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Ausdehnbarer Dorn für die Bearbeitung von Rohrenden. Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf ein. Gerät zum Drehen und Gewindeschneiden von Rohrenden
und insbesondere auf einen Dorn, der dazu dient, in das Rohrende eingeführt zu werden
und es gegen von außen Wirkende Kräfte abzustützen. -Wenn ein Rohrstück mit verhältnismäßig
dünner Wandmittels einer Rohrgewindeachneidmaschine, bei der die Werk-zeuge gedreht
werden, mit Gewinde versehen wird, kann die
Rohrwand unter dem Druck des Schnitts
nachgeben und dann
nach den Durchgehen des Schneidwerkzeuge wieder zurüekiedern,
Dieses
Nachgeben und Zurückfedern ist ungleichmäßig und unkontrollierbar und steht.unter
dem Einfluß von Änderungen der Wanddicke, metallurgischen Eigenschaften, der Schnittgeometrie
der Bearbeitung, der Ovalität des Rohres, der Geradheit des Rohres oder dgl. Ferner
wird ein Rohrende durch eine Spannvorrichtung unbeweglich gehalten. Wenngleich das
Rohr für gewöhnlich keinen vollständig kreisförmigen Querschnitt hat, wird es durch
die Spannvorrichtung elastisch zu einem Kreis verformt. Wenn die Spannvorrichtung
nach dem Gewindeschneidevorganggeöffnet wird, kehrt das Rohrende zu seiner normaler
Form zurück. Unter einer oder mehreren dieser beschriebenen Bedingungen ist es möglich,
daß ein Rohrgewinde nicht den Anforderungen hinsichtlich des Gewindemaßes und der
Konizität entspricht. Erfindungsgemäß wird ein verbesserter Dorn zur Verwendung
in Gewindeschneidmaschinen geschaffen, der sich bei Einführung in ein Rohrende in
dem durch die Anlage an der Rohrwand ermöglichten Maß ausdehnt und radialen
Kräften entgegenwirkt, die bestrebt sind, die Form der Rohrwand zu verändern. Bei
Verwendung des erfindungsgemäßen Dorns wird daher ein fertiges Gewinde kreisförmig
und entspricht dem erforderlichen Gewindemaß und der erforderlichen Konizität
trotz einem ovalen oder unrunden Inneren des Rohrendes, Änderung der wanddicke,
einem gebogenen Rohrende, dem Eingriff durch eine Spannvorrichtung
oder dgl.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der verbesserte
Dorn einen Zylinder oder eine Nabe und eine teleskopartig auf einem Druckglied sitzende
Hülse, die beide gleichachsig mit der Nabe angeordnet sind. Die Nabe weist in Umfangsrichtung
in Abständen voneinander angeordnete axiale Schlitze für darin in axialer Richtung
gleitende Keile auf. Finger, die in gleitender Berührung mit den Keilen stehen,
sind in radialer Richtung in radialen VeJängerungen der axialen Schlitze nach außen
durch die Nabe bewegbar. Druckfedern bewirken normalerweise, daß sich die Keile
in axialer Richtung und die Finger radial nach außen bewegen. Das Druckglied oder
die Kolbenstange sitzt an dem Boden der Hülse, und ein Flansch an der Hülse dient
dazu, an den Keilen anzugreifen und dadurch die Finger radial nach innen zu bewegen.
Druckzylinder sind vorgesehen, um den Dorn bzw. das Druckglied hin- und herzubewegen.
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Die Erfindung geht deutlicher aus der nachfolgenden .ausführlichen
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen hervor. In den Zeichnungen sind Fig. 1 eine teilweise als Schnitt dargestellte
Seitenrißansicht eines ausdehnbaren Dorns gemäß der vorliegenden Erfindung, in der
die Stellung der Teile zueinander vor dem Eintritt in ein Rohrende gezeigt-ist,
Fig.
2 ein senkrechter Teilschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine der
Fig.1 ähnliche Ansicht, in der der Dorn ausgedehnt in einem Rohrende gezeigt ist,
Fig. 4 ein senkrechter Teilschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3 und Fig. 5
eine schematische Draufsicht, in der bestimmte Teile zur klareren Darstellung weggelassen
sind und in der der erfindungsgemäße Dorn und seine Betätigungseinrichtung im Zusammenwirken
mit einer Rohrgewindeschneidmaschine gezeigt sind. Unter nunmehriger ausführlicher
Bezugnahme auf die Zeichnungen und zunächst insbesondere auf die Figuren 1 und 2
ist das dargestellte Gerät auf dem Rahmen einer Rohrgewindeschneidmaschine angebracht,
mit der es zusammenwirkt. Durch weiter unten zu beschreibende Mittel ist das Gerät
in Längsrichtung hin- und herbewegbar, und, wie in Figur 1 gezeigt, bewegt es sich
nach links, um in das Ende eines Rohrstücks 10 einzutreten und mit ihm zusammenzuwirken,
das durch die Backen 11 einer Spannvorrichtung (Figur 5) der Gewindeschneidmaschine
unbeweglich gehalten wird.
