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Verfahren und Vorrichtung
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vGr zylindrische@ Werkstücke@, insbesondere Rohren. Das Bearbeiten
der Innenflächen von Rohren mit Innendurchmessern von ca. 150 mm und kleiner stellt
ein erhebliches Problem dar. Die bekannten spangebenden Verfahren @aben erhebliche
Nachteile.
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So hat das dem Innennqpen von Zylindern nachempfundene Innenschleifen
von Rohren mit SchleifSeisten keine ausreichende Abtragsleistung, weil die Relativgeschwindigkeit
zwischen Werkstück und Werkzeug für eine schleifende Zerspanung zu niedrig ist.
Sofern der mit Schleifleisten bestückte Spreizkopf t Rohr rotiert, kann der Andruck
(Zustellung) nur gering gehalten werden, weil die den Spreizkopf antreibende lange
Welle sonst zu starken torsionskräften ausgesetzt wäre.
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Hinzu kommt, daß Rohrs, wie sie in der chemischen, pharmazeutischen
und Lebensmittelindustrie sowie im Energiebereich u.a. eingesetzt werden, keinesfalls
geometrisch rund und gerade sind. Selbst gerichtete Rohre haben auf einen eter Rohrlänge
eine Ungeradheit bis zu 2 mm, Abweichungen im Quersdhnitt von der idealen Kreisform
von bis zu 10 und undzeigen achsial eine durch den Zieh- und Richtvorgang erzwungene
spiralige Welligkeit. Daher ist es unzweckmäßig, Schleifleisten einzusetzen, da
diese sich den gegebenen Abweichungen von der idealen Zylinderform nicht anpassen
können Ein weiteres gebräuc#iches Verfahren arbeitet mit Schleifbändern.
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Ein nur ca. 20 mm breites oder noch schmaleres Schleifband, noch nicht
endlos verklebt, wird von der Rolle durch das Rohr gezogen und vom
anderen
Rohrende her außerhalb des Rohres wieder zurückgeführt. Nun wird, alles manuell,
von der Rolle abgeschnitten, die beiden Bandenden werden keilförmig angeschliffen
und endlos verklebt. Anschließend wird das Rohr in eine Vorrichtung eingelegt, in
der es durch eine angetriebene Dreirollenlagerung um seine Längsachse gedreht wird.
Das Schleifband wird, Kornseite nach innen, um zwei Umlenkrollen gelegt, von denen
eine angetrieben ist. Ein dünnes Rohr, an dessen Ende sich ein pneumatischer Spreizkopf
befindet, wird nun pneumatisch oder hydraulisch in das zu bearbeitende Rohr eingefahren.
Nun kann die Vorrichtung in Gang gesetzt werden: das Schleifband läuft mit 20-30
m/sec, das Rohr dreht sich langsam um seine Achse, der Spreizkopf drückt das Schleifband
gegen die Rohrinnenfläche und wird langsam vom einen Ende des Rohres zum anderen
gezogen. Danach wird das Band zerschnitten und verworfen.
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Die Nachteile dieses Verfahrens sind die sehr hohen Arbeits- und
Werkzeugkosten, mangelnde Kühlmöglichkeit und eine über die Rohrlänge ungleichmäßige
Rauhtiefe, denn das frische Schleifband schleift am Anfang wesentlich rauher als
am Ende des Arbeitsganges. Schließlich kann pro Arbeitsgang nur eine einzige Korngroße
eingesetzt werden, was einen Kompromiß erfordert zwischen gewünschtem Abtrag und
resultierender Rauhtiefe.
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Schließlich gibt es bei den spanenden Rohrinnen-Bearbeitungsverfahren
noch das Strahlen. Loses Schleifko m wird unter hohem Druck durch Luft oder Wasser
aus einem konischen Düsenkopf einer im Rohr achsial beweglichen Lanze in einem spitzen
Winkel gegen die innere Rohrwandung geschleudert. Die Nachteile dieses Verfahrens
sind die geringe Antragsleistung und die Tatsache, daß die Rohrinnenwandung durch
das Aufprallen der Schleilkörner Ilgehnmefti und dadurch im Microbereich aufgehärtet
wird.
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Aufgrund der Uneffizienz der bisher bekannten spanenden Verfahren
zur Innenbearbeitung von Rohren werden die weitaus meisten Rohre, bei denen die
Innenseite von Microrissen, Schlackeeinschlüssen und Zunder durch Materialabtrag
befreit werden muß, gebeizt. Das Beizen geschieht in
heißen Säurebädern
odertsauren Salzschmelzen. Hochlegierte Stahlrohre, die durch heiße Salz- oder Schwefelsäure
nicht oder zu langsam angegriffen werden, massen' in heißen Salpeter-Flußsauremischungen
gebeizt werden.
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Der Arbeitsvorgang als solcher ist hier recht einfach und effizient.
