DE3928888A1 - Vorrichtung zum glaetten der oberflaeche einer dornstange - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Glätten der Oberfläche einer Dornstange nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dornstangen werden bei der Rohrherstellung, beispielsweise im Stoßbankverfahren, als Innenwerkzeug verwendet. Beim kontinuierlichen Einsatz einer solchen Dornstange werden Oberflächentemperaturen bis zu 750°C erreicht, was zu einem Verzundern der Oberfläche führt. Der Zunder platzt bei der nachfolgenden mechanischen Beanspruchung teilweise ab, wo­ durch die Oberfläche der Dornstange aufrauht. Hinzu kommt, daß sich bei Temperaturen über 700°C der im Inneren der Stoßbankluppe anhaftende, bereits erhärtete Zunder auf­ grund der geringen Festigkeit der Oberfläche der Dornstange eindrückt und diese zusätzlich aufrauht. Die Oberflächen­ rauhigkeiten prägen sich entsprechend in die Oberfläche der Stoßbankluppe ein und können beim weiteren Streckre­ duzieren ohne Innenwerkzeug nicht mehr beseitigt werden. Die Rauhigkeiten an der Innenseite der Luppe sind häufig Ursache für Fältelungen und rißähnliche Überwalzungen im Rohrinneren der anschließend warmgewalzten Fertigrohre. Bei der regelmäßig erfolgenden Wirbelstrom- oder Ultra­ schallprüfung werden die Rohre mit entsprechend tiefen Fältelungen als Ausschuß ausgesondert. Eine erhöhte Rauhig­ keit der Dornstange erhöht somit den Ausschuß der Fertig­ rohre.

Deshalb werden die Dornstangen in gewissen Abständen gegen Dornstangen mit geglätteten Oberflächen ausgetauscht. Zum Glätten der Dornstangenoberfläche sind zahlreiche Vor­ richtungen entwickelt und eingesetzt worden.

Von der Anmelderin wurde eine zufriedenstellend arbeitende Vorrichtung der eingangs genannten Art entwickelt und in der Praxis eingesetzt (DE-PS 38 21 362), bei der das Glättwerkzeug an einem Ende eines Schwenkhebels angeord­ net ist, der mit einer Querachse an einem um die Dorn­ stange rotierenden Rohr gelagert ist, wobei das andere Hebelende ein Fliegkraftgewicht trägt. Durch die Drehung des Rohres werden die Fliegkraftgewichte nach außen ge­ drängt, während sich die als Bürsten ausgebildeten Glätt­ werkzeuge an die Oberfläche der Dornstange anpressen und die Dornstangen-Oberfläche schraubenlinienförmig umfahren und dabei glätten und polieren. Da die Glättwerkzeuge als Bürsten mit praktisch ebenen Bürstenflächen ausgebildet sind, dauert es beträchtliche Zeit, bis eine gegebene Dorn­ stangen-Oberfläche poliert ist.

Die Erfindung zielt ebenfalls auf eine relativ einfach konstruierte Vorrichtung zum Glätten der Oberfläche einer Dornstange ab.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der das Glättwerkzeug weit­ gehend an die gekrümmte Oberfläche der Dornstange angepaßt ist und außerdem ein relativ rasches Polieren der Ober­ fläche möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Er­ findung gelöst.

Anders als bei der bekannten Vorrichtung ist erfindungsge­ mäß das Glättwerkzeug erstens ein (drehend) angetriebenes Glättwerkzeug, und es ist zweitens mit einer speziellen Außenkontur ausgestattet. Ein einschaliger Rotationshyper­ boloid definiert in der seitlichen Projektion zwei Hyperbeln. Durch die Anlage dieses Rotationshyperboloids unter schrä­ gem Winkel an die Dornstange wird ein schraubenlinienför­ miger Abschnitt der Dornstange erfaßt. Bedingt durch die Längsbewegung der Dornstange deckt also das Glättwerkzeug einen bestimmten Umfangsbereich ab.

Theoretisch kann der Winkel zwischen der Glättwerkzeug- Achse einerseits und der Längsachse der Dornstange zwischen 0 und 90° betragen. Bevorzugt ist jedoch ein Zwischenwert.

Prinzipiell ist die Verwendung eines einzigen Glättwerk­ zeugs möglich. Vorzugsweise ist jedoch ein Paar von gleichen Glättwerkzeugen vorgesehen, wobei auf jeder Seite der Dorn­ stange ein Glättwerkzeug vorhanden ist. Diese Glättwerk­ zeuge können sich gleichsinnig oder gegensinnig drehen.

Vorzugsweise sind zwei Paare von Glättwerkzeugen in Längs­ abstand bezüglich der Dornstange angeordnet. Dabei beträgt der Winkel zwischen den Achsen der Glättwerkzeuge und der Dornstangen-Achse vorzugsweise 15 bis 45°. Durch geeignete Wahl der Krümmung der Außenkontur des jeweiligen Rotations­ hyperboloids läßt sich erreichen, daß jedes Glättwerkzeug die Dornstange bei einem Umfang von 30 bis 90° umfaßt. Bei insgesamt vier Glättwerkzeugen und einem Winkel von beispielsweise 25° erreicht man bei einer Glättwerkzeug- Länge von 500 mm eine Umfangs-Überdeckung von 60° am Dorn­ stangenumfang. Durch ein weiteres Paar von Glättwerkzeugen lassen sich 240° des Umfangs der Dornstange umfassen. Durch insgesamt drei Paare von Glättwerkzeugen überdeckt man den gesamten Dornstangen-Umfang.

Alternativ zu der Anordnung mehrerer Glättwerkzeuge bzw. mehrerer Glättwerkzeug-Paare kann man die Dornstange beim Längsvorschub auch mit einer gewissen Winkelgeschwindigkeit drehen.

Das Antreiben des Glättwerkzeugs erfolgt über einen An­ triebsmotor, z. B. einen Elektromotor. Dabei kann für jedes einzelne Glättwerkzeug ein eigener Motor vorgesehen sein, oder es kann für ein Paar Glättwerkzeuge ein Antriebsmotor in Verbindung mit einem Getriebe vorgesehen sein. Die Enden der Glättwerkzeug-Achsen sind von Lagern aufgenommen, die ihrerseits in Lagerständern angeordnet sind. Diese Lagerständer lassen sich quer zu den Glättwerkzeug-Achsen bewegen, um die Glättwerkzeuge an dem Werkstück anzustellen. Insbesondere kann durch die querverschieblichen Lagerständer erreicht werden, daß am Kreuzungspunkt zwischen Glättwerk­ zeug-Achsen und Dornstangen-Achse ein definierter Abstand zwischen Dornstangen-Achse und Glättwerkzeug-Achse existiert. Das Anstellen der Glättwerkzeuge erfolgt mittels an sich bekannter Einrichtungen, z. B. Spindeln. Hydraulikzylinder sind ein bevorzugtes Anstellmittel.

Das Glättwerkzeug kann z. B. in Form einer Walzenbürste aus­ gebildet sein, oder aber auch als Schleifstein. In beiden Fällen definieren die Außenkonturen von Bürste bzw. Schleif­ stein einen einschaligen Rotationshyperboloid.

Um die Oberflächenbearbeitung der Dornstange gut beherrschen zu können, wird das jeweilige Glättwerkzeug mit einem be­ stimmten Druck gegen die Dornstange gepreßt. Da der Druck die Reibung zwischen Glättwerkzeug und Dornstange und mithin die Stromaufnahme des Antriebsmotors beeinflußt, kann durch Erfassen der Stromaufnahme des Antriebsmotors eine Ist-Größe für den Anpreßdruck des Werkzeugs am Werkstück erhalten werden, die zur Regelung des Anpreßdrucks herangezogen wird.

Die Erfindung ist nicht nur einsetzbar bei Dornstangen, sondern allgemein bei Wellen und Rohren, deren Oberfläche zu bearbeiten ist.

In aller Regel wird ein einmal eingestellter Winkel zwischen den Glättwerkzeug-Achsen und der Dornstangen-Achse für sämtliche Bearbeitungsvorgänge geeignet sein. Werden Werkstücke mit unterschiedlich großen Durchmessern bear­ beitet, so kann auch eine Kippvorrichtung vorhanden sein, mit deren Hilfe der Winkel zwischen den Glättwerkzeug- Achsen einerseits und der Dornstangen-Achse andererseits verstellt werden kann.

Durch das Antreiben der rotationssymmetrisch ausgebildeten Glättwerkzeuge wird jegliches von der Oberfläche der Dorn­ stange abgetragenes Material weggeschleudert, so daß die Bürsten bzw. Schleifsteine sich nicht zusetzen können. Mit an sich bekannten Mitteln läßt sich die Glättarbeit (Bürst­ arbeit, Polierarbeit, Schleifarbeit) gut regeln, was die Qualität der Oberflächenbearbeitung sicherstellt. Beim Ein­ laufen der Dornstange in die Glättvorrichtung kann das Glättwerkzeug bzw. können die Glättwerkzeuge aus der Bahn herausgefahren werden, um anschließend sofort wieder zu­ sammengefahren zu werden, so daß sie sich an die Oberfläche der Dornstange anlegen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Glätten der Oberfläche einer Dornstange mit einem Paar von Glättwerkzeugen, von denen das eine in der Zeichnung verdeckt ist, und

Fig. 2 schematisierte Draufsicht auf das Glättwerkzeug nach Fig. 1.

Nach Fig. 1 durchläuft eine Dornstange 10 eine Glättvor­ richtung 20.

Die Glättvorrichtung 20 enthält einen Stahlträger 1, auf dem an einem Ende ein elektrischer Antriebsmotor 2 mit einem Getriebe 9 angebracht ist. Über das Getriebe 9 werden zwei Antriebswellen 3 und 3a gedreht (in Fig. 1 ist die hintere Antriebswelle 3a verdeckt). Die dem Getriebe 9 abgewandten Enden der Antriebswellen 3 und 3a befinden sich in Lagern 6 bzw. 6a, die von Lagerständern 5 bzw. 5a getragen werden. Am rechts in Fig. 1 dargestellten Ende des Trägers 1 befinden sich zwei Lagerständer 4 und 4a, die jeweils ein Lager 7 bzw. 7a aufnehmen.

Die Lager 6 und 7 bzw. 6a und 7a nehmen die Enden zweier Achsen 11 bzw. 11a auf. Auf jeder Achse 11 und 11a sitzt als Glättwerkzeug eine Walzenbürste 8 bzw. 8a.

Die Außenkontur 12 jeder Walzenbürste 8 und 8a entspricht einem einschaligen Rotationshyperboloid. Zwischen den Achsen 11 und 11a einerseits und der Längsachse der Dorn­ stange 10 andererseits ist ein Winkel α definiert, der hier 25° beträgt. Dadurch liegt der Walzenkörper 8 bzw. 8a mit einer schraubenförmigen Linie an der Oberfläche der Dornstange 10 an. Die Walzenkörper 8 und 8a haben hier eine Länge von ca. 500 mm. Dabei ergibt sich bei entsprechender Außenkontur 12 eine Umfangsumfassung von ca. 60° an der Dornstange 10.

