DE3107302A1 - Vorrichtung zum handhaben eines langen werkstuecks - Google Patents

Description

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GO .:.»"..' ·.,".:-. ".," „:„ Dipl.-lng. H.Tiedtke

RUPE - rELLMANN

Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-lng. R. Kinne _ 4 _ Dipl.-lng. R Grupe

Dipl.-lng. B. Peilmann

3107302 Bavariaring 4, Postfach 20 2403

8000 München 2

Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tfpat cable: Germaniapatent München 26. Februar 1981

DE 1021 / case 1848

USS ENGINEERS AND CONSULTANTS, INC. Pittsburgh/Pennsylvania /USA

Vorrichtung zum Handhaben eines langen Werkstücks

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Handhaben eines langen und dünnen Werkstücks und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Handhaben einer Stange während des Schmiedens.

Bisher sind ölbohrstangen während des Schmiedens üblicherweise manuell gehandhabt worden. Dies bedingt zwangsläufig niedrigere Produktionsleistungen und führt zu einer Anzahl von Gefährdungen für die Bedienperson. Automatische Vorrichtungen zum Handhaben kurzer Werkstücke bzw. Werkstückrohlinge sind bereits entwickelt worden; beispielsweise die US-PS 2 796 616 zeigt eine solche Vorrichtung zum Herstellen von Schrauben. Bohrstangen werden jedoch in verschiedenen Größen hergestellt und können recht lang sein. Eines der Probleme beim Schmieden von Stangen großer Länge besteht darin, die

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Stange in Axialrichtung mit den Gesenken in der Schmiedemaschine auszurichten. Zusatzvorrichtungen zum Handhaben langer Stangen in Verbindung mit einer herkömmlichen automatischen Schmiedemaschine sind in der US-PS 3 089 361 und der US-PS 2997725 gezeigt. Diese Maschinen sind so ausgelegt, daß Werkstücke den Gesenken aufeinanderfolgend zugeführt werden, so daß gleichzeitig mehrere Stangen in der Maschine sind. Dies führt zu einigen unerwünschten Einschränkungen. Einerseits müssen die Gesenkstationen gleiche Abstände voneinander haben. Außerdem kann jedes Werkstück in jeder Station nur einmal bearbeitet werden. Schließlich ist keine Möglichkeit gefunden worden, die Stangen zuverlässig und genau in diesen Maschinen zu drehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Handhaben eines langen Werkstücks ist in den Patentansprüchen gekennzeichnet. Sie umfaßt einen Tisch, zu dem ein feststehendes Basiselement sowie ein bewegbares oberes Element, ein bewegbares mittleres Element, und ein bewegbares unteres Element gehören, die auf dem Basiselement parallel eines über dem anderen angeordnet sind, wobei jedes der drei bewegbaren Elementein einer von drei zueinander senkrechten Richtungen bewegbar ist, von denen zwei waagerecht verlaufen und die andere senkrecht verläuft, und wobei das obere Element·und das mittlere Element jeweils zusammen mit jedem der darunter befindlichen Elemente in deren Bewegungsrichtungen bewegt wird, eine wiegenartige Halterung, die auf dem oberen Element angebracht ist und das Werkstück in Längsrichtung in waagerechter Lage tragen kann, und jeweilige Antriebseinrichtungen zum Bewegen jedes der drei bewegbaren Elemente in seiner Richtung, wobei jede der Antriebseinrichtungen das ihr zugeordnete Element mit dem darunter angeordneten Element verbindet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

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Figuren 1a/ 1b eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße ^{und 1c} Vorrichtung;

Figuren 2a, 2b eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß den ^{und 2c} Figuren 1a, 1b und 1c;

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Figur 3 Figur 4 eine Seitenansicht gemäß 3-3 in Figur 1a;

eine Schnittdarstellung gemäß 4-4 in Figur 2a;

Figur 5 eine Schnittdarstellung gemäß 5-5 in Figur 4;

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Figur 6 eine Schnittdarstellung gemäß 6-6 in Figur 2a;

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Figur 7

Figur 8 Figur 9

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eine Schnittdarstellung gemäß 7-7 in Figur 2a;

eine Ansicht gemäß 8-8 in Figur 2a;

eine Seitenansicht einer Einrichtung zum Festhalten eines Werkstücks in einer Halterung der Vorrichtung;

Figur 10 eine Schnittdarstellung gemäß 10-10 in Figur 9; und

Figur 11 eine schematische Draufsicht auf Mittel zum Bewegen eines oberen Elementes eines Tisches der Vorrichtung.

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Im folgenden wird zunächst auf die Figuren 1a, 1b und 1c sowie 2a, 2b und 2c eingegangen. Die darin dargestellte Vor-

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richtung umfaßt eine wiegenartige Halterung in Form mehrerer aufrechter, kreisförmiger Scheiben 13, die Abstand voneinander haben. An den Scheiben angebrachte Abstandsstangen 14 (siehe Figuren 1, 2 und 4) verbinden die Scheiben 13 zu einer Einheit. In jeder Scheibe ist ein Schlitz 15 ausgebildet (siehe Figuren 3 und 4), wobei die Schlitze 15 miteinander ausgerichtet sind, damit sie ein langes und dünnes Werkstück aufnehmen können. Die Schlitze 15 verlaufen jeweils radial nach innen von einer öffnung am Umfang der jeweiligen Scheibe zur Mittelachse der Scheibe und schließen den Bereich der Mittelachse ein. Die Scheiben sind um ihre Mittelachsen mit Hilfe von Rollensätzen 17, 18 und 19 (siehe Figur 5) drehbar, die in Eingriff mit dem unteren Abschnitt des Außenumfangs der Scheiben steht. Die Schlitze 15 haben geneigt verlaufende Seitenwände 22 und 24 (siehe Figur 3), die die Entnahme einzelner Werkstücke von einem Zuleitgestell 26 (siehe Figur 3) und das Ablegen der Werkstücke auf einer Ableitrampe 28 erleichtern (siehe Figur 3).

Wie in den Figuren 1a, 2a und 3 gezeigt ist, ist vorzugsweise eine Vorrichtung vorgesehen, die die Scheiben als Einheit drehen kann. Diese Vorrichtung umfaßt ein Zahnrad 30, das an den Abstandsstangen 14 befestigt ist, ein Stirnrad 32 sowie einen umsteuerbaren Motor 34; Das Zahnrad 30 weist einen radialen Schlitz auf, der deckungsgleich mit dem Schlitz 15 ist, damit das Zahnrad 30 nicht das Werkstück behindert. Der Motor 34 treibt das Stirnrad 32 über ein Untersetzungsgetriebe 36 sowie eine flexible Kupplung 38 an. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Motor 34 um einen elektrohydraulisehen Schrittmotor, der so gesteuert wird, daß er die Scheibe in genaue WinkelStellungen dreht. Zum Drehen der Scheiben können jedoch auch andere Vorrichtungen benutzt werden; beispielsweise kann ein Malteserkreuz mit einem den Schlitzen in den Scheiben entsprechenden Schlitz an den Abstandsstangen, angebracht sein.

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Elektromagnete 40 dienen dazu, das Werkstück an den Böden der Schlitze 15 so festzuhalten, daß es zwangsläufig und genau in die gleiche Winkel- bzw. Drehstellung gedreht wird wie die Scheiben. Die Elektromagnete 40 (siehe Figuren 1a, 2a und 9) sind auf einer Grundplatte 42 angebracht, die in Längsführungen 44 und 46 (siehe Figur 10) verschiebbar sitzt. Ein fluidbetätigter Zylinder 48 weist eine Kolbenstange auf, die an der Grundplatte 42 angebracht ist. Wenn der Zylinder 48 erregt ist, übt seine Kolbenstange eine Kraft aus, die versucht, die Grundplatte 42 in Anlage an einem Anschlag neben der nicht dargestellten Schmiedemaschine zu halten. Zu einem bestimmten Zeitpunkt des Schmiedens wird das Werkstück in Richtung eines Pfeiles 51 (siehe Figur 9) mit solcher Kraft nach außen gestoßen, daß die Grundplatte 42 in den Längsführungen gleitend verschoben wird. Die Verschiebung des Werkstücks auf der Grundplatte und den Elektromagneten hat die Funktion, dadurch Grate zu entfernen, daß das Werkstück durch die Scheiben herausgedrückt wird.

Die Scheiben sind auf einem Tisch montiert, der ein Basiselement 52 (siehe Figuren 2a, 2b und 2c), das am Einbauort fixiert ist, sowie ein bewegbares oberes Element 54, ein bewegbares mittleres Element 56 und ein bewegbares unteres Element 58 umfaßt. Jedes der bewegbaren Elemente wird von einem Satz Führungsschienen geführt, die am unmittelbar unter ihm angeordneten Element angebracht sind. Das obere Element 54 ist seitwärts in waagerechter Richtung 60 (siehe Figur 1a) bewegbar und läuft auf Führungsschienen 62 und 64 (siehe Figur 2a) sowie 66 und 68 (siehe Figur 2c), die als Winkeleisen ausgebildet sind und auf der Oberse'ite des mittleren Elementes 56 nahe dessen entgegengesetzten Enden angebracht sind, sowie auf flachen, umgekehrten Führungsschienen 70 (siehe Figur 2a) und 72 (siehe Figur 2c). Zum oberen Element 54 gehören verschiedene Rollenbaugruppen, die jeweils den verschiedenen Führungsschienen zugeordnet sind. Rollen

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74 und 76 (siehe Figur 6) der den Winkeleisen-Führungsschienen zugeordneten Rollenbaugruppen greifen an den waagerechten bzw. senkrechten Flächen der Winkeleisen-Führungsschienen an. Diese Führungsschienenkonstruktion sorgt für eine mit der Längsbewegung des mittleren Elementes 56, die noch beschrieben werden wird, koordinierte Bewegung des oberen Elementes 54. Dies heißt mit anderen Worten, daß das obere Element 54 unabhängig in Querrichtung bewegt werden kann, jedoch auch in Längsrichtung bewegbar ist, und zwar zusamen mit dem mittleren Element 56. Die umgekehrten Führungsschienen 70 dienen zur Stabilisierung des oberen Elementes 54 und sorgen für glattere Bewegung desselben. Das mittlere Element 56 kann, wie bereits erwähnt wurde, in Längsrichtung, d.h. in Richtung eines Pfeiles 77 in Figur 2a, vor- und zurückbewegt werden. Das mittlere Element 56 läuft auf einem Paar Führungsschienen 78 (siehe Figuren 2a und 7) und 79 (siehe Figur 7), die in Form von Winkeleisen ausgebildet sind und auf der Oberseite des unteren Elementes 58 an dessen Enden nahe der Schmiedemaschine angebracht sind, sowie auf einem ähnlichen Paar von Führungsschienen am entgegengesetzten Ende des unteren Elementes, wobei eine dieser Führungsschienen 85 in Figur 2c erkennbar ist. An der Unterseite des mittleren Elementes 56 sind den Führungsschienen zugeordnete Rollenbaugruppen angebracht, die jeweils in Eingriff mit den Führungsschienen stehen. Jede Rollenbaugruppe umfaßt zwei Fahrgestelle .80 (siehe Figur 2a) und 81 (siehe Figur 2c) mit einem Paar Rollen, die auf der waagerechten Fläche der Winkeleisen-Führungsschiene laufen, sowie zwei zweite Fahrgestelle 82 (siehe Figur 2a) und 83 (siehe Figur 2c) mit einem Paar Rollen, die auf den senkrechten Flächen der Winkeleisen-Führungsschienen laufen. Schließlich ist das untere Element 58 in senkrechter Richtung auf- und abbewegbar, wobei es von Führungsschienen 84 und 86 (Figuren 1a und 2a) sowie und 90 (Figuren 1c und 2c) geführt wird, die an ihm angebracht sind und von ihm aus nach unten verlaufen. Zugeordnete

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Raclbaugnippen, die an aufrechten Säulen angebracht sind, die am Basiselement 52 befestigt sind, stehen in Eingriff mit jeder der Führungsschienen. Jede Radbaugruppe besteht aus drei Rollenbaugruppen 91, 92,93 bzw. 94, 95, 96 (siehe Figuren 1a und 2a) bzw. 97, 98, 99 bzw. 100, 101, 102 (siehe Figuren 1c und 2c), die an den drei Seiten bzw. Flächen der senkrechten, pfostenartigen Führungsschienen angreifen.

Getrennte Antriebseinrichtungen sind zum Bewegen des oberen Elementes, des mittleren Elementes und des unteren Elementes des Tisches vorgesehen. Wie die Figuren 1a, 1b, 1c, 8 und 11 zeigen, umfaßt die Antriebseinrichtung zum Bewegen des oberen Elementes 54 in Querrichtung ein Seil 106, das um Seilscheiben 108, 109 (siehe Figur 1a), 110, 111 (siehe Figur 2a) sowie 113, 114, 115 und 116 (siehe Figur 1c) geführt ist, die am mittleren Element 56 angebracht sind. Das Seil 106 ist als geschlossene Schlinge in Form einer "8" mit zwei Schlingenabschnitten um die Seilscheiben geführt. Die entgegengesetzten Enden der zwei Schlingenabschnitte bewegen sich in gleicher Richtung und bewegen dabei das obere Element 54, das an den beiden Schlingenabschnitten mittels einer Zwinge 120 (siehe Figuren 1c und 2c) und einer Zwinge 122 (siehe Figuren 1a und 2a) festgeklemmt ist. Die Zwinge 122 umfaßt einen Bolzen 124 (siehe Figur 8) sowie Platten 126 und 128, die das Seil um einen Pfosten 130 herum festklemmen, der vom oberen Element 54 aus nach unten ragt. Die Mittel zum Hin- und Herbewegen des Seils 106 umfassen einen Hebel 132 (siehe Figur 1a), der an seinem einen Ende mit dem Seil 106 verbunden ist, sowie doppeltwirkende, fluidbetätigte Zylin-0 der 134 und 136, die jeweils eine mit dem Hebel 132 verbundene Kolbenstange aufweisen. Das andere Ende des Hebels 132 ist auf einem Stift 138 gelagert, an dem eine Scheibe 140 angebracht ist. Die Scheibe 140 kann in Führungsrillen von Gleitschienen 142 und 144 verschoben werden. Die Zylinder 134 und 136 können unabhängig voneinander angesteuert werden, so daß

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die vier möglichen Kombinationen aus den jeweils zwei Stellungen ihrer Kolbenstangen (zurückgezogen und ausgefahren) eine Bewegung des oberen Elementes 54 in vier bestimmte Positionen ergeben. Diese Positionen sind schematisch in Figur durch die Positionen 146, 148, 150 und 152 des Hebels 132 angedeutet. Der Zylinder 134 ist schwenkbar am mittleren Element 56 angelenkt, so daß einer Selbstblockierung vorgebeugt ist. Eine Sicherungsstange 147 stabilisiert die Schwenk- und Gleitbewegung des Hebels 132.

Die Antriebseinrichtung zum Vor- und Zurückbewegen des mittleren Elementes 56 in Längsrichtung umfaßt eine Zahnstange 154 (siehe Figuren 1b und 2b), die am mittleren Element 56 befestigt ist, ein Stirnrad 156 sowie einen umsteuerbaren Motor 158. Der Motor 158 treibt das Stirnrad 156 über ein Untersetzungsgetriebe 160 sowie eine flexible Kupplung 162 an. Auch dieser Motor ist vorzugsweise ein elektrohydraulischer Schrittmotor, wie er bereits vorstehend erwähnt wurde.