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Große Rohrbündel sind leicht geneigt in Schlaufen aus säurefesten
Textilien an einem Dec genlaufkran aufgehängt und werden in bis zu 30 m lange Becken
mit Bjizflüssigkeit getaucht. Sie verbleiben eine vorgeschriebene Zeit unÇ werden
dann nach und nach in weitere Becken mit abnehmender Säurekdnzentration bis zur
Neutralisierung getaucht.
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Die Säuredämpfe werden zwar oberhalb des Flüssigkeitsspiegels dauernd
abgesaugt, trotzdem gelangen erhebliche Mengen der sauren Dämpfe in den Raum, besonders
dann, wenn die Rohrbündel aus den Bädern herausgehoben werden und die heiße Säure
im Schwall aus den geneigt hängenden Rohren heraut- und abfließt. Nicht nur, daß
dadurch alle Maschinen und Gebäudeteile einer enormen Korrosion ausgesetzt sind,
wichtiger erscheint dse gesundheitliche Belastung der Belegschaft.
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Hinzu kommt fernerhin, daß sich die Bäder ständig chemisch verändern;
der Säuregehalt nimmt ab, der Gehalt an Schwermetallsalzen nimmt zu, die Bäder müssen
gewechselt und wieder aufgeheizt werden, der monatlich in vielen Tonnen anfallende
Schlamm an Schwermetallsalzen muß umweltschonend deponiert oder wieder aufbereitet
werden. Am Rande sei bemerkt, daß beim Beizen mit Säuren auch merkliche Mengen an
Wasserstoff entstehen. Dieser Wasserstoff kann in das Metall eintreten, wodurch
die sogt Beizsprödigkeit hervorgerufen wird bis hin zu den sog. Beizblasen (vergl.
Römpps Chemie-Lexikon, VIII. Aufl.
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1979, Band 1, S.388).
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die oben beschriebene Technologie
unter Verwendung eines Schleifkopfes zu verbessern, insbesondere effizienter zu
machen.
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Dies wird dadurch gelöst, daß der Schleifkopf 2 als Motor ausgeführt
ist, der mindestens zwei gegenläufige Rotoren 6a,6b aufweist, die so dimensioniert
und koaxial auf einem gemeinsamen Stator gelagert sind, daß ihre Drehmomente sich
aufheben.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Zeichnungen
naher erläutert. Es zeigen: Figur 1: eine Schnittdarstellung durch ein Rohr mit
eingeführtem Schleifkopf, Figur 2: eine Schnittdarstellung des Schleifkopfes.
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Im Rohr 1 befindet sich ein zweiteiliger Schleifkopf 2 mit aufliegenden
Schleifkörpern 5. Der Antrieb des Schleifkopfes 2 erfolgt mittels Druckluft oder
Druckwasser über das Rohr 3. Die beiden Teile des Schleifkopfes 2 laufen gegensinnig,
so daß das Zuleitungsrohr 3 praktisch kein Drehmoment aufzufangen hat.
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Der Vorschub des Rohres 1 erfolgt über eine Drei- oder Vierrollenführung,
wobei solche Rollenführungen über den gesamten Vorschub bereich, also über mindestens
die doppelte Rohrlänge, alle 50 bis 100 cm angeordnet sind. Eine einzelne Führung
4 ist in Figur 1 angedeutet. Die Drehachsen der Rollen stehen in einem Winkel zur
Längsachse des Rohres. Dieser Winkel kann fix oder veränderbar sein und zwischen
1 und 900 betragen. Die Rollenführung ist ganz oder teilweise angetrieben. Die Geschwindigkeit
des Antriebs ist regelbar und die Drehrichtung umkehrbar. Solche Antriebe und Rollenführungen
sind bekannt, wobei die Rollen auch als Kugeln ausgeführt sein können.
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Durch diese Rollenführung 4 wird das Rohr 1 über den Schleifkopf
2 geführt, und zwar jeweils hin und zurück. Dabei ist die Vorschubgeschwindigkeit
über ein Regelgetriebe und/oder über die Verstellung der Achswinkel der Rollen 4
regelbar. Die Schubumkehr des Rohres 1 kann automatisch über Endschalter, Sensoren
o.a. erfolgen. Ebenso
erfolgt automatisch die Stillsetzung des Schleifkopfes,
wenn dieser an einem der Rohrenden austritt.
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Hierbei kann auch so verfahren werden, daß man nach dem erfolgten
ersten l)urrhlasf des Rohres 1 den Schieilkopf 2 aus dem Rohrende austreten iaf3#t
und die Schleifk@@per 5 wechselt. Dadurch ist es möglich, beirn zweiten Durchlauf
(Rü4klauf) durch Verwendung von Schleifkörpern 5 mit einer feineren Korngröße das
Schliffbild (Rauhtiefe) zu verfeinern.
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Selbstverständlich ist es erfindungsgemäß auch möglich, das Rohr 1
in seiner Position feStzuhalten und den Schleifkopf 2 über das Rohr 3 im Rohr 1
über einenabekannten und regelbaren Support hin- und zurück zu bewegen.
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Im Falle des Antriebs des Schleifkopfes 2 mit Druckwasser läßt man
an der Schleifstelle üer kleine Düsen eine bestimmte Menge des Druckwassers austreten.
Das Druckwasser kann dabei Rostinhibitoren und/oder Öl in Form einer Emulsion enthalten.
Bei Verwendung von Druckluft als Antrieb des Schieifkopfes 2 kann entlang des Rohres
3 ein zweites, dünneres Rohr geführt werden, welches Kühlmittel an den Schleifkopf
2 heranführt.
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Unterhalb des Schleifk T fes 2 ist ein Fänger in Form einer Rolle,
Wanne o.ä. angebracht, der Ben Schleifkopf 2 auffängt, wenn der Rücklauf beendet
ist und der Sqhleifkopf 2 im Rohr 1 keine Unterstützung mehr findet, um ein zu starkes
Biegen des Rohres 3 zu vermeiden.
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Da die Schleifkörper 5 pit ihrer Arbeitsfläche der Rohrwandung permanent
anliegen, muß meist mit Kühlmitteln gearbeitet werden, um die anfallenden Schleifspäne
abzufAhren. Beim Trockenschliff würden sich die Schleifkörper nach kurzer Zett zusetzen
und keine Zerspanung mehr leisten.
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Aus diesem Grunde ist es weniger empfehlenswert, kleine Elektromotoren
als Antriebe im Schle@fkopf 2 einzusetzen wegen der Kurzschlußgefahr bei Naßschliff.
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In Figur 2 ist das Prinzip eines Schleifkopfes, in diesem Falle eines
solchen mit hydraulischem Antrieb, skizziert. Die Schleifkörper 5 liegen der Rohrwandung
1 an. Sie werden in Führungen 5a festgehalten und außer der Fliehkraft zusätzlich
durch mechanischen, pneumatischen, hydraulischen o.a. Druck zugestellt. Die Schleifkörper
5 bzw. die Führungen 5a sind auf den entgegengesetzt laufenden Rotoren 6a und 6b
regelmäßig versetzt angeordnet und zur Mitte des Schleifkopfes hin orientiert, um
das Kippmoment, welches aus der entgegengesetzten Drehrichtung der Rotoren 6a und
6b resultiert, zu vermindern.
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In den auf den Kugellagern 7 laufenden Rotoren 6a und 6b sind vereinzelt
kleine Bohrungen 8 angebracht, aus denen ein kleiner Teil des Druckwassers als Kühlmittel
austritt.
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Durch einige Bohrungen 9 tritt das Druckwasser in die erste Rotorksmmer
und treibt den Rotor 6a. über mehrere Bohrungen 10 tritt das Druckwasser in die
zweite Rotorkammer und läuft schließlich über mehrere Bohrungen 11 ab.
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An den beiden Enden des Schleifkopfes befinden sich Führungen 13,
welche die Aufgabe haben, Schwingungen des Schleifkopfes zu verhindern. Diese Bohrungen
13 bestehen in Figur 2 aus einer Fbhngshülse 12, in welcher die eigentliche Führung
federnd gegen die Innenseite des Rohres 1 gedrückt wird. Die Führung 13 kann aus
Kunststoff bestehen, sie kann auch aus Stahl bestehen und einen Gleitbelag tragen,
um das Rohr 1 nicht zu beschädigen. Denkbar ist auch die Anbringung einer Rolle
oder Kugel.
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In der nachstehenden Tabelle sind die Umdrehungen pro Minute der Rotoren
angegeben, zugeordnet verschiedenen Rohrinnendurchmessern und den resultierenden
Arbeitsumfangsgeschwindigkeiten:
Rohr Arbeitsuri##fangsgeschwindigkeit
in m/sec in mm 15 20 25 30 35 40 150 2000 2550 3200 3800 4450 5100 125 2400 3050
3800 4600 5300 6110 100 3000 3825 4775 5730 6700 7640 75 3820 5100 6380 7650 8950
10185 50 6000 7650 9550 11450 13400 15275 40 7500 9600 12000 14500 16750 19100 30
10000 12750 15900 19000 22300 25500 20 15000 19100 23900 28750 33500 38200 Um nicht
für jeden Rohrdurchmesser einen eigenen Schleifkopf bereithalten zu müssen, ist
es durchaus möglich, mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 20 m/sec bei 3800 UpM
ein Rohr von 100 mm zu bearbeiten, bei 25m/sec ein solches von 125 mm und mit 30
m/sec ein Rohr von 150 mm.
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Es müssen dann jeweils nur längere Schleifkörper 5 und entsprechend
längere Führungen 13 eingesetzt werden.
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