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Werkzeugträger zum Innenschälen von Rohren
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeugträger nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Kennzeichnend für derartige Werkzeugträger ist die Raumnot, in der
innerhalb eines im Durchmesser kleinen Schälkopfes die Messer und deren Verstellung
untergebracht werden müssen. Insbesondere wenn diese Werkzeugträger aus einer langen
Stange und dem Schälkopf bestehen, um beide in eine tiefe Bohrung einzubringen,
oder beide durch eine solche hindurchzuziehen, bereitet die schwingungsfeste Einspannung
der Schneidmesser unter gleichzeitiger Wahrung einer Verstellmöglichkeit Schwierigkeiten.
Derartige Werkzeugträger finden bevorzugt beim Innenschälen von langen Rohren aus
hochwertigen Stahlqualitäten für Reaktorflüssigkeitsysteme Anwendung.
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Aus der DE-OS 28 39 155 ist ein Werkzeugträger bekannt, dessen Messerhalter
zur Einstellung auf einen anderen Durchmesser parallel verschoben werden können.
Zusätzlich ist ein Schwenklager für den Messerhalter vorgesehen. Die Schwenkbarkeit
des Messerhalters dient der Ermöglichung einer Kopierbewegung des an den dem Schwenklager
gegenüberliegende Ende im Messerhalter gelagerten Schneidmessers. Das messerseitige
Ende des Messerhalters stützt sich gegen-einen Konusring ab , der aus gummielastischem
Material gefertigt ist und der es dem Messer erlaubt in engen Grenzen zu schwingen
und somit der Ovalität eines zu schälenden Rohres zu folgen. Dem erwähnten Konusring
ist seitens des Messerhalters eine Stellschräge zugeordnet.
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Durch eine axiale Verschiebung des Konusringes wird die radiale Lage
des Messers verändert. Die Kombination des Schwenklagers mit der radialen Verstellbarkeit
neigt im Dauerbetrieb jedoch zur selbstständigen Lösung der Schraubverbindung mit
der der Messerhalter an der zugeordneten Stelischräge festgestellt ist. Die aus
dem Schnittvorgang resultierenden ständigen Schwingungen verursachen die Lösung
der Schraubverbindungen. Eine Verstellung der Messer während des Betriebes des Schälkopfes
ist nicht vorgesehen. Die Verstellmöglichkeit des Messerhalters durch den Konusring
und die radiale Verstellmöglichkeit am anderen Ende des Messerhalters kann auf praktikable
Weise nicht synchronisiert werden. Zur Verstellung der Schälmesser muß die Schraubverbindung
gelöst, neu eingestellt und wieder angezogen werden und der Konusring muß verschoben
werden.
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Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, an dem eingangs
erwähnten Werkzeugträger eine schwingungsfeste Messerhalterung und Messerverstellung
zu schaffen, die mit einem Griff zu verstellen ist.
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Diese Aufgabe wird mit dem Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst. Die
im Kennzeichen erwähnte Feder drückt die Messer und Messerhalter, sowie die Stellglieder
zusätzlich zu der Schnittkraft spielfrei. Die Feder ist so ausgelegt, daß ein "Flattern"
der Messer oder der Messerhalter nicht möglich ist.
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Um eine Verstellung der Messer auch während des Betriebs des Werkzeugträgers
zu ermöglichen, ist die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 vorgesehen.
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Zu betrachten. ist dabei der Keilwinkel des Messerhalters, mit dem
dieser zwischen den Stellschrägen der Stellglieder liegt. Wird dieser Winkel kleiner
gewählt, so ergeben sich größer werdende Stellkräfte und Selbsthemmung.
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Auf der anderen Seite würden Winkel, die nur geringfügig kleiner als
1800 sind, unzweckmäßig große Stellwege bei minimalem Kraftaufwand für die Verstellung
ergeben.
