DE1552267C3 - Vorrichtung zum Fräsen und Bohren von Nuten und Senklöchern in die Innenwandung von Rohren - Google Patents

Description

Bei einer anderen Vorrichtung zur Bearbeitung der Innenwandung von Rohren ist weiterhin eine radial zur Bohrachse verstellbare Fräserspindel mit Fräser bekannt, bei der die Verstellung mittels eines im Fräsfutter untergebrachten Getriebes erfolgt, wie das bei Rohrinnenfräsmaschinen üblich ist (USA.-Patentschrift 1852601).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Fräsen und Bohren von Nuten und Senklöchern in die Innenwandung von Rohren so auszubilden, daß Einfräsungen in jeder beliebigen geometrischen Form an jeder Stelle der Innenwandung des Rohres leicht und genau herstellbar sind. Darüber hinaus soll dann auch noch die Anzahl von Führungsschablonen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der entsprechend unterschiedlich zu fräsenden Formen vermindert werden und somit die Lagerhaltung der Fräserführungsschablonen vereinfacht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Lager für die Zentrier- und Führungshülse des Einschubes als ein in die Zentrier- und Führungshülse einschiebbarer Zentrier- und Führungsbolzen ausgebildet ist, welcher in das zu bearbeitende Rohr einschiebbar und dort mittels eines Spreizdornes des Einspannlagers feststellbar ist, und daß ein die Fräserspindel aufnehmendes Turbinenfräsergehäuse radial zur Rohrachse gegen die Wirkung von Rückholfedern durch Gegeneinandergleiten von Steuerrampen verschiebbar ist, und daß der Steueransatz in Form eines Steuerdornes an dem dem Einspannlager abgewandten Ende der Zentrier- und Führungshülse angeordnet ist.

Das Turbinenfräsergehäuse ist nach einer weiteren Ausbildung in einer entsprechenden Lagerkammer des Einschubes gelagert, der im Bereich vom Fräser bis zu einem Handanschlag als Rohrkörper ausgebildet und in' einer peripheren Längsnut einen Steuerschieber trägt, der mit der Steuerrampe auf das Turbinenfräsergehäuse gegen die Rückholfedern wirkt.

Eine genaue Einstellung der Frästiefe läßt sich dadurch erreichen, daß der Steuerschieber im Bereich des Handanschlages eine Mikrometergewindeverzahnung aufweist, welche mit einer auf den Handanschlag aufgebrachten Mikrometermutter in Eingriff steht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das zu lagernde Teil des Einspannlagers als loses Spannfutter mit gegen die Prüfrohrmündung gerichteten Anschlagkragen und mit radial sich anlegenden Spreizfingern ausgebildet, und das spannende Innenteil des Einspannlagers ist als konische, von den Spreizfingern umfaßte und den Zentrier- und Führungsbolzen unverrückbar enthaltende Spannhülse ausgestaltet, und es ist eine gewindebolzenartige Erweiterung der Spannhülse mit einer darauf geschraubten, frei gegen den Anschlagkragen des Spannfutters reibenden, Spannmutter vorgesehen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Einschubteil mit dem Fräser frei in allen Richtungen, d. h., sowohl in Längsrichtung als auch in Umfangsrichtung auf dem Zentrier- und Führungsbolzen im Hohlkörper bewegt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der in das zu bearbeitende Prüfrohr eingesetzten erfindungsgemäßen Vorrichtung, teilweise aufgebrochen, Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Justierbank mit aufgespanntem Prüfrohrersatzkörper, der zum Einjustieren einer Fräserführungsschablone dient, und

Fig. 3 bis 5 verschiedene Drehlagendarstellungen eines zu bearbeitenden Rippenrohres.

