WO1979000704A1

WO1979000704A1 - Process and device for screwing tubular sleeves

Info

Publication number: WO1979000704A1
Application number: PCT/DE1979/000024
Authority: WO
Inventors: F Kubik
Original assignee: Wintermeyer Automat Karl; F Kubik
Priority date: 1978-03-03
Filing date: 1979-03-02
Publication date: 1979-09-20
Also published as: DK86279A; NO790715L; JPS55500159A; EP0015931A1; DE2809110A1; BE876152A; ZA79988B

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich¬ tung zum druckdichten Verschrauben, insbesondere eines mit einem konischen Gewinde versehenen Rohrendes, mit

5 einer entsprechenden Rohrverbindungsmuffe sowie ein

Spannfutter für eine solche Vorrichtung.

Die in Tiefbohrungen^" für die Erdölförderung eingesetz¬ ten Rohre müssen oft sehr hohen Drucken widerstehen.

_]0 Dies gilt nicht nur für die Rohre selbst, sondern auch für deren Verbindungsstellen, die durch Verschraubungen unter Verwendung von Gewindemuffen hergestellt werden. Dabei müssen die Verschraubungen so fest angezogen wer¬ den, daß sie bei den in Frage kommenden Drucken vollkom-

T5 men dicht bleiben. Für diesen Zweck haben sich Verschrau¬ bungen mit konischen Gewinden am besten bewährt. Um am Einsatzort möglichst wenige Verschraubungen vornehmen zu müssen, werden die verwendeten Rohre bereits bei der Herstellung an einem ihrer Enden mit einer Verbindungs- 0 muffe versehen.

Die vorliegende Erfindung betrifft dabei im wesentli¬ chen ein Verfahren und eine Vorrichtung, die dafür vor¬ gesehen sind, bereits in der Herstellungswerkstatt in 5 Vorbereitung für den späteren Einsatz Rohrenden mit ei¬ ner Verbindungsmuffe zu verschrauben. Die wesentlichen^* Merkmale der Erfindung sollen jedoch nicht auf diese werkstattmäßige Anwendung beschränkt sein. Auch sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemä- 0 ße Vorrichtung zum Herstellen anderer Verschraubungen geeignet, sofern die Anforderungen dort ähnlich sind, wie bei dem vorbereitenden Verschrauben eines Rohres für ein Bohrloch mit einer zugehörigen Verbindungsmuffe. Insbesondere läßt sich die Erfindung auch für die Ver- 5 schraubung mit zylindrischen Gewinden einsetzen, auch wenn im folgenden stets auf konische Gewinde Bezug ge¬ nommen wird. übliche Rohre für Tiefbohrungen haben etwa einen Durch¬ messer von 150mm. Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll jedoch auch für Rohre unterschiedlichen Durchmessers verwendbar sein.

Das für Rohre mit 150mm Durchmesser und konischem Gewin¬ de zum druckdichten Anziehen der Verschraubung erforder¬ liche Drehmoment beträgt etwa -um einen Eindruck von den zu bewältigenden Größenordnungen zu vermitteln- 2.500kpm. Die dafür erforderlichen Haltekräfte beim Herstellen der Verschraubung liegen je nach der Reibung zwischen den Halteorganen für das Rohr und der Rohroberfläche selbst etwa zwischen 80 und 120t.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Grundsätzlich lassen sich solche Verschraubungen durch Einspannen des Rohrendes und der Muffe in je eines von zwei koaxialen Futtern herstellen, von denen zumindest das eine gegenüber dem anderen mittels eines Antriebes rotierbar ist. Eine solche Verfahrensweise ist allein schon aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht zufrie¬ denstellend. Außerdem sind herkömmliche Drehfutter, wie sie etwa in Werkzeugmaschinen eingesetzt werden, für den vorliegenden Einsatzzweck nicht geeignet.

Bei den angegebenen hohen Kräften müssen die Futter sehr schwer ausgeführt werden. Bei einer Verfahrenswei¬ se, die sich lediglich zweier solcher Futter bedient, müßten für eine einigermaßen zufreidenstellende Ausstoß¬ leistung erhebliche Energien zur kurzzeitigen Überwin¬ dung des Trägheitsmomentes zumindest eines dieser schwe¬ ren Futter aufgewandt werden, die dann beim schnellen Abbremsen wieder vernichtet werden müssen. Dies wäre sehr unwirtschaftlich, da die höchsten Kräfte beim Aus¬ führen der Verschraubung nur kurzzeitig im letzten Mo¬ ment des Anziehens aufgebracht werden müssen. Weitere Schwierigkeiten entstehen dadurch, daß, bedingt durch

OMPI das Herstellungsverfahren der Rohre und der Muffen, de¬ ren Gewinde nicht immer exakt zentrisch zu deren Außen¬ umfang liegen, an dem die Rohre bzw. Muffen durch das Futter erfaßt werden. Solche Abweichungen würden beim schnellen Rotieren der schweren Futter zu erheblichen

Querkräften durch exzentrischen Schlag führen, die außer¬ dem, das Ausführen einer einwandfreien Verschraubung be¬ einträchtigen würden.

Eine weitere Schwierigkeit liegt im konstruktiven Aufbau bekannter Spannfutter begründet. Diese neigen dazu, die relativ dünnwandigen Rohre und Muffen beim Aufbringen der hohen Spannkräfte zu verformen. Insbesondere die Verformung der Muffen, die wegen ihrer geringeren Länge meist über dem Gewinde erfaßt werden müssen, bewirkt, daß das konische Gewinde der Muffe nicht so weit auf das R-ohrgewinde aufgeschraubt werden kann, wie bei nichtver- formter Muffe. Dies hat zur Folge, daß die Verschraubung undicht bleibt. Will man dies vermeiden, sind noch höhe- re Drehmomente und damit Spannkräfte erforderlich, die den nachteiligen Effekt nur noch verstärken. Aus diesem Grunde lassen sich mit normalen Dreipunktfuttern keine druckdichten Verschraubungen erzeugen.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen, mit denen sich auf wirtschaftliche Weisetechnisch einwandfreie Verschrau¬ bungen der genannten Art herstellen lassen. In diesem Zusammenhang soll die Aufgabe auch die Schaffung eines speziellen, geeigneten Spannfutters im Rahmen einer be¬ vorzugten Aus-führungsform der erfindungsgemäßen Vorrich¬ tung einschließen.

OMPI Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der bezeichneten Art gelöst, welches zweistufig ist und aus folgenden Verfahrensschritten besteht:

a) Einschrauben eines Hilfsdornes in ein Ende der gehaltenen Muffe, b) Vorverschrauben des in ein Rohrfutter eingespannten Rohrendes mit der von dem Hilfsdorn getragenen Muffe an ihrem anderen Ende bis zum Erreichen eines bestimm- ten Drehmomentes, c) Einspannen der Muffe in ein mit dem Rohrfutter koaxia¬ les Muffenfutter, d) Ausdrehen des Hilfsdornes und e) Anziehen der Muffe auf dem Rohrende durch Verdrehen des Rohrfutters und des Muffenfutters gegeneinander, bis zum Erreichen des für eine bestimmte, druckdichte Verschraubung erforderlichen Drehmomentes.

Bei einer speziellen, bevorzugten Ausgestaltung des Ver- fahrens wird im einzelnen wie folgt vorgegangen:

Das Rohrende wird hinter seinem Gewinde in ein rotierba¬ res Rohrfutter mit durchgehender Bohrung eingespannt. In das eine Ende der Muffe wird ein mit einem dem Rohr- ende entsprechenden Gewinde versehener Hilfsdorn einge¬ schraubt, während die Muffe von einer GreifVorrichtung gehalten wird. Sodann wird die nunmehr von dem Hilfsdorn getragene Muffe in eine koaxiale Position gegenüber dem eingespannten Rohrende gebracht und durch verhältnismä- ßig schnelles Rotierenlassen des Hilfsdornes auf das Rohrende aufgeschraubt, bis ein bestimmtes Drehmoment erreicht ist. Dies kann bei der praktischen Ausführung dadurch geschehen, daß man den verhältnismäßig schwachen Antriebsmotor des Hilfsdornes so lange drehen läßt, bis er selbst durch den Anschlag des Gewindes der Verschrau¬ bung angehalten wird. In diesem Moment wird auch ein Spannfutter um die Muffe geschlossen und der Hilfsdorn

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OMPI ^{~ ~} aus der Muffe herausgedreht. Nunmehr wird zum Anziehen der Verschraubung das Rohrfutter gegenüber dem Muffen¬ futter gedreht, bis ein zum Erzielen einer druckdichten Verschraubung erforderliches Drehmoment erreicht ist. Dieses Drehmoment kann an dem drehfest angeordneten Muf¬ fenfutter gemessen werden. Vorzugsweise werden dabei Fut¬ ter verwendet, die trotz hoher Einspannkräfte eine be¬ stimmte Auswinkelung und einen bestimmten Parallelver¬ satz des eingespannten Rohres bzw. der eingespannten Muffe zum Ausgleich von Exzentrizitäten erlauben.

Durch das erfindungsgemäße, zweistufige Verfahren werden folgende Vorteile erzielt:

Das Aufschrauben der Muffe auf den Hilfsdorn kann mit verhältnismäßig hoher Drehzahl erfolgen. Bei einer bevor¬ zugten Ausgestaltung liegt diese Drehzahl zwischen etwa 200 und 400 Umdrehungen je Minute. Die bewegten Massen hierfür sind gering, da sie allein aus dem Hilfsdorn und dem für diesen erforderlichen Drehantrieb bestehen. Auch lassen die Mittel zum Halten der Muffe während des Eindrehens des Hilfsdornes sich so gestalten, daß sie eine gewisse Nachgiebigkeit aufweisen, so daß eine be¬ stimmte Exzentrizität des Muffengewindes hierbei nicht stört. Nach Entfernen der hierfür vorgesehenen Greifein- richtung wird die Muffe unter der Voraussetzung, daß die Gewinde an ihren beiden Enden genau koaxial sind, mit ihrem auf das Rohrende aufzuschraubenden Gewinde genau zentrisch zum Hilfsdorn gehalten. Bei dem nunmehr erfol¬ genden Voraufschrauben der Muffe auf das Rohrende ist damit eine eventuelle Exzentrizität der Muffe ausge¬ schaltet. Lediglich das Rohrende kann noch eine gewisse Exzentrizität aufweisen, weswegen das Rohrfutter einen gewissen seitlichen Versatz des Rohres beim Aufschrau¬ ben der Muffe zulassen sollte. Da zum Voraufschrauben bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der Hilfsdorn mit der Muffe und nicht das Rohrfutter gedreht wird, braucht das Rohrfutter nicht zum Ausgleich einer schnell umlaufenden Exzentrizität geeignet zu sein. Der schnell umlaufende Hilfsdorn führt andererseits das Muf fengewinde genau zentrisch. Ein Voraufschrauben der Muf fe durch Rotation des Hilfsdornes führt auch bei diesem Arbeitsgang dazu, daß nicht die verhältnismäßig große Masse des Rohrfutters beschleunigt zu werden braucht, sondern lediglich der wesentlich leichter ausgeführte Hilfsdorn. Auf diese Weise lassen sich Aufdrehgeschwin- digkeiten von 200 bis 400 Umdrehungen pro Minute leicht erreichen.

Der VoraufSchraubvorgang ist dann beendet, wenn die Muf fe praktisch bis zum Gewindeanschlag auf das Rohrende aufgeschraubt ist und ein weiteres Anziehen der Ver¬ schraubung ein Drehmoment erfordert, welches das Dreh¬ moment des verhältnismäßig schwachen Hilfsdornantriebes überschreitet, so daß dieser stehen bleibt. Da die Muf¬ fe sich bereits auf dem Rohrende befindet, kann das nun- mehr erfolgende Schließen des Muffenfutters keinen seit¬ lichen Versatz der Muffe gegenüber dem Rohrende infolge von einer Exzentrizität der Muffe mehr bewirken. Ist tatsächlich eine solche Exzentrizität vorhanden, muß sie ganz durch die nachgiebige Ausführung des Futters aufgenommen werden.

Da für das Anziehen der Verschraubung nur noch ein ver¬ hältnismäßig geringer Drehwinkel erforderlich ist, kann das Drehen des Rohrfutters gegenüber dem drehfest ge¬ haltenen Muffenfutter mit verhältnismäßig geringer Dreh¬ geschwindigkeit, dafür aber mit einem hohen Drehmoment eroigen. Es entstehen auch keine dynamischen Schwierig¬ keiten durch eine eventuelle Exzentrizität des Rohres. Bei der geringen Drehgeschwindigkeit kann sich das Rohr¬ futter an die, ihren Winkel ändernde Exzentrizität des Rohres ebenso anpassen wie im stationären Zustand beim Voraufschrauben der Muffe.

O Das Anziehdrehmoment wird vorteilhafterweise durch das Signal eines Drehmomentgebers begrenzt, welcher mit dem quasi drehfest angeordneten Muffenfutter verbunden ist.

Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende automatische Vorrichtung bietet ferner die Möglichkeit, das Aufschrauben einer neuen Muffe auf den Hilfsdorn und das Anziehen der Verschraubung gleichzeitig auszu¬ führen. Sobald der Hilfsdorn aus der voraufgeschraubten Muffe wieder entfernt ist, können diese beiden Arbeits¬ gänge nebeneinander ablaufen, wodurch eine sehr hohe Maschinenleistung erzielt wird.

Ent-^xechend den Erläuterungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine zu dessen Durchführung geeignete, erfindungsgemäße Vor-:ichtung gekennzeichnet durch eine Verschraubungsanzieheinrichtung, bestehend aus zwei im Abstand voneinander angeordneten, mit durchgehenden Boh¬ rungen versehenen koayialen Einspannfuttern für hohe Spannkräfte, von denen mindestens eines drehbar gelagert und mit einem Drehantrieb für hohes Drehmoment versehen ist, einem in axialer Verlängerung des einen Einspann- futters oder Muffenfutters angeordneten, mit einem zwei¬ ten Drehantrieb versehenen Hilfsdorn, dessen dem Muffen- -futter zugewandtes Ende mit einem dem Rohrende entspre¬ chenden Gewinde versehen und aus einer von dem Muffen¬ futter beabstandeten Position in axialer Richtung bis in das Muffenfutter hinein verschiebbar ist, sowie einer Greifeinrichtung für die Muffe, welche in den Vorschub- _Weg des Hilfsdornes hineinbewegbar ist.^;<^:

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist das Rohrfutter drehbar gelagert mit einem Drehan¬ trieb versehen, während das Muffenfutter zwar auch drehbar gelagert, aber durch eine an einem radialen Arm angreifende Drehmomentmeßeinrichtung im wesentli¬ chen drehfest gehalten ist. Dafür ist aber das Muffen-

BUREΛtT futter in axialer Richtung in einem bestimmten Bereich frei verschiebbar ausgeführt, um der auch noch beim Anziehen der Verschiav-bung erfolgenden gewissen Transla¬ tionsbewegung der Muffe auf dem Rohrende Rechnung zu tra- gen. Sowohl das Muffenfutter als auch das Rohrfutter sind bei einer bevorzugten Ausführungsform so ausgeführt, daß sie sowohl eine axiale Winkelabweichung als auch eine ge¬ wisse Exzentrizität der in ihnen eingespannten Werkstücke zulassen. Dabei ist es zweckmäßig, die Futter mit einer Einrichtung zu versehen, mit der sie sich vor Einspannen eines neuen Werkstückes zuerst wieder in eine zentrische Ausgangslage zurückstellen lassen, sofern diese sich in- fiige von Reibungswiderständen nicht von allene einstellt.

Gegenstand des vorrichtungsmäßigen Teiles der Erfindung ist daher auch ein Einspannfutter für hohe Spannkräfte zur Verwendung bei der Herstellung von druckdichten Rohr¬ verschraubungen, welches mit hydraulisch betätigbaren, konzentrisch schließenden Spannbacken versehen ist. Das erfindungsgemäße Futter besteht aus einem eigentlichen Futterkörper, der in einem Lagerring drehbar gelagert ist, welcher mit einer kardanischen Aufhängung versehen ist. Zur Vermeidung von Verformungen des eingespannten Gegenstandes sind diese Spannbacken des Futters so ge- staltet, daß sie den eingespannten Gegenstand möglichst entlang seines gesamten Umfanges erfassen.

Bei horizontaler Lage der Futterachse ist das Futter zweckmäßigerweise so ausgeführt, daß der Lagerring it- tels zweier sich diametral gegenüberliegender, senkrech¬ ter Gelenkzapfen in entsprechenden Bohrungen eines ihn in gewissem Abstand umgebenden, konzentrischen Kardan¬ ringes schwenkbar gelagert ist, der seinerseits mit zwei an seiner Außenseite angebrachten, sich diametral gegen- überliegenden waagerechten Gelenkzapfen in entsprechen¬ den Bohrungen in dem zugehörigen Teil des Maschinenrah¬ mens oder eines anderen Stützteiles gelagert ist, wobei

BUR£ OMPI sowohl die senkrechten als auch die waagerechten Gelenk¬ zapfen ein derartiges Axialspiel aufweisen, daß der Fut¬ terkörper mit einem bestimmten Spiel in senkrechter Rich¬ tung und der Kardanring mit einem gewissen Spiel in waa- gerechter Richtung beweglich ist. Zur zentrischen Aus¬ richtung des Kardanringes sind bevorzugt im Maschinen¬ rahmen zwei Stellkolben vorgesehen, die auf die Gelenk¬ zapfen des Kardanringes wirken. Für die zentrische Aus¬ richtung in senkrechter Richtung ist dagegen nur ein Stellkolben erforderlich, der vorzugsweise am unteren

Gelenkzapfen des Futterkörpers angreift. Damit der Fut¬ terkörper nicht durch sein Eigengewicht ständig in eine exzentrische Lage absinkt, ist der untere Gelenkbolzen zusätzlich durch eine Druckfeder abgestützt, die in etwa das Eigengewicht des Futterkörpers und der mit ihm be¬ weglichen Teile, darunter auch das Eigengewicht des ein¬ gespannten Werkstückes ausgleicht.

Damit das Futter das eingespannte Werkstück möglichst a gesamten Umfang erfassen kann, ist es vorzugsweise mit acht Spannbacken ausgerüstet. Um die Einspannfläche weiter zu vergrößern, besitzen die einzelnen Spannbacken eine axiale Ausdehnung, die vorzugsweise um ein mehr¬ faches größer ist als ihre Breite in Umfangsrichtung. Dabei greifen die kraftaufbringenden Vorschubelemente zweckmäßigerweise nur an einem zentralen Punkt oder in Richtung nur einer mittleren Umfangslinie an der Rücksei¬ te jeder Spannbacke an, damit die Spannbacken in ihrer Radialebene um einen bestimmten Winkel sich bewegen kön- nen, um sich möglichst gleichmäßig an die Oberfläche des eingespannten Werkstückes anlegen zu können. Damit die Vorschubelernente die Spannbacken beim Öffnen des Futters auch wieder zurücknehmen, sind diese in gewisser Weise gelenkig mit der Rückseite der Spannbacken verbunden. Dies kann beispielsweise durch einen hammerkopfartigen

Stößel an dem Vorschubelement erfolgen, dessen Flügel in einer zur Futterachse senkrechten Ebene liegen und hinter die Kanten einer Nut greifen, die zumindest von einer Stirnseite der Spannbacke bis zu deren Mitte führt. Die Spannbacke kann so von der Seite her auf das Vorschub¬ element aufgeschoben werden.

Die kraftaufbringenden Vorschubelemente selbst sind bei einer bevorzugten Ausführungsform als hydraulische Spann¬ zylinder mit in Schließrichtung des Futters einseitig wirkenden hydraulischen Kolben ausgeführt. Die Rückstel- lung der Kolben bei Druckentlastung erfolgt durch eine Rückstellfeder. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß die Schließbewegung der Spannbacken nach Überwindung der Rückstellkraft dieser Rückstellfedern durch die Kolben verhältnismäßig gleichmäßig und konzentrisch erfolgt. Ohne Überwindung der Federkraft wäre der Einsatz der Schließbewegung bei verbundenem hydraulischem System von der zufälligen Größe der^' Reibungswiderstände in den einzelnen Zylindern abhängig. Um eine möglichst gleich¬ mäßige Anpreßkraft aller Spannbacken auch auf unebenen Werkstücken zu gewährleisten, sind die einzelnen Spann¬ zylinder hydraulisch sowohl untereinander als auch mit einem Druck-Ausgleichsgefäß verbunden. Auf diese Weise erhält jeder Kolben den gleichen Druck, ist aber dennoch nicht infolge der Inkompressibilität der Hydraulikflüs- sigkeit starr, sondern kann Unebenheiten in gewissem Maße ausweichen.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die gleichzeitig der Durch- führung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient, unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen, im einzelnen näher beschrieben. Es stellen dar:

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung;

__0 PI Fig. 2 die Frontansicht eines er indungsgemäßen Einspannfutters in schematischer Darstel¬ lung und Fig. 3 einen Schnitt etwa entlang der Linie III- III in Fig. 2 durch die tatsächliche Aus¬ führung eines erfindungsgemäßen Einspann¬ futters.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem nur durch bestimmte Festpunkte angedeuteten Maschinenrah¬ men 1 , in dem ein Rohrf tter 2 mittels Kugell^'agern 3 dreh¬ bar gelagert ist. In das Rohrfutter ist ein Rohr 4 ein¬ gespannt, dessen Rohrende 5 mit einem konischen Gewinde versehen ist. Mit dem Rohrfutter 2 ist ein Zahnrad 6 ver¬ bunden, welches mit einem Zahnrad 7 kämmt, das von einem ortsfesten Antriebsmotor 8 angetrieben wird. So wie das Rohrfutter 2 selbst, ist auch die Antriebskette 8,7,6 lediglich schematisch als solche angedeutet. Bei einer tatsächlichen Ausführungsform kann sie wesentlich anders gestaltet sein.

In gewissem Abstand vom Rohrfutter 2 ist koaxial mit die¬ sem ein Muffenfutter 9 angeordnet, welches aus einem ei- gentlichen Futterkörper 10, der die in Fig. 1 nicht ge¬ zeigten Spannbacken und deren Vorschubelemente enthält, besteht, der über Kugellager 11 in einem drehfesten, ring¬ artigen Bauteil 12 gelagert ist, welches, wie weiter unten anhand einer besonderen Ausführungsform noch beschrieben wird, eine kardanische Aufhängung enthalten kann. Das gesