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Vorrichtung zur Herstellung von Gewindeanschlüssen
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an Großrohren Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung
von Gewindeanschlüssen an Großrohren, insbesondere an Bohrrohren für die Erdölindustrie,
mit einem an einem Spindelstock drehbar gelagerten und von einem Antriebsmotor antreibbaren
Werkzeugkopf, der mit mindestens einem in radialer Richtung durch eine Zustellvorrichtung
verschiebbaren Werkzeugschlitten versehen und zusammen mit dem Spindelstock auf
einem Längstisch gelagert ist, welcher gegenüber einem Maschinenbett durch einen
Längsantrieb relativ zum ortsfest angeordnden Großrohr verschiebbar ist. 4 Zum Bohren
nach Erdöl und Erdgas werden Bohrrohre benötigt, die in nichtstabilen Erdschichten
das Bohrloch ausfuttern. Diese Bohrrohre haben eine Länge von etwa 12in und einen
Durchmesser bis etwa 500 mm. Sie werden durch Gewindeverbindungen aneinandergeschraubt
und abgesenkt. An diese Gewinde werden nach internationalen Normen hohe Qualitätsansprüche
gestellt. Zur Herstellung diese? Großgewinde an den Enden der Bohrrohre gibt es
Spezialmaschinen verschiedener Systeme.
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Die älteste Art einer derartigen Spezialmaschine ist ein von der handwerklichen
Installation abgeleiteter Gewindeschneidkopf. Bei der Herstellung des Gewindes steht
das Bohrrohr still; das mit vielen Gewindemessern ausgestattete Werkzeug läuft langsam
um. Da die Zentrierung des Gewindeschneidkopfes während der Herstellung
des
Gewindes nur durch das Bohrrohr selbst erfolgt, lassen sich mit diesem Werkzeug
die hohen Qualitätsansprüche nicht erfüllen.
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Bessere Ergebnisse an Oberflächen#äte und Genauigkeit entstehen, wenn
die Gewindegänge der herzustellenden Gewinde auf einer Drehbank mittels Ilartmetall
bei hoher Schnittgeschwindigkeit hergestellt werden. Zu diesem Zweck sind spezielle
Röhrendrehmaschinen entwickelt worden, bei denen das lange Bohrrohr durch die Hohlspindel
von hinten eingeführt und mittels zweier Spannfutter an-den Hohlspindelenden gespannt
wird, wobei das weit herausragende Rohr durch einen Rollgang während des Drehvorganges
abgestützt wird. Die spanabhebeide Bearbeitung erfolgt durch Werkzeuge, die wie
bei einer normalen Drehmaschine auf einem Werkzeugsupport angeordnet und relativ
zum Maschinenbett verstellbar sind.
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Zur herstellung eines Rohrgewindes sind mehrere Arbeitsvorgänge erforderlich,
wie planen, drehen des Gewindekegels und der Dichtsitze sowie schneiden der eigentlichen
Gewindegänge. In den meisten Fällen ist das herzustellende Gewinde kegelig mit einem
Kegelwinkel lib ausgeführt. Es wird in verschiedenen Zahnformen voll und ohne i,pitzenspiel
mit Formschneiden geschnitten, um eine gute Dichtung zu erzielen. Ublicherweise
wird das Gewinde mit einer Einzelschneide in etwa zwölf Durchgängen oder mit einer
Mehrfachschneide, auch Strehler genannt, in vier Durchgängen geschnitten.
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Die bekannten Röhrendrehanlagen sind in großen Fabrikhallen mit schweren
Krananlagen untergebracht und damit kosten- und kapitalintensiv. I)a der ]ertigungszeit
eine große Bedeutung zukommt, wird zur Bearbeitung jedes Rohrendes jeweils eine
Drehmaschine vorgesehen um Transportvorgänge zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung
von Gewindeanuschlüssen an Großrohren, insbesondere an Bohrrohren für die Erdölindustrie,
der eingangs beschriebenen Art zu
schaffen, die trotz der Erfüllung
der hohen Qualitätsansprüche einen wesentlich einfacheren Aufbau als die bisher
verwendeten Spezialmaschinen besitzt und die wie die bekannten Gewindeschneid köpfe
eine Herstellung der Gewindeanschlüsse bei stillstehendem Rohr ermöglicht, so daß
gegenüber den Röhrendrehmaschinen ein erheblicher Teil der zur Erzielung der Drehbewegung
des Rohres not wendigen Energie eingespart werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß der an einem Spindelstock drehbar gelagerte und von einem Antriebsmotor
antreibbare Werkzeugkopf mit zwei gege läufigen Werkzeugschlitten versehen ist,
die jeweils zwei im Abstand voneinander angeordnete Werkzeugböcke aufweisen, an
denen jeweils ein Werkzeughalter mit mindestens einem Werkzeug auswechselbar befestigt
ist.