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Die Dornanordnung gemäß Figur 1 wird durch eine Hülse 12 gehaltert,
die an einem Ende 13 mit Gewinde versehen ist, um in Eingriff mit einem ausgesparten,
mit Gewinde ausgebildeten
Ende 14 eines Bundringes oder Adapters 15 gebracht
zu werden.
In Umfangsrichtung in Abstand voneinander angeordnete
Schraubbolzen 16 und längliche Unteriegscheiben 17 dienen dazu, eine Dornnabe bzw.
einen Zylinder 18 und eine ringförmige Schulter 19 an dem entgegengesetzten Ende
10 des Adapters 15 zu befestigen.
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Durch weiter unten beschriebene Mittel ist ein Druckglied oder eine
Kolbenstange 21, die gleichachsig mit der Nabe 18 angeordnet ist, in Längsrichtung
der Nabe 18 in der Hülse 12 hin- und herbewegbar. Eine Teleskophülse 22 ist gleichachsig
mit dem Druckglied 21 an dessen linkem Ende verschiebbar angebracht. Die: Hälse
22 weist einen äußeren Flansch 23 an einem Ende und einen inneren Flansch 24 in
Nähe des entgegengesetzten Endes auf, der dazu dient, an dem vorderen (linken) Ende
des Druckglieds 21 anzugreifen. Die Nabe 18 weist eine zylindrische Bohrung 25 auf,
die von dem rechten Ende der Nabe in axialer Richtung nach innen zu einer Wand 18a
der Nabe verläuft und die axiale Bewegung der Hälse 22 durch die Bohrung hindurch
gestattet.
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Im Inneren der Nabe 18 sind im wesentlichen rechteckige axiale Schlitze
26 ausgebildet, die von dem rechten Ende in axialer Richtung nach innen zu der Wand
18a der Nabe verlaufen und in Umfangariehtung der Nabe in-Abständen voneinander
angeordnet sind. Die Schlitze 26 verlaufen in radialer Richtung nach innen
zu der Bohrung 25. In den Figuren 1 und 3 sind die Schlitze 26 zur klareren Darstellung
in der dem
Betrachter zugewandten Fläche der Bohrung 25 weggelassen worden.
In
Nähe des rechten Endes der Nabe 18 verlaufen die Schlitze 26 radial nach außen durch
den Umfang der Nabe als Schlitze 26a. Keile 27 verlaufen in axialer Richtung durch
die Schlitze 26, wobei die inneren Kanten der Keile an der Hälse 22 anliegen. Die
rechten Ränder der Keile 27 können in Anlage an den Flansch 23 gelangen. Von dem
rechten Ende der Nabe 18 ist ein Metallring entfernt, um den Adapter 15 darauf zu
zentrieren und die Anlage des Endes 20 daran zu gestatten. Die sich ergebende äußere
Fläche 28 der Nabe 18 paßt in einen Teil der Innenfläche des Endes 20. Finger 29
mit im wesentlichen rechteckigem waagerechtem-Querschnitt verlaufen in radialer
Richtung durch die Schlitze 26 und 26a und sind in diesen verschiebbar. Die äußere
senkrechte Fläche des Endes 20, die an der Nabe 18 anliegt, dient als vierte Seite
der Schlitze 26a, um die Finger 29 in den Schlitzen zu halten. Die inneren Ränder
der Finger 29 befinden'sich in gleitendem, Eingriff mit den äußeren Rändern der
Keile 27 und bilden-, wie in Figur 2 dargestellt, mit diesen Nut- und Federverbindungen
30. Die äußeren Ränder der Keile 27 sind in den Keilen in einem spitzen Winkel,
vorzugsweise zwischen etwa 6 und 12o (kleiner als der Reibungswinkel für bearbeiteten
Stahl) zu der Achse der Nabe ausgebildet. In Umfangsrichtung in Abständen voneinander
angeordnete Stifte 31, die in der Wand 18a der Nabe angebracht sind, verlaufen in
axialer Richtung nach innen in Ausnehmungen 32 in den Keilen 27 und tragen Druck-.
federn' 33.
- Wenn sich die Teile in den in den Figuren 1 und 2
gezeigten Stellungen befinden, wird die Dornanordnung nach links in das Rohrende
10 bewegte Das Druckglied 21, das in der Hülse 22 vorzugsweise an dem Flansch 24
sitzt, hat die Hälse 22 nach links in Anlage an die Wand i8a bewegt.
