DE1552585A1

DE1552585A1 - Werkzeugmaschine zum Herstellen von sparrenartigen Nuten im Inneren von rohrfoermigen Bauteilen

Info

Publication number: DE1552585A1
Application number: DE19661552585
Authority: DE
Inventors: Pierre Portal
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1965-10-09
Filing date: 1966-10-07
Publication date: 1970-07-23
Also published as: GB1103848A; FR1496067A; SE313480B; CH455455A; IL26653A; LU52124A1; US3512450A; ES332102A1; NL6614148A; BE687788A

Description

•5521-66/Dr.ν.B/fco.

H. 10442 - Gas rl - Franz.Pat.Anm. "jk rom 9. Oktober 1965

COMMISSARIAT A 1'ENERGIE ATOMIQ₁UE, 29~3>3₅ rue de la Federation,

Paris /.Frankreich

Werkzeugmaschine zum Herstellen von sparrenartigen Nuten im Inneren von rohrförmigen Bauteilen,

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Herstellung von sparren-, pfeil- oder fischgrätartigen Nuten im Inneren von rohrförmigen Bauteilen.

Gewisse rohrförmige Bauteile, Z₀B₀ Innenmäntel von Kernbrennstoffelementen müssen auf ihrer Innenseite Rippenreihen aufweisen, um die wirksame Wärmetauschfläche zu vergrößern.

Es■sind rohrförmige Bauteile dieser Art bekannt, die aus Leichtmetall bestehen und auf ihrer Innenseite Sektoren aufweisen, die durch Längsnuten getrennt und mit wendelartigen Pfeilnuten versehen sind, bei denen die Richtung der Steigung der Wendel von Sektor zu Sektor wechselt.

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Durch zwei benachbarte Nuten wird jeweils eine Rippe begrenzt, deren Abmessung im allgemeinen der einer Nut entsprechen. Die sparrenartigen Nuten werden nach der Herstellung der Längsnuten durch Stoßen oder Fräsen gebildet, was wegen der komplizierten Form und den beengten Raumverhältnissen im Inneren des rohrförmigen Bauteiles bisher erhebliche Schwierigkeiten bereitete.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine anzugeben, mit der solche Nuten schnell und mit der gewünschten Genauigkeit hergestellt werden können, ohne daß dabei das rohrförmige Bauteil umgespannt werden muß.

Um dies zu erreichen sind zwei Reihen von Werkzeugen auf einer Spindel vorgesehen, die im Inneren des rohrförmigen Bauteils angeordnet ist und abwechselnd zwei Reihen von radial gegenüberliegenden Nuten mit inverser Steigung herzustellen gestattet.

Eine Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung enthält einen festen Rahmen mit einem beweglichen Tisch und einem beweglichen Werkzeugsupport, der sich abwechselnd in einer Ebene bewegt, die senkrecht auf der Verschiebungsrichtung des Tisches steht; ferner enthält die Werkzeugmaschine einen auf dem Tisch befestigten Werkstücksupport, der ein zu bearbeitendes rohrförmiges Bauteil frei drehbar haltert, dessen Achse parallel zur Verschiebungsrichtung des Tisches ausgerichtet ist und in dem eine Spindel angeordnet ist, die am Werkzeugsupport befestigt und mit mindestens einer Reihe von Schneidwerkzeugen versehen ist. Das zu bearbeitende rohrförmige Bauteil ist mit mindestens einer Steuerkurve fest verbunden, in die

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mindestens ein Finger eingreift, der mit dem Werkzeugsupport verbunden ist und dessen alternative Bewegungen durch eine Schrittvorschubvorrichtung gesteuert werden.

- Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert* es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines bearbeiteten rohrförmigen Bauteiles;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. J eine Vertikalschnittansicht einer Werkstückhalterungsvorrichtung mit einem zu bearbeitenden rohrförmigen Bauteil;

Fig. 4 eine Ansicht des linken Teiles der in Fig. J> dargestellten Vorrichtung, in einer Schnittebene IV-IV der Fig. 5J"

Fig. 5 eine Ansicht der rechten Hälfte einer Schnittansicht in einer Ebene V-V der Fig. 3;

Fig. c ^JnC-. vergrößerte Au ren-tnsicht von Steuerkurven, die mit .dem-zu bearbeitenden rohrförmigen Bauteil fest verrunden sind;

FiK. 7 ¹^ine Seitenansicht einer' Werk^eugträgerspindel; Fig. ^ eine Draufsicht au:' dio Weivi/ieurträ^erspindel; ?i :'.'■■· eine. Schnitt ansieht in einer Ebene IX-IX der Fig. 7;

FAg. iO eine Draufsicht auf eine Steuervorrichtung für einen 'Werkzeugträgersupport und -. . ' ■

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Fig. 11 eine perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispieles einer Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung, bei der der Werkzeugträgersupport senkrecht verfahrbar ist.