In Fig. 2 ist sehr stark schematisiert eine Draufsicht der Anordnung von Fig. 1 dargestellt. Die Dornstange 10 wird von unten nach oben in die Glättvorrichtung 20 eingeleitet und durchsetzt dabei den Träger 1, wie auch in Fig. 1 angedeutet ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, befinden sich die oberen Enden der Walzenkörper 8 und 8a auf der Oberseite der Dornstange 10, während sich die unteren Enden auf der Unterseite der Dornstange 10 befinden. Im mittleren Bereich existiert ein definierter Abstand zwischen der Mittelachse der Dornstange 10 einerseits und den Drehachsen der Walzenkörper 8 und 8a anderer­ seits. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel werden die beiden Walzenkörper 8 und 8a gegensinnig angetrieben. Die Dornstange 10 kann beim Durchlaufen der Glättvor­ richtung 20 gedreht werden. Alternativ oder zusätzlich können ein oder zwei weitere Glättvorrichtungen der in Fig. 1 und in Fig. 2 dargestellten Art zusätzlich ent­ lang dem Vorschubweg der Dornstange 10 angeordnet sein. Wenn dabei jede Walzenbürste 60° des Umfangs umfaßt, läßt sich mit insgesamt sechs Walzenkörpern der gesamte Umfang der Dornstange 10 umfassen, so daß die Dornstange 10 ohne Drehung transportiert werden kann.

Die Lagerständer 4, 4a, 5 und 5a sind paarweise in Querrichtung zu den Achsen 11 und 11a verschieblich. Die hierzu geeigneten Mittel (z. B. Spindeln, Hydraulikzylinder) sind in der Zeichnung nicht näher dargestellt. Die Lager­ ständer ermöglichen also ein Öffnen des Bereichs zwischen zwei paarweise zugeordneten Walzenbürsten 8 und 8a beim Einlauf der Dornstange 10 in die Glättvorrichtung. Wenn das vordere Ende der Dornstange 10 gerade zwischen den Walzenkörpern 8 und 8a durchläuft, schließen sich die Walzenkörper 8 und 8a durch die entsprechende Schließbe­ wegung der Lagerständer 4 und 4a bzw. 5 und 5a.

Die Andrückkraft der Walzenkörper 8 und 8a an der Ober­ fläche der Dornstange 10 läßt sich indirekt über die Stromaufnahme des elektrischen Antriebsmotors 2 er­ mitteln. Dieser Wert kann zur Regelung der Andrückkraft herangezogen werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Glätten der Oberfläche einer Dorn­ stange, einer Welle od. dgl., mit mindestens einem an die Dornstange (10) während deren Längsvorschubbewegung an­ legbaren Glättwerkzeug (8, 8a), dadurch gekennzeichnet, daß das ange­ triebene Glättwerkzeug (8, 8a) die Außenkontur eines einschaligen Rotationshyperboloids hat und unter einem definierten Winkel α zwischen seiner Drehachse (11, 11a) und der Dornstangenachse gegen letztere anlegbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar gleiche, gleichsinnig oder gegensinnig gedrehte Glättwerkzeuge (8, 8a) beiderseits der Dornstange (10) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Paare von Glättwerkzeugen in einem Längsabstand bezüglich der Dorn­ stange angeordnet sind, wobei jedes Glättwerkzeug einem Umfangsbereich der Dornstange (10) zugeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α 15-45° beträgt und die Außenkontur (12) des jeweiligen Glättwerkzeugs derart gekrümmt ist, daß es einen Dorn­ stangenumfang von 30-90° umfaßt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Träger (1) für einen Antriebsmotor (2, 9) und zwei Lagerständer (4, 4a, 5, 5a), die die Enden der Glättwerkzeug-Achsen (11, 11a) halten und quer zu diesen aufeinanderzu bewegbar sind, so daß im Kreuzungspunkt zwischen der Glättwerkzeug- Achse (11, 11a) und Dornstangen-Achse ein definierter Abstand vorhanden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerständer (4, 4a, 5, 5a) mit angetriebenen Anstellmitteln, z. B. Hydraulikzylindern, verstellbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Glättwerk­ zeug als Walzenbürste oder Schleifstein ausgebildet ist, wobei die äußeren Bürstenenden bzw. die Schleiffläche dem einschaligen Rotationshyperboloiden entspricht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Antriebsmotor (2) für das Glättwerkzeug (8, 8a) vorge­ sehen ist, und daß die Andrückkraft, mit der das Glätt­ werkzeug gegen die Dornstange (10) gedrückt wird, z. B. über die Stromaufnahme des Antriebsmotors erfaßt wird und geregelt wird.