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Spannwerkzeug für spanabhebend zu bearbeitende Rohre Die Erfindung
betrifft ein Spannwerkzeug für spanabhebend zu bearbeitende dünnwandige Rohre, insbesondere
mit großem Verhältnis von Länge zu Durchmesse7 unter Verwendung von Spannkeilen
sowie einem gasförmigen oder flüssigen Druckmedium.
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Ein Bedarf an dünnwandigen nahtlosen Präzisionsrohren besteht vorwiegend
im Flugzeugbau, im Schiffsbau sowie im Rennwagenbau. Insbesondere im Plugzeugbau
werden dünnwandige Rohre aus verschiedenen Werkstoffen für Klimaanlagen, Anlaßanlagen
und Steuerluftsysteme benötigt. Im Hinblick auf das geringe Gewicht ist es notwendig,
diese Rohrleitungen statisch und dynamisch optimal zu dimensionieren. Eine dementsprechende
optimale Ausnutzung des Werkstoffes ist jedoch nur bei hoher Fertigungsgenauigkeit
möglich, da schon bei geringen Abweichungen von der Kreisform, insbesondere bei
örtlich eng begrenzten Abweichungen, große zusätzliche Spannungen auftreten. Ferner
sind stetige Querschnittsiibergänge und eine gute Oberflächenqualität der bearbeiteten
Rohre wünschensuert.
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Zur Herstellung dünnwandiger Rohre ist es bekannt, Rohrleitungsteile
aus Blechen zu formen und diese durch Schweißen zusammenzufügen. Bei diesem Verfahren
ist es jedoch unvermeidlich, daß relativ große Ovalitäten und insbesondere erhebliche
Störungen in der Nahtzone, wie z.B.
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Knick- und Versatzstellen, entstehen.
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Es ist ferner bekannt, die Wanddicke vorgedrehter Rohre durch Fließdrücken
zu vermindern, wodurch dünnwandige nahtlose Präzisionsrohre i engen Toleranzen und
mit guter Oberflächenqualität gefertigt werden können. Dieses Verfahren ist jedoch
relativ kostspielig und gestattet lediglich die Herstellung glatter Rohre ohne Querschnittsanderungen,
wie z.B. Aufdickungen.
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Es ist weiterhin bekannt, nahtlose Rohre durch chemische Abtragung
zu bearbeiten. Dieses Verfahren ist indessen werkstoffgebunden und z.B.
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auf gewisse Titanlegierungen, hochwarmfeste Stähle und andere hochwarmfeste
Legierungen nicht anwendbar. In anderen Fällen werden die Werkstoffeigenschaften,
wie z.B. der Gasgehalt und das Gefüge, ungünstig beeinflußt, und die Maßtoleranzen
lassen sich nur bei hohem Uberwachungsaufwand in vertretbaren Grenzen halten. Außerdem
ist die Qualität von Querschnittaübergängenbei durch chemisches Abtragen bearbeiteten
Rohren nicht zufriedenstellend.
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Es ist schließlich bekannt, Rohrhalbzeug auf relativ dünne Wandstärken
spanabhebend abzuarbeiten, wodurch theoretisch sämtliche Nachteile der genannten
llerstellungs- bzw. Bearbeitungsverfahren ausgeschaltet werden können jedoch scheitert
die spanabhebende Bearbeitung von dünnwandigen Rohren mit hohem Schlankheitsgrad
an der Unzulänglichkeit der herkömmlichen Spannzittel.
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So sind z.B. ~it längsverschiebbaren Keilen ausgerüstete Spanndorne
bekennt, bei denen der Keilwinkel außerhalb des Selbsthemmungsbereiches
liegt
und die wegen ihrer verhältnismäßig gedrungenen Bauweise überwiegend zum Aufspannen
relativ kurzer Rohre geeignet sind. Wendet man derartige Spanndorne bei sehr schlanken
Rohren an, so kommt es bei der Bearbeitung aufgrund ungenügender Stützung der Wandungen
des Werkstücks zu unerwünschten Schwingungen.
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Zum Aufspannen längerer Rohre sind ferner Spanndorne mit einer Vielzahl
hintereinander geschalteter und aufeinander gleitender Keilringe bekannt, deren
Keilwinkel ebenfalls außerhalb des Selbsthemmungsbereiches liegen.
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Bei dieser Art von Spanndornen kommt es aufgrund von Reibungsverlusten
zwischen den Keilringen sowie infolge geringfügiger Ungenauigkeiten derselben leicht
zu einer ungleichmäßigen Verteilung der radialen Spannkräfte über die Länge des
Werkstücks. Ferner besteht die Gefahr, daß derartige hintereinander geschaltete
Spanneinheiten aufgrund geometrischer Ungenauigkeiten im Inne~ gezogener Rohre ungleichmäßig
tragen und somit den Spannvorgang reibschlüssig blockieren können.
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Weiterhin ist es bekannt, sich zum Spannen von Rohren in radialer
Richtung deformierbarer elastischer Ringe zu bedienen, die in gewissem Abstand voneinander
auf einem Dorn angeordnet sind und durch axial eingeleitete Kräfte infolge von Querkontraktion
aufgeweitet werden. Zusätzlich wird hierbei in den Raum zwischen den Ringen Drucköl
eingeführt. Für eine spanabhebende Bearbeitung erscheint ein solcher Dorn jedoch
nur sehr bedingt geeignet, da eine definierte Stützung der Rohrinnenwandung allenfalls
im Bereich der elastischen Ringe gewährleistet sein dürfte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Aufspannung von dünnwandigen
Rohren, insbesondere großen Verhältnisses von Länge zu Durchmesser, zum Zwecke der
spanabhebenden Bearbeitung mit sehr hoher Genauigkeit zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen mit einer Vielzahl
axialer und mit sehr geringer Steigung bezüglich seiner Mittelachse verlaufender
Nuten versehenen langgestreckten Grundkörper, durch in diesen Nuten mittels einer
auf dem Grundkörper angeordneten Bundmutter längsverschiebbar geführte Spannkeile
etwa von der Länge der Nuten mit einem im Selbsthemmungsbereich liegenden, der Steigung
der Nuten entsprechenden Keilwinkel und durch einen sich an den dickeren Enden der
Spannkeile abstützenden, mit Durchgangsöffnungen für das in das Werkstück einzuleitende
Druckmedium versehenen Schlüssel zur Betätigung der Bundmutter.
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Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften sind die Spannkeile gemäß
einem weiteren Erfindungsgedanken an ihrer Oberseite mit einer Kunststoffbeschichtung
versehen.
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Zur Schonung der Rohrinnenwandung sowie zur gleichmäßigen Verteilung
der Spannkräfte über die Innenwandung des zu bearbeitenden Rohres sind der Grundkörper
und die Spannkeile ferner zweckmäßigerweise von längsgeschlitzten Spannhülsen umgeben,
und letztere sind zur Vermeidung des Fressens mit dem Werkstück sowie zur Übertragung
der bei der Bearbeitung auftretenden Kräfte mit dem Grundkörper durch Stifte fest
bzw. beweglich verbunden.
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Zur Aufnahme der Längskräfte aus dem Druckmedium wird der Schlüssel
in den dickeren Enden der Spannkeile verankert, die hierzu in zweckmäßiger Weise
hakenförmig ausgebildet sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht der Schlüssel aus
einem rohrförmigen, mit einem Knebel und mit Klauen zum Erfassen der Bundmutter
versehenen Grundkörper, der an seinem oberen Ende mit einer Eintrittsöffnung und
an seinem unteren Ende mit Durchgangsöffnungen für das Druckmedium versehen ist
und dessen mittlerer Bereich von einer mittels Klauen in die hakenförmigen Enden
der Spannkeile eingreifenden Hülse umgeben ist, die durch einen mit dem rohrförmigen
Grundkörper fest verbundenen
Ring drehbar geführt und in axialer
Richtung fixiert ist.
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Weiterhin ist die Hülse in vorteilhafter Weise mit Dichtringen zur
Abdichtung versehen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es- zeigen: Fig. 1 das Spannwerkzeug ohne Schlüssel in Seitenansicht,
Fig. 2 das Spannwerkzeug ohne Schlüssel im Schnitts Fig. 3 das Spannwerkzeug gemäß
Fig6 1 in der Frontansicht, Fig. 4 das Spannwerkzeug gemäß Fig 1 im Schnitt, Fig.
5 ein Spannwerkzeug für extrem lange Rohre in schematischer Darstellung, Fig. 6
den Schlüssel des Spannwerkzeuges, teilweise im Schnitt, Fig. 7 den Schlüssel gemäß
Fig. 6 in Stirnansicht und Fig. 8 einen Schnitt durch den Schlüssel gemäß Fig. 6
in der Ebene A - A.
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In einen langgestreckten Grundkörper 1 gind axial angeordnete Nuten
2 eingearbeitete die mit sehr geringer Steigung bezüglich der Mittelachse des Grundkörpers
1 verlaufen. In den Nuten 2 sind Spannkeile 3 mit einem der Steigung der Nuten 2
entsprechenden Keilwinkel längsverschiebbar geführt. Die Verschiebung der Spannkeile
3 erfolgt durch eine Bundmutter 4, die auf einem Gevindeansatz 5 des Grundkörpers
1 geführt ist. Hierbei greifen der Bundmutter 4 anliegende Druckscheiben 6 und 7
in entsprechend geformte Nuten 8 der Spannkeile 3 ein. Ferner sind die Spannkeile
3 an ihren dickeren Enden mit einem hak#nförmigen Ende 9 versehen.
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Der Grundkörper 1 und die in ihm geführten Spannkeile 3 sind von längsgeschlitzten
Spannhülsen 10 umgeben, die jeweils über eine Bohrung 1 und zwei Langlöcher 12 mit
dem Grundkörper 1 verstiftet sind. Diese Spannhülsen 10 werden bei Verschiebung
der Spannkeile 3 in ihrem Durchmesser variiert und übertragen die Spannkräfte gleichmäßig
auf das über die Spannhülsen 10 geschobene und zu bearbeitende Rohr, Zur Verbesserung
der Gleiteigenschaften zwischen den Spannkeilen 3 und den Spannhülsen 10 sind die
Spannkeile 3 an ihrer Oberseite mit einer Kunststoffbeschichtung 13 versehen.
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Bei dem in Fig. 5 schematisch dargestellten Spannwerkzeug für extrem
lange Rohre sind die Nuten 2 symmetrisch zu einer mittleren Querschnittsebene angeordnet,
und dementsprechend ist dieses Spannwerkzeug beidseitig mit Spannkeilen 3 ausgerüstet.
Es versteht sich, daß hier auch der Gewindeansatz 5 sowie die hierauf geführte Bundmutter
4 doppelt vorgesehen sein müssen.
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Zur Betätigung der Bundmutter 4 und zur Einleitung eines Druckmediums
in das zu bearbeitende Werkstück dient der Schlüssel 14 (Fig. 6 bis 8). Dieser Schlüssel
besteht im wesentlichell aus einem rohrförmigen Grundkörper 15, der mit einem Knebel
16 und mit Klauen 17 zum Erfassen der Bundmutter 4 versehen ist. Ferner ist der
Schlüssel 14 an seinem oberen Ende mit einer Eintrittsöffnung 18 sowie in seinem
Mittelteil und im unteren Berqich mit Durchgangsöffnungen 19, 20 für das Druckmedium
versehen. Der mittlere Bereich des rohrförmigen Grundkörpers 15 ist von einer Hülse
21 umgeben, die mit Klauen 26 in die hakenförmigen Enden 9 der Spannkeile 3 eingreift.
Ferner ist die Hülse 21 durch einen mit dem Grundkörper 15 mit teile Stiften 22
fest verbundenen geteilten Ring 23 drehbar geführt und in axialer Richtung gegenüber
dem Grundkörper 15 fixiert, so daß sie sich gegenüber den Spannkeilen 3 bzw. der
Bundmutter 4 und dem rohrförmigen Gruntiv körper 15 des Schlüssels 14 abstützt0
Zur Abdichtung zwischen dem Grusz körper 15 und der Hülse 21 einerseits sowie zwischen
der Hülde 21 und dem aufgespannten Werkstück andererseits ist die Hülse 21 mit Dichtringen
24# 2
ausgerüstet.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Spannwerkzeuges ist folgende:
Zu Beginn-des Spannvorganges wird über den durch die Klauen 17 mit der Bundmutter
4 und durch die Klauen 26 mit den Spanakeilen 3 verbundenen Schlüssel 14 ein geeignetes
Druckmedium, wie z.B. Preßluft, in das zu bearbeitende Rohr eingeleitet. Der hierdurch
geschaffene Spannungszustand beseitigt zunächst eine etwaige Ovalität des Rohres.
Sodann wird durch Bewegen des Knebels 16 und entsprechende Verschiebung der Spannkeile
3 aufgrund der Bewegung der Bundmutter 4 das Spannen des Werkzeuges bewirkt, wobei
das Rohr durch die in axialer Richtung durchlaufenden Spannkeile 3 mit extrem kleinem
Keilwinkel in erster Linie axial genau ausgerichtet wird.
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Hierdurch wird der durch das Druckmedium erzeugte Spannungszustand
gewissermaßen eingefroren, und er kann bei der Bearbeitung des Rohres zu einem kontrollierten
Recken der Rohrwandung führen. Dieser Effekt führt sowohl zur Beseitigung der Ovalität
als auch zur Erhöhung der Lebens dauer des bearbeiteten Rohres, Der durch das Druckmedium
erzeugte Innendruck sowie das auf den Schlüssel 14 ausgeübte Anziehmoment können
unter Berücksichtigung der Abmessungen und der Werkstoffeigenschaften des zu bearbeitenden
Rohres variiert werden0 So kann z.B. bei einem relativ weichen Rohr auf eine Innendruckbeaufschlagung
verzichtet werden, da das Spannwerkzeug aufgrund des extrem kleinen Keilwinkels
der Spannkeile große Spannkräfte entwickelt, ohne daß ein Fressen eintritt und sowohl
eine axiale Ausrichtung des Rohres ~gewährleistet als auch in Umfangsrichtung einen
für die genaue Ferti gung nötigen Spannungszustand hervorrufte Die plastische Verformung
der Rohrwandung in Umfangsrichtung, die beim Abarbeiten des Rohres eintritt, ermöglicht
ein Lösen der Spannkeile, ohne daß es zu unerwünschten Freßerscheinungen kommt.
Eine zusätzliche Verbesserung der Gleiteigenschaften
wird hierbei
durch die Kunststoffbeschichtung 13 der Keile 3 erreicht.
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Die mit dem Grundkörper 1 verstifteten Spannhülsen 10 dienen vorwiegend
dazu, die Spannkräfte gleichmäßig auf das Rohr zu übertragen sowie zur Aufnahme
der bei der Bearbeitung auftretenden Kräfte. Freie Bereiche zwischen den Spannhülsen
10 können zweckmäßigerweise später zum Abstechen von Rohrteilen benutzt werden.