In F i g. 1 ist das zu bearbeitende Rippenrohr 1 dargestellt, welches einen Innendurchmesser von 24 mm, einen Außendurchmesser von 28 mm über den Rippen und eine Länge von 300 mm aufweist. Das Rohr besitzt an seiner Außenseite 24 Rippen von 1 mm Breite und 1 mm Höhe, welche schraubenlinienförmig mit einer rechtsläufigen Steigung von einem Umlauf auf 1200 mm Rohrlänge umziehen. Die Nutbreite zwischen den Rippen beträgt ca. 0,8 mm. ·

Wie in F i g. 1 ersichtlich, ist die Vorrichtung zum Fräsen und Bohren von Nuten und Senklöchern bereits in das Rippenrohr eingesetzt. Für die Bearbeitung werden das Rohr mit Vorrichtung in der in F i g. 1 dargestellten-Montur in die Justierbank gemäß Fi g. 2 eingespannt.

Die Vorrichtung ist gemäß Fig. 1 zweiteilig aus dem Einspannlager 2 mit Zentrier- und Führungsbolzen 3, und dem handgeführten Einschub 4 mit Zentrier- und Führungshülse 5 am Kopfende augebaut. Es enthält in Querlage zur Rohrachse 6 den tiefengesteuerten Turbinenfräser 7 und trägt am Handanschlagsende den Steuerdorn 8.

Im einzelnen besteht das Einspannlager aus drei losen Teilen, nämlich dem Spannfutter 2a mit den sechs Spreizfingern Ib (lagernder Teil), der konischen, von den Spreizfingern umfaßten, Spannhülse 2 c, welche am auswärtigen Ende in einen Gewindebolzen Zd übergeht, und der Spannmutter 2e. Die Spannmutter gelangt lose am Anschlagkragen 2/ des Spannfutters zum Anschlag. Der Anschlagkxagen liegt ebenfalls lose gegen den Rand des zu bearbeitenden Rohres an. Im Ubergangsteil zwischen Anschlagkragen und Spreizfingern besitzt das Spannfutter eine ringförmige Anschlagsfläche 2g und ist stufenförmig gegen die Spreizfinger abgesetzt. Dadurch wird in radialer Richtung der notwendige Spielraum für die Bewegung der Spreizfinger gewonnen.

In das Innere der Spannhülse 2 c ist der weiter oben genannte Zentrier- und Führungsbolzen 3 fest eingebettet. Als Einbettungsmaterial dient elektrisch isolierendes Material. Eine Glaskugel 2h am Boden der Spannhülse zentriert den Bolzen bei Herstellung der Einbettung durch Eingriff in die konische Ausdrehung 2 z des Bolzens.

Der handgeführte Einschubteü 4 des Gerätes besteht aus dem Rohr körper 4 a der bis zur Fräserturbine Ta hohl ist und in die Zentrier- und Führungshülse 5 übergeht. Der Rohrkörper weist eine Anschlagschulter 4i> für den Anschlag an der Justierbank sowie eine trapezförmig ausgeschnittene Längsnut 4c auf. Letztere erstreckt sich entlang einer Mantellinie von der erwähnten Anschlagschulter bis zum Turbinengehäuse Ib. In der Längsnut ist der Steuerschieber 4d gelagert. Er trägt an der Oberseite im Bereich des Handanschlages eine Mikrometergewindeverzahnung Ae. Mit der Verzahnung kämmt die Mikrometermutter 4/ wobei sie auf der einen Seite gegen den Wulst 4g des Rohrkörpers anliegt und auf der anderen Seite

65' durch den Ring Ah gesichert ist. Wird die Mutter gedreht, so bewegt sich der Steuerschieber in Längsrichtung vor oder zurück und stellt mit seiner Steuerrampe Ai am vorderen Ende die Tiefenlage des Turbinenfrä-

sers ein.

