DE3345378C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen der Innenwandung zylindrischer Werkstücke.

Die bekannten spangebenden Verfahren und Vorrichtungen haben erhebliche Nachteile:

Das den Inenhonen von Zylindern nachempfundene Innenschleifen von Rohren mit Schleifleisten hat keine ausreichende Abtragsleistung, weil die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstück und Werkzeug für eine schleifende Zerspanung zu niedrig ist. Sofern der mit Schleifleisten bestückte Spreizkopf im Rohr rotiert, kann der Andruck (Zustellung) nur gering gehalten werden, weil die den Spreizkopf antreibende lange Welle sonst zu starken Torsionskräften ausgesetzt wäre.

Bekannt ist aus der Praxis auch der Einsatz von Schleifscheiben zum Innenschleifen von Rohren; hierbei wird eine Schleifscheibe auf dem Ende einer Schleifspindel befestigt, die drehbar in einem Support des Maschinengehäuses gelagert ist.

Ein verbessertes Verfahren mit einer gattungsgemäßen Vorrichtung beschreibt die DE-OS 27 31 554. Hier ist an dem Honkopf mindestens eine schnellrotierende Schleifwalze angebracht. Dadurch sind höhere Abtragsleistungen und somit kürzere Taktzeiten möglich. Die hier beschriebene Innenschleifvorrichtung eignet sich vorzüglich für exakt zylindrische Rohre, auch solche mit Innendurchmessern unterhalb von 150 mm, wie sie beispielsweise in der Hydraulik benötigt werden.

Rohre, wie sie in der chemischen, pharmazeutischen und Lebensmittelindustrie sowie im Energiebereich u. a. eingesetzt werden, sind jedoch keinesfalls geometrisch rund und gerade. Selbst gerichtete Rohre haben auf einen Meter Rohrlänge eine Ungeradheit bis zu 2 mm, Abweichungen im Querschnitt von der idealen Kreisform von bis zu 10 µm und zeigen axial eine durch den Zieh- und Richtvorgang erzwungene spiralige Welligkeit. Die oben angesprochenen Schleifvorrichtungen können sich jedoch diesen gegebenen Abweichungen von der idealen Zylinderform nicht anpassen und sind daher ungeeignet.

Ein weiteres gebräuchliches Verfahren (DE-AS 10 52 851) arbeitet mit Schleifbändern. 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.

Die Nachteile dieses Verfahrens sind die sehr hohen Arbeits- und Werkzeugkosten, mangelnde Kühlungsmöglichkeit 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 Korngröße eingesetzt werden, was einen Kompromiß erfordert zwischen gewünschtem Abtrag und resultierender Rauhtiefe.

Eine weitere Vorrichtung für Schleifvorgänge an der Innenwandung von Rohren ist die sogenannte "Rohrleitungsmaus". Sie ist abgebildet und kurz beschrieben in der Zeitschrift "idee", Heft 4, 1984, Seite 33. Dieses Gerät ist entwickelt worden zum Schleifen der Schweißnahtwurzeln in Rohren mit Durchmessern von 200 mm und größer.

Schließlich gibt es in der Praxis bei den spanenden Rohrinnen-Bearbeitungsverfahren noch das Strahlen. Loses Schleifkorn wird unter hohem Druck durch Luft oder Wasser aus einem konischen Düsenkopf einer im Rohr axial beweglichen Lanze in einem spitzen Winkel gegen die innere Rohrwandung geschleudert. Die Nachteile dieses Verfahrens sind die geringe Abtragsleistung und die Tatsache, daß die Rohrinnenwandung durch das Aufprallen der Schleifkörner "gehämmert" und dadurch im Microbereich aufgehärtet wird.

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 oder sauren Salzschmelzen. Hochlegierte Stahlrohre, die durch heiße Salz- oder Schwefelsäure nicht oder zu langsam angegriffen werden, müssen in heißen Salpeter-Flußsäuremischungen gebeizt werden.

Der Arbeitsvorgang als solcher ist hier recht einfach und effizient. Große Rohrbündel sind leicht geneigt in Schlaufen aus säurefesten Textilien an einem Deckenlaufkran aufgehängt und werden in bis zu 30 m lange Becken mit Beizflüssigkeit getaucht. Sie verbleiben eine vorgeschriebene Zeit und werden dann nach und nach in weitere Becken mit abnehmender Säurekonzentration bis zur Neutralisierung getaucht.

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 heraus- und abfließt. Nicht nur, daß dadurch alle Maschinen und Gebäudeteile einer enormen Korrosion ausgesetzt sind, wichtiger erscheint die gesundheitliche Belastung der Belegschaft.

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 sog. Beizsprödigkeit hervorgerufen wird bis hin zu den sog. Beizblasen (vergl. Römpps Chemie-Lexikon, VIII. Aufl. 1979, Band 1, S. 388).

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Vorrichtung mit einem rotierenden Schleifkopf nach der DE-OS 27 31 554 zu verbessern, insbesondere so zu gestalten, daß auch bei Rohren mit ungleichmäßigen Verläufen der Innenwandung eine hohe Abtragsleistung ermöglicht wird.

Dies wird dadurch gelöst, daß der Schleifkopf als Motor ausgeführt ist, der mindestens zwei gegenläufige Rotoren aufweist, die so dimensioniert und koaxial auf einem gemeinsamen Stator gelagert sind, daß ihre Drehmomente sich aufheben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

In einem Werkstück 1 mit zylindrischer Innenwandung 4 befindet sich ein zweiteiliger Schleifkopf 2 mit aufliegenden Schleifkörpern 5. Der Antrieb des Schleifkopfes 2 erfolgt mittels Druckluft oder Druckwasser über ein Zuleitungsrohr 3. Die beiden Teile des Schleifkopfes 2 laufen gegensinnig, so daß das Zuleitungsrohr 3 praktisch kein Drehmoment aufzufangen hat.

Der Vorschub des Werkstücks 1 erfolgt in an sich bekannter Weise, beispielsweise mittels mehrerer, aus jeweils drei oder vier Rollen oder Kugeln bestehenden Führung, wobei solche Führungen über den gesamten Vorschubbereich, also über mindestens die doppelte Rohrlänge, alle 50 bis 100 cm angeordnet sind. Die Drehachsen der Rollen stehen in einem Winkel zur Längsachse des Rohres. Dieser Winkel kann fix oder veränderbar sein und zwischen 1 und 90° betragen. Die Rollen sind alle oder zum Teil angetrieben. Die Geschwindigkeit des Antriebs ist regelbar und die Drehrichtung umkehrbar.

Durch eine derartige Führung wird das Werkstück 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 regelbar. Die Schubumkehr des Werkstückes 1 kann automatisch über Endschalter, Sensoren o. a. erfolgen. Ebenso erfolgt automatisch die Stillsetzung des Schleifkopfes, wenn dieser an einem der Enden des Werkstückes 1 austritt.

Hierbei kann auch so verfahren werden, daß man nach dem erfolgten ersten Durchlauf des Werkstückes 1 den Schleifkopf 2 aus dem Ende des Körpers austreten läßt und die Schleifkörper 5 wechselt. Dadurch ist es möglich, beim zweiten Durchlauf (Rücklauf) durch Verwendung von Schleifkörpern 5 mit einer feineren Korngröße das Schliffbild (Rautiefe) zu verfeinern.

Selbstverständlich ist es erfindungsgemäß auch möglich, das Werkstück 1 in seiner Position festzuhalten und den Schleifkopf 2 über das Zuleitungsrohr 3 im Werkstück 1 über einen bekannten und regelbaren Support hin und zurück zu bewegen.

Im Falle des Antriebs des Schleifkopfes 2 mit Druckwasser läßt man an der Schleifstelle über 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 Schleifkopfes 2 kann entlang des Zuleitungsrohres 3 ein zweites, dünneres Rohr geführt werden, welches Kühlmittel an den Schleifkopf 2 heranführt.

Unterhalb des Schleifkopfes 2 ist ein Fänger in Form einer Rolle, Wanne o. ä. angebracht, der den Schleifkopf 2 auffängt, wenn der Rücklauf beendet ist und der Schleifkopf 2 im Werkstück 1 keine Unterstützung mehr findet, um ein zu starkes Biegen des Zuleitungsrohres 3 zu vermeiden.

Da die Schleifkörper 5 mit ihrer Arbeitsfläche an der Innenwandung 4 permanent anliegen, muß meist mit Kühlmitteln gearbeitet werden, um die anfallenden Schleifspäne abzuführen. Beim Trockenschliff würden sich die Schleifkörper nach kurzer Zeit zusetzen und keine Zerspannung mehr leisten. Aus diesem Grunde ist es weniger empfehlenswert, kleine Elektromotoren als Antriebe im Schleifkopf 2 einzusetzen wegen der Kurzschlußgefahr bei Naßschliff.

Die Schleifkörper 5 werden in Führungen 5 a festgehalten und außer der Fliehkraft zusätzlich durch mechanischen, pneumatischen, hydraulischen o. ä. Druck zugestellt. Die Schleifkörper 5 bzw. die Führungen 5 a sind auf entgegengesetzt laufenden Rotoren 6 a und 6 b regelmäßig versetzt angeordnet und zur Mitte des Schleifkopfes hin orientiert, um das Kippmoment, welches aus der entgegengesetzten Drehrichtung der Rotoren 6 a und 6 b resultiert, zu vermindern.

In den auf den Kugellagern 7 laufenden Rotoren 6 a und 6 b sind vereinzelt kleine Bohrungen 8 angebracht, aus denen ein kleiner Teil des Druckwassers als Kühlmittel austritt.

Durch einige Bohrungen 9 tritt das Druckwasser in die erste Rotorkammer und treibt den Rotor 6 a. Über mehrere Bohrungen 10 tritt das Druckwasser in die zweite Rotorkammer und läuft schließlich über mehrere Bohrungen 11 ab.

An den beiden Enden des Schleifkopfes befinden sich Führungen 13, welche die Aufgabe haben, Schwingungen des Schleifkopfes zu verhindern. Diese Führungen 13 bestehen aus einer Führungshülse 12, in welcher die eigentliche Führung federnd gegen die Innenwandung 4 gedrückt wird. Die Führung 13 kann aus Kunststoff bestehen, sie kann auch aus Stahl bestehen und einen Gleitbelag tragen, um das Werkstück 1 nicht zu beschädigen. Denkbar ist auch die Anbringung einer Rolle oder Kugel.

In der nachstehenden Tabelle sind die Umdrehungen pro Minute der Rotoren angegeben, zugeordnet verschiedenen Rohrinnendurchmessern und den resultierenden Arbeitsumfangsgeschwindigkeiten:

Um nicht für jeden Innendurchmesser 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 25 m/sec ein solches von 125 mm und mit 30 m/sec ein Rohr von 150 mm Innen-⌀. Es müssen dann jeweils nur längere Schleifkörper 5 und entsprechend längere Führungen 13 eingesetzt werden.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Schleifen der Innenwandung zylindrischer Werkstücke, insbesondere Rohre, mit einem rotierenden Schleifkopf, an dessen Umfang Schleifkörper angebracht sind, die an der Innenwandung anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkopf (2) als Motor ausgeführt ist, der mindestens zwei gegenläufige Rotoren (6 a, 6 b) aufweist, die so dimensioniert und koaxial auf einem gemeinsamen Stator gelagert sind, daß ihre Drehmomente sich aufheben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rotoren (6 a, 6 b) von einem in das Werkstückinnere zugeführten Druckmedium beaufschlagt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Rotor vom Druckmedium beaufschlagt wird, und der zweite Rotor über ein Wendegetriebe mit dem ersten Rotor gekoppel ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkopf (2) über elastisch an die Innenwandung (4) gedrückte Führungsmittel (12, 13) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium eine Kühlflüssigkeit ist, und daß der Schleifkopf im Bereich der Schleifkörper (5) Öffnungen (8) zum dosierbaren Austritt der Kühlflüssigkeit aufweist.

6. Verfahren zum Innenschleifen unter Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 bis Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkopf (2) im Hin- und Rücklauf durch das Werkstück (1) geführt wird, und daß beim Hinlauf Schleifkörper (5) mit gröberer Körnung als beim Rücklauf eingesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsumfangsgeschwindigkeit der Schleifkörper (5) mindestens 15 m/sec beträgt.