DE4244042C1 - Vorrichtung zum Trennen oder Abstechen vergleichsweise langer Werkstücke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen oder Abstechen vergleichsweise langer Werkstücke, insbesondere Rohre aus metallischen Werkstoffen gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 4.

Aus der DE 31 13 072 A1 ist eine gattungsbildende Vorrichtung bekannt, die nach dem seit längerem bekannten Prinzip arbeitet: Werkstück steht und ein radial zustellbares Trennwerkzeug kreist um das Werkstück. Bei dieser bekannten Maschine wird über ein Ritzel des Antriebsmotors eine mit einem Zahnkranz versehene und in einem Gehäuse drehbar gelagerte Arbeitshohlwelle angetrieben. An dieser Arbeitshohlwelle ist eine Planetenscheibe befestigt, auf der radial verschiebbar ein oder mehrere Abstechwerkzeuge angeordnet sind. In der Arbeitshohlwelle ist zentrisch dazu eine Steuerhohlwelle drehbar gelagert, die über einen Zahnkranz mit einem separat arbeitenden Antriebsmotor verbunden ist. Auf der dem Abstechwerkzeug zugewandten Seite ist an der Steuerhohlwelle ein Tellerrad angeordnet, das mit einem mit einer Spindel verbundenen Kegelrad kämmt. Die Spindel erstreckt sich durch eine Mutter, die mit dem Verschiebeschlitten der Abstechwerkzeuge verbunden ist.

Wird die Spindel durch das Kegelrad gedreht, erfolgt über die Mutter die gewünschte radiale Auf- und Zustellung der Abstechwerkzeuge je nach Drehrichtung der Spindel. Zu Beginn eines Abstechvorganges werden die Arbeitshohlwelle und die Steuerhohlwelle durch den jeweiligen Antriebsmotor synchron gedreht und erst bei Veränderung der Drehzahl des die Steuerhohlwelle antreibenden Motors ergibt sich eine Relativbewegung gegenüber der Arbeitshohlwelle. Durch diese Relativbewegung wird das Kegelrad und damit die Spindel gedreht. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist, daß zwei genau synchron arbeitende Antriebsmotoren benötigt werden und bei plötzlichem Ausfall eines Motors die Gefahr der Zerstörung mindestens des Werkzeuges gegeben ist, so daß eine aufwendige Sicherheitsschaltung erforderlich ist.

Aus der DE 41 17 574 C1 ist eine vergleichbare Vorrichtung bekannt, bei der die Abstechwerkzeuge über ein zweifach angelenktes Umlenksegment radial zugestellt werden. Die notwendige Verschiebung des Umlenksegmentes erfolgt über eine mit einer Mutter zusammenwirkende Getriebewelle, die von einem separaten Motor angetrieben wird. Der Verstellmechanismus ist konstruktiv sehr aufwendig und die Gefahr eines frühzeitigen Verschleißes der vielen Gelenke ist gegeben, da über diese die auftretenden Schnitt- und Fliehkräfte übertragen werden müssen. Eine kritische Stelle stellt auch das die Mutter mit der Verschiebestange verbindende Axiallager dar, da dieses ebenfalls die gesamten Kräfte übertragen muß.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß es neben den beiden zuvor genannten Maschinentypen auch noch andere Trennvorrichtungen gibt, die aber alle ebenfalls nach dem zuvor genannten Grundprinzip "Werkstück steht, Abstichwerkzeug dreht sich" arbeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsbildenden Art anzugeben, die bei nur einem Hauptantrieb zur Übertragung großer Kräfte und bei Trennwerkzeuganordnungen geeignet ist, für die nur eine geringe Zustellbewegung erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen 1 und 4 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt von Unteransprüchen.

Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik erfolgt die für die im wesentlichen radiale Zustellung der Trennwerkzeuge erforderliche Relativbewegung zwischen Arbeits- und Steuerhohlwelle über ein Zahnradgetriebe. Dieses besteht aus einer mit den Zahnkränzen der Arbeits- und Steuerhohlwelle kämmenden, eine axial verschiebbare Welle und mindestens eine Außenverzahnung aufweisenden drehbaren Rädergruppe, die im Gehäuse angeordnet ist. Die Rädergruppe kann als einteilige, eine gegenläufige Schrägverzahnung aufweisendes Doppelzahnrad ausgebildet sein, das drehbar auf der sich nicht drehenden Verschiebeachse axial fixiert gelagert ist. Damit eine axiale Verschiebung der Rädergruppe gegenüber den Zahnkränzen der Arbeits- und Steuerhohlwelle möglich ist, weisen entsprechend dem maximalen Verschiebeweg entweder die Verzahnungen des Doppelzahnrades oder die Zahnkränze der Hohlwellen eine größere Breite auf, als die mit ihr kämmenden Zahnräder. Alternativ zum Doppelzahnrad weist die Rädergruppe zwei mit der Verschiebewelle über ein Mitnahmeelement und über ein schrägverzahntes Ritzel verbundene Zahnräder auf. Entsprechend dem maximalen Verschiebeweg ist die Länge des Mitnahmeelementes sowie die axiale Erstreckung des Ritzels größer oder kleiner als die Breite des jeweiligen Zahnrades im Nabenbereich. Das Mitnahmeelement kann wahlweise als Paßfeder oder als eine Geradverzahnung oder eine Schrägverzahnung aufweisendes Ritzel ausgebildet sein.