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Bevorzugt ist deshalb ein Winkelbereich von 1600.. .900 zwischen den
Verstellschrägen.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann ein-Werkzeugträger gemäß Anspruch
3 vorgesehen sein. Die symmetrische Stellbewegung der keilförmigen Stellglieder
schließt ein, daß beide Stellglieder bei einer radialen Verstellung der Schälmesser
in axialer Richtung verstellt werden. Diese axiale Verstellbewegung hat den Vorzug,
den Messerhaltern an beiden Längsenden im gleichen Maße in radialer Richtung zu
verschieben. Je nach den Erfordernissen des Einzelfalles, können dazu unterschiedliche
Keilwinkel an den beiden Verstellschrägen und an den zugehörigen Stellgliedern im
Schälkopf vorgesehen sein, wobei entsprechend ausgelegte Stellgeschwindigkeiten
der Stellglieder sicherstellen, daß eine parallele Zustellung der Messerhalter gewährleistet
ist. Die Aufteilung der Stellbewegung auf zwei Verstellschrägen und auf die zugehörigen
Stellglieder dient der lagesicheren Anordnung der Messerhalter im Schälkopf und
erlaubt eine kleine Bauhöhe der Messerverstellung, wie sie einen Schälkopf der eingangs
genannten Art erforderlich ist. Eine derartige Anordnung der Schrägen an den Längsenden
der Messerhalter verhindert insbesondere ein Kippen des Messerhalters.
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Es ist vorgesehen, den Werkzeugträger entsprechend Anspruch 5 auszubilden.
Dabei ergibt sich eine wannenartige Aufnahme für den Messerhalter, die von der Ausnehmung
am Umfang des Schälkopfes gebildet wird und die von den Stellgliedern weiter innen
zu der erwähnten Wannenform ergänzt wird.
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Diese Ausbildung von Verstellschrägen äm Messerhalter und den zugehörigen
Stellgliedern hat den Vorteil, daß die Einleitung der Schnittkräfte im wesentlichen
rechtwinklig zu den Gleitflächen der Stellglieder und des Messerhalters erfolgt,
so daß von den Schnittkräften selbst keine Komponente ausgeht, die auf eine selbsttätige
Verstellung der Stellglieder hinwirkt. Daraus resultiert eine bauchige Form der
Messerhalter.
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Die im Anspruch 1 erwähnte Feder wird vorzugsweise entsprechend Anspruch
6 ausgewählt. Die Ringfeder kann mit einem geeigneten Handwerkzeug oder durch entsprechendes
Zusammenfahren der Messerhalter und darausresultierendem Entspannen der Feder mit
einem Handgriff von den Messerhaltern abgezogen werden. Diese sind dann frei herausnehmbar.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 stellt sicher, daß
die Verschiebung der Verstellschrägensymmetrisch erfolgt und daß die Spindel stets
ortsfest bleibt.
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Das Merkmal von Anspruch 7 bietet in Verbindung, mit dem von Anspruch
8 die Möglichkeit durch eine axiale Vorspannung der Verstellspindel das gesamte
System Werkzeugträger spielfrei zu halten.
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So wird erreicht, daß eine selbsitåtige, ungewollte Verstellunq der
Messerhalter durch die Schwingungen des Schnittvorganges oder andere Einflüsse vermieden
wird.
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Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt eine Verstellung der Messer während
des Betriebs des Werkzeugträgers. Durch die verwendete Feder ergibt sich bei entsprechendem
Auseinanderfahren (axial) der Stellglieder ein automatisches Zusammenfahren (radial)
der Schneidmesser mit ihren Haltern.
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Während des Betriebes wird dieses Zurückweichen der Messer durch die
Schnittkräfte begünstigt. Bei einer entsprechend "langen" Übersetzung zwischen der
radialen Verstellbewegung der Schneidmesser und der erforderlichen Drehbewegung
der Verstellspindel kann das Verdrehen einer hierfür vorzusehenden Steuerstange,
die mit der Verstellspindel drehfest verbunden ist, für die radiale Messerverstellung
außer acht bleiben, zumal dann die auftretenden Kräfte klein sind. Als Getriebe
für die Einleitung der Verstellbewegung in die Steuerstange kommt ein Differentialgetriebe
infrage. Mit einem vorzugsweise vorgesehenen Planetendifferentialgetriebe kann der
Drehung der den Schälkopf tragenden Stange auf einfache Weise eine zusätzliche Stellbewegung
für die Steuerstange überlagert werden.