In Fig. 1 ist ein rohrförmiges Bauteil 1 nach seiner Bearbeitung dargestellt. Es weist im Inneren Sektoren 2 auf, die durch Längsnuten 3 getrennt sind. In den Sektoren sind Nuten 4 gebildet, die jeweils Teile von Wendeln entsprechen, deren Steigung in benachbarten Sektoren 2, 2a entgegengesetzt ist.

Die Nuten 4 können mit der in Fig. 2 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellten Werkzeugmaschine gebildet werden. Diese Werkzeugmaschine enthält einen festen Hauptrahmen 5* auf dem ein horizontaler Tisch 6 angeordnet ist, der in einer horizontalen Ebene in Richtung eines Doppelpfeiles A-A¹ horizontal hin- und herverfahrbar ist. Der Tisch wird durch einen hydraulischen oder mechanischen Antrieb gesteuert, wie er für den Tisch einer Fräsmaschine bekannt ist. Der Tisch 6 weist T-förmige Spann-Nuten 7 auf, die Spannbolzen 8 aufnehmen, mittels derer ein in den Fig. ~5, 4 und 5 näher dargestellter Werkstücksupport 9 auf dem Tisch 6 befestigt ist.

Der Werkstücksupport 9 weist" innen eine Ausnehmung 10 auf, an deren beiden Enden Lager, insbesondere Kugellager 11, 11a angeordnet sind, in denen die Enden einer Hülse 12 gelagert sind, in der ein zu bearbeitendes rohrförmiges Bauteil IjJ montiert ist, das am einen Ende an einem Bund 14 anliegt während gegen das andere

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-Ende ein Ring 15 drückt, der in die Hülse 12 eingeschraubt ist. Das au bearbeitende rohrförmlge Bauteil 13 kann sich also im Werkstücksupport 9 frei drehen.

Auf gegenüberliegenden Seiten der Hülse 12 sind Steuerkurven l6v 17 montiert, die sich also mit der Hülse und damit dem rohrförmigen Bauteil 15 drehen« Die Steuerkurve 16 liegt an einem Bund 18 an während die Steuerkurve 17 durch einen auf die Hülse aufgeschraubten Ring 19 gegen die Kurve 16 gedrückt wird_o

Die Steuerkurve! l6$ 17 bestehen aus Muffen., in deren Außenseite Nuten 20j 21 gebildet sind,, die symmetrisch beidseits der Achse des rohrförmigen Bauteils 13 verlaufen»

In der Zeichnung ist jeweils nur eine solche Nut dargestellt, die Muffen können selbstverständlich in der Praxis mehrere solche Nuten aufweisen.

In den Nuten 20, 21 greifen Finger 22₅ 23 ein, die mit einem Werkzeugträgersupport 24 durch Halterungslaschen 25* 26 verbunden sind. Die Finger 22_a 23 liegen einander bezüglich des rohrförmigen Bauteils 13 gegenüber=,

Der Werkzeugträgersupport 24 enthält einen Tisch 27* der in einer zum Tisch 6 parallelen Ebene liegt und senkrecht zu diesem längs eines Doppelpfeiles B°B⁸ verfahrbar ist α Der Tisch 27 trägt an seinem einen Ende eine Traverse 28 an der zwei symmetrische Flansche 29* 29a angebracht sind_o Ära WerkzeugtrEgersupport 24 ist über die Flansche 29^ 29a eine Spindel 30 gehaltert _B die durch das

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Innere des im Werkstücksupport 9 gehalterten rohrförmigen Bauteils 13 verläuft. Die Spindel 30 ist mit ihren beiden Enden 31, 31a fest mit den Planschen 29* 29a verbunden und trägt zwei Reihen von Werkzeugen 32> 32a, die auf gegenüberliegenden Seiten der Achse der Spindel angeordnet sind (Pig, 2, 7* 8 und 9)· Die Werkzeuge werden von Längsnuten 33 der Spindel aufgenommen und durch Spannkeile 34, 34a oder eine andere wirkungsgleiche Vorrichtung gehalten, Jede Reihe enthält soviele Werkzeuge wie Nuten 4 in einem Sektor des rohrförmigen Bauteiles 13 zu bilden sind.