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Mit diesem Vorschlag der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung
von Gewindeanschlüssen an Großrohren geschaffen, mit der die notwendigen spanabhebenden
Bearbeitungen an den Rohrenden bei stillstehendem Rohr auf einfache und wirtschaftliche
Weise durchge führt werden können. Durch die Verwendung gegenläufig angetriebene
Werkzeugschlitten mit jeweils zwei Werkzeugböcken lassen sich die unterschiedlichen
Arbeitsvorgänge in kürzester Zeit und programme steuert durchführen, wobei die an
diagonal gegenüberliegenden Werk Werk zeugböcken angeordneten Werkzeuge nacheinander
und nach einer Dreht richtungsumkehr der Werkzeugschlitten zum Einsatz kommen Gzmärd
einem weiteren Merkmal der Erfindung ist jeder Werkzeughaltc~l mit mehreren Werkzeugen
versehen; die zeitlich nacheinander für unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge einsetzbar
sind, so daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mehr als zwei unterschiedliche
Bearbeitungsvorgänge durchefr werden können. Vorzugsweise sind jeweils diagonal
gegenüberliegende Werkzeugböcke der beiden Werkzeugschlitten mit korrespondierenden
Werkzeugen versehen, wobei mindestens eines der an einem Werkzeug bock der Werkzeugschlitten
angeordneten
Werkzeuge ein Gewindeschneidwerkzeug ist.
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Um die Werkzeuge den unterschiedlichen Abmessungen der zu bearbeitenden
Rohre anpassen zu können, sind gemäß der Erfindung die Werkzeugböcke auf den Werkzeugschlitten
umsetzbar befestigt oder verstellbar angeordnet. Mit der Erfindung wird schließlich
vorgeschlagen, am Werkzeugkopf eine Anschlagleiste für die Stirnfläche der zu bearbeitenden
Großrohre anzuordnen, so daß eine Positionierung zwischen den Werkzeugen und dem
Werkstück in axialer Richtung auf einfache-.Weise dadurch erfolgen kann, daß die
Stirnfläche des jeweils zu bearbeitenden Großrohres zur Anlage an der Anschlagleiste
gebracht und anschließend eine axiale Relativbewegung zwischen diesen beiden Teilen
durchgeführt wird, bevor der erste Arbeitsvor- -gang beginnt.
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Auf der Zeichnung sind ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen
Vorrichtung und ein schematischer Arbeitsablauf bei der Herstellung von Gewindeanschlüssen
an Großrohren dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 eine -schematische Seitenansicht
der kompletten Vorrichtung, Fig. 2 eine Stirnansicht des Werkzeugkopfes, Fig. 3
einen Längsschnitt durch den Werkzeugkopf gemäß der Schnittlinie III-III in Fig.2,
Fig. 4 einen weiteren Schnitt durch den Werkzeugkopf gemäß der Schnittlinie IV-IV
in Fig.2, und zwar in vergrösserter Darstellung und Fig. 5 eine schematische Darstellung
der verschiedenen Bearbeitungsschritte bei der Herstellung eines Gewindeanschlusses
an einem Großrohr.
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Die Fig.1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine numerisch
gesteuerte
Maschine mit einer Vorrichtung zum Herstellen von Gewindeanschlüssen an Großrohren.
Die Maschine besitzt ein Masche nenbett 1, welches mit Führungen für einen Langtisch
2 versehen i Dieser Langtisch 2 ist in Längsrichtung des Maschinenbettes 1 durch
einen NC-gesteuerten Stellantrieb 3 beweglich.
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Auf dem Langtisch 2 ist ein Spindelstock 4 angeordnet, in dem ein
Spindel 5 drehbar gelagert ist. Am vorderen, auf der Zeichnung gemäß Fig.1 linkem
Ende der Spindel 5 ist ein Werkzeugkopf 6 befestigt, der in seinen Einzelheiten
in den Fig.2 bis 4 dargestellt ist.
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An diesem Werkzeugkopf 6 sind parallel zueinander zwei Werkzeugschlitten
7 beweglich geführt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Führung
dieser Werkzeugschlitten 7 durch Füh rungsleisten 8, die mit V-förmigen Führungsflächen
in entsprechende seitliche Aussparungen der Werkzeugschlitten 7 eingreifen, wobei
nadelartige Lagerkörper zur Wälzlagerung der Werkzeugschlit 7 an den Führungsleisten
8 angeordnet sind. Dieser Aufbau geht insbesondere aus Fig.4 der Zeichnung hervor.