Im letzteren Fall ist die Schrägverzahnung gegenläufig zur Schrägverzahnung des zweiten auf der Verschiebewelle angeordneten Ritzels. Die zweifache Anordnung eines Ritzels auf der Verschiebewelle mit gegenläufigen Schrägverzahnungen hat den Vorteil, daß der notwendige Verstellweg für die Verschiebewelle sich halbiert im Vergleich zu einem Ritzel mit Geradeverzahnung oder einer Paßfeder. Beim Alternativvorschlag der Anordnung einer Innenverzahnung des bzw. der treibenden Zahnräder dreht sich die Verschiebewelle mit. Damit diese axial verschoben werden kann, wird am freien Ende eines Rotationskupplung angeordnet, die mit dem Verstellmittel verbunden ist. Die notwendige feinfühlige Verschiebung der Verschiebewelle kann zum einen hydraulisch über einen Servozylinder oder alternativ über einen steuerbaren Elektromotor erfolgen, der über eine mit einer Mutter zusammenwirkenden Spindel mit der Kupplung verbunden ist. Durch einfache Umsteuerung des Verstellmittels erfolgt die axiale Verschiebung einmal nach rechts und einmal nach links. Außerdem ist im Falle des Elektromotors der zum Heranfahren an das Werkstück und zum Herausfahren des Trennwerkzeuges erforderliche Schnellgang in einfacher Weise zu realisieren.

Die axiale Verschiebung der Verschiebewelle bzw. -achse bewirkt eine Relativdrehung des mit der Steuerhohlwelle kämmenden Zahnrades in bezug auf das mit der Arbeitshohlwelle kämmende Zahnrad. Dadurch wird die Steuerhohlwelle relativ zur Arbeitshohlwelle je nach Verschieberichtung entweder in Drehrichtung oder gegenläufig gedreht. Über die eingangs bereits erläuterten Umlenkelemente erfolgt dann die gewünschte in etwa radiale Verschiebung der Abstechwerkzeuge. Die vorgeschlagene drehbare Rädergruppe kann, unabhängig davon wie sie ausgebildet ist, beispielsweise zwischen dem Ritzel des Antriebsmotors und den Zahnkränzen der Arbeits- und Steuerhohlwelle angeordnet werden. Alternativ ist es auch möglich, daß das Ritzel des Antriebsmotors direkt mit dem Zahnkranz der Arbeitshohlwelle kämmt und die Steuerhohlwelle über die Rädergruppe angetrieben wird. Dazu wird die drehbare Rädergruppe auf dem Umfang des Zahnkranzes oder Arbeitshohlwelle im Gehäuse angeordnet. Die Wahl der Anordnung hängt in erster Linie von den Platzverhältnissen im Gehäuse ab und von dem gewünschten oder auch erforderlichen Abstand zwischen der Achse des Antriebsmotors bis zur Abstechmitte.

Die zuerst erläuterte Außenverzahnung hat den Vorteil, daß sie einfach und kostengünstig herstellbar ist. Die alternativ vorgeschlagene Innenverzahnung für das Zwischenrad ist herstellbedingt aufwendiger und es ist außerdem zur Abstützung der Zahnräder eine außenliegende Lagerung erforderlich.

Der Vorteil der vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß bei Trennwerkzeugen, für die nur eine geringe Verstellung erforderlich ist, beispielsweise für ein an einem fliehkraftausgewogenen Schwenkhebel angeordnetes Abstechmesser, die erforderliche Verschiebung so gering ist, daß die Maschine entsprechend kompakt ausgeführt werden kann. Trotzdem können über das Zahnradgetriebe die Kräfte verschleißarm übertragen werden im Vergleich zu Maschinen mit Kipphebeln bzw. Umlenksegmenten.

In der Zeichnung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele die erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen halbseitigen Teillängsschnitt durch eine erste Ausführungsform,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform mit einer Innenverzahnung.

