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Hintergrund
der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf motorgetriebene
Gewindeschneidmaschinen und insbesondere auf eine verbesserte Einrichtung
und ein verbessertes Verfahren zum Kühlen eines Werkstückes und der
Gewindeschneidwerkzeuge während
dem Gewindeschneiden.
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Wie allgemein bekannt, z. B. auf
der US-A-1,635,447 auf welche die zweiteilige Form der unabhängigen Ansprüche 1 und
8 sich stützt,
hat eine motorgetriebene Gewindeschneidmaschine einen Werkstückspannfuttermechanismus
zum Festhalten eines Werkstückes
auf dem Gewinde zu schneiden ist und der mit Gewindeschneiddrehzahl durch
ein motorgetriebenes Getriebe angetrieben wird. Wie weiterhin allgemein
bekannt sind Gewindeschneidwerkzeuge von einem Werkzeugkopf getragen,
der seinerseits von einem Werkzeugschlitten getragen ist, der vom äusseren
Ende des drehenden Werkstückes
axial nach innen vorgeschoben wird, um ein Gewinde auf dem Werkstück zu schneiden. Am
Ende des Gewindeschneidbetriebes werden die Werkzeuge entweder automatisch
oder manuell ausser Eingriff mit dem Werkstück gebracht und der Schlitten
sowie der Werkzeugkopf werden vom Werkstück axial zurückgezogen.
Es ist in Verbindung mit dieser Betriebsweise der motorbetätigten Gewindeschneidmaschinen
allgemein bekannt den an die Berührungsstelle
zwischen dem Werkstück
und einem Gewindeschneidwerkzeug angrenzenden Bereich mit einem
Gewindeschneidöl
auf Petroleumbasis zu benetzen, um das Werkstück und die Werkzeuge während dem
Gewindeschneidbetrieb zu kühlen. Im
Allgemeinen ist das Gewindeschneidöl in einem Behälter in
der Maschine enthalten, der sich üblicherweise in einem Bereich
unterhalb des Spannfutters und des Werkzeugschlittens befindet und
das Öl
wird zu einer Düse
oder dergleichen gepumpt, die angrenzend an das Werkstück und die
Werkzeuge angeordnet ist, um Schneidöl auf das Werkstück und die Werkzeuge
abzugeben. Das auf das Werkstück
und die Gewindeschneidwerkzeuge abgegebene Schneidöl tropft
durch einen Spannsieb und gelangt zu dem darunterliegenden Behälter zurück und das Schneidöl wird während dem
Betrieb der Maschine durch eine von der Maschine angetriebenen Pumpe kontinuierlich
von dem Behälter
zu der Düse
umgewälzt.
Beim Umwälzen
fliesst das Öl
durch einen Filter in dem Behälter
zum Abscheiden von Spänen, Schlamm
und dergleichen.
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Obschon durch das Benetzen der Arbeitsstelle
mit Gewindeschneidöl
die erwünschte
Kühlung des
Werkstückes
und der Werkzeuge während
einem Gewindeschneidvorgang erreicht wird liegen einige Nachteile
vor, welche dem Einsatz der Gewindeschneidöle und der benötigten Umwälzsysteme
für das
Schneidöl
anhaften. In diesem Zusammenhang ist z. B. zu erwähnen, dass Öl verlorengeht
durch Spritzen auf die Maschinenteile und/oder den Boden auf dem
die Maschine steht, und das Werkstück, die Werkzeuge, und Maschinenteile
im Bereich der Arbeitsstelle wie z. B. der Spannfuttermechanismus und
der Werkzeugkopf sind alle am Ende eines Gewindeschneidvorganges
mit einem Ölfilm überzogen. Folglich
ist die Handhabung dieser Teile sowie auch ihre Reinigung eine schmutzige
Arbeit, die ausserdem zeitraubend ist und wobei der Maschinenbediener
keine produktive Arbeit leisten kann. Darüberhinaus ist die Reinigung
der Gewindegänge
des Werkstückes
schwierig in Folge des daran haftenden Öls und der daran klebenden
Späne,
wodurch die nicht produktive Arbeitszeit noch vergrössert wird.
Auch das Reinigen des Behälters,
wenn erforderlich, ist eine Schmutzarbeit, welche zeitraubend ist,
und für alle
vorher erwähnten
Reinigungsarbeiten ist die Benutzung eines Lösungsmittels erforderlich wenn
die von dem Einsatz der Kühlmittel
und Schmiermittel auf Petroleumbasis herrührenden Filmreste vollständig entfernt
werden sollen. Obschon der Ölbehälter sich im
Allgemeinen unterhalb eines Siebs befindet, wie oben erwähnt, und
grosse Späne
und Drehabfälle
zurückgehalten
werden und nicht in den Behälter
fallen, gelangen kleine Metallteilchen durch das Sieb in den Behälter und
werden in dem Filter zurückgehalten, der
von Zeit zu Zeit gereinigt werden muss, wodurch die nichtproduktive
Arbeitszeit des Maschinenbedieners weiter gesteigert wird. Falls
die Maschine zu transportieren ist und/oder in einer anderen Lage
als die Horizontallage aufzubewahren ist muss des Weiteren der Behälter entleert
und trockengewischt werden, um ein Ölvergiessen aus dem Behälter zu
vermeiden, wodurch die nichtproduktive Abeitszeit des Maschinenbedieners
noch weiter gesteigert wird.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Die vorstehenden und anderen Nachteile, welche
der bisherigen Anwendung vom kontinuierlich umgewälzten Kühlmittels
und Schmiermitteln auf Petroleumbasis in Verbindung mit dem Betrieb
einer motorgetriebenen Gewindeschneidmaschine anhaften, werden in
vorteilhafter Weise minimiert und/oder vermieden durch das Verfahren
zum Kühlen
eines Werkstückes
gemäss
dem unabhängigen
Anspruch 1 und durch die motorgetriebene Gewindeschneidmaschine
gemäss
dem unabhängigen
Anspruch 8. Insbesondere, entsprechend der Erfindung, wird ein ölfreies,
im Wesentlichen schmiermittelfreies, verdampfbares Kühlmittel
auf das Werkstück
abgegeben an einer Stelle desselben angrenzend an die Berührungsstelle
zwischen dem Werkstück
und den Schneidwerkzeugen und mit einer Durchflussmenge, die gewährleistet,
dass das Kühlmittel
während
dem Gewindeschneideingriff zwischen dem Werkstück und den Werkzeugen vollständig verdampft.