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Der Flansch 23 bewirkt, daß alle Keile 27 in axialer Richtung nach
links in der Nabe gegen die Kraft der Druckfedern 33 bewegt werden, wodurch die
Finger 29 radial nach innen in die Schlitze 26a in zusammengezogene Stellung bewegt
werden.
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In dieser zusammengezogenen Stellung der Dornanordnung wird bevorzugt,
einen kleinen Spielraum 34,zwisehen den Keilen und der Wand 18a aufrechtzuerh4lten,
um jeglichen Druck auf die Keile oder jegliche Beschädigung der Keile zu
verhindern.
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Wenn sich die Teile in den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Stellungen
befinden, hat die Dornanordnung aufgehört, sich nach links in das Rohrende
10 zu bewegen, wenn die nach außen abstehende ringförmige Schulter 19, die
in Nähe der Nabe 18 angeordnet ist, an dem Rohrende angestossen hat: Dadurch wird
das Gerät gegenüber bei dem anschließenden Gewindeschneiden des Rohrendes anfallenden
Spänen und dgl. abgedichtet. Das Druckglied 21 ist nach rechts bewegt worden, wodurch
die Druckfedern 33 sich ausdehnen und die Keile 27 in axialer Richtung nach rechts
in die Schlitze 26 bewegen können. Die Keile 27 sind in Anlage an den Flansch 23
gelangt, wodurch die Hülse 22 nach rechts bewegt wird. Die in den
Nut-
und Federverbindungen 30 gleitenden Finger 29 sind in den Schlitzen 26a in radialer
Richtung nach außen bewegt worden, bis ihre gekrümmten Enden 35 an der Innenwand
des Rohrendes 10 angestossen haben. Die äußeren Ränder der gekrümmten Enden
35 an den rechten Enden der Finger 29 sind vorzugsweise gekrümmt und in ihrer Länge
begrenzt, umreine Linienberührung mit der Rohrwand und eine Abstützung für die Rohrwand
trotz gewisser Unregelmäßigkeiten in der Rohrwand zu bilden. Die Fingerenden 35
befinden sich vorzugsweise in Abstand von der linken Fläche der ringförmigen Schulter
19, um die Abstützung der Rohrwand nahe an dem rechten Ende des Rohrs 10 zu gewährleisten,
wo die höchste Verformung stattfindet.
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Ein Spielraum 36 zwischen dem rechten Ende der beiden in Figur 3 gezeigten
Keile 27 und dem Flansch 23 deutet das Vorhandensein einer Abweichung des Innendurchmessers
der Rohrwand an. Zwischen der Außenfläche der Hülee 22 und einigen Keilen 27 hat
eine gleitende Berührung stattgefunden, bis ein letzter Keil 27 (nicht gezeigt)
an den Flansch 23 bewegt worden ist und- das gekrümmte Ende 35 seines entsprechenden
Fingers 29 in Anlage an der Innenwand des Rohrendes 10 gelangt ist, wodurch der
Ausdehnungsvorgang der Dornanordnung beendet worden ist. Mit anderen warten wird
die radiale Bewegung jedes einzelnen Fingerendes 35 angehalten, wenn es das Rohrinnere
berührt. Daher wird auch die axiale Bewegung des in den Finger eingreifenden Keils
27 angehalten. Da einige Fingerenden 35
noch nicht in Berührung
mit dem Rohr stehen, wird ihre Bewegung fortgesetzt und die gleitende Berührung
zwischen den angehaltenen Keilen und der Hülse 22 bewirkt. Um ferner jeder Unregelmäßigkeit
des Innendurchmessers des Rohrendes 10 zu begegnen und die Anlage aller gekrümmten
Enden 35 an dem Rohrinneren zu gewährleisten, muß das Druckglied 21 in axialer Richtung
genügend weit nach rechts bewegt werden, um einen Spielraum 38 zwischen dem Flansch
24 an der Hülse 22 und dem Druckglied zu bilden.
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Wenn sich die Teile in den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Stellungen
befinden, ist das Rohrende für das Kegeldrehen und Gewindeschneiden vorbereitet.
Es ist ersichtlich, daß ein senkrechter Querschnitt, der die Enden 35 einschließt,
im wesentlichen einen massiven Körper zeigt, der daher sehr widerstandsfähig gegen
jeglichen radialen Bearbeitungsdruck ist. Dieser Querschnitt umfaßt die Rohrwand,
die Fingerenden, die Finger, die Keile, die Hülse und das Druckglied. Das letztere
ist an seiner entgegengesetzten Seite durch die Hülse, Keile, Finger,-radialen Enden
und die Rohrwand abgestützt. Da der spitze Winkel zu der Nabenachse der äußeren
Kanten der Keile und infolgedessen derjenige der Nut- und Federverbindungen 30 geringer
ist, als der Reibungswinkel für das Metall, aus dem diese Teile bestehen, wird jede
radiale Bearbeitungskraft direkt über die Fingerenden, die Finger und die
Keile auf die Hülse übertragen, ohne die Hinweg- ®der Zurückbewegung irgendeines
Keils zu bewirken.