Die Werkzeuge 32 dienen zum Schneiden oder Bilden der Nuten, die Teile einer rechtsgängigen Wendel bilden während die Werkzeuge 32a zur Bildung der Nuten dienen, die Teile einer linksgängigen Wendel bilden.

Die Werkzeuge 32, 32a sind gegen die Horizontale um einen Winkel <X geneigt, der gleich dem mittleren Steigungs- oder Wendelwinkel der Nuten ist.

Der Werkzeugträgersupport 24 wird in Richtung des Doppelpfeiles B-B¹ durch eine Steuervorrichtung hin- und herbewegt, die bei dein dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Druckzylinder 35 besteht, der am Rahmen 5 befestigt ist und einen Kolben J>6 (Fig. 2 und 10) aufnimmt, der mit dem Tisch 27 des Werkzeugträgersupport 24 durch eine Kolbenstange 37 verbunden ist, die durch eine mit dem Rahmen 5 verbundene Füiirung 38 geführt ist.

Auf der Führung 38 gleitet ein Nocken 39* dessen eine Ende · 40 gabelförmig ist und über die Kolbenstange 37 greift.

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Der Nocken 39 wird schrittweise in Richtung eines Pfeiles C senkrecht zur Bewegungsrichtung der Stange 37 durch eine lineare Teilvorrichtung 41 beliebiger Bauart verschoben, mit der er durch eine Stange 42 verbunden ist. ·

Der Nocken 39 hat zwei geneigte Flächen 43* 43a für Anschläge 44, 44a/ die sich beim Verfahren, des Supports jeweils an den Nocken anlegen, so daß der Hub durch die schrittweise Verschiebung des Nockens 39 und die Neigung seiner Seitenflächen 43/ 43a bestimmt wird.

Der Zylinder 35, der mit einem auf die beiden Seiten des Kolbens 36 wirkenden Druckmedium gespeist wird, hat zwei in das Innere eines Zylinderraumes 47 mündende Zuflußöffnungen 45, 46. Ein weiterer Zylinderraum 48, der durch eine öffnung 49 gespeist wird, enthält einen freien Kolben 50, der auf das Ende 51 der den Support steuernden Stange 37 wirken kann.

Die Bildung der sparrenartigen Nuten 4 im Inneren des rohrförmigen Bauteils 1 (Fig. 1) geschieht mit der beschriebenen Werkzeugmaschine auf folgende Weise:

Das rohrCörmige Bauteil 13* in dem die Längsnuten 3 vorher gebildet worden sind, wird in der Hülse 12 des Werkstücksupports 9 gespannt/ wie in den Pig. 3* 4 und 5 dargestellt ist. Der Werkzeugträgersupport 24 befindet sich in der in Fig. 10 dargestellten Lage, in der die Anschläge 44, 44a gleiche Abstände von den zugehörigen Anschlagflachen 43, 43a des Nockens 39 haben.

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Die Pinger 22, 2j5 sind aus den Nuten 20, 21 der Steuerkurven l6, 17 ausgerückt und die mit den Werkzeugen 32, 32a bestückte Spindel J5Ö wird in das rohrförmige Bauteil eingeführt und am Werkzeugträgersupport 24 befestigt.

Die lineare Teilvorrichtung 4l befindet sich in ihrer Ausgangsstellung.

Nun wird in den Zylinderraum 47 durch die öffnung 45 Druckmedium eingeleitet, so daß der Kolben 36 den Werkzeugträgersupport 24 über die Stange· 37 in Richtung des Pfeiles B bewegt, bis der Anschlag 44a die Anschlagsfläche 43a des Nockens 39 berührt. Der am Support '24 befestigte Pinger 23 greift bei dieser Bewegung in die Nut 21 der Kurve 17ein.

Der horizontale Tisch 6 und damit der Werkstücksupport 9 bewegen sich dabei in Richtung des Pfeiles A. Bei der Längsverschiebung wird die mit dem rohrförmigen Bauteil 13 verbundene .Steuerkurve 17 durch den festen Finger 23 in Drehung versetzt.

Das rohrförmige Bauteil führt dadurch eine wendeiförmige Bewegung aus und durch die Werkzeuge wird dabei von einem Sektor 2 eine gewisse Metallmenge entfernt, die einem Bearbeitungsschritt der Nuten entspricht.