Das Kühlmittel
kühlt das
Werkstück
und die Werkzeuge und die Abgabegeschwindigkeit wird gesteuert damit die
Schneidtemperatur innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches
bleibt, der eine gute Gewindequalität gewährleistet. Hierzu ist mindestens
erwünscht,
dass die Gewindeflächen
zunderfrei und verfärbungsfrei
sind und die Gewindeform rund ist und dass keine Verziehung der
Gewindespitzen und Gewindeflanken vorliegt, wodurch die Dichtheit
in Frage gestellt wäre.
Vorzugsweise wird ein Kühlmittel auf
Glykolbasis eingesetzt und das Verdampfen des Kühlmittels gewährleistet,
dass der Gewindeschneidbetrieb trocken ist. Des Weiteren verbleiben
wenig oder keine Rückstände auf
dem Werkstück
und es bleibt kein Ölfilm
zurück
an welchem die Metallspäne haften
können,
und der mittels eines Lösungsmittels entfernt
werden muss, um den gleichen Trockenzustand zu erreichen, wie durch
den Einsatz eines ölfreien,
flüchtigen
Kühlmittels
gemäss
der vorliegenden Erfindung erreicht wird. Diese Verdampfung schaltet
auch den Rückfluss
des Kühlmittels
zu dem Behälter
aus, aus welchem es zu der Gewindeschnittstelle gepumpt wird und
somit kann der Behälter
von der Betriebsstelle entfernt eingebaut werden und z. B. aus einer
wiederauffüllbaren
Flasche bestehen, die sich in dem Motor- und Spindelgehäuse der Maschine
befindet. Die bisher unter der Gewindeschneidstelle erforderliche
Behälterstelle
kann durch einen entfernbaren Behälter ersetzt werden, in welchen
die trockenen Metallspäne
fallen. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Zufuhreinrichtung zum
Pumpen des Kühlmittels
aus dem Behälter
zu der Arbeitsstelle keinen Filter aufweisen muss, da kein Kühlmittel
umgewälzt
wird. Somit werden die Kosten für
die Zufuhreinrichtung herabgesetzt und die bisher erforderliche
Wartungszeit zum Reinigen und/oder Ersetzen des Filters entfällt. Vorzugsweise
ist das Kühlmittel wasserlöslich und
vereinfacht das Reinigen anschliessend an einen Gewindeschneidvorgang.
Betreffend das Reinigen nach dem Gewindeschneidbetrieb ist auch
zu erwähnen,
dass es schneller als bisher kann, da die anfallenden Metallspäne trocken sind
und kein öliger
Film auf dem Werkstück
und den zu handhabenden Maschinenteilen vorliegt, wodurch die produktive
Arbeitszeit des Maschinenbedieners in vorteilhafter Weise gesteigert
wird.
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Vorzugsweise wird das Kühlmittel
aus dem Behälter
durch eine Strömungsleitung
gepumpt, welche einen Auslass aufweist und eine Strömungsregelventileinrichtung
hat mit einem voreingestellten oder einem einstellbaren Dosierventil
zum Einstellen der Durchflussmenge des Kühlmittels, das auf das Werkstück in dem
an die Eingriffsstelle eines Schneidwerkzeuges mit dem Werkstück angrenzenden
Bereich abgegeben wird. Das Kühlmittel
wird durch die Strömungsleitung
gepumpt mittels einer Pumpe, welche durch das Getriebe der Gewindeschneidmaschine
angetrieben wird, wodurch die Pumpe in der Lage ist das Kühlmittel
aus dem Behälter
zu pumpen ansprechend auf den Betrieb des Getriebes zur Rotation
eines Werkstückes
auf dem Gewinde zu schneiden ist. Vorzugsweise hat die Durchflussregelventileinrichtung
ein Absperrventil zwischen dem Behälter und dem Dosierventil zum
Regeln des Kühlmittelduchflusses
aus dem Behälter
zu der Abgabestelle auf das Werkstück. Das Absperrventil erlaubt
in vorteilhafter Weise eine Selektivität hinsichtlich der Regelung
der Kühlmittelströmung aus
dem Behälter
zu der Abgabestelle, damit die Kühlmittelabgabe
auf das Werkstück
so lange vermieden wird bis die Schneidwerkzeuge mit dem Werkzeug
in Eingriff sind und Hitze zu Kühlmittelverdampfung
erzeugen. Obschon das Absperrventil zu diesem Zweck manuell betätigt werden
könnte,
ist der Einbau einer Steuerung bevorzugt, der auf das Heranführen des
Gewindeschneidwerkzeugkopfes in seine Gewindeschneidstellung in
Bezug auf das Werkstück
und insbesondere auf den Gewindeschneideingriff der Werkzeuge mit
dem drehenden Werkstück
anspricht, und wobei das auf den Werkzeugkopf ausgeübte Drehmoment
zum öffnen
des Absperrventiles wirksam ist. Diese Steuerung des Rühlmitteldurchflusses
durch das Absperrventil sowie die Steuerung des Betriebes des Absperrventiles verhindern
in vorteilhafter Weise die Kühlmittelvergeudung.