In Fig. 1 ist in einem halbseitigen Teillängsschnitt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Der Antrieb erfolgt mit nur einem regelbaren Elektromotor 1 (hier nur andeutungsweise dargestellt), der nutzseitig einen Wellenzapfen 2 aufweist, auf dem ein Antriebsritzel 3 mittels einer Paßfeder 4 befestigt ist. Zwischen Antriebsritzel 3 und der Arbeitshohlwelle 5 ist erfindungsgemäß eine mit dem Zahnkranz der Arbeits- 5 und der Steuerhohlwelle 9 kämmende Rädergruppe drehbar auf einer axial verschiebbaren Achse 10 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Rädergruppe als einteiliges Doppelzahnrad 6 ausgebildet. Das Doppelzahnrad 6 weist eine geteilte Außenverzahnung 7, 8 auf, deren Schrägverzahnung gegenläufig ist. Die links angeordnete Verzahnung 8 des Doppelzahnrades 6 kämmt mit der Steuerhohlwelle 9, die zentrisch innerhalb der Arbeitshohlwelle 5 gelagert ist. Die Zahnkränze 11, 12 der Arbeits- 5 bzw. der Steuerhohlwelle 9 können wie in diesem Beispiel dargestellt, Bestandteil der jeweils einteiligen Hohlwelle 5, 9 sein. Aus fertigungstechnischen Gründen und zur Erleichterung der Montage bzw. des Austausches verschlissener Zahnkränze ist es üblich, die Zahnkränze 11, 12 gesondert herzustellen und über Schrauben mit der jeweiligen Hohlwelle 5, 9 zu verbinden. Zur Abstützung der Arbeitshohlwelle 5 im Gehäuseteil 13 ist in einer Bohrung ein großdimensioniertes Doppelwälzlager 14 angeordnet. An der freien Seite der Arbeitshohlwelle 5 ist die die Trennwerkzeuge 15 tragende Planscheibe 16 befestigt. Auf die Darstellung der Einzelheiten des Umlenkmittels zwischen Steuerhohlwelle 9 und Abstechwerkzeug 15 wurde hier verzichtet. Zur axialen Fixierung des Werkstückes, hier beispielsweise ein Rohr 17, ist achsmittig im Gehäuse eine Spannhülse 18 angeordnet. Ein näheres Eingehen auf die Art des Spannens erübrigt sich, da dies allgemein bekannt ist. Die axiale Verschiebung der das Doppelzahnrad 6 tragenden sich nicht drehenden Achse 10 entsprechend dem Doppelfeil 19 kann über einen hier nicht dargestellten Servozylinder erfolgen, dessen Kolbenstange mechanisch mit dem freien Ende der Verschiebewelle 10 verbunden ist. Alternativ kann als Verstellmittel auch ein regelbarer Elektromotor verwendet werden, der eine Spindel dreht, die sich durch eine mit ihr zusammenwirkende Mutter erstreckt, die wiederum mit der Verschiebeachse 10 verbunden ist. Je nach Drehzahlerfordernis für die Verschiebung kann zwischen dem Elektromotor und der Spindel noch ein Getriebe angeordnet sein.

In dem nachfolgenden Abschnitt wird der Arbeitsablauf der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert. Der Hauptantrieb 1 dreht über das Ritzel 3 und das Doppelzahnrad 6 die Arbeits- 5 und Steuerhohlwelle 9 mit synchroner Drehzahl. In dieser Phase bleibt das hier nicht dargestellte Umlenkmittel in Ruhe, da dieses zusammen mit der Steuerhohlwelle 9 synchron umläuft. Wird nun mittels des Stellmittels die Achse 10 beispielsweise nach links verschoben, dann wird wegen der Gegenläufigkeit der Schrägverzahnung der beiden Außenverzahnungen 7, 8 des Doppelzahnrades 6 die Steuerhohlwelle 9 relativ zur Arbeitshohlwelle 5 gedreht. Das wiederum bedeutet eine Bewegung des Umlenkmittels und des damit verbundenen Trennwerkzeuges 15. Über die Geschwindigkeitsregelung der Verschiebung 19 der Achse 10 kann zum einen der gewünschte Schnellgang beim Heranführen des Abstechwerkzeuges 15 an das Werkstück 17 bzw. beim Herausfahren nach erfolgter Trennung und zum anderen der langsamere Arbeitsgang beim Trennen selbst feinfühlig eingestellt werden.