Der horizontale Tisch bleibt am Ende seines Hubes stehen, wenn sich das rohrförmige Bauteil 13 um einen Sektor 2 gedreht hat, und der Werkzeugträgersupport 24 wird dann in umgekehrter Richtung (Pfeil B¹) verfahren bis der Anschlag 44 in Berührung mit der

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'Fläche Λ5 des Nockens 39 kommt. Bei diesem Hub des Werkzeugträgersupports 24-wird in den Zylinder 35 Druckmedium über die öffnung eingeführt.

Bei der inversen Bewegung sind die Werkzeuge 32a so angeordnet, daß sie einen dem Sektor 2 diametral gegenüberliegenden Sektor bearbeiten und der Pinger 22 greift in die Nut 20 der Steuerkurve ein, ■

Die Steuernuten 20, 21 sind etwa wendelförmig und haben an. ihren Enden gerade Stücke 52, die ein Ausrücken der Werkzeuge nach einem Bearbeitungsschritt ermöglichen.

Der horizontale Tisch 6 führt nun einen Hub in entgegengesetzter Richtung (Pfeil A¹) aus, wodurch eine wendelartige Bewegung des rohrförmigen Bauteils 13 in umgekehrter Richtung verursacht wird, bei der ,die Werkzeuge 32 eine zweite Serie von wendeiförmigen Nuten, die im entgegengesetzten Sinne wie die ersten Nuten verlaufen, in einen dem Sektor 2 diametral gegenüberliegenden Sektor schneiden.

Der beschriebene Funktionsablauf wiederholt sich bei allen Sektoren des rohrförmigen Bauteils, bis dieses eine vollständige Umdrehung ausgeführt hat, die einem Bearbeitungsdurchgang für alle Sektoren entspricht. -

Zur Vertiefung der Nuten wird die lineare Teil- oder Vorschubvorrichtung 41 nach einer Umdrehung des zu bearbeitenden rohrförmigen Bauteiles betätigt, wobei der Nocken 39 um eine be-

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stimmte, einstellbare Strecke e in Richtung des Pfeiles C verschoben wird. Die Endlage der Anschläge 44, 44a entspricht dann der vorherigen Endlage zuzüglich eines Abstandes e¹, welcher der Schnitt-Tiefe beim nächsten Bearbeitungsdurchgang entspricht.

Es ist also möglich, eine gewünschte Anzahl von Bearbeitungsschritten auszuführen, denn bei jeder Umdrehung des zu bearbeitenden rohrförmigen Bauteils kann sich die Vorrichtung 4l um einen Teilschritt verschieben, so daß der Werkzeugträgerschlitten 24 dann einen entsprechend größeren Querhub ausführt.

Zum Ausspannen des bearbeiteten rohrförmigen Bauteils 13 wird Druckmedium durch die öffnungen 46, 49 in den Druckzylinder 35 eingeleitet, so daß der freie Kolben 50, dessen Fläche größer ist als die des Kolbens J>6, gegen das Ende 51 der Kolbenstange gedrückt und der Kolben 36 in der in Pig. IO dargestellten Stellung festgehalten wird, in der der Werkzeugträgersupport 24 seine Mittellage einnimmt, bei der die Werkzeuge außer Eingriff sind.

Die dargestellte Werkzeugmaschine enthielt zwei Reihen von Werkzeugen 32, 32a und eine Steuervorrichtung für das rohrförmige Bauteil I3 mit zwei Steuerkurven 16, VJ, Selbstverständlich kann eine solche Maschine dadurch vereinfacht werden, daß man nur eine Reihe von Werkzeugen und eine Steuerkurve vorsieht.

Es ist ferner möglich, das beschriebene Ausführungsbeispiel dahingehend abzuwandeln, daß der Werkzeugträgersupport 24 am Tisch 6 und der Werkstücksupport 9 am Quertisch 27 befestigt werden.

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Bei dem in Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Werkzeugträgersupport 24 in Richtung eines Doppelpfeiles B-B¹ senkrecht zum horizontalen Tisch 6 verfahren und die Kolbenstange 57 sowie der Kolben 35 sind vertikal und senkrecht zur Ebene·des Tisches 6 angeordnet. Eine solche Anordnung erhält man durch Schwenken der Schrittvorschubanordnung des Werkzeugträgerschlittens 24 um 90°.

Der bei beiden Ausführungsbeispielen horizontale Tisch 6 könnte selbstverständlich auch vertikal angeordnet werden, wenn man die übrigen Bauteile entsprechend dreht.