Demgemäss
wird die Kühlmittelströmung durch
das Dosierventil zum Abgeben des Kühlmittels auf das Werkstück eingeleitet
in Abhängigkeit
des Gewindeschneideingriffes zwischen dem Werkstück und den Gewindeschneidwerkzeugen
und wird am Ende des Gewindeschneidbetriebes unterbrochen in Abhängigkeit
des Zurückziehens
der Werkzeuge von dem Werkstück
und demgemäss
von dem Fortfall des am Werkzeugkopf angreifenden Drehmomentes.
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Die Geschwindigkeit mit welcher das
Kühlmittel
auf das Werkstück
abgegeben wird ist von einer Anzahl von Faktoren abhängig einschliesslich des
Durchmessers des Werkstückes
auf dem Gewinde geschnitten werden soll, der Gewindeschneidgeschwindigkeit,
der erwünschten
Schneidtemperatur in Folge der Verwendung des Kühlmittels, und des besonderen
benutzten Kühlmittels.
Betreffend den Durchmesser des Werkstückes und der Schneidgeschwindigkeit,
und für
den Fall eines bestimmten Kühlmittels
und einer erwünschten
Endtemperatur, verlangt ein Werkstück mit grösserem Durchmesser die Abgabe
von mehr Kühlmittel
als ein Werkstück mit
kleinerem Durchmesser, um die gleiche Endtemperatur zu erreichen.
Weiterhin kann die höhere
Abgabegeschwindigkeit in diesem Falle herabgesetzt werden durch
Herabsetzen der Schneidgeschwindigkeit der Maschine und, dementsprechend,
des Drehmomentes und der Trockenschneid- oder ungekühlten Temperatur
des Werkstückes.
Dies setzt natürlich voraus,
dass die Gewindeschneidmaschine einen Antrieb mit variabler Drehzahl
hat, was bei einigen aber nicht allen Maschinen der Fall ist. Des
Weiteren kann für
ein Werkstück
vorbestimmter Grösse,
einer vorbestimmten Schneidgeschwindigkeit und einer vorgegebenen
erwünschten
Endtemperatur, die Abgabegeschwindigkeit des Kühlmittels von einem Kühlmittel
zu einem anderen verschieden sein. Demgemäss ist zu erkennen und auch
zu verstehen, dass ein Kühlmittel
gemäss
der vorliegenden Erfindung eine Flüssigkeit ist mit einem Siedepunkt
unterhalb der maximalen erzeugten Temperatur zwischen einem Werkstück und den
Gewindeschneidwerkzeugen während
dem Gewindeschneiden ohne Kühlmittelzuführung, und
dass die auf das Werkstück
an den an die Berührungsstelle
zwischen dem Werkstück und
den Gewindeschneidwerkzeugen angrenzenden Bereich abzugebende Kühlmittelmenge,
die Kühlmittelmenge
ist, welche erforderlich ist zum Herabsetzen der Temperatur des
Werkstückes
auf eine erwünschte
Hadtemperatur unter vollständiger
Verdampfung des Kühlmittels
und zum Schneiden eines Gewindes mit guter Qualität. Ohne
Kühlmitteleinsatz schwankt
im Allgemeinen die beim Gewindeschneideingriff zwischen einem Werkstück und Schneidwerkzeugen
erzeugte Temperatur, für
Werkstücke
in einem Durchmesserbereich von 12,7 mm bis 76,2 mm (1/2 Zoll bis
3''), die mit Standardschnittgeschwindigkeiten
für die
verschiedenen Werkstückdurchmesser
angetrieben werden, in dem Bereich von 149°C bis 316°C (300 F bis 600°F) für Schwarzstahlrohre
oder galvanisierte Stahlrohre in dem Bereich von 12,7 mm bis 76,2
mm (1/2 Zoll bis 3 Zoll). Vorzugsweise soll, gemäss der vorliegenden Erfindung,
die Endtemperatur bei Kühlmittelabgabe
auf das Werkstück
110°C (230°F) nicht übersteigen
und vorzugsweise zwischen 88°C
und 104°C
(190°F bis 220°F) liegen
wodurch eine gute Gewindequalität, wie
oben erwähnt,
erreicht wird bei einer Werkstücktemperatur,
welche eine komfortable Handhabung des Werkstückes nach minimaler Kühlung erlaubt.
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Demgemäss schafft die vorliegende
Erfindung:
ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes System
zum Kühlen
eines Werkstückes
und der Gewindeschneidwerkzeuge einer motorgetriebenen Gewindeschneidmaschine
während
dem Gewindeschneidbetrieb, welche die Produktionszeit des Maschinenbedieners
in Verbindung mit dem Einsatz der Maschine optimiert und welche
die Zeitdauer und den Aufwand zum Reinigen der mit Gewinde versehenen Werkstücke und
der Bauteile der Gewindeschneidmaschine nach dem Ende eines Schneidvorganges auf
der Maschine minimiert;
ein verbessertes Verfahren und ein
verbessertes System der vorstehend erwähnten Bauform wobei ein ölfreies,
verdampfbares Kühlmittel
auf ein Werkstück
auf dem Gewinde geschnitten wird in einem Bereich angrenzend an
die Berührungsstelle
zwischen dem Werkstück
und einem Gewindeschneidwerk mit einer Geschwindigkeit abgegeben
wird damit das Kühlmittel
vorständig
verdampft und evaporiert zur Kühlung
des Werkstückes
und der Schneidwerkzeuge unter Gewährleistung einer guten Gewindequalität;
ein
verbessertes Verfahren und ein verbessertes System der vorstehend
erwähnten
Bauform, wobei das Kühlmittel
verbraucht wird und die beim Gewindeschneiden anfallenden Metallspäne trocken
sind und demnach einfacher eingesammelt und entsorgt werden können als
dies bisher der Fall war;
ein verbessertes Verfahren und ein
verbessertes System der vorstehend erwähnten Bauform, wobei das Kühlmittelzufuhrsystem
einen Rühlmittelbehälter aufweist,
der von der Arbeitsstelle entfernt eingebaut ist und in Form eines
wiederauffüllbaren
Behälters ausgeführt ist,
der verschliessbar ist zum Transport und/oder Aufbewahren der Gewindeschneidmaschine
in einer nicht-horizontalen Lage ohne Verschütten des Kühlmittels;
ein verbessertes
Verfahren und ein verbessertes System der vorstehend erwähnten Bauform,
wobei die Zuführung
des Kühlmittels
aus dem Behälter
zu der Abgabestelle auf das Werkstück steuerbar ist um die Kühlmittelabgabe
auf das Werkstück
zu verhindern wenn kein Gewindeschneideingriff zwischen dem Werkstück und den
Gewindeschneidwerkzeugen vorliegt; und
ein verbessertes Verfahren
und ein verbessertes System der vorstehend erwähnten Bauform, wobei die Kühlmittelströmung aus
dem Behälter
zu der Abgabestelle auf das Werkstück gesteuert wird durch die
Stellung des Gewindeschneidwerkzeugkopfes in Bezug auf das Werkstück und den
Schneideingriff zwischen dem Werkstück und dem Gewindeschneidwerkzeugen.