Damit die zuvor beschriebene Verschiebung möglich ist, weisen in Abhängigkeit von maximal erforderlichen Verschiebeweg die beiden Außenverzahnungen 7, 8 des Doppelzahnrades 6 eine größere Breite auf als die Zahnkränze 11, 12 der Arbeits- 5 bzw. Steuerhohlwelle 9. Dieses Prinzip kann man aber auch umkehren, so daß dann die Zahnkränze 11, 12 der beiden Hohlwellen 5, 9 eine größere Breite aufweisen als die Außenverzahnung 7, 8 des Doppelzahnrades 6.

Fig. 2 zeigt in einem vergleichbaren Teillängsschnitt eine andere Ausbildung der erfindungsgemäßen drehbaren Rädergruppe. Aus Vereinfachungsgründen sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 gewählt worden. In diesem Ausführungsbeispiels besteht die drehbare Rädergruppe aus zwei Zahnrädern 20, 21, die zusätzlich zu ihrer Außenverzahnung noch je eine Innenverzahnung aufweisen. Passend dazu ist die Verschiebewelle 22 mit zwei Ritzeln 23, 24 versehen, die eine gegenläufige Schrägverzahnung aufweisen. Im Unterschied zu Fig. 1 wird durch die Innenverzahnung die Verschiebewelle 22 gedreht, so daß zwischen Verstellmittel und Welle 22 eine Kupplung erforderlich ist. In diesem hier gezeigten Beispiel weist die Kupplung eine Hülse 25 auf, in der drehbar das mit einer Scheibe 26 und einem Zapfen 27 versehene Ende der Welle 22 gelagert ist. An der linken Stirnseite der Hülse 25 ist ein Flansch 28 befestigt, der wiederum mit dem hier nicht dargestellten Verstellmittel verbunden ist.

Das Ritzel 23 am rechten freien Ende der Verschiebewelle 22 ist nicht direkt im Gehäuseteil 13, sondern indirekt über einen Zapfen 36 des mit der Arbeitshohlwelle 5 kämmenden Zahnrades 20 gelagert. Im Unterschied zum Doppelzahnrad 6 gemäß Fig. 1 müssen die beiden getrennten Zahnräder 20, 21 sorgfältig gelagert werden. Zur Abstützung der beiden Zahnräder 20, 21 sind auf der einander zugewandten Seite ringförmige Stege 29, 30 vorgesehen, um eine Außenlagerung 31 zu ermöglichen. Für das mit der Steuerhohlwelle 9 kämmende Zahnrad 21 ist zusätzlich auf der anderen Seite ebenfalls eine Außenlagerung 32 vorgesehen. Zu diesem Zweck ist eine entsprechend ausgebildete Lagerbüchse 33 auf der linken Lagerstelle angeordnet. Diese Büchse 33 weist einen nach innen sich erstreckenden ringförmigen Steg 34 auf, der zusammen mit dem am Zahnrad 21 angeordneten ringförmigen Steg 35 die Lagerstelle bildet.

Die zuvor in Fig. 1 erläuterte Arbeitsweise des Überlagerungsgetriebes ist prinzipiell gleich, nur mit dem Unterschied, daß in diesem Ausführungsbeispiel nur die Welle 22 verschoben wird, während in Fig. 1 die Achse 10 zusammen mit dem darauf axial fixiert angeordneten Doppelzahnrad 6 verschoben werden. Die in Fig. 1 für die Verschiebung erforderlichen unterschiedlichen Zahnbreiten sind für das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel nicht erforderlich und die Außenverzahnung der beiden Zahnräder 20, 21 kann als Geradverzahnung ausgeführt werden.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Trennen oder Abstechen vergleichsweise langer Werkstücke, insbesondere Rohre aus metallischen Werkstoffen, die in beidseits der Schnittstelle gelegenen Einspannvorrichtungen gehalten sind, mit einer in einem Gehäuse gelagerten und über eine Zahnradverbindung angetriebenen Arbeitshohlwelle, die mit einer in Axialrichtung ortsfesten Planscheibe, auf der bewegbar Abstechmesser angeordnet sind, sowie über ein Zahnradgetriebe mit einer zentrisch in der Arbeitshohlwelle gelagerten und synchron zur Arbeitshohlwelle laufenden Steuerhohlwelle verbunden ist und wobei über ein mit dem Zahnradgetriebe verbundenes Mittel zwischen der Arbeitshohlwelle und der Steuerhohlwelle eine Relativbewegung auslösbar ist, wobei die relative Verdrehung der Steuerhohlwelle über ein Umlenksystem eine in etwa radiale Bewegung der Abstechmesser bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit den Zahnkränzen (11; 12) der Arbeits- (5) und Steuerhohlwelle (9) kämmende, eine axial verschiebbare Achse (10) aufweisende Rädergruppe im Gehäuse (13) angeordnet ist und daß die Rädergruppe als ein einteiliges, zwei gegenläufige Außenschrägverzahnungen (7, 8) aufweisendes Doppelzahnrad (6) ausgebildet ist, das drehbar auf der Verschiebeachse (10) axial fixiert gelagert ist, wobei die Zahnkränze (11; 12) der Arbeitshohlwelle (5) und der Steuerhohlwelle (9) eine Zahnbreite aufweisen, die von der Breite der mit ihnen kämmenden Verzahnungen (7, 8) des Doppelzahnrades (6) um den Betrag des maximalen Verschiebeweges der Achse (10) abweicht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zahnkränze (11; 12) der Arbeitshohlwelle (5) und der Steuerhohlwelle (9) größer ist als die Breite der Verzahnungen (7; 8) des Doppelzahnrades (6).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zahnkränze (11; 12) der Arbeitshohlwelle (5) und der Steuerhohlwelle (9) kleiner ist als die Breite der Verzahnungen (7; 8) des Doppelzahnrades (6).