Das in Figur 5 gezeigte Gerät ist auf dem Rahmen
(nicht dargestellt) einer herkömmlichen Gewindeschneidmaschine angeordnet und wirkt
mit diesem zusammen. Die Gewindeschneidmaschine umfallt einen angetriebenen, das
Werkzeug tragenden Kopf oder Ring 39 und die Kegeldrehwerkzeuge 40 und Gewindesträhler
41. Die erfindungsgemäße Dornanordnung ist axial in der (nicht dargestellten) Hohlwelle
angeordnet, die den Kopf 39 antreibt, um in ein Rohrstück 10 einzugreifen, das in
den Backen einer Spannvorrichtung 11 eingespannt ist und unbeweglich gehalten wird.
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Ein Gleitstück oder Schlitten 42, der in Führungen 43 bewegbar ist,
trägt einen Druckzylinder 44. Die Hülse 12 verläuft nach vorn von einem Ende des
Zylinders 44 aus, und das -Druckglied 21 ist in der Hülse 12 verschiebbar angeordnet.
Das Druckglied 21 ist in baulicher ElnhEit mit der Kolbenstange des Zylinders 44
gezeigt. Ein Druckzylinder 45 ist mit seiner Kolbenstange 46 mit dem Zylinder 44
verbunden, um den letzteren auf das Ende des Rohrstücks zu und von ihm hinweg zu
bewegen.
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Bei Betrieb der Anordnung wird das Gleitstück 42 durch den Zylinder
45 zurückgezogen, während das Rohrstück für das Kegeldrehen und Gewindeschneiden
in der Spannvorrichtung 11 angeordnet wird. Der Werkzeugkopf 39 wird ebenfalls zurückgezogen.
Bevor das Rohr eingespannt worden ist, wird der Zylinder 44 mit nach vorn geschobener
Kolbenstange (Druckglied)
21 durch den Zylinder 45 nach vorn geschoben,
um die zusammengezogene Dornanordnung der Figuren i und 2 in das Rohrende einzuführen,
bis die Schulter 19 an dem Rohrende anstößt. Danach wird der Zylinder 44 betätigt,
um: seine Kolbenstange zurückzuziehen. Dadurch wird das Druckglied 21 zurückgezogen
und gestattet den Federn 33, die Keile 27 in axialer Richtung zu bewegen und die
Finger 29 radial nach außen zu verschieben, bis ihre gekrümmten Enden 35 in Anlage
an das Innere der Rohrwand gelangen, wie es in Figuren 3 und 4 gezeigt ist.
Das Rohr wird nun durch die Spannvorrichtung 11 eingespannt, und der 'Werkzeugkopf
39 wird sodann angetrieben und in Richtung auf das Rohr vorgeschoben, um das gewünschte
Kegeldrehen und Gewindeschneiden durchzuführen. Wenn dies beendet ist, wird der
Werkzeugkopf 39 zurückgezogen und die Kolbenstange bzw. das Druckglied 21 wird wieder
vorgeschoben, um die Dornanordnung zusammenzuziehen, wie es in den Figuren 1 und
2 gezeigt ist.
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Danach wird durch Zurückziehung der Kolbenstange 46 die Anordnung
au's dem Rohrende 1® herausgezogen.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Dorns besteht darin, daß er gewährleistet,
daß das an dem Ende eines Rohrstücks gebildete Gewinde ungeachtet jeglicher Unregelmäßigkeiten
des Rohrendes und der Einspanndrüeke wirklich kreisförmig ist. Der verbesserte Dorn
verringert ferner in wesentlichem Maß das Vibrieren des Rohrs, das bei
mit hohen Drehzahlen durchgeführten Gewindeschneidvorgängen auftreten kann.
Der Dorn wird
durch geringe axiale Kräfte ausgedehnt oder zusammengezogen,
setzt jedoch in ausgedehntem Zustand in wirkungsvoller Weise den radialen Kräften
Widerstand entgegen, ohne daß die Gefahr einer Bewegung der Keile bestünde. Die
durch die Ausdehnung des Dorns ausgeübten Kräfte beruhen auf Druckfedern und nicht
auf hydraulischen Druckeinrichtungen, durch die bei zufällig zu hohem Druck die
Teile des Dorns beschädigt oder die dünne Wand eines Rohrendes gedehnt werden könnte.