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Kurze Erläuterung
der Zeichnungen
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Die vorstehenden Merkmale, sowie
andere, sind zum Teil offensichtlich und werden zum Teil im Folgenden
ausführlicher
beschrieben in Zusammenhang mit der schriftlichen Erklärung eines
bevorzugten Ausführungsbeispieles
der Erfindung gemäss den
zugehörigen
Zeichnungen, es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer Gewindeschneidmaschine mit einem
Kühlsystem
gemäss
der vorliegenden Erfindung, und wobei der Werkzeugkopf der Maschine
sich in einer Nicht-Betriebsstellung befindet;
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2 eine
perspektivische Ansicht ähnlich zu
der 1, wobei der Werkzeugkopf
sich in der Betriebsstellung befindet;
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3 eine
schematische Darstellung des Kühlmittelzufuhr
und -abgabesystems;
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4 eine
Schnittansicht längs
der Linie 4-4 der 2,
wobei das Absperrventil geschlossen ist und der Werkzeugkopfeinstellansatz
sich in Bezug auf das Absperrventil in einer Stellung befindet die
er unmittelbar vor dem Anfahren des Gewindeschneidbetriebes einnimmt;
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5 eine
Schnittansicht längs
der Linie 5-5 in 2,
wobei das Absperrventil geschlossen ist wie in 4 gezeigt;
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6 eine
der 5 ähnliche
Schnittansicht mit dem Absperrventil in der Offenstellung desselben während dem
Gewindeschneiden; und
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7 eine
Vorderansicht des Werkzeugkopfes mit dem darin vorgesehenen Kühlmittelkanal.
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Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
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Im Folgenden werden nun die Zeichnungen ausführlicher
beschrieben, in welchen die verschiedenen Figuren nur zur Erläuterung
eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
und nicht zur Einschränkung
der Erfindung zu verstehen sind. Die 1 und 2 zeigen eine Gewindeschneidmaschine,
die, grundsätzlich,
eine Basis oder einen Ständer 10 aufweist mit
einem Spindel-, Motor- und Getriebegehäuseteil 12 an einem
Ende und einem Werkzeugschlittentragteil 14 an dem anderen
Ende. Wie allgemein bekannt ist eine Werkstückspannfuttereinrichtung 16 vom
Gehäuseteil 12 getragen
und ist durch die Motor- und Getriebeeinrichtung, die in dem Gehäuseteil 12 untergebracht
ist anzutreiben zur Rotation eines Werkstückes W um eine Maschinenachse
A. Zwei in Querrichtung voneinander beabstandete Werkzeugschlittentragschienen 18 und 20 haben
innere Enden, welche in dem Gehäuseteil 12 des
Ständers 10 aufgenommen
und getragen sind und äussere
Baden, die in aufwärts
ragenden Beinen 22 des Teiles 14 des Ständers 10 aufgenommen
und getragen sind. Bin Werkzeugschlitten 24 hat lateral
gegenüberliegende Seiten 26 bzw. 28,
die verschiebbar auf den Tragschienen 18 und 20 sitzen,
und die Seiten 26 und 28 des Schlittens sind durch
quer verlaufende, axial voneinander beabstandete Querstücke 30 und 32 miteinander
verbunden. Wie allgemein bekannt hat die Unterseite der Tragschiene 20 eine
Verzahnung, nicht dargestellt, in die ein Ritzel eingreift, das
in der Seite 28 des Schlittens gelagert ist und welches
durch einen Handgriff 34 zu betätigen ist um den Werkzeugschlitten
längs den
Tragschienen hin und her zu bewegen.
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Die Seite 26 des Schlittens 24 trägt einen Gewindeschneidwerkzeugkopf 36 zur
Schwenkbewegung in Bezug auf den Schlitten zwischen einer Nichtbetriebs-
oder Ruhestellung, gemäss 1 und einer Betriebsstellung,
gemäss 2. In der Betriebsstellung
sind die Gewindeschneidwerkzeuge 38 am Werkzeugkopf in
Bezug auf das Werkstück
W voreingestellt, wie im Späteren
ausführlicher
beschrieben wird, um am Ende des Werkstückes W Gewinde zu schneiden
wenn der Schlitten 24 durch Betätigung des Handgriffes 34 bewegt
wird damit die Schneidwerkzeuge 38 in Eingriff mit dem
Werkstück kommen.
