöht werden kann.
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Das Hohlbohrwerkzeug kann bei einer Ausführungsvariante der Erfindung so ausgestaltet sein, dass dessen Schneiden bzw. Schneidaufnahmezähne von einem ringförmigen Bund gehalten werden. Dies ermöglicht eine vollumfängliche Halterung des Hallborwerkzeugs und eine bessere Führung beim Eindringen in das Werkstück. Das Werkzeug insgesamt kann dadurch stabiler ausgebildet sein.
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Bei der besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist in Drehrichtung hinter den Schneidaufnahmezähnen jeweils ein Freischnitt vorgesehen, also ein Freiraum bzw. eine Aussparung im Werkzeug, in den abgehobene Späne aus dem Bearbeitungsbereich eindringen und besser abtransportiert werden können. Durch diese Maßnahme kann zum einen der Bearbeitungsvorgang beschleunigt werden, da sich das abgetragene Material nicht im Bearbeitungsbereich des Werkzeugs ansammelt und nach Unterbrechen des Bearbeitungsvorgangs entfernt werden muss. Zudem kann auch die Genauigkeit verbessert werden, da das störende abgetragene Material gleich abgeführt und entfernt wird und nicht den Zerspanungsvorgang behindert.
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Die Klemmhalterung wiederum ist in vorteilhafter Weise bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung so ausgebildet, dass sie den Kern des Werkstücks möglichst vollumfänglich um die Drehachse herum haltert. Darüber hinaus muss sie in den Freiraum in Form eines aufgeschnittenen Hohlzylinders passen. Schließlich sollte die Klemmhalterung nach Möglichkeit auch im eingesetzten Zustand in das Werkstück auch beim Drehen in der Werkzeugmaschine keine oder nur eine geringe Unwucht erzeugen. In vorteilhafter Weise kann dies dadurch erreicht werden, dass die Klemmhalterung eine zylindrische Grundform besitzt oder zumindest so ausgebildet ist, dass die Einhüllende zylindrisch ausgebildet ist. Die Klemmhalterung kann beispielsweise einen Aufbau aus einzelnen Streben aufweisen, der insbesondere ermöglicht, dass die Klemmhalterung durch Verstellen in der Aussparung verklemmten kann. Darüber hinaus ist ein solcher Aufbau in der Regel material- und gewichtssparend.
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In vorteilhafter Weise erfolgt das erste Bearbeiten vor dem Umspannen und vor dem zweiten Bearbeitungsschritt. Beim ersten Bearbeiten kann eine bereits vergleichsweise tiefe hohlzylinderförmige Aussparung ausgeschnitten werden auf diese Weise kann auch nach Einsetzen der Klemmhalterung noch etwas Platz gelassen werden zwischen dem Beginn der Klemmhalterung und dem noch im zweiten Bearbeitungsschritt zu zerspanenden restlichen Teil des Hohlzylinders, d.h. es wird das Risiko verringert, dass im zweiten Bearbeitungsschritt mit dem Hohlbohrwerkzeug die Klemmhalterung versehentlich beschädigt wird.
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Je nach Ausführungsform eignet sich das vorgeschlagene, erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für Bearbeitungsdurchmesser (Durchmesser bzw. mittlerer Durchmesser des Hohlbohrwergzeugs) von mindestens 100 mm, vorzugsweise mindestens 200 mm. Um am Ende ein Rohr bzw. einen Hohlzylinder und ein möglichst exakt gefertigten zylindrischen Kern zu erlangen, erfolgen erstes Bearbeiten vorzugsweise koaxial erfolgen.
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Je nach Ausführungsvariante kann das Werkstück einem Ausführungsbeispiel der Erfindung auf einer Länge von mindestens 250 mm entlang der Drehachse durchstochen werden, sodass in vorteilhafter Weise auch sehr große Rohre bzw. Zylinder ausgeschnitten werden können.
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Um das Einbringen der Klemmhalterung zu vereinfachen und eine möglichst effektive Klemmwirkung gewährleisten zu können, kann als Klemmhalterung eine solche verwendet werden, welche im Durchmesser verstellbar ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Klemmhalterung in die Sackloch-Aussparung eingebracht und lediglich im Durchmesser verändert werden, sodass sie zwischen Hohlzylinder und Vollzylinderkern klemmt. In vorteilhafter Weise können beispielsweise wenigstens sechs Klemmbacken vorgesehen sein, die paarweise zum Einklemmen in der Sackloch-Aussparung radial gegeneinander verstellbar sind, sodass eine gute Klemmwirkung mit geringer Unwucht entsteht. Denkbar ist auch, dass wenigstens teilweise kreisförmige Klemmbacken zum Einklemmen verwendet werden. Gegebenenfalls benötigt die die Klemmhalterung, gerade bei radialverstellbarer Klemmung, keinen zusätzlichen Platz, da sie grundsätzlich ohne Überstand in das Werkstück eingebracht werden kann.
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Ausführungsbeispiel
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend unter Angabe weiterer Einzelheiten und Vorteile näher erläutert.
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Im Einzelnen zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung aufeinanderfolgender Verfahrensabschnitte des Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung,
- 2: eine Schrägansicht eines verwendeten Hohlbohrwerkzeugs, sowie
- 3: eine Art Explosionsdarstellung der beiden erhaltenen Werkstückkörper und der dazwischen eingefügten Klemmhalterung gemäß der Erfindung.