4. Vorrichtung zum Trennen oder Abstechen vergleichsweise langer Werkstücke, insbesondere Rohre aus metallischen Werkstoffen, die in beidseits der Schnittstelle gelegenen Einspannvorrichtungen gehalten sind, mit einer in einem Gehäuse gelagerten und über eine Zahnradverbindung angetriebenen Arbeitshohlwelle, die mit einer in Axialrichtung ortsfesten Planscheibe, auf der bewegbar Abstechmesser angeordnet sind, sowie über ein Zahnradgetriebe mit einer zentrisch in der Arbeitshohlwelle gelagerten und synchron zur Arbeitshohlwelle laufenden Steuerhohlwelle verbunden ist, und wobei über ein mit dem Zahnradgetriebe verbundenes Mittel zwischen der Arbeitshohlwelle und der Steuerhohlwelle eine Relativbewegung auslösbar ist, wobei die relative Verdrehung der Steuerhohlwelle über ein Umlenksystem eine in etwa radiale Bewegung der Abstechmesser bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit den Zahnkränzen (11, 12) der Arbeits- (5) und Steuerhohlwelle (9) kämmende, eine axial verschiebbare Welle (22) aufweisende Rädergruppe im Gehäuse (13) angeordnet ist und daß die Rädergruppe aus zwei Zahnrädern (20; 21) besteht, von denen aus eine mit der Verschiebewelle (22) über ein Mitnahmeelement (23) und das andere über ein eine Schrägverzahnung aufweisendes Ritzel (24) verbunden ist, wobei entsprechend dem maximalen Verschiebeweg die Länge des Mitnahmeelementes (23) sowie die axiale Erstreckung des Ritzels (24) jeweils um den Verschiebeweg größer oder kleiner ist, als die zugehörige Breite der Zahnräder (20, 21) und die beiden eine Außengeradverzahnung aufweisende Zahnräder (20, 21) auf der ihnen einander zugewandten Seite je einen axial sich erstreckenden ringförmigen Steg (29, 30) zur Bildung einer außenliegenden Lagerung (31) aufweisen und das freie Ende der Verschiebewelle (22) über eine Kupplung mit einem Verstellmittel verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mitnahmeelement (23) als Paßfeder ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mitnahmeelement (23) als ein eine Geradverzahnung aufweisendes Ritzel ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß daß Mitnahmeelement (23) als ein eine Schrägeverzahnung aufweisendes Ritzel ausgebildet ist, dessen Schrägverzahnung gegenläufig ist zur Schrägverzahnung des anderen auf der Verschiebewelle (22) angeordneten Ritzel (24).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Zahnkranz (12) der Steuerhohlwelle (9) kämmende Zahnrad (21) zusätzlich auf der dem Verstellmittel zugewandten Seite gelagert (32) ist und das mit dem Zahnkranz (11) der Arbeitshohlwelle (5) kämmende Zahnrad (20) auf der dem Verstellmittel abgewandten Seite einen im Nabenbereich sich axial erstreckenden Zapfen (36) aufweist, der im entsprechenden Gehäuseteil (13) drehbar gelagert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Rädergruppe zwischen dem Ritzel (3) eines Antriebsmotors (1) und den Zahnkränzen (11; 12) der Arbeits- (5) und Steuerhohlwelle (9) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel (3) eines Antriebsmotors (1) mit dem Zahnkranz (11) der Arbeitshohlwelle (5) kämmt und die Steuerhohlwelle (9) über die Rädergruppe angetrieben wird.