Obschon es in den Zeichnungen zum Zwecke der Übersichtlichkeit nicht dargestellt
ist, kann der Schlitten 24 andere schwenkbar angeordnete Werkzeuge
wie z. B. Schneid- oder Räumwerkzeuge tragen,
die, wie der Werkzeugkopf 36, zwischen Betriebs- und Nichtbetriebsstellungen
in Bezug auf den Schlitten schwenkbar sind. Der Werkzeugkopf 36 hat eine
Achse B und besitzt, wie im Zusammenhang mit Werkzeugköpfen allgemein
bekannt ist, eine drehbare Nockenplatteneinrichtung, nicht dargestellt,
durch welche die Stellungen der Schneidwerkzeuge 38 radial
einstellbar sind in Bezug auf die Achse B um die Schneidwerkzeuge
in Gewindeschneidstellungen zu bringen, die durch den Durchmesser
eines Werkstückes
auf dem Gewinde zu schneiden ist, bestimmt sind. Es ist auch allgemein
bekannt, dass die Nockenplatte nach Einstellung der Schneidstellungen zwischen
einer ersten und einer zweiten Stellung gedreht werden kann, in
welcher die Schneidwerkzeuge sich in ihren Betriebsstellungen bzw.
in ihren Zurückziehstellungen
befinden, in welchen die Schneidwerkzeuge radial nach aussen in
den Werkzeugkopf zurückgezogen
und ausser Berührung
mit dem Werkstück
sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
werden die beiden zuletzt beschriebenen Funktionen durch einen Nockenplattenverriegelungshebel 40 und
einen Nockenplattenstellhebel 42 erreicht. Mit Bezug auf
den Werkzeugkopf 36 ist weiter zu erwähnen, dass er schwenkbar auf
der Seite 26 des Schlittens 34 gelagert ist durch
einen Stift 44, der in eine Bohrung 45, 3, ragt, welche für den Stift auf
der Seite 26 des Werkzeugkopfes vorgesehen ist. In der
Betriebsstellung des Werkzeugkopfes ist dieser vertikal getragen
durch den Stift 44 auf der Seite 26 des Schlittens
und durch einen Einstellansatz 46 auf der anderen Seite
des Werkzeugkopfes, der auf der Seite 28 des Schlittens
in einen Einstellschlitz 48 eingreift, der sich zwischen
zwei in axialem Abstand voneinander angebrachten nach oben vorstehenden Vorsprüngen 50 befindet.
Wie am besten aus 4 ersichtlich
hat der Einstellschlitz 48 eine Grundfläche 52, die seitlich
nach innen in Bezug auf die Schlittenseite 28 ragt, und
die untere Seite 56 des Einstellansatzes 46 hat
eine ebene Fläche,
die flach auf der Fläche 52 aufliegt
wenn der Eiastellansatz 46 vollständig in dem Einstellschlitz 48 aufgenommen
ist, wie die 6 zeigt
und im Nachfolgenden ausführlicher
beschrieben wird.
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Im Allgemeinen, wie bereits eingangs
erwähnt,
wird beim Gewindeschneiden auf galvanisierten oder Schwarzstahlröhren mit
einem Durchmesser von 12,7 mm bis 76,2 mm (1/2 Zoll bis 3 Zoll)
das Werkstück
auf eine Temperatur von etwa 149°C
bis 316°C
(300°F bis
600°F) erhitzt,
wenn das Werkstück und
die Werkzeuge während
dem Gewindeschneiden nicht durch ein Kühlmittel gekühlt werden.
Wenn keine Kühlung
erfolgt oder wenn die Kühlung
unzureichend ist, kann in Folge der durch das Gewindeschneiden verursachte
Erhitzung des Werkstückes zur
Verformung des geschnittenen Gewindes aus der Rundform, Verfärben und/oder
Erhärten
des Metalls in Folge der Hitzeeinwirkung, und zum Reissen der Gewindegangspitzen
und zur Zunderbildung auf den Gewindeflächen führen. Des Weiteren beschleunigt die
Hitzeeinwirkung die Abnutzung der Gewindeschneidwerkzeuge und verkürzt somit
die Lebensdauer derselben und setzt auch die Qualität des geschnittenen
Gewindes bei fortschreitender Abnutzung noch weiter herab. Gemäss einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein flüchtiges, ölfreies Kühlmittel,
das im Wesentlichen schmiermittelfrei ist und, vorzugsweise, ein
synthetisches Schmiermittel enthält
bis zu 4% der Kühlmittelzusammensetzung
auf das Werkstück
und die Werkzeuge während
dem Gewindeschneiden abgegeben mit einer Abgabegeschwindigkeit damit
das Kühlmittel vollständig verdampft
und dabei das Werkstück
auf eine Temperatur kühlt,
bei der eine gute Gewindequalität
gewährleistet
ist, mit einer Gewindefläche
die frei von Zunderbildung und Verfärbung ist, und wobei die Gewindespitzen
und -flanken nicht reissen und die Gewindeform rund ist. Vorzugsweise
ist diese Temperatur nicht grösser
als etwa 110°C
(230°F)
und befindet sich vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen
etwa 88°C
und 104°C
(190°F und 220°F). Beim
Herabsetzen der Temperatur bis in den erwähnten Bereich verdampft das
Kühlmittel
vollständig
und die beim Gewindeschneiden anfallenden Metallspäne sind
vollständig
trocken. Ein geeignetes Kühlmittel,
das diese Ergebnisse gewährleistet
wird vertrieben von der Firma Fuchs Lubricants Co., aus Harvey,
Illinois unter der Produktbezeichnung SBH8 105A. Dieses Schmiermittel
ist ein Schmiermittel auf Glykolbasis das ölfrei ist und 4% oder weniger
eines synthetischen Schmiermittels enthält. Beim Gewindeschneiden auf
einem galvanisierten oder Stahlrohr mit einem Durchmesser von 12,7
mm bis 25,4 mm (1/2 Zoll bis 1 Zoll) wird eine Werkstücktemperatur zwischen
88°C und
104°C (190°F und 220°F) während dem
gesamten Gewindeschneidbetrieb aufrechterhalten bei Abgabe des Kühlmittels
auf das Werkstück
angrenzend an die Berührungsstelle
eines Schneidwerkzeuges mit dem Werkstück, mit einer Abgabegeschwindigkeit
von 1–2
Tropfen pro Sekunde.