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1 zeigt eine Darstellung einzelner Abschnitte A - E des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
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Schritt A:
- Zum Zeitpunkt des ersten Abschnitts A ist das Werkstück 1 gerade in die Einspannvorrichtung 2 einer Drehmaschine 3 eingespannt worden. Während die Einspannvorrichtung 2 zusammen mit dem Werkstück 1 um die Drehachse R rotiert, steht das Werkzeug 4 in Form einer Hohlbohrkrone fest.
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Das Werkzeug 4 wird sodann in Richtung des Werkstücks 1 bewegt, bis dessen Schneiden ein kreisförmiges Segment um die Drehachse R herum aus dem Werkstück 1 heraus zerspanen.
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Schritt B:
- Diese erste Bearbeitung ist in Situation B noch einmal dargestellt (das Werkzeug 4 wurde in der Zeichnung weggelassen). In dem Bearbeitungsabschnitt 5 umfasst das Werkstück 1 nunmehr einen äußeren Hohlzylinder 6, eine hohlzylinderförmige Aussparung 7 und einen Kern 8. Die zerspante Sackloch-Aussparung 7 erstreckt sich jedoch nicht in den der Drehmaschine 3 zugewandten Einspannabschnitt 9. Der Kern 8 ist somit immer noch fest mit dem Hohlzylinder 6 verbunden.
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Schritt C:
- Sodann wird in die hohlzylinderförmigen Aussparung 7 eine Klemmhalterung 10 eingebracht. Mit dieser wird der Kern 8 gegenüber dem äußeren Hohlzylinder 6 verspannt.
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Schritt D:
- Anschließend wird, wie in Situation D gezeigt, dass Werkstück 1 umgespannt, sodass der bisherige Einspannbereich 9 auf der dem Werkzeug 4 zugewandten Seite liegt und der bisherige Bearbeitungsbereich 5 zum neuen Einspannbereich wird, also der Drehmaschine 3 zugewandt ist. Dadurch, dass die Klemmhalterung 10 sodann im Einspannbereich liegt wird auch ein höheres Maß an Stabilität im eingespannten Bereich ermöglicht.
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Schritt E:
- Nach dem zweiten Bearbeitungsschritt sieht das Werkstück 1 so aus, wie es in Situation E gezeigt wird. Der äußere Hohlzylinder 6 und der Kern 8 sind lediglich über die Klemmhalterung 10 miteinander verbunden. Da der zerspante Hohlzylinder 7 durch das gesamte Werkstück 1 hindurch läuft, sind beide Teile 6 und 8 vollständig voneinander getrennt, sobald die Klemmhalterung 10 entnommen wurde.
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Eine Bohrkrone 4, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann, ist in 2 dargestellt. Sie umfasst drei Schneiden 12, 13, 14, die wiederum jeweils aus einem Schneidaufnahmezahn 15, 16, 17 und einem Schneidaufsatz 18, 19, 20 bestehen. Die Schneidaufsätze 18, 19,20 sind in entsprechende Aussparungen der Schneidaufnahmezähne 15, 16, 17 eingeschraubt und zusätzlich formschlüssig aufgenommen, sodass sie einen guten Halt trotz der hohen mechanischen Belastung beim Zerspanen besitzen. Die drei Schneiden 12, 13, 14 sind um die Drehachse R jeweils um 120° winkelversetzt angeordnet. Darüber hinaus sind Freischnitte 21, 22, 23 in Drehrichtung jeweils hinter den Schneiden 18, 19, 20 vorgesehen, sodass das zerspante Material sich darin sammeln und abgeführt werden kann, wobei die Bearbeitung nicht beeinflusst wird.
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3 wiederum zeigt die Klemmhalterung 10, die zwischen den Kern 8 und den äußeren Hohlzylinder 6 gespannt werden kann. Die Klemmhalterung 10 umfasst ein Gestell und kann hinsichtlich ihres Durchmessers größenvariabel zwischen den Kern 8 und den Hohlzylinder 6 geklemmt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkstück
- 2
- Einspannvorrichtung
- 3
- Drehmaschine
- 4
- Bohrkrone
- 5
- Bearbeitungsbereich (beim 1. Bearbeiten)
- 6
- Hohlzylindrischer Bereich
- 7
- Sackloch-Aussparung
- 8
- Kern
- 9
- Einspannbereich
- 10
- Klemmhalterung
- 11
- Ringförmiger Bund
- 12
- Schneide
- 13
- Schneide
- 14
- Schneide
- 15
- Schneidaufnahmezahn
- 16
- Schneidaufnahmezahn
- 17
- Schneidaufnahmezahn
- 18
- Schneidaufsatz
- 19
- Schneidaufsatz
- 20
- Schneidaufsatz
- 21
- Freischliff
- 22
- Freischliff
- 23
- Freischliff
- A
- Verfahrensschritt: eingespanntes Werkstück
- B
- Verfahrensschritt: erstes Bearbeiten
- C
- Verfahrensschritt: Einsetzen der Klemmhalterung
- D
- Verfahrensschritt: Umspannen
- E
- Verfahrensschritt: zweites Bearbeiten
- R
- Drehachse