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Auf der Stirnfläche ist jeder Werkzeugschlitten 7 mit einer Verza#
nung 7a versehen, auf die ein entsprechend verzahnter Werkzeugboc 9 in unterschiedlichen
Stellungen aufgesetzt werden kann. Zur Befestigung dieses Werkzeugbockes 9 weist
jeder Werkzeugschlitten 7 weiterhin eine T-förmige Nut 7b auf, in die Köpfe der
entsprechen Befestigungsschrauben oder Gleitsteine zur verstellbaren Befestigung
eingesetzt werden können.
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An jedem Werkzeugbock 9 ist ein Werkzeughalter 10 mit mindestens einem
Werkzeug 11 angeordnet. Auf diese Weise trägt jeder der-be Werkzeugschlitten 7 mindestens
zwei Werkzeuge 11.
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An der Unterseite jedes Werkzeugschlittens 7 ist eine Zahnstange ß
befestigt#,
die mit einem drehbar im Werkzeugkopf 6 gelagerten Zwischenrad 13 kämmt. Die beiden
in Fig.3 erkennbaren Zwischenräder 13 werden gemeinsam und gegenläufig durch eine
doppelseitig verzahnte Antriebsstange 14 angetrieben, die in Längsrichtung der Drehachse
des Werkzeugkopfes 6 angeordnet und verschiebbar ist.
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Die Verstellbewegung der doppelseitig verzahnten Antriebsstange 14
zur Erzielung der gegenläufigen Bewegungen der beiden Werkzeugschlitten 7 erfolgt
durch die Spindel 5 hindurch mittels eines Verstellzylinders 15, der am hinten liegenden,
in Fig.1 rechten Ende der Spindel 5 befestigt ist und somit mit dieser Spindel 5
umläuft. Vorzugsweise ist der Verstellzylinder 15 als Hydraulikzylinder ausgeführt,
dem das Druckmittel durch eine rotierende Zuführung 16 zugeführt wird. Am Gehäuse
dieser Zuführung 16 ist weiterhin eine Fühlstange 17 eines Längenmeßgerätes 18 befestigt.
Durch dieses Längenmeßgerät 18 kann über die Kolbenstellung des Verstellzylinders
15 die Stellung der gegenläufigen Werkzeugschlitten 7 erfaßt und der NC-Steuerung
der Maschine mitgeteilt werden. Beim Ausführungsbeispiel wird weiterhin über einen
Zahnriemen 19 ein NC-Resolver 20 angetrieben, der die Umdrehungen der Spindel 5
dem Antrieb des Langtisches 2 zuordnet, so daß die gewünschten Zustellbewegungen
der Werkzeuge 11 ausgeführt werden können. Die hierzu notwendige Funktion ist für
die Werkzeugführung an NC-Drehbänken bekannt. Die schematische Seitenansicht in
Fig.1 zeigt außer den voranstehend erwähnten Teilen noch eine Schutzabdeckung 21
sowie einen Späneförderer 22. Außerdem ist an der vorderen Stirnfläche des Werkzeugkopfes
6 eine Anschlagleiste 23 vorgesehen, deren Funktion nachfolgend beschrieben werden
wird.
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Die Fig.5 zeigt die Bearbeitungsfolge bei der Herstellung eines Gewindeanschlusses
an einem Großrohr R in einem schematischen Ablauf Gemäß der Darstellung in der linken
oberen Ecke der Fig.5 wird zunächst das Rohr R durch einen nicht dargestellten Transportrollgang
an den Werkzeugkopf 6 einer Bearbeitungsmaschine gemäß Fig.1
bei
zurückgefahrenem Langtisch 2 und bei in Mittelstellung befind lichen Werkzeugen
11 bis in die Nähe der Anschlagleiste 23 einltefahren. Anschließend fährt der den
Spindelstock 4 tragende Langtisch 2 in Richtung auf das Rohr R. Hierbei kommt die
Anschlaglei 23 an der Stirnfläche des Rohres R zur Anlage und schiebt das Rohr R
bis zu einem Bezugspunkt zurück, der beispielsweise durch einen elektrischen Endschalter
24 am Maschinenbett 1 festgelegt wird. An diesem Bezugspunkt wird der Spannvorgang
der stationärer auf der Zeichnung nicht dargestellten Spanneinrichtung für das Roi
R eingeleitet. Der Langtisch 2 fährt gemäß der dritten Darstellung von oben in der
linken Spalte der Fig.5 in seine Ausgangsste lung für den Bearbeitungsbeginn zurück.