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Es ist zu verstehen, dass die Abgabe
des Kühlmittels
auf das Werkstück
und die Werkzeuge auf viele verschiedene Art und Weisen erfolgen
kann, z. B. durch manuelles Abgeben aus einem Behälter, der
zur Tropfenabgabe zusammendrückbar
ist oder aus dem die Tropfen auf andere Art und Weise abgegeben
werden können,
oder durch Schwerkraftströmung
aus einem Behälter
durch ein Durchflussregelventil, das durch den Maschinenbediener
zu öffnen und
zu schliessen ist um die Abgabegeschwindigkeit zu regeln. Vorzugsweise
ist aber die Kühlmittelabgabe
auf den Betrieb der Gewindeschneidmaschine abgestimmt und so gesteuert
damit der Verbrauch und die wirtschaftliche Anwendung des flüchtigen Schmiermittels
optimiert wird. Eine bevorzugte Ausführungsform des Kühlmittelsystems
und der Steuerung zur Abgabe des Kühlmittels auf ein Werkstück während dem
Gewindeschneiden ist schematisch in 3 dargestellt
und ausführlicher
in den 1, 2 und 4–7 gezeigt hinsichtlich seines
Einbaues in der vorstehend beschriebenen Gewindeschneidmaschine.
Wie diese Figuren zeigen hat das Kühlmittelsystem einen Kühlmittelbehälter 58,
eine Kühlmittelpumpe 60,
ein normalerweise geschlossenes Absperrventil 62, und ein
Durchflussbegrenzungsnadelventil 64 sowie einen Kühlmittelauslass 66.
Die Pumpe 60 hat einen Einlass, der über eine Leitung 68 mit
dem Behälter 58 verbunden
ist und einen Auslass, der über
eine Leitung 70 an das Ventil 62 angeschlossen ist.
Die Leitung 70 ist über
eine Bypassleitung 72 zurück an den Behälter 58 angeschlossen
damit das Kühlmittel
in den Behälter
zurückgepumpt
wird wenn die Pumpe
60 bei verschlossenem Ventil 62 in
Betrieb ist. Die Auslassseite des Ventils 62 ist in Verbindung
mit dem Kühlmittelauslass 66 durch
einen Kanal 74 in der Seite 28, einen Kanal 76 in
dem Querstück 32 und
der Seite 26 des Schlittens 24, das innere Ende
der Stiftbohrung 45, einen Kanal 78 in dem Stift 44 und
einen Kanal 80 in dem Werkzeugkopf 36. Das Nadelventil 64 befindet
sich in dem Teil des Kanals 74 im Querstück 32 und
hat einen manuell verstellbaren Betätigungsteil 82 durch
welchen die Verengung des Kanals 74 und dementsprechend
die Tropfgeschwindigkeit des Kühlmittels
aus dem Kühlmittelauslass 66 eingestellt
werden kann. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird hat
das Absperrventil 62 eine Spindel 84, die über eine
Druckfeder 86 vorgespannt ist zum Verschliessen des Ventils und,
vorzugsweise, durch den Einstellansatz 46 am Werkzeugkopf
zum Öffnen
des Ventils einstellbar ist. Die Pumpe 60 wird, wie allgemein
bekannt, durch den Motor 88 der Gewindeschneidmaschine über ein in
den, Figuren nicht dargestelltes Getriebe angetrieben. Wenn der
Motor 88 eingeschaltet ist und die Spannfuttereinrichtung 16 antreibt,
wie vorher beschrieben, wird anfangs Kühlmittel durch die Leitungen 68 und 70 gepumpt
und über
die Leitung 72 zu dem Behälter 58 zurückgeführt bis
zu dem Augenblick wo das Absperrventil 62 öffnet. Wenn
das Absperrventil 62 öffnet
wird das Kühlmittel
durch das Absperrventil und durch das Nadelventil 64 zum
Auslass 66 gepumpt und dann auf das Werkstück auf dem
Gewinde geschnitten wird abgegeben. Vorzugsweise, wie die 7 zeigt, ist der Kühlmittelauslass 66 eingestellt
damit die Kühlmitteltropfen
auf die stromabwärtige
Seite des Schneidwerkzeuges unmittelbar vor dem oberen, vertikalen
Mittelpunkt des Werkzeugkopfes abgegeben werden, wobei die stromabwärtige Seite
mit Bezug auf die Drehrichtung des Werkstückes W, welche in 7 im Gegenuhrzeigersinn
ist, zu verstehen ist.
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Das vorstehend beschriebene Kühlmittelsystem
ist in der Gewindeschneidmaschine eingebaut, wie in den 1, 2 und
4–7 dargestellt. In dieser
Hinsicht ist der Behälter 58 vorzugsweise
in Form eines Behältnisses
wie z. B. einer Kunststoffflasche mit einer entfernbaren Verschlusskappe 90 am
oberen Ende zum Wiederauffüllen
des Kühlmittelvorrats
in dem Behälter.
Der Behälter 58 ist
zweckdienlich in dem Spindel-, Motor-, und Getriebegehäuseteil 12 des
Maschinenständers
angebracht, so das die Kappe 90 auf der oberen Seite des
Gehäuses
zugänglich ist,
wie in den 1 und 2 dargestellt. Es ist zu
verstehen, dass der Motor 88 und das Pumpengetriebe in
dem Gehäuse 12 angeordnet
sind und dass die Pumpe 60 in dem Gehäuse 60 abgestützt ist
um durch den Motor 88 und das Getriebe angetrieben zu werden.
Die Leitung 68 zu der Einlassseite der Pumpe 70,
der Teil der Leitung 70, der an der Rückflussleitung 72 angeschlossen
ist und diese Rückflussleitung 72 sind
ebenfalls in dem Gehäuse 12 angeordnet.
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Das Absperrventil 62 ist
vorzugsweise auf der Seite 28 des Schlittens 24 angebracht,
in einer Lage damit es durch den Einstellansatz 46 am Werkzeugkopf 36 betätigt wird,
wie im Nachfolgenden beschrieben wird. Zu diesem Zweck, wie am bestem aus
den 4–6 ersichtlich ist, hat die
Seite 28 des Schlittens einen Teil 92, der sich
seitlich nach innen in Bezug auf die Vorsprünge 50 erstreckt und
mit einer vertikalen Bohrung versehen ist, die einen oberen Teil 94 und
einen unteren Teil 96 aufweist. Der Schlittenteil 92 hat
auch einen Kühlmitteinlasskanal 98,
der seitlich in den unteren Teil 96 mündet und einen Kühlmittelauslasskanal 100,
der seitlich in den oberen Teil 94 der Bohrung mündet. Der
untere Teil 96 der Bohrung hat einen grösseren Durchmesser als der
obere Teil 94, wodurch ein Ventilsitz 102 in der
Bohrung axial zwischen dem Einlasskanal 98 und dem Auslasskanal 100 vorgesehen
ist. Die Ventilspindel 84 ist axial verschiebbar in der
Bohrung aufgenommen und hat ein inneres Ende, welches mit einem
Ventilelement in Form einer O-Ring-Dichtung 104 versehen
ist zur Anlage am Ventilsitz 102 um die Verbindung zwischen
dem Einlasskanal und dem Auslasskanal abzusperren. Das untere Ende
der Vertikalbohrung ist durch einen Stopfen
106 verschlossen
und eine Druckfeder 86 befindet sich in dem unteren Bohrungsteil 96 zwischen
dem Stopfen 106 und dem inneren Ende der Spindel 84 um
das Ventilelement 104 zum Schliessen des Ventils gegen
den Sitz 102 zu drücken.
Die Spindel 84 ist auf der stromabwärtigen Seite des Ventilelementes 104 mit
einer sich axial und radial einwärts
erstreckenden Umfangsaussparung 108 versehen, um den Einlasskanal 98 und
den Auslasskanal 100 miteinander zu verbinden wenn das
Ventil offen ist. Die Kühlmittelleitung 70 von
der Pumpe 60 ist an den Einlasskanal 98 über eine
geeignete Kupplung 110 angeschlossen und der Auslasskanal 100 ist
das Einlassende des vorher beschriebenen Kanals 74.
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Wenn das Ventil 62 zu ist
befindet sich das axial obere oder äussere Ende 112 der
Spindel 84 oberhalb der Fläche 52 zu einem Zweck
der im Späteren
erläutert
wird und, wie aus den 4–6 ersichtlich, drückt eine
axial nach innen gerichtete, am äusseren
Ende 112 der Spindel 84 angreifende Kraft das Ventilelement 104 vom
Ventilsitz 102 weg um das Ventil gegen die Vorspannung
der Feder 86 zu öffnen.
In der Offenstellung fliesst Kühlmittel
vom Einlasskanal 98 zum Auslasskanal 100 durch
den Ventilsitz 102 und die Aussparung 108 in der
Spindel 84. Die Art und Weise wie die Spindel 84 verstellt
wird zum Öffnen
des Absperrventils wird im Späteren
ausführlicher
beschrieben, es wird aber an dieser Stelle daraufhingewiesen dass,
wenn der Werkzeugkopf 36 anfangs in seine Betriebsstellung
bewegt wird, die in 2 gezeigt
ist, in welcher der Einstellansatz 46 sich in dem Einstellansatzschlitz 48 befindet,
die Unterseite 56 des Einstellansatzes am äusseren
Bade 112 der Spindel 84 zur Anlage kommt, wie
in den 4 und 5 der Zeichnungen dargestellt
ist, und die Kraft der Druckfeder 86 allein ausreicht um
die Spindel 84 in Schliessstellung zu drücken gegen
das Gewicht des Werkzeugkopfes, welches über den Einstellansatz 46 auf
die Spindel 84 wirkt.
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Wie aus den 1 und 2 und
der vorstehenden Beschreibung zu verstehen ist, klemmt der Maschinenbediener das
Werkstück
W auf dem Gewinde zu schneiden ist in der Spannfuttereinrichtung 16 fest und
schwenkt den Werkzeugkopf 36 aus seiner Nichtbetriebsstellung
oder Ruhestellung gemäss 1 in die Betriebsstellung
gemäss 2, welche eine Vorarbeitsstellung
ist, in der der Einstellansatz 46 in dem Einstellschlitz 48 aufgenommen
ist und auf dem Ende 112 der Ventilspindel 84 liegt,
wie in den 4 und 5 gezeigt. In der Vorarbeitsstellung
ist die Achse B des Werkzeugkopfes 36 im Wesentlichen koincident
mit der Maschinenachse A. Der Schlitten 24 befindet sich
nun in einer Stellung, in welcher die Gewindeschneidwerkzeuge 38 axial
nach aussen vom Ende des Werkstückes
W auf dem Gewinde geschnitten werden soll beabstandet sind, und
die Druckfeder 86 hält
die Spindel 84 in ihrer oberen Stellung und somit ist das
Absperrventil 62 geschlossen. Nachdem die Maschine eingeschaltet
wurde und der Stellhebel 42 manipuliert worden ist um die
Schneidwerkzeuge in Radialrichtung in ihre Schneidstellungen zu
bringen, dreht der Maschinenbediener den Schlittenbetätigungsgriff 34 zum
Bewegen des Schlittens 24 und dementsprechend der Schneidwerkzeuge 36 in
Richtung zu dem Werkstück
W, um den Gewindeschneidvorgang zu beginnen. Das Werkstück dreht
im Gegenuhrzeigersinn in 2 und,
unmittelbar nach dem Eingriff der Schneidwerkzeuge 38 mit dem
Werkstück
wird ein Drehmoment auf die Schneidwerkzeuge und den Werkzeugkopf 36 ausgeübt wodurch
der Werkzeugkopf in 2 im
Gegenuhrzeigersinn verschwenkt wird. Dadurch drückt der Einstellansatz 46 die
Ventilspindel 74 nieder gegen die Vorspannkraft der Feder 86 zum Öffnen des Absperrventiles 62,
wie in 6 dargestellt.
