DE2261575A1 - Verfahren und einrichtung zum ausrichten von langgestreckten elementen - Google Patents

Description

WESTERI ELECTRIC

Company, Incorporated, ^ 53

195 Broadway
NEW YORK
NEW YORK 10 007
U.S.A.

Verfahren und Einrichtung zum Ausrichten von langge^- streckten Elementen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausrichten bzw. Geraderichten eines langgestreckten Elements und insbesondere auf ein Verfahren zum Ausrichten eines rohrförmigen Elements, wobei die Bildung von örtlichen Verformungen im Bereich der Irmenwaridimg des rohrförmigen Elements infolge des Ausrichtens im wesentlichen vermieden wird*

In der Technik der Rohrherstellung ist es bekannt, ein Werkstück in die Form eines Rohres zu bringen, z.B. durch Verformung eines flachen, gewalzten Metallbandes und durch llahtverschweißung dieses verformten Bandes. Um die gewünschten Rohrabmessungen zu erhalten, ist es bekannt, hierfür Ziehver-

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fahren unter Verwendung eines äußeren Ziehwerkzeugs und eines inneren Ziehdorn^ einzusetzen. Ferner ist es bekannt, das geformte und in seinen Abmessungen bestimmte Bohr auszurichten bzvr. geradezurichten, insbesondere mittels üblicher Rollen- Ausrichtmaschinen.

Die im Allgemeinen in der Rohrherstellung verwendeten Rollen-Ausrichtmanchineri weisen eine Anzahl von Rollen, z.B. 3 Paare von Rollen,auf, die gleichzeitig rotieren, wobei ein Vorschub des Rohres in axialer Richtung erfolgt und die Rohrabschnitte während des Aunrichtvorgangs einer plastischen Biegebeans-pruchung unterworfen werden. Ein mittleres Rollenpaar befindet sich in einer gegenüber der Verbindungslinie der beiden anderen paare seitlich versetzten Anordnung, um hierdurch das Rohr einer ρIcπ ti sehen Biegebeanspruchung auszusetzen. Die Rollennaare klemmen dun Rohr zwischen sich ein und drehen es, viodurch eine Rotation und ein axialer Vorschub des Rohres erzeugt wird. Die Anwendung einer -plastischen Biegebeanspruchung auf einen sich drehenden Rohrabschnitt von unvollkommener Geradlinigkeit während des Vorschubs durch die Rollen bewirkt, daß dieser Rohrabschnitt elastisch in eine geradere Konfiguration zurückfedert, nachdem innerhalb der Rollen- Ausrichtmaschine eine plastische Verformung stattgefunden hat. Es kann eine Anzahl von Durchgängen durch die Maschine vorgesehen sein, um die axiale Krümmung des Rohrabschnitts bis zu einem annehmbaren Maße zu reduzieren.

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Eine Rollen-Ausrichtmaschine üblicher Ausführung ist zum Geraderichten von Rohrabschnitten mit einem weiten Bereich von Außendurchmessern geeignet. Infolgedessen sind die Allzweck- Rollen, die ,in einer solchen Maschine verwendet werden, so geformt, daß sie einen annehmbaren Grad- einer Oberflächenberührung mit vielen verschiedenen Rohrgrößen gestatten. Um einen Rohrabschnitt mit irgend einem bestimmten Außendurchmesser mittels Rollen geradezurichten, wird dieser Rohrabschnitt einfach zwischen die Rollen eines jeden Rollen-•pMüres gesetzt und die Rollen werden, gegeneinander gedrückt und winklig verschoben, bis der offensichtlich beste Eingriff zwischen den Umrissen der Rollen und der Oberfläche des.Rohribschnitts erreicht ist. Im Anschluß daran erfolgt das Ausrichten, wobei der durch die Rollen auf das Rohr ausgeübte Druck aufrecht erhalten bleibt.

Betrachtet man nun den besonderen Fall der Herstellung von rohrförmigen Elementen, die als Hohlleiterabschnitte für Hillimeterwellen verwendet, werden sollen, so ist es erforderlich, daß ein hoher Vollkommenheitsgrad hinsichtlich der Geradlinigkeit mit einem hohen Grad von Glattheit und Gleichmäßigkeit der Innenwand- eines rohrförmigen Elements verbunden werden muß, um ein einwandfreies produkt zu erhalten. Es ist festgestellt worden, daß eine herkömmliche Rollen- Ausrichtsmaßchine, bei der die üblichen Allzweck-Rollen benutzt werden, nicht zur Herstellung von ausgerichteter, rohrförmigen Elementen brauchbar ist, die in Hohlleitcranordnungen für Millimeterwellen verwendet werden sollen.

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- 4 - BAD ORfOfMAt

Als Folge des Ausrichtens von rohrförmigen Elementen bis zu einer annehmbaren Geradlinigkeit unter Verwendung von üblichen Rollen sind schraubenförmige Einkerbungen im Bereich der Innenwandung dieser Elemente festgestellt worden. Diese schraubenartig verlaufenden Einkerbungen resultieren, die man gefunden hat, aus dem Mangel, daß die Rollen und die rohrförmigen Elemente während des AusrichtVorgangs vollkommen an ihren Oberflächen in gegenseitigem Eingriff stehen. Statt dessen sind ein oder mehrere einzelne Berührungspunkte vorhanden, durch die Bereiche von besonders hoher Druckbeanspruchung an der Oberfläche des rohrförmigen Elements gebildet werden, welche zu den inneren, schraubenförmigen Einkerbungen führen. Diese Verformungen, die periodisch verlaufen, lassen gewöhnlich die rohrförmigen Elemente für die Verwendung als Hohlleiter- Abschnitte für Millimeterwellen unannehmbar werden.

Es ist ermittelt worden, daß anstatt eines Kontaktes an einem oder mehreren punkten eher ein kontinuierlicher Berührungsweg zwischen den Oberflächen der Rollen und dem rohrförmigen Element erforderlich ist, um die Vermeidung von unerwünschten schraubenartigen Einkerbungen sicher zu stellen. Es ist vorgeschlagen worden, die Bedingungen für einen kontinuierlichen Berührungsweg dadurch zu schaffen, daß Rollen mit hyperbolischen Umrissen verwendet werden. Wie jedoch Untersuchungen gezeigt haben, ergibt eine hyperbolisch gestaltete Rolle keinen voll-

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kommenen Eingriff zwischen den Oberflächen der Rolle und des rohrförmigen Elements längs einer wesentlichen axialen Länge der Rolle.

Für die Herstellung von rohrförmigen Elementen von hoher Qualität, beispielsweise zur Verwendung in Millimeterwellen-Hohlleiter- Anordnungen, ist es selbstverständlich am vorteilhaftesten, wenn Verfahren zum Ausrichten von Rohrabschnitten mittels Rollen angegeben werden, bei denen keine schraubenförmigen Einkerbungen längs der Innenwände der Rohre gebildet werden, beispielsweise zufolge einer Herstellung und Verwendung von speziell gestalteten Rollen, mit denen ein kontinuierlicher Berührungsweg in Bezug auf die Rohrabschnitte im Verlauf des Ausrichtens gewährleistet wird. Derartige Rolen sind augenblicklich in der Technik weder verfügbar ■ noch ist irgend eine Methode bekannt, solche Rollen zu konstruieren und zu fertigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neues und verbessertes Verfahren zum Ausrichten von langgestreckten Elementen anzugeben, beispielsweise zum Ausrichten von rohrförmigen Elementen, gemäß welchem Verfahren die Bildung von örtlichen Verformungen im Bereich der Innenwandung eines rohrförmigen Elements infolge des AusrichtVorgangs im wesentlichen vermieden wird.

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Die Erfindung beabsichtigt ferner, zum Ausrichten bzw. Geraderichten von rohrförmigen Elementen mit einem gegebenen Außendurchmesser einen Satz von speziell geformten Bollen vorzusehen.

Das Verfahren zum Ausrichten von rohrförmigen Elementen mit dem Außenradius IL ohne Bildung von Verformungen im Bereich der Innenwandung eines rohrförmigen Elements ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rollen selektiv angeordnet werden, wobei jede der Rollen einen in axialer Richtung variierenden Radius ( R ) aufweist,der in jedem Punkt längs der Rolle von dem axialen Abstand (z_Q) dieses Punktes von der axialen Mitte der Rolle abhängt und der Formel

genügt, in der J/ eine reelle Wurzel der Gleichung

^{3 z} + B » O

ist, in welcher

= cot* Q

* 2y₀ (cot² Θ - cot* Q) Jf₄? 2

2_t.2

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wobei θ ein spitzer Winkel ist,

J⁰

und Ro ein minimaler, für die Rolle ausgewählter Radius ist, und in der

daß die Rollen (12) so angeordnet werden, daß ein Bearbeitungsweg zum Vorwärtsbewegen und Ausrichten eines rohrförmigen Elements (11) bestimmt wird, wobei das rohrförmige Element die Oberfläche einer jeden Rolle unter dem spitzen Winkel ( Θ ) in Bezug auf die Achse einer jeden Rolle berührt, und daß bei Rotation der Rollen und des rohrförmigen Elements dieses in Richtung des Bearbeitungswegs in Berührung mit den Rollen unter dem spitzen Winkel (θ )zugeführt und weiter- ■ bewegt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist . vorgesehen, daß 3 Paare von Rollen (12) verwendetund die Rollen eines jeden Paares einander gegenüber angeordnet werden, wobei jede Rolle eines jeden Paares in jeweils entgegengesetztem Sinne gegenüber der mittleren Achse des Rollenpaare s unter einem Winkel verdreht wird, der gleich dem spitzen Winkel (Θ ) ist, daß die Rollenpaare so ausgerichtet werden, daß zwei der Rollenpaare kolline-are mittlere Achsen aufweisen, und das dritte Rollenpaar, das in der Mitte zwischen

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den beiden anderen Rollen-naaren angeordnet ist, eine mittlere Achse aufweist, die gegenüber der Bichtung der mittleren Achsen der beiden anderen Rollenpaare seitlich versetzt ist, wobei durch einen in Richtung der mittleren Achse eines je- , den Rollen-naares verlaufenden Verbindungsweg zwischen den 3 Rollen-naaren der Bearbeitungsweg geb-ildet wird, und es ist weiter vorgesehen, daß das rohrförmige Element so angeordnet wird, daß es entlang des Bearbeitungswegs durch die 3 Rollen-■paare verläuft und daß wenigstens eines der Bollenpaare in Rotation versetzt wird, um das rohrförmige Element längs des Bearbeitungswegs durch die 3 Rollenpaare hindurch zu befördern, wobei es zum Zwecke seiner Ausrichtung gedreht wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besitzt jede Rolle"eine derart gestaltete Oberfläche, daß ein rohrförmiges'Element und die Rolle während des Ausrichtvorgangs sich gegenseitig unter Bildung eines kontinuierlichen Kontaktwegs berühren, der sich längs einer wesentlichen Rollenlänge erstreckt. Man hat festgestellt, daß durch Verwendung einer Ausrichte maschine, die mit Rollen dieser Art ausgesrüstet ist, die Möglichkeit besteht, rohrförmige Elemente herzustellen, die sich durch einen hohen Geradlinigkeitsgrad auszeichnen und die keinerlei innere schraubenartige Verformungen, wie sie gemäß den bekannten Methoden auftreten, besitzen.

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Ein Verfahren zur Bildung von Rollen mit einer Oberflächengestaltung, die den erwünschten kontinuierlichen Berührungsweg ergibt, besteht gemäß einer Weiterbildung der Erfindung darin, daß ein zylindrisches, spanabhebendes Werkzeug verwendet wird, dessen Außendurchmesser gleich dem gegebenen Außendurchmesser des auszurichtenden rohrförmigen Elements ist, und daß ein als Rolle zu verwendendes Werkstück mit diesen spanabhebenden Werkzeug in der Weise bearbeitet wird, daß sowohl das Werkzeug als auch das Werkstück in Rotation versetzt werden, während das Werkzeug das Werkstück unter einem gegenüber der Werkstückachse s-pitzen Winkel berührt. Bei im Anschluß hieran stattfindenden Ausrichtverfahren wird der gleiche spitze Winkel zwischen jedem auszurichtenden rohrförmigen Element und der fertigen Rolle eingestellt und eingehalten.

Vorzugsweise wird hierbei das rohrförmige Element mit einer Anzahl weiterer, ähnlich ausgebildeter Rollen unter entsprechenden spitzen Winkeln gleichzeitig in Berührung gebracht und vorwärts bewegt. . .

Es lassen sich im Rahmen'der vorliegenden Erfindung aber auch die Techniken einer numerisch gesteuerten Bearbeitung anwenden, um Rollen mit vorbestimmter Ausbildung, herzustellen, wenn eine mathematische Analyse zur Kennzeichnung der erforderlichen Gestaltung einer jeden fertigen Rolle durchgeführt wird, wie dies beim erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen ist.

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Die Erfindung wird nunmehr im Rahmen von Ausführungsbeispielen näher erläutert, v/obei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. In diesen stellen dar:

Fig. 1 eine isometrische Ansicht einer Rollen- Ausrichtmaschine in bekannter Ausführung;

Fig. 2 in isometrischer Ansicht die Art und Meise der Formung und Ausbildung einer Rolle entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung, wobei diese Rolle zur Verwendung in der bekannten Maschine gem. Fig. 1 dient, * über um*eine wesentliche Länge der Rolle einen kontinuierlichen Berührungsweg mit einem rohrförmigen Element zu erzielen, welches mit der Maschine ausgerichtet werden soll;

Fig. 3 eine isometrische Ansicht einer Modellrolle

sowie der Struktur eines rohrförmigen Elements, das dazu dient, die Oberflächengestaltung der Rolle zu analysieren, welche erforderlich ist, * über um*eine wesentliche Länge der Rolle einen kontinuierlichen Berührungsweg mit einem auszurichtenden rohrförmigen Element zu erzielen;

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Fig« 4 eine Schnittansicht der in Fig. 3 gezeigten Bolle und des rohrförmigen Elements längs einer Ebene, die zu einer in Fig. 3 dargestellten "X" - "Y" - Ebene, parallel verläuft, und

die Fig. 5 und 6 jeweils Längsschnitte der Rolle und des rohrförmigen Elements gemäß Fig, 3, und zwar längs einer in Fig. 3 definierten "Y" - Achse bzw. "X" - Achse, .

Aus Fig. 1 ist eine Rollen- Ausrichtmaschine 10 in bekannter Ausführung ersichtlich.. Diese Maschine, die zum Ausrichten eines langgestreckten Stabes oder eines rohrförmigen Elements verwendet werden kann, -weist eine Anzahl von winklig zueinander angeordneten Rdlen 12 auf. Dieso Rollen sind zu paaren A, B und C gruppiert, wobei die eine Rolle eines- jeden Paares der jeweils anderen Rolle des Paares gegenüber liegt. Die Rollen eines jeden Rollenpaares können in der Weise relativ zueinander bewegt werden,, daß ein rohrfÖrmiges Element, das irgend einen von einer Anzahl von verschiedenen möglichen Außendurchmessern besitzt, zwischen die Rollen eingeführt werden kann und dajS zufolge einer relativen und/oder winkligen Bewegung der Rollen zueinander diese das rohrförmige Element erfassen.

Während des Ausrichtens eines gebogenen rohrförmigen Elements fluchten im wesentlichen die beiden Rollenendpaare A und C in charakteristischer Weise miteinander, während das mittlere

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EollenT)aar B gegenüber der Verbindungslinie zwischen den Rollent>aaren A und C beispielsweise in vertikaler Sichtung versetzt angeordnet ist. Wenn eine oder mehrere der Bollen bzw. wenn alle Rollen in Rotation versetzt sind, wird das rohrförmige Element 11 zur Drehung und zur Vorschubbewegung in der Richtung vom Rollenpaar A zum Rollen-naar C hin veranlaßt. Sobald ein Abschnitt des sich drehenden rohrförmigen Elements vom Rollen-oaar A zum Rollenpaar B hin gelangt, wird dieser Abschnitt einer Biegungsbeanspruchung unterhalb der Elastizitätsgrenze des Rohrmaterials unterworfen. Die plastische Verformung, die während der fortgesetzten Drehbewegung des rohrförmigen Elements im Bereich des mittleren Rollenpaares B stattfindet, ist derart, daß ein elastisches Zurückfedern des verformten Abschnitts in einen Zustand bewirkt wird, in dem der Abschnitt gerader ist als zuvor, als der Abschnitt seinen Verlauf vom Rollenpaar B zum Hollenpaar C hin nahm.

Auf Grund der Tatsache, daß die bekannte Maschine 10 zum .

Ausrichten bzw. Geraderichten von rohrförmigen Elementen

ist verschiedener Abmessungen bestimmV, sind die Rollen 12 der Rollenpaare A, B und C so konstruiert, daß von ihnen Rohre innerhalb eines weiten Bereichs von Außendurchmessern erfaßt werden können.

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Wenn ein rohrförmiges Element mit irgend einem bestimmten Durchmesser gerade gerichtet werden soll, so werden die Allzweck- Rollen 12 eines jeden Paares A, B und C einander angenähert und winklig zueinander verstellt, bis eine offensichtlich beste Anpassung an die Oberfläche des rohrförmigen Elements erzielt ist, und sodann wird die Rollen- Ausricht maschine in Betrieb genommen.

Man hat beobachtet, daß bei rohrförmigen Elementen, die mittels herkömmlicher Rollen- Ausrichttmaschinen, wie der in Fig. 1 gezeigten, gerade gerichtet worden sind, längs der Innenwandung der Rohre eine spiralige oder schraubenartige Verformung vorhanden ist. Es ist gefunden worden, daß derartige Verformungen, die von solchem Ausmaß sind, daß die rohrförmigen Elemente für die Verwendung als Leitungsabschnitte von Millimeterwellen- Hohlleitern ungeeignet sind, darauf zurückzuführen sind, daß ein einzelner Berührungspunkt oder ein diskontinuierlicher Mehrpunkt- Kontakt zwischen den Allzweck-Rollen 12 und jedem nachfolgenden rohrförmigen'Element 11 während des Ausrichtens vorhanden ist. Die Vermeidung der schraubenförmigen Deformation im Rohrinneren läßt sich nur dadurch sicher stellen, daß ein kontinuierlicher, enger Oberflächenkontakt zwischen einem rohrförmigen Element, das ausgerichtet wird, und einer wesentlichen Länge einer jeden Ausrichtrolle 12 besteht, eine Bedingung, die bei Verwendung von Rollen der bekannten Maschinen nicht erfüllt werden kann.

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Eine Methode, für Rollen-Ausrichtmaschinen dienende Rollen auszubilden und zu formen, die den erwünschten kontinuierlichen Kontakt zwischen den Rollen und den Oberflächen der rohrförmigen Elemente während des Ausrichtens gestatten, wird nun an Hand der Fig. 2 erläutert. Es ist ein zylindrisches, spanabhebendes Werkzeug 21 vorgesehen, dessen Außendurchmesser gleich dem Außendurchmesser einer Anzahl von rohrförmigen Elementen ist, die anschließend durch Benutzung einer Rolle gerade gerichtet werden sollen, die durch ein Werkstück 22 gebildet wird. Das spanabhebende Werkzeug 21 wird mit der Oberfläche des Werkstücks 22 in Berühung gebracht, wobei die Achse des Werkzeugs gegenüber der Achse des Werkstücks unter einem spitzen Winkel (9 gehalten wird. Das spanabhebende Werkzeug 21 und das für die Rolle dienende Werkstück 22 werden dann um ihre jeweiligen Achsen in Rotation versetzt, so daß in das Werkstück eine Ausnehmung 23 geschnitten wird. Es entsteht dann eine fertige Rolle, die die Einhaltung einer dichten Berührung über eine wesentliche, kontinuierliche Länge der Rolle mit einem rohrförmigen Element von dem gleichen Durchmesser, wie das spanabhebende Werkzeug 21, gestattet, wenn das rohrförmige Element innerhalb der Ausnehmung 23 unter dem spitzen Winkel Θ in Bezug auf die fertige Rolle angeordnet wird. Für jede einzelne Größe von rohrförmigen, auszurichtenden Elementen läßt sich ein entsprechender Satz von Rollen herstellen.

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Es gibt aber auch eine Alternativmethode für die Ausbildung von Rollen, deren Gestaltung einen langen und kontinuierlichen Berührüngsweg mit einem rohrförmigen Element gewährleistet» Diese Alternativmethode beinhaltet eine maifematische Analyse der Berührung zwischen einer Rolle, wie sie nach der an Hand der Fig. 2 erläuterten Methode· gefertigt-wird,, und einem rohrförmigen Element im Verlaufe des Ausrichtens.

Gemäß Fig. 3 verläuft eine gedachte mittlere Schnittebene 30 durch einen langgestreckten, kontinuierlichen Berührungsweg zwischen einem Abschnitt eines rohrförmigen Elements 31 und einer die gewünschte Oberflächengestaltung aufweisenden Rolle 32, Die Ebene 30 schneidet rechtwinklig die Rollenachse im Mittelpunkt der Rolle. Zur Erleichterung der Analysejvdrd der Abschnitt des rohrförmigen Elements als im wesentlichen gerade behandelt*

Diese Annäherung hat sich experimentell als durchaus richtig erwiesen, da Rollen, die entsprechend der analytischen Methode hergestellt worden sind, den erwünschten ausgedehnten, kontinuierlichen Berührungsweg in Bezug auf auszurichtende rohrförmige Elemente aufweisen und da diese Rollen ein Ausrichten ohne Bildung/zu beanstandenden, schraubenförmigen Einkerbungen längs der Rohrinnenwände gestatten.

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In Fig. 3 sind 3 zueinander rechtwinklige Achsen dargestellt. Eine ¹¹Z"- Achse fällt mit der Rollenachse zusammen, während eine "X"- Achse und ein T¹- Achse innerhalb der Ebene 30 liegen. Diese "X" - Achse ist so gewählt, daß die Achse des rohrförmigen Elements 31 zu einer Ebene parallel verläuft, die die ^MY^W- und "Z"- Achsen enthält. Die Fig. 5 und 6 zeigen das rohrförmige Element 51 und die Rolle 32 in gegenseitiger Berührung, und zwar in Ansichten in der ^ΜΪ^Μ- bzw, der ¹¹X" Achse. Die Querschnitte 41 bzw. 42 des rohrförmigen Elements bzw. der Rolle 32 längs einer anderen gedachten Schnittebene schneiden die ¹¹Z¹¹- Achse in einem beliebigen Abstand z_Q von der "X^M- "Y¹¹- Ebene 30 und sind in Fig. 3 isometrisch dargestellt, während sie in Fig. 4 in Richtung der ^MZ"- Achse zu sehen sind.

Wie eine prüfung der Fig. 4 ergibt/ litzt das rohrförmige Element 31 gemäß Fig. 3 einen elEptischen Querschnitt 41 innerhalb der gedachten Schnittebene 40. Der Mittelpunkt der Ellipse hat die Koordinaten x_Q, y_Q und z_Q. Die Rolle 32 besitzt einen kreisförmigen Querschnitt 42 innerhalb der Ebene 40· Der Radius R muß bestimmt werden. Es versteht siqh, daß eine Menge von Radien der Rolle entsprechend einer auereiohend großen Menge von gedachten Schnittebenen, die jeweils rechtwinklig zur Rollenachse und in unterschiedlichen Positionen längs der Rollenachse durch die Rolle verlaufen, <|ie Ober-flächenkontur der Rolle in einem solchen Maße bestimmen, daß die Rolle mittels üblicher Verfahren der numerisch gesteuerten

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Bearbeitung hergestellt werden kann.

Wenn die Achse des rohrförmigen Elements 31 parallel zur tf_Ytf_ ,I₂H_{- Ebene gemäß Fig#} 5 verläuft, gilt:

X₀ = >

.worin R-j der Radius des Rohres 31 und R2 ^er Radius des Querschnitts der Rolle 32 innerhalb der mittleren Schnitt ebene 30 gemäß Fig. 3 ist.

Ferner ist ( vergl. Fig. 3 und 6)-

tan Θ

Die Gleichung des kreisförmigen Querschnitts 42 (vergl. Fig. 3 und 4) der Rolle 32 in der Schnittebene 40 mit der Höhe z_Q ist

(3)

während die Gleichung des entsprechenden eHipti'schen Querschnitts 41 des rohrförmigen Elements 31

ist, worin a = R₁ (vergl. Fig. 4 und 5) und b «

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' - 18

( vergl. Fig. 4 und 6).

Wie man aus Fig. 3 und 4 ersehen kann, besitzen die Querschnitte 41 und 42 einen gemeinsamen Berührungspunkt 44 (X, Y, Z_Q), in dem die Ebene 40 einen ausgedehnten, kontinuierlichen Berührungsweg zwischen dem rohrförmigen Element und der Rolle 32 schneidet.

Somit

rf-r

dx

Krtis

Ellipse

oder

(G)

ergibt nach χ aufgelöst

7)

Durch Substitution von Gleichung (7) in Gleichung (4)_f welche die Gleichung für den elliptischen Querschnitt 41 (Fig.4) darstellt, und durch Umordnung der Ausdrücke, erhält man

x.V

Dies läßt sich, wie weiter unten gezeigt wird, in der gebräuchlicheren Form ausdrücken:

y *

E = O

(3)

- 19 _

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= Cot * Q

· JM

O - cot^Θ )

/ Cat+Θ

2- /3

J Cot*

sin

Die Ableitung der Gleichung (9) aus der Gleichung (8) wird wie folgt durchgeführt ι

Gleichung (8),

-f-

läßt sich umschreiben als

oder

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und man erhält
2n

²(b²-«²)² ₊2y_Qya²(b²-*²)+y

(12)

Da a » R* und b »■■

sin θ

2« 4 R

"sin²©

+ y

'sin²©

(15)

Zieht man den Faktor R^ auf beiden Seiten der Gleichung vor, so ergibt sich

sin² θ

-»-2y_oy( ° (14)

Da (

SIn²G

O.-1 « oot 0 _1: erhält man;

—.* y cot β +2y_Qycot²e +y

R,

sin^O

y cot θ + 2J_nJCOt²O + y (15)

309826/0358 -21 *

oder

sin^Q

sin^G

y_o)y

-(2y

²cot²Q)y² - (2y

2

_R (y_o ²cot⁴9)y²+(2y_o ³cot²Q)y+(y_o ⁴)-(—^-

(2

Ί

- ( J— y ^) = Q

(16)

Durch Zusammenfasaen von Ausdrücken läßt sich die Gleichung (16) in der !Form der Gleichung (9) wie folgt schreiben:

I cot⁴©

[cot⁴©] _r 2

^Lo .

sin Q.

cot ^Q

sin Q

-2

sin²9

²Y ²

R.

sin β

y,

4 ^{sin θ}

y_ocot²0

(17)

oder

+. By³ + Gy² + Dy + E — Q

mit Al₁B, O, D, und. E, wie bereits auf Seite 1.9 angegeben.

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Gleichung (9) liegt in einer Form vor, die sich leicht für den Wert von χ im Berührungspunkt 44 zwischen dem el&ptischen und dem kreisförmigen Querschnitt 41 bzw. 42 auflösen läßt. Die Gleichung liefert 4 Wurzeln, von denen 2 reell und 2 komplex sind. Von den beiden redien Wurzeln ergibt die eine dem Ursprung (x,y, z»o) am nächsten liegende den y- Wert im Berührungspunkt 44. Der entsprechende x- Wert läßt sich aus der Gleichung (4) finden, die die Gleichung des elliptischen Querschnitts darstellt, nach folgender Umformung! χ =x₀- q]A-

Die 3 Koordinaten x,y, ζ im Berührungspunkt 44 sind nun bekannt. Der Radius R läßt sich aus der Gleichung (3) finden, die die Gleichung des kreisförmigen Querschnitts darstellt, und zwar nach folgender Umformung:

R =

Dieses Verfahren kann für viele ausgewählte z- Werte wiederholt werden, um die Gestalt einer Rolle 32 zu d&rakterisieren, die einen maximalen Kontakt mit einem Rohr 31 von gegebenem Durchmesser (2 R^) bietet, das unter dem gewünschten Orientierungswinkel ©

in Bezug auf die Rolle mit einem gegebenen minimalen Radius angeordnet ist.