Das Turbinengehäuse Ib ist lose und radial verstellbar auf den beiden Blattfedern lc, Id abgestützt. Die Blattfedern sind in Aussparungen des Rohrkörpers Aa und der Zentrier- und Führungshülse 5 mittels Schrauben Ie befestigt. Sie liegen dem erwähnten Steuerschieber diametral gegenüber. Weiter ist das Turbinengehäuse in seiner Lagerkammer 7/ verdrehungssicher über eine nicht dargestellte Nut-Feder-Eingriffsverbindung gelagert. Es weist an der dem Fräser 7 abgekehrten Seite eine Steuerrampe 7g auf, welche mit der Steuerrampe 4/ des Steuerschiebers in Berührung steht. Durch die beim Gegeneinandergleiten der Rampen entstehende Druckkraft wird das Turbinengehäuse (und damit der Fräser) gegen die Kraft (oder mit der Kraft) der Blattfedern in Richtung auf die Innenwandung des zu bearbeitenden Rohres (oder von ihr fort) verschoben. Auf diese Weise werden Fräsdruck und Frästiefe gesteuert.

Die Frästurbine erhält ihr Antriebsmittel (Druckluft mit ausgesaugtem Schmiermittel) durch die Zu- und Abführleitungen lh, Ii, welche durch die Längsbohrung 4/ des Einschubes verlegt sind.

An der Längsnut 4 c ist auch der bereits weiter oben erwähnte Steuerdorn 8 festgespannt. Sein Verankerungsteil 8a ist nämlich radial durch den Einschub hindurchgesteckt und mit der Mutter 8b verschraubt. Der Dorn 8 ist im Verankerungsteil ebenfalls elektrisch-isolierend eingebettet.

So wie die Vorrichtung nach der bisherigen Beschreibung gemäß der Zeichnung dargestellt ist, kann ihr Einschubteil 4 mit dem Fräser frei in alle Richtungen, also sowohl in Längsrichtung als auch in Umfangsrichtung auf dem Zentrier- und Führungsbolzen 3 bewegt werden. Um nun in die Innenwandung des Rippenrohres die gewünschten »Fehler« an der gewünschten Stelle einzufräsen, muß das Ganze in die Justierbank nach Fig. 2 (oder eine ähnliche Bank) eingespannt werden.

Gemäß Fig. 2 besteht die Justierbank aus der Bodenplatte 9, dem Einspannstuhl 10, den Spannvorrichtungen 11 und den Spannbacken 12. Im vorliegenden Falle ist auf der Bank ein massives Prüfrohrkaliber 13 eingespannt, mit welchem - wie erwähnt - die Fräserführungsschablone, hier 14, eingestellt wird. Die Schablone ist auswechselbar an dem Drei-Koordinaten-Support 15 gehaltert und mit den Steuereinschnitten 14« bis 14e ausgestattet. Ein weiterer Drei-Koordinaten-Support 16 nimmt später das Einschubende der Bearbeitungsvorrichtung auf, wobei seine Kimme 17 mit der Anschlagschulter 4c des Einschubes in Berührung kommt.

Im einzelnen besteht der Schablonensupport aus dem längsverstellbaren Schlitten 15 a (Längsschlitten), dem daran senkrecht verstellbar befestigten Schlitten 155 (Vertikalschlitten), un dem an diesem Schlitten drehbar gelagerten Schlitten 15 c (Schablonenschlitten). Die Fräserführungsschablone ist zylindrisch gewölbt, entsprechend der Wölbung des zu bearbeitenden Rohres. Der Mittelpunkt des Wölbungskreises liegt auf der Symmetrieachse 18 des Prüfrohrkalibers. Die Schablone ist an ihrem Schlitten durch Schrauben befestigt.

Mit Hilfe der Stellschrauben ISd und ISe des Drei-Koordinaten-Supportes werden der Längsschlitten 15a und der Vertikalschlitten 15 b der Fräserführungsschablone arretiert. Für den Schablonenschlitten ist eine Arretierungsmechanik mit folgendem Aufbau vorgesehen: ein Keilschieber 15/ ist in der rinnenf örmigen Horizontalnut 15g des Vertikalschlittens ISb mit der Unterseite satt aufliegend geführt. Die Horizontalnut kreuzt eine Vertikalnut 15 h, die sich vom unteren Ende des Schlittens bis zur kreisbogenförmig in den gleichen Schlitten eingeschnittenen Führungsnut 15 z des Schablonenschlittens 15 c erstreckt. In den so gebildeten Zwickelraum ist zwischen dem Schablonenschlitten und dem Keilschieber 15/

ίο der Gegenkeil 15/ gelagert, der mit dem Keilschieber 15/ zusammenwirkt. Verstellt man mittels der Rändelschraube 15 A: den Keilschieber, so kann über den Gegenkeil 15/ der Schablonenschlitten (und damit die Schablone) arretiert oder gelöst werden.