In dieser Stellung des Werkzeugkopfes liegt die Unterseite 56 des
Einstellansatzes am Boden 52 des Einstellschlitzes 48 auf
und bestimmt die Arbeitsstellung des Werkzeugkopfes. Wenn das Ventil 62 öffnet wird Kühlmittel
aus dem Behälter 58 durch
das Nadelventil 64 zum Kühlmittelauslass 66 gepumpt
und auf das Werkstück
abgegeben mit einer Geschwindigkeit, die durch Manipulation des
Betätigungsteiles 82 des
Nadelventiles 64 eingestellt und einstellbar ist. Durch den
Eingriff der Schneidwerkzeuge 38 mit dem Werkstück wird
dieses auf die Gewindeschneidtemperatur erhitzt, die, wie vorstehend
beschrieben, durch das Kühlmittel,
das bei Berührung
mit dem erhitzten Werkstück
vollständig
verdampft, herabgesetzt ist, und in dem gewünschten Bereich von 88°C bis 104°C (190°F bis 220°F) liegt.
In Folge der eingeschränkten Strömung durch
das Nadelventil 64 kann eine vorbestimmte Menge des Kühlmittels
während
dem Gewindeschneidbetrieb durch die Leitung 72 zu dem Behälter 58 zurückgeführt werden.
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Wenn der Gewindeschneidvorgang beendet ist
betätigt
der Maschinenbediener den Hebel 42 zum Freigeben der Schneidwerkzeuge,
welche sich dann sofort radial nach aussen in den Werkzeugkopf zurückbewegen.
Unmittelbar nach dem Zurückziehen der
Schneidwerkzeuge von dem Werkstück
drückt die
Druckfeder 86 die Ventilspindel 84 nach oben zum
Schliessen des Ventils 62 und zum Absperren der Kühlmittelströmung zu
dem Auslass 66. Vorzugsweise, und wie in den 1 und 2 dargestellt, ist ein oben offener Behälter oder
eine Wanne 114 entfernbar vom Boden des Werkzeugschlittentragteiles 14 des
Ständers 10 unterhalb
der Arbeitsstelle getragen, damit während dem Gewindeschneidvorgang vom
Werkstück
abgedrehte Metallspäne
in den Behälter
fallen. Wie in der vorstehenden Beschreibung erwähnt verdampft das Kühlmittel
vollständig
bei Berührung
mit dem erhitzten Werkstück
und somit sind die Metallspäne,
die in den Behälter
fallen trocken. Wenn es erwünscht
ist oder notwendig wird die Maschine zu reinigen ist es dementsprechend
nur erforderlich den Behälter 114 zu
entfernen und die trockenen Späne
aus dem Behälter
auszuschütten.
Es befinden sich keine Öl-
oder andere Rückstände in dem Behälter oder
auf der Maschine, und somit können alle
Späne,
die an dem Behälter
oder der Maschine hängenbleiben
einfach mit einer Bürste
oder dergleichen entfernt werden. Da das Kühlmittel vorzugsweise wasserlöslich ist
können
irgendwelche Rückstände des
Kühlmittels
einfach abgewaschen und die Teile trockengewischt werden. In jedem
Fall liegen keine öligen
Rückstände oder Ölfilme vor
an welchen Späne,
Schmutz oder dergleichen haften bleiben können, und welche die Benutzung
eines Lösungsmittels zu
ihrer Entfernung verlangen würden.
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Nachdem in der vorstehenden Beschreibung beträchtliche
Betonung auf die Strukturen und strukturellen Zusammenhänge zwischen
den Maschinenteilen eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung
gelegt wurde ist aber zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele
erdacht werden können
und dass Änderungen
in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
vorgenommen werden können, ohne
dazu die Lehre der Erfindung zu verlassen. Im Besonderen ist zu
verstehen, dass das Absperrventil, das Nadelventil und der Kühlmittelauslass
einer flexiblen Kühlmittelleitung
zugeordnet sein können,
die sich von der Pumpe erstreckt und von dem Maschinenbediener manuell
beweglich ist, der das Absperrventil am Beginn und am Ende des Gewindeschneidbetriebes
manuell öffnen
bzw. verschliessen würde. Das
Absperrventil und/oder das Nadelventil könnte auch vom Schlitten getrennt
und daran befestigt sein anstatt in dem Schlittea eingebaut zu sein,
und das Ventil oder die Ventile könnten mit dem Behälter und dem
Abgabeauslass über
Schläuche
verbunden sein anstelle von Durchbrüchen in dem Maschinenschlitten
und dem Werkzeugkopf. Weiterhin, wenn das Absperrventil eingebaut
ist, wie vorstehend beschrieben, kann die Vorspannfeder zum Zurückhalten
des Werkzeugkopfes in der Vorarbeitsstellung vom Ventil getrennt
und unmittelbar in Eingriff mit dem Werkzeugkopfeinstellansatz sein.
Ausserdem können
andere auf das Drehmoment ansprechende Einrichtungen vorgesehen
sein zur Steuerung der Kühlmittelströmung auf
dem Behälter
zu dem Kühlmittelauslass
und die Dosierung der Abgabegeschwindigkeit des Kühlmittels
aus der Auslassöffnung
kann anstelle des Nadelventils durch andere Mittel erfolgen, und kann
gesteuert werden durch Vorsehen eines voreingestellten Dosierventils,
welches in der Maschine beschränkt
zugänglich
eingebaut ist. Diese und andere Abänderungen sowie auch andere
Ausführungsbeispiele
der Erfindung bieten sich aufgrund der vorstehenden Beschreibung dem
Fachmann an oder sind diesem geläufig,
und somit ist deutlich zu verstehen, dass die vorstehende Beschreibung
nur als Erläuterung
der vorliegenden Erfindung und nicht einschränkend auszulegen ist.