Die Werkzeugmaschinen gemäß der Erfindung eignen sich besonders für die Bearbeitung von innen gerippten rohrförmigen Bauteilen für Wärmetauscher für Kernreaktoren oder andere Anlagen, sowie für Kernbrennstoffelementummantelungen. ,

Eine der wesentlichsten Vorteile der Werkzeugmaschinen gemäß der Erfindung besteht darin, daß in einem einzigen Bearbeitungszyklus innen gerippte Rohre mit sparrenartigen Wendelrippen oder anders angeordneten Rippen hergestellt werden können, ohne daß ein Umspannen und eine Wiederholung von Bearbeitungsvorgängen erforderlich wäre. ...'..

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Claims

Patent ansprüche

Ij) Werkzeugmaschine zum Herstellen von sparrenartig angeordneten Nuten im Inneren eines rohrförmigen Bauteils> dadurch gekennzeichnet , daß an einem festen Rahmen (5) ein verfahrbarer Tisch (6) und ein beweglicher Werkzeugträgersupport (24) angeordnet sind, der sich abwechselnd längs einer Ebene, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Tisches verläuft, bewegt, daß auf dem Tisch· (6) ein Werkstücksupport (9) befestigt ist, der ein zu bearbeitendes rohrförmigen Bauteil (15)* dessen Achse parallel zur Verschiebungsrichtung des Tisches verläuft, frei drehbar lagert, daß in dem rohrförmigen Bauteil eine am'Werkzeugträgersupport (24) fest angebrachte Spindel (30) angeordnet ist, die mindestens eine Reihe von Schneid- oder Drehwerkzeugen (32, 32a) trägt; daß das zu bearbeitende rohrförmige Bauteil (13) mit mindestens einer Steuerkurve (16, 17) fest verbunden ist, die mit mindestens einem Finger (22, 23) zusammenarbeitet, der mit dem Werkzeugträgersupport fest verbunden ist, und daß die abwechselnden Bewegungen des Werkzeugträgersupports durch eine Schrittvorschubvorrichtung (39 bis 44) steuerbar sind.
2.) Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrittvbrschubvorrichtung für den Werkzeugträgersupport (24) eine Betätigungsvorrichtung (35) enthält, die mit dem Werkzeugträgersupport (24) durch eine Stange

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(37) verbunden 1st, an der zwei Anschläge (44, 44a) angeordnet sind, die mit zwei schrägen Flächen .(43* 45a) eines Nockens zusammenarbeiten, der durch eine lineare Teil- oder Vorschubvorrichtung (41 ) längs einer auf der Stange (37) senkrecht stehenden Achse verschiebbar ist,
3.) Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die mit dem zu bearbeitenden rohrförmigen Bauteil (13) fest verbundene Steuerkurve oder Steuer- kurven (16, 17) jeweils aus einer Muffe bestehen, die in ihrer Außenfläche mindestens eine Nut (20, 21) aufweist, in die mindestens ein am Werkzeugträgersupport {24) befestigter Pinger (22, 23) eingreifen kann, und daß die im wesentlichen Vorzugsweise wendeiförmigen Nuten (20, 21) an ihren beiden Enden einen parallel zu den Erzeugenden der Außenfläche der Muffe verlaufenden geraden Teil (52) aufweist, der ein Ausrücken der Werkzeuge gestatten. ~
4.) Werkzeugmaschine nach Anspruch 3» dadurch g e k e nn ζ ei c hne t , daß mit dem zu bearbeitenden, rohrförmigen Bauteil (13) zwei Steuerkurven (l6, 17) fest verbunden sind, die mit zwei Fingern (22, 23) zusammenarbeiten, die symmetrlsdi beidseits des rohrförmigen Bauteils angeordnet sind.
5.) Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h gekennzeichnet , daß die Spindel (JO)-zwei Reihen von Werkzeugen (32, 32a) aufweist, die auf diametral

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gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind und ein abwechselndes Herstellen zweier Reihen gegenüberliegender Nuten gestatten.
6.) Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Stange (37) zur Betätigung des Werkzeugträgersupports (24) in einer Ebene angeordnet ist, die parallel zur Ebene des beweglichen Tisches (6) verläuft (Fig. 2).
7.) Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (37) zum Verschieben des Werkzeugträgersupports (24) in einer Ebene angeordnet ist, die senkrecht auf der Ebene des beweglichen Tisches (6) steht (Fig. 11).

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