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Zusammenfassend läßt sich zu der Erfindung sagen, daß ihr wesentliches
Merkmal in der federnden Verspannung, aller am Schnitt beteiligten Elemente des
Schälkopfes besteht, sodaß, besser als bei formschlüssiger Lagerung und Führung
jedes Spiel ausgeschlossen werden kann. Die Federung ist so ausgelegt, daß sie über
den gesamten Verstellbereich des Schälkopfes wirksam ist, ohne die Verstellmöglichkeit
des Kopfes einzuschränken. Gerade dieses Merkmal erlaubt eine Verstellung des Schälkopfes
auch während des Schälbetriebes.
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Die Erfindung wird im weiteren anhand der Zeichnung beschrieben.
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Dabei zeigen: Fig. 1 den Werkzeugträger iraLängsschnitt Fig. 2 einen
Querschnitt durch den Werkzeugträger gemäß Linie II-II in Fig. 1 Fig. 3 einen Werkzeugträger
mit während des Betriebes des Schälkopfes verstellbaren Schälmessern Fig. 4 eine
Antriebsmöglichkeit für den Werkzeugträger nach Fig. 3 Fig. 1 zeigt einen Werkzeugträger
der aus einem Schälkopf 1 und einer diesen bewegenden Schälkopfstange 18 besteht.
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Beide sind durch eine Kupplung 17 verbunden. Der Schälkopf 1 besteht
aus einem Schälkopfgehäuse 2, das hohl ausgebildet ist und an seinen Längsenden
von einem Deckel 15 und einem Flanschdeckel 16 abgeschlossen wird. Der Schälkopf
wird in Richtung des Pfeiles 58 durch ein nicht dargestelltes Rohr gezogen und dabei
von der Schälkopfstange 18 gedreht. Der ganze Schälkopf 1 ist außen im wesentlichen
zylindrisch.
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Auf der Längsachse dieses Zylinders, das heißt zentral zwischen allen
Messerhaltern 3,4,35 ist eine Spindel 5 angeordnet. Sie weist zwei gegenläufige
Gewinde 9,10 auf, die von einem an der Spindel angeformten Bund 6 getrennt werden.
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Der Bund greift in die radialen Ausnehmungen 22,23,24 in den Messerhaltern
3,4,35 ein. Die Messerhalter 3,4,35 sind in Umfangsöffnungen im Zylindermantel des
Schälkopfgehäuses eingelassen. Diese Öffnungen werden von Stützflächen 31,32,33,34-gebildet.
Alle drei Messerhalter werden zusammen von einer Ringfeder 14 gegen die Stellglieder
7,8 gedrückt.
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An diesen liegen die Messerhalter 3,4 mit ihren Verstellschrägen 25...28
an. Radial außen an den Messerhaltern 3,4 sind Schälmesser 11,12 mit Spannstücken
13 eingeklemmt. Die Stellglieder 7,8 haben die Form konischer Ringe, die an ihren
Anlageflächen mit den sterstellschrägen 25 bis 28 abgeflacht sind, so daß sich eine
flächige Anlage zwischen beiden ergibt. Sie weisen zentrale Muttergewinde auf die
mit den Gewinden 9,10 zusammenwirken. Einlaufseitig vor der Spindel 5 ist ein Zylinder
20 mit einem Kolben 21 angeordnet, der sich gegen die Stirnfläche der Spindel abstützt.
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Dem Schälkopf 1 wird Kühlschmiermittel unter Druck durch die Schälkopfstange
18 bzw. die darin befindliche Bohrung 19 zugeführt. Die Bohrung 19 verzweigt sich
im Schälkopf in Bohrungen 19a,19b und 19c, wobei die Bohrung 19 b in einen Zylinder
20 mündet, während durch die Bohrungen 19 a und c das Bohrwasser direkt an die Schnittstellen
bei den Messern 11 und 12 gespritzt wird. Am auslaufseitigen Ende der Spindel 5
befindet sich eine Werkzeugaufnahme 30, mit Hilfe derer über eine Verdrehung der
Spindel 5 die Schälmesser 11,12 durch eine einzige Stellbewegung, das heißt mit
einem Griff, auf einen anderen zu schälenden Werkstückdurchmesser eingestellt werden
können.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, liegt die Ringfeder 14 in radialer Richtung
nur an den Messerhaltern 3,4,35 an und drückt diese radial nach innen und bringt
sie so zur Anlage an die Stellglieder 7 und 8.
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Die Schälmesser 11,12 sind im auslaufseitigen Bereich der Schälmesserhalter
angeordnet, so daß die in Richtung des Pfeiles 59 angreifenden Schnittkräfte durch
das Schälmesser und den Halter direkt in das ringförmige und, im wesentlichen konische
auslaufseitige Stellglied 8 eingeleitet werden. Das Schälkopfgehäuse 2 bildet zusammen
mit den Stellgliedern 7,8 eine ausgehöhlte, wannenförmige Aufnahme, wobei die Stellglieder
7,8 im Bereich der Längsenden des Messerhalters angeordnet sind und diesen unterstützen.
Dabei treffen die Schnittkräfte etwa rechtwinklig auf die Anlagefläche des hinteren
Stellgliedes 8 auf. Die Neigung dieser Anlageflächen zueinander ist so gewählt,
daß der Winkel zwischen den Stellschrägen 25,26 des Schälkopfes 1 größer als 45
° ist und vorzugsweise zwischen 1600und 900 liegt.
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Die Kolben - Zylindereinheit 20,21 dient der axialen (in Richtung
der Längsachse 29) Einspannung von Spindel und Messerhaltern. Dadurch ist gewährleistet,
daß auch beim Anschnitt eines Rohres die Messerhalter spielfrei geführt sind. Die
Spindel verspannt über ihren Bund 6 den Messerhalter 3 mit dem Gehäuse 2 . Diese
Verspannung hat während des Schälbetriebes den Vorzug, daß ein selbsttätiges Verstellen
der Messerhalter unterbunden wird. Bei einer erwünschten Verstellung der Schälmesser
während des Stillstandes der Maschine ist die Kühlschmiermittelzufuhr ohnehin unterbrochen,
so daß eine Erschwerung des Einstellvorganges durch die Verspannung der Messerhalter
unterbleibt.
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Die Ringfeder 14 ist in der Längsmitte zwischen den Stellgliedern
7,8 angeordnet um ein Anliegen der Messerhalter an beiden Stellgliedern zu gewährleisten.
Anstelle dieser einen gezeigten Ringfeder können auch mehrere, gegebenenfalls eine
der Zahl der Schälmesser entsprechende Zahl von Ringfedern vorgesehen sein.
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Die Fig. 3 zeigt eine Variation des Schälkopfes nach Fig. 1, wobei
die Änderungen sich auf die Steuerung der Drehbewegung der Spindel 36 beziehen,
die in ihrem Gewinde- und Bundabschnitt 6 a unverändert ist. Die Spindel 36 ist
mit einer Steuerstange 60 durch eine Kupplung 37 drehfest verbunden. Sie weist im
Bereich des Schälkopfes 1 a einen Ringkolben 38 auf, der in einem hohlzylindrischen
Ansatz 61 am Flanschdeckel 16 a geführt ist. Spindel 36 und Steuerstange 60 sind
im Rahmen des zum Einspannen der Messerhalter erforderlichen Maßes axial verschieblich
ausgebildet. Die Steuerstange 60 ist in der hohl ausgebildeten Schälkopfstange 18
a drehbar gelagert. Das Kühlschmiermittel fließt gemäß Pfeil 39 zwischen Schälkopfstange
und Steuerstange in die Kanäle 19 a und c zur Kühlung beim Schnittvorgang und in
den Ringraum am Ringkolben 38. Dadurch wird eine Einspannung der Messerhalter und
Verspannung der gesamten Messerverstellung, wie vorstehend zu Fig. 1 beschriebein,
bewirkt. Da die Verstellung der Steuerstange während des Betriebes des Schälkopfes
automatisch, das heißt auch motorisch erfolgen soll, spielt die Überwindung der
Reibkraft die durch die axiale Vorspannung hervorgerufen wird, bei der automatischen
Verstellung keine Rolle, zumal die Verstellung nur über kleine Bereiche und selten
erfolgen wird.