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In der rechten Spalte der Fig.5 wird nunmehr die Herstellung eine
Gewindeanschlusses am Großrohr R durch vier aufeinanderfolgende Operationen dargestellt.
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In der ersten Arbeitsoperation, die der Darstellung in der rechte
oberen Ecke der Fig.5 entspricht, wird mittels zweier Werkzeuge 1 an diagonal gegenüberliegenden
Werkzeugböcken 9 der gegenläufig beweglichen Werkzeugschlitten 7 als erste Operation
ein Kegel geschalt, Bei dieser Arbeitsoperation erfolgt entsprechend dem Axia vorschub
des Werkzeugkopfes 6 über den LangtischM eine Radialer~ stellung der gegenläufigen
Werkzeugschlitten 7, um die Kegelkontur zu erzielen.
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Nach einem Auseinanderfahren der Werkzeugböcke 9 in radialer Rich'
tung und einem anschließenden Zurückfahren des Werkzeugkopfes 6 in axialer Richtung
erfolgt eine Zustellbewegung der beiden Werk.
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zeugschlitten 7 derart, daß nunmehr das an einem der Werkzeugen 9
angeordnete zweite Werkzeug lla in Eingriff kommt. Wie in der zweiten Darstellung
von oben in der rechten Spalte der Fig.5 zu erkennen ist, wird mit diesem Werkzeug
llb nunmehr durch axialer Verfahren des Werkzeugkopfes 6 ein Dichtsitz gedreht,
Dasselbe Werkzeug lib kann gemäß der dritten Darstellung von oben in der '
ten
Spalte der Fig.5 zum Ausdrehen der Innenfläche am Rohrende verwendet werden.
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Nunmehr werden die jeweils anderen Werkzeugböcke 9 der beiden Werkzeugschlitten
7 zum Einsatz gebracht. Wie die Darstellung in der rechten unteren Ecke der Fig.
5 zeigt, tragen diese einander ebenfalls diagonal gegenüberliegenden Werkzeugböcke
9 Werkzeuge llc in der Art von Gewindeschneidstä'hlen. Die sich diagonal gegenüberliegenden
gleichartigen Werkzeuge llc führen infolge der gegenläufigen und gleich großen Bewegungen
der Werkzeugschlitten 7 gleiche Zustellbewegungen aus, so daß mit Hilfe eines Werkzeugvoreinstellgerätes
der Spanquerschnitt beim Gewindeschneiden zwischen den beiden Werkzeugen llc aufgeteilt
werden kann.
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Durch die Verwendung von jeweils zwei Werkzeugböcken 9 mit unterschiedlichen
Werkzeugen lla, llb bzw. llc auf jedem der beiden Werkzeugschlitten 7 und durch
die gegenläufige Bewegung dieser Werkzeugschlitten 7 können die voranstehend beschriebenen
vier Bearbeitungsvorgänge durch eine entsprechende Verstellung der Werkzeugschlitten
7 über die gemeinsame Antriebsstange 14 ohne einen Werkzeugwechsel oder Werkzeugversatz
durchgeführt werden. Nach Beendigung der voranstehend beschriebenen Vorgänge steht
der Werkzeugkopf f somit für die nachfolgende Bearbeitung eines Rohres R zur Verfügung.
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Lediglich wenn ein fehlerhaftes Gewinde hergestellt worden ist, wird
gemäß der Darstellung in der linken unteren Ecke der Fig.5 ein Werkzeugbock 9 bzw.
ein Werkzeughalter 10 vom Werkzeugkopf 6 abgenommen und durch ein entsprechendes
Teil mit einem Abstechwerkzeug 25 ersetzt. Mit diesem Abstechwerkzeug 25 kann das
fehlerhaft hergestellte Gewinde abgestochen werden, so daß das Rohr R anschliessend
mit einem ordnungsgemäßen Gewinde versehen werden kann.
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- Bezugszeichenliste: 1 Maschinenbett 2 Langtisch 3 Stellantrieb
4 Spindelstock 5 Spindel 6 Werkzeugkopf 7 Werkzeugschlitten 7a Verzahnung 7b Nut
8 Führungsleiste 9 Werkzeugbock 10 Werkzeughalter 11 Werkzeug lla Werkzeug 11b Werkzeug
11c Werkzeug 12 Zahnstange 13 Zwischenrad 14 Antriebsstange 15 Verstellzylinder
16 Zuführung 17 Fühlatange 18 Längenmeßgerät 19 Zahnriemen 20 NC-Resolver 21 Schutzabdeckung
22 Späne förderer 23 Anschl#eiste 24 Endschalter 25 Abstechwerkzeug R Rohr