Der die Kimme 17 tragende zweite Drei-Koordinaten-Support (Kimmensupport) besteht aus dem Fuß 16a, dem Höhensupport 166 und dem Seitensupport 16 c. Durch Stellschrauben 16d, 16e, 16/werden die genannten Teile arretiert oder gelöst. Zur Verstellung des Höhensupports 16b dient Stellschraube 16g mit ritzel 16h. Das Ritzel kämmt mit der Verzahnung 16/ des Höhensupportes. Der Fuß 16a des Kimmensupports kann in der Hauptnut 9a der Bodenplatte der Justierbank in Längsrichtung verstellt werden. Desgleichen kann auch der Einspannstuhl 10 der Justierbank in der gleichen Nut in Längsrichtung verstellt werden.

Entsprechend der Art der im Prüfrohr anzubringenden Fehler ist die Fräserführungsschablone 14 mit Steuereinschnitten ausgestellt. Es sind Längsschlitze für das Fräsen von Nuten sowie ein Loch für das Fräsen von Senklöchern vorhanden. In diese Nuten bzw. in dieses Loch wird später der Steuerdorn 8 des Einschubteiles der Bearbeitungsvorrichtung eingesetzt.

Der Einschnitt 14a dient zum Fräsen einer Nut in Umfangsrichtung, der Einschnitt 14b zum Fräsen eines Senkloches, der Einschnitt 14c zum Fräsen einer rechtsläufigen Nut, der einschnitt 14d zum Fräsen einer linksläufigen Nut, und der Einschnitt 14e zum Fräsen einer achsparellelen Nut.

Soll eine rechts- oder linksläufige Nut gefräst werden, so wird zunächst der betreffende Steuereinschnitt durch Drehen der Schablone in die Symmetrieebene, also unter die Achse 18 gebracht. Das geschieht mit Hilfe des Prüfrohrkalibers und dessen Domes 13 a. Der Abstand zwischen der Achse des Domes 13 a und der Achse des weiter unten beschriebenen Justierdornes 18a entspricht dem Abstand zwischen der Achse des Steuerdornes 8 der Bearbeitungsvorrichtung und der Achse des Fräsers 7. Die jeweilige Länge der einzufräsenden Nuten wird durch die Rändelschrauben 14/ 14h der Schablone eingestellt. In sinngemäß ähnlicher Weise verfährt man beim Einjustieren der übrigen Einschnitte und des Loches. Ist die Schablone eingestellt, wird das Prüfrohrkaliber aus der Justierbank ausgespannt und an seiner Stelle das Prüfrohr mit der Bearbeitungsvorrichtung eingespannt.

Wie bereits erwähnt, sollen die Fehler entweder über einer Nut des Rippenrohres, über eine Rippe, oder im Bereich der Stoßkante zwischen Nut und Rippe eingefräst werden. Daher muß noch die richtige Drehlage des Rohres in bezug auf die einjustierte Symmetrielage des jeweiligen Schabloneneinschnittes einreguliert werden. Dies geschieht mit Hilfe der Ju-Stierdornvorrichtung 18.

In F i g. 2 ist der Dorn 18a der Justiervorrichtung noch als einfacher Zylinderstift ausgebildet, der in die Bohrung 13 & des Prüfrohrkalibers eingreift. Auch das

Kaliber ist in Fig. 2 als glatter Vollzylinder ausgebildet und simuliert so ein glattes, d. h. rippenloses Rohr. Der Zylinderstift dient hier also nur als Fixpunkt bei der Einstellung der Schablone.

Im Falle des Rippenrohres wird nun nach dem Entfernen des Prüfrohrkalibers von der Justierbank der Zylinderstift ISa ausgespannt und durch einen der Justierdorne 18fc, 18c oder 18d gemäß den Fig. 3, 4 und 5 ersetzt. Die Dorne sind am oberen Ende so gestaltet, daß sie beim Eingreifen in die Nuten des Rippenrohres die gewünschte relative Drehstellung des Rohres herbeiführen. Die so verursachte Verdrehung des Rohres gegenüber der vorher fest eingestellten Steuerschablone beträgt je nach Fall eine halbe Rohrnutbreite oder die Summe einer halben Nut- und

einer halben Rippenbreite.

Um das Aufsetzen des Fräsers auf die Rohrinnenwand feststellen zu können, ist zwischen Fräser und Rohr eine elektrische Gleichspannung von einigen Volt mit einem Anzeigegerät (Amperemeter) angeschlossen, welches beim Schließen des Stromkreises durch Kontaktnahme des Fräsers an der Rohrwandung anzeigt, daß der Fräser die Wandung berührt. Da der gesamte Einschub metallisch leitend auf dem

ίο Zentrier- und Führungsbolzen des Einspannlagers ruht, muß ein elektrisches Kurzschließen des Fräsers durch das Einspannlager verhindert werden. Das geschieht dadurch, daß der Zentrier- und Führungsbolzen elektrisch isolierend in die Spannhülse eingebaut ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409526/19

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Fräsen und Bohren von Nuten und Senklöchern in die Innenwandung von Rohren durch Einsetzen in das Rohr, welches auf einer Justierbank festgespannt ist, bestehend aus einem Einschub mit am Kopfende angeordneter Zentrier- und Führungshülse, die zur Zentrierung und Führung von einem Lager aufgenommen wird, aus einem am Kopfende des Einschubs sich anschließenden, in Querlage zur Rohrachse verlaufenden Fräserspindel und einem Steueransatz, der für den Eingriff in eine Fräserführungsschablone bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager für die Zentrier- und Führungshülse (5) des Einschubes (4) als ein in die Zentrier- und Führungshülse einschiebbarer Zentrier- und Führungsbolzen (3) ausgebildet ist, welcher in das zu bearbeitende Rohr (1) einschiebbar und dort mittels eines Spreizdornes (26) des Einspannlagers (2) feststellbar ist, und daß ein die Fräserspindel aufnehmendes Turbinenfräsergehäuse (7 b) radial zur Rohrachse gegen die Wirkung von Rückholfedern (7c, Id) durch Gegeneinandergleiten von Steuerrampem (7g, Ai) verschiebbar ist, und daß der Steueransatz in Form eines Steuerdornes (8) an dem dem Einspannlager (2) abgewandten Ende der Zentrier- und Führungshülse (5) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinenfräsergehäuse (7b) in einer entsprechenden Lagerkammer (7/) des Einschubes (4) gelagert ist, der im Bereich vom Fräser (7) bis zu einem Handanschlag als Rohrkörper (4a) ausgebildet und in einer peripheren Längsnut (<Xd) einen Steuerschieber (Ae) trägt, der mit der Steuerrampe (Ai) auf das Turbinenfräsergehäuse gegen die Rückholfedern (7 c, 7d) wirkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (Ae) im Bereich des Handanschlages eine Mikrometergewindeverzahnung (Af) aufweist, welche mit einer auf den Handanschlag (4a) aufgebrachten Mikrometermutter (Ah) in Eingriff steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu lagernde Teil des Einspannlagers als loses Spannfutter (2a) mit gegen die Prüfrohrmündung gerichteten Anschlagkragen (2/) und mit radial sich anlegenden Spreizfingern (2b) ausgebildet ist, und daß das spannende Innenteil des Einspannlagers als konische, von den Spreizfingern umfaßte und den Zentrier- und Führungsbolzen (3) unverrückbar enthaltende Spannhülse (2c) ausgestaltet ist, und daß eine gewindebolzenartige Erweiterung (2d) der Spannhülse mit einer darauf geschraubten, frei gegen den Anschlagkragen des Spannfutters reibenden Spannmutter (2e) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrier- und Führungsbolzen sowie der Steuerdorn elektrisch isolierend in den betreffenden Geräteteilen eingebaut ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fräsen und Bohren von Nuten und Senklöchern in die Innenwandung von Rohren durch Einsetzen in das Rohr, welches auf einer Justierbank festgespannt ist, bestehend aus einem Einschub mit am Kopfende angeordneter Zentrier- und Führungshülse, die zur Zentrierung und Führung von einem Lager aufgenommen wird, aus einem am Kopfende des Einschubes sich anschließenden, in Querlage zur Rohrachse verlaufenden Fräserspindel und einem Steueransatz, der für den Eingriff in eine Fräserführungsschablone bestimmt ist.

Bei Festigkeitsuntersuchungen an Hüllrohren für Kernbrennstoffelemente oder an Rohren für Wärmetauscher interessiert die Erfassung des Schadenseinflusses, den Fabrikationsfehler an der Innenwandung der Rohre auf die Belastbarkeit der Rohre ausüben. Solche Fabrikationsfehler sind Oberflächenfissuren in Längs- und Querrichtung sowie senklochartige Auskerbungen. Für das Verhalten des Rohres unter Last spielt deshalb der Ort und Verlauf des Oberflächenschadens besonders dann eine Rolle, wenn die Rohre gerippt sind, da der Fehler im Bereich einer Rippe, im Bereich einer Nute zwischen den Rippen, oder im Bereich der Eckzone zwischen Nute und Rippe liegen, bzw. sich quer über Nute und Rippen erstrecken können und so in jeweils unterschiedlicher Weise das Rohr schwächen.

Um im Rahmen der Festigkeitsuntersuchungen derartige Fabrikationsfehler an der Innenwandung von gerippten Rohren auch künstlich darstellen zu können, sind Vorrichtungen erforderlich, die in die Innenwandung von Prüfstrecken gerippter Rohre an vorgegebener Stelle und mit vorbestimmtem Verlauf Nuten und Senklöcher einfräsen können. Außer zur Herstellung künstlicher Fehler können mit dieser Vorrichtungen in die Innenwandung von Rohren auch Kanäle zur Aufnahme von Therrnoelementenleitungen, zur Fortleitung einer Schmierflüssigkeit oder zur Führung eines Steuerelementes eingefräst werden.

Es ist eine Vorrichtung der in Frage stehenden Ar

zum Fräsen von einen Drall aufweisenden Zügen ir die Innenwandung eines Hohlkörpers bekannt, bei de die einen Fräser führende Hohlwelle mit einer de; Fräser antreibenden Welle und ein den einzufräsen den Hohlkörper aufnehmender Bock relativ gegen einander verschoben und gleichzeitig gegeneinande verdreht werden können, um den einzufräsenden Zu gen Drall zu geben (schweizerische Patenischrir 75 473). Dabei weist die in dem Bock verschiebba gelagerte Hohlwelle eine Verlängerung auf, die an ih rem Umfang mit einer längsverlaufenden Kopiernut; versehen ist und als Fräserführungsschablone dien; um somit den Drall des einzufräsenden Zuges in de Innenwandung des Hohlkörpers zu bestimmen. Al Nachteil bei dieser Vorrichtung ist zu werten, daß hie einerseits keine beliebige Geometrie der Einfräsun gen in die Innenwandung des Hohlkörpers herstellba ist, und daß andererseits die Fräserführungsschablon selbst als verlängerter Teil der den Fräser führende: Hohlwelle ausgebildet und mit einer fertigungstech nisch aufwendigen Kopiernut am Umfang zu versehe ist, die dann in jedem Fall auch wieder nur für ein vorher genau festgelegte zu fräsende Nut zu verwei den ist, so daß jeweils für verschieden ausgebildei Einfräsungen auch eine entsprechende Anzahl ve Hohlwellen ausgebildeter Fräserführungsschablone bereitgestellt werden müssen.