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In Fig. 4 werden die Mittel gezeigt, mit denen die Steuerstange 60
relativ zur Schälkopfstange 18 während des Schälbetriebes verdreht wird. Mit 40
ist ein Planetendifferentialgetriebe bezeichnet, dem als Antrieb ein Motor 41 zugeordnet
ist. Dieser Motor dient zum gleichzeitigen Antrieb der Steuerstange 60 und der Schälkopfstange
18 a.
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Ein weiterer Motor, der der relativen Verdrehung zwischen der Steuerstange
60 und der Schälkopfstange 18 a dient, und der an die Schnecke 51 angeschlossen
ist, ist nicht dargestellt. Der Motor 41 treibt über eine Kupplung 44 und eine Antriebswelle
45 direkt ein Ritzel 46 an, mit dem die Schälkopfstange 18 a über einen an ihr angeformten
Zahnkranz 47 in Drehung versetzt wird. Auf der Antriebswelle 45 ist im Getriebegehäuse
43 das sonnenrad 48 drehfest angeordnet. Dieses versetzt die Planetenräder 56, 57
in Drehung.
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Der Steg 49 ist zunächst unbeweglich. Er ist als Schneckenrad ausgebildet,
dem die Schnecke 51 zugeordnet ist.
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Die Planetenräder versetzen das Hohlrad 50 in Drehung.
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Dieses weist an seinem äußeren Umfang einen Zahnkranz auf, der mit
einem Zahnrad 52 kämmt. Durch eine im Getriebegehäuse 43 gelagerte Welle 53 mit
der das Zahnrad 52 drehfest verbunden ist, wird die Drehbewegung auf ein Ritzel
54 übertragen, das mit einem Zahnrad 55 auf der Steuerstange 60 kämmt.
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Solange der Steg 49 unbewegt bleibt, drehen sich durch die vorgeschriebene
getriebliche Verbindung die Steuerstange 60 und die Schälkopfstange 18 a mit gleicher
Drehzahl. Durch eine Drehung an der Schnecke 51 und somit an dem Steg 49, der als
Schneckenrad ausgebildet ist, ergibt sich eine Relativdrehung zwischen der Steuerstange
60 und der Schälkopfstange 18 a, die, wie aus Fig. 3 ersichtlich, zu einer Messerverstellung
des Schälkopfes führt.
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Positions-Zahlen-Liste K 246 1 Schälkopf 2 Schälkopfgehäuse 3 Messerhalter
4 Messerhalter 5 Spindel 6 Bund 7 Stellglied 8 Stellglied 9 Linksgewinde 10 Rechtsgewinde
.11 Schälmesser 12 Schälmesser 13 Klemmstück 14 Ringfeder 15 Deckel 16 Flanschdeckel
17 Kupplung 18 Schälkopfstange 19 Bohrwasserleitung 20 Zylinderansatz 21 Kolben
22 radiale Ausnehmung 23 radiale Ausnehmung 24 radiale Ausnehmung 25 Verstellschräge
26 Verstellschräge 27 Verstellschräge 28 verstelischräge 29 Längsachse 30 Werkzeugaufnahme
31 Stützflächen 32 Stützflächen 33 Stützflächen 34 Stützflächen 35 Messerhalter
35 Messerhalter 36 Spindel 37 Kupplung 38 Ringkolben 39 Pfeil 40 Planetendifferentialgetriebe
41 Motor 42 Antriebsgehäuse 43 Getriebegehäuse 44 Kupplung 45 Antriebswelle 46 Ritzel
47 Zahnkranz 48 Sonnenrad 49 Steg 50 Hohlrad 51 Schnecke 52 Zahnrad 53 Welle 54
Ritzel 55 Steuerstangenrad 56 Planetenrad 57 Planetenrad 58 Pfeil 59 Pfeil 60 Steuerstangenritzel
61 hohlzylindrischer Ansatz 62 Ringraum 1 a Schalkonf 6 a Ringbund 16 a Flanschdeckel
18 a Schalkogfstange 19 a, 19b, 19 c = Bohrwasserleitungen
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