Die Antriebseinrichtung zum Auf- und Abbewegen des unteren Elementes in senkrechter Richtung umfaßt Zahnstangen 164 und 166 (siehe Figuren 1a und 2a) sowie 168 und 170 (siehe Figuren 1c und 2c), die vom unteren Element 58 aus nach unten ragen. Stirnräder 172 und 174 (siehe Figur 1a) stehen in Eingriff mit den Zahnstangen 164 und 166 und sind auf einer Welle 176 angebracht, die in Lagerböcken 178 und 180 gelagert ist. Mit den Zahnstangen 168 und 170 stehen auf ähnliche Weise Stirnräder 182 und 184 (siehe Figur 1c) in Eingriff, die auf einer Welle 186 angebracht sind, die in Lagerbocken 188 und 190 gelagert ist. Die Wellen 176 und 186 werden von einem umsteuerbaren Motor 192 aus (siehe Figuren 1a und 2a) über Zahnrad-Untersetzungsgetriebe 194 und 196 angetrieben, wobei der Motor mit dem Zahnrad-Untersetzungsgetriebe 194 über eine flexible Kupplung 197 verbunden ist und wobei die beiden genannten Zahnrad-Untersetzungsgetriebe über

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eine flexible Kupplung 198 verbunden sind. Das Zahnrad-Untersetzungsgetriebe 196 ist einerseits mit der Welle 176 über eine flexible Kupplung 200 verbunden und andererseits verbunden mit der Welle 186 über Wellen 202 und 204, flexible Kupplungen 206, 208, 210 und 212 sowie ein Untersetzungsgetriebe 213. Die Wellen 202 und 204 sind in Lagerböcken 214, 216, 218 und 220 gelagert. Auch der Motor 192 ist vorzugsweise ein elektrohydraulischer Schrittmotor, wie er bereits oben erwähnt wurde.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung wird bei der Handhabung einer ölbohrstange während des Schmiedens in einer Mehrstationenpresse in folgender Weise betrieben. Zunächst werden die Scheiben unterhalb des Zuleitgestells 26 (siehe Figur 3) angeordnet, indem der Hebel 132 in die Position 152 (siehe Figur 11) gebracht wird. Dann werden die Scheiben angehoben, damit sie eine Stange mit den geneigt verlaufenden Seitenwänden 22 der Schlitze 15 erfassen. Im Anschluß daran werden die Scheiben etwas gedreht, damit die Stange nach unten in die Schlitze hineinrollen kann, wonach die Stange in den Schlitzen durch Erregen der Elektromagnete 40 festgehalten wird. Danach werden die Scheiben abgesenkt und seitwärts in eine erste horizontale Zwischenposition bewegt, die der Position 150 des Hebels (siehe Figur.11) entspricht. Das mittlere Element 56 des Tisches wird dann in Längsrichtung bewegt, wobei es das obere Element 54 mitnimmt, so daß die Stange in Axialrichtung in richtige Lage in der ersten Gesenkstation der Presse gebracht wird. Nachdem die Gesenke in der ersten Station an der Stange geschlossen worden sind und dann das bewegbare Gesenk zurückgezogen worden ist, werden die Scheiben seitwärts in eine zweite horizontale Zwischenposition bewegt, die der Position 148 des Hebels (siehe Figur 11) entspricht, so daß die Stange von den Gesenken freikommt und mit Abstand von ihnen zwischen den Gesenken angeordnet ist. Dann werden die Scheiben abgesenkt und seit-

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«arts zurück in die erste horizontale Zwischenposition gebracht, um die Stange in der zweiten Gesenkstation zu positionieren. Diese Schritte werden wiederholt, um die Stange in jede von sechs Gesenkstationen zu bringen und dort zu positionieren. Wie bereits erwähnt wurde, muß die Stange zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bearbeitungsschritten in einer der Gesenkstationen gedreht werden, um einen Schlüsselvierkant anzuformen. Außerdem muß die Stange zwischen zwei der anderen Stationen gedreht werden, damit eine Kennmarke eingeprägt werden kann. Dies geschieht unabhängig von den anderen Bewegungen der Vorrichtung, indem die Scheiben gedreht werden, während die Stange darin von der Kraft der Elektromagnete festgehalten wird. Nach Beendigung des Schmiedens wird das mittlere Element 56 des Tisches in Längsrichtung zurückgezogen und in eine solche Stellung angehoben, daß die Stange sich neben der Ableitrampe 28 (siehe Figur 3) befindet, wonach dann die Elektromagnete enterregt werden und die Scheiben so gedreht werden, daß die Stange auf die Ableitrampe und auf dieser herabrollen kann. Die gesamte Folge von Schritten kann dann wiederholt werden, um eine weitere Stange zu schmieden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann so gesteuert werden, daß sie die vorstehend beschriebenen Schritte nacheinander automatisch ausführt. 130051/0 676

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   Vorrichtung zum Handhaben eines langen Werkstücks, gekennzeichnet

   durch einen langen Tisch (52, 54, 56, 58), zu dem ein feststehendes Basiselement (52) sowie ein bewegbares oberes Element (54), ein bewegbares mittleres Element (56) und ein bewegbares unteres Element (58) gehören, die auf dem Basiselement parallel eines über dem anderen angeordnet sind, wobei jedes der drei bewegbaren Elemente (54, 56, 58) in einer von drei zueinander senkrechten Richtungen bewegbar ist und wobei das obere Element und das mittlere Element jeweils zusammen mit den darunter befindlichen Elementen beziehungsweise dem darunter befindlichen Element bewegt wird, und eine lange, wiegenartige Halterung (13, 14), die auf dem oberen Element angebracht ist und ein Werkstück in waagerechter Lage tragen kann, und jeweilige Antriebseinrichtungen zum Bewegen jedes der drei bewegbaren Elemente in seiner Richtung, wobei jede der Antriebseinrichtungen das ihr zugeordnete bewegbare Element mit dem darunter angeordneten Element verbindet.

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   Deutsche Bank (München) KIo. 51/61070

   Dresdner Bank (München) Kto. 3939844

   Postscheck (München) Kto. 670-43-804

   "- 2 "- " ""* DE 1021
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
   g e k e η η ζ e i σ h η e t

   durch eine Vorrichtung (30, 32, 34) zum Drehen der wiegenartigen Halterung (13, 14) um ihre Längsachse. 5
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
   dadurch gekennzeichnet, daß jedes der bewegbaren Elemente (54, 56, 58) auf einem Satz Führungsschienen (62, 78, 84) läuft, der am jeweils darunter befindlichen Element (52, 56, 58) angebracht ist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Antriebseinrichtung zum Bewegen zumindest eines der bewegbaren Elemente (56, 58) eine Zahnstange (154 oder 164), ein Stirnrad (156 oder 172), das in Eingriff mit der Zahnstange steht, sowie einen umsteuerbaren Motor (158 oder 192) umfaßt, der das Stirnrad antreibt.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Antriebseinrichtung zum Bewegen eines der bewegbaren Elemente (54) in horizontaler Richtung einen Satz Seilscheiben (108 bis 116), ein Seil (106), das über die Seilscheiben geführt ist und sich so überkreuzt, daß es zwei Schlingenabschnitte bildet, Zwingen (120, 122) am Element (54), die ,mit den Schlingenabschnitten fest verbunden sind, sowie Mittel (132, 134, 136) umfaßt, die das Seil über die Seilscheiben vor- und zurückbewegen können.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5,

   dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zum Bewegen des Seils (106) einen schwenkbaren Hebel (132), der am Seil befestigt ist, und zwei doppeltwirkende, fluidbetätigte Zylinder (134, 136) umfaßt,

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   die jeweils eine am Hebel angreifende Kolbenstange haben, wobei die Angriffspunkte Abstand voneinander aufweisen und wobei die Zylinder unabhängig voneinander so betätigbar sind, daß das Seil und das damit verbundene bewegbare Element (54) in eine von vier bestimmten Positionen bewegt werden kann.

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