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~²³~ _ 2281575

Zur Vereinfachung in der Ausbildung einer Rolle mit der soeben besGhri&enen Art und Weise ihrer Gestaltung kann vorzugsweise ein herkömmlicher Rechenautomat eingesetzt werden. Ein solcher Rechner wird der üblichen programmisa?- technik entsprechend programmißri;,um für rohrförmige Elemente von jedem gegebenen, interessierenden Außendurchmesser jeweils eine Anzahl von Radien R entsprechend einer Folge von längs der Rollenachse, d.h. der z- Achse verteilten Punkten vorzusehen. Auf Grund des so erhaltenden Satzes von Radienwerten kann eine Anzahl von Lochstreifen für die numerische Steuerung erstellt werden und zwar jeweils ein Lochstreifen für jeden vorgegebenen !Durchmesser eines auszurichtenden rohrförmigen Elements. Diese Lochstreifen können in bekannter Weise zur Herstellung der erwünschten Rollen mittels handelsüblicher, numerisch gesteuerter Bearbeitungsmaschinen benutzt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Schablonen herzustellen, auf Grund deren Konturen die Rollen unter Verwendung üblicher Maschinen wie z. B. einer Kopierdrehbank oder einer Kopierschleifmaschine geformt werden können.

Die Länge des Berührungswegs ρ (Fig.5) zwischen einem rohrförmigen Element und einer so ausgebildeten Rolle kann durch Berechnung des Abstands zwischen irgend welchen zwei aufeinanderfolgenden Berührungspunkten und durch Summierung der berechneten Abstände vom mittleren Punkt der Rollenoberfläche

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mit χ «= lip, y = ο und ζ « ο zu dem letzen untersuchten Punkt mit den Koordinaten x, y, ζ ermittelt werden, in dem die folgende Gleichung für den AbstandS^ zwischen irgend welchen zwei einander benachbarten Punkten 1 und 2 benutzt wirdi

(20)

Es sind bereits Bollensätze, die unter Verwendung numerisch gesteuerter Bearbeitungsmaschinen, wie oben erwähnt, hergestellt worden sind, zum Ausrichten bzw. Geraderichten von rohrförmigen Elementen mit unterschiedlichen Außendurchmessern angewendet worden, wobei haiidcMbliche Rollen- Ausricht-maschinen, in der Art, wie sie in Fig, 1 dargestellt sind, zum Einsatz gekommen sind. Die Rollen eines jeden Satzes wurden paarweise, entsprechend Fig. 1, angeordnet, wodurch ein die Rollenpaare gegenseitig verbindender, längs der Mittelachse eines jeden Rollen-naares verlaufender Bearbeitungsweg bestimmt ist. Jede Rolle wurde tangential zum Bearbeitungsweg unter dem vorher gewählten spitzen Winkel (3 angeordnet und bildet daher diesen spitzen Winkel Q mit jedem nachfolgenden rohrförmigen Element, das während des Ausrichtvorgangs längs des Bearbeitungswegs vorwärts bewegt wird. Man hat festgestellt, daß die rohrförmigen Elemente sich in dichter Berührung mit den Oberflächen der Rollen befanden und zwar längs eines kontinuierlichen Berührungswegs, der sich über eine wesentliche Länge der Rollenoberflächen erstreckt. Darüber hinaus waren die ausgerichteten rohrförmigen Elemente durch einen sehr hohen Grad an Geradlinigkeit gekennzeichnet,

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- 25

ohne jegliche Bildung einer unerwünschten, schraubenförmigen Derformation an den Eohrinnenwänden.

In der vorangehenden Beschreibung sind selbstverständlich nur einige Ausführungsarten der Erfindung erläutert worden. Gemäß einer weiteren Ausführungsmöglichkeit kann es sich um das Ausrichten von zylindrischen Stäben antatt von rohrförm-igen Elementen handeln. Darüber hinaus kann durch Lösung der Gleichung (9) und unter Verwendung derjenigen der beiden reellen Wurzeln, die vom Ursprung (x,y* ζ= ο) entfernter ist, entsprechend einem innerhalb des elliptischen Querschnitts 41 dem Punkt 44 gemäß Fig. 4 gegenüber liegenden Punkt, auch eine ringförmige Rolle mit einer inneren Oberfläche· gebildet werden, die zum Ausrichten eines rohrförmigen oder zylindrischen Elements z.B. im Zusammenwirken mit einer zweiten, innerhalb des Elements angeordneten Rolle verwendet werden kann.

- Patentansprüche -

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Claims (4)

Patentansprüche

1.)) Verfahren zum Ausrichten von rohrförmigen Elementen mit dem Außenradius IL ohne Bildung von Verformungen im Bereich der Innenwandung eines rohrförmigen Elements, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rollen (12) selektiv angeordnet werden, wobei jede der Rollen einen sich in axialer Richtung variierenden Radius (R) aufweist, der in jedem Punkt längs der Rolle von dem axialen Abstand (z_Q) dieses Punktes von der axialen Mitte der Rolle abhängt und der Formel

genügt, in der y eine reelle Wurzel der Gleichung

- O

ist, in welcher

A = cot

-B = Z V₀ (cot^h Q - cot

^{C a}J^

^z Θ

. i£ et* Θ -

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sh* Θ

wobei 0 ein spitzer Winkel ist,

und Ro ein minimaler, für die Rolle ausgewählter Radius ist,

und'der

^ιΘ

daß die Rollen (12) so angeordnet werden, daß ein Bearbeitungsweg zum Vorwärtsbewegen und Ausrichten eines rohrförmigen Elements (11) bestimmt wird, wobei das rohrförmige Element die Oberfläche einer jeden Rolle unter dem spitzen Winkel ( 0 ) in Bezug auf die Achse einer jeden Rolle berührt, und daß bei Rotation der Rollen und des rohrförmigen Elements dieses in Richtung des Bearbeitungswegs in Berührung mit den Rollen unter dem spitzen Winkel ( Θ ) zugeführt und weiter bewegt wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 3 paare von Rollen (12) verwendet und die Rollen eines jeden Paares einander gegenüber angeordnet werden, wobei jede Holle eines jeden Paares in jeweils entgegengeteftziiai Sinne gegenüber der mittleren Achse des Rollenpaares unter einem Winkel verdreht wird, der gleidi dem spitzen Winkel ( Θ ) ist, daß die Rollenpaare so ausgerichtet werden, daß zwei der Rollenpaare kollineare mittlere Achsen aufweisen, und dais dritte-

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I*

Rollenpaar, das in der Mitte zwischen den beiden anderen Rollenpaaren angeordnet ist, eine mittlere Achse aufweist, die gegenüber der Richtung der mittleren Achsen der beiden anderen Rollennaare seitlich versetzt ist, wobei durch einen in Richtung der mittleren Achse eines jeden Rollenpaares verlaufenden Verbindungsweg zwischen den drei Rollenpaaren der Bearbeitungsweg gebildet wird, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Element so angeordnet wird, daß es entlang des Bearbeitungsvegs durch die 3 Rollenpaare verläuft und daß wenigstens eines der Rollenpaare in Rotation versetzt wird, um das rohrförmige Element längs des Bearbeitungswegs durch die 3 Rollenpaare hindurch zu befördern, wobei es zum Zwecke seiner Ausrichtung gedreht- wird.

3.) Verfahren zum Ausrichten eines rohrförmigen Elements mit einem zylindrischen Außenumfang von einem gegebenen Durchmesser ohne Bildung von Verformungen im Bereich der Innenwandung des rohrförmigen Elements, dadurch gekennzeichnet, daß ein spanabhebendes Werkzeug (21) mit einer zylindrischen Oberfläche und mit einem Durchmesser, der gleich dem gegebenen Durchmesser des rohrförmigen Elements ist, mit einem zylindrischen, als Rolle zu verwendenden Werkstück (22) in Berührung gebracht wird, derart, daß die Achse des Werkzeugs (21) unter einem spitzen Winkel zur Achse des Werkstücks (22) steht, daß das span-

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abhebende Werkzeug (21) und das Werkstück (22) in Rotation um ihre jeweiligen Achsen versetzt werden, während die Berührung zwischen Werkzeug und Werkstück unter dem Spitzen Winkel dauernd aufrecht erhalten wird, um hierdurch eine Rolle auszubilden, daß anschließend das rohrförmige Element mit der Rollenoberfläche in der Weise in Berührung gebracht wird, daß das rohrförmige Element unter dem gleichen spitzen Winkel gegenüber der Rollenachse angeordnet ist, und daß dann bei Rotation sowohl der Rolle als auch des rohrförmigen Elements dieses quer zur Rollenoberfläche unter dem spitzen" Winkel bewegt wird.

4.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Element mit einer Anzahl weiterer, ähnlich ausgebildeter Rollen unter entsprechenden spitzen Winkeln gleichzeitig in Berührung gebracht und vorwärts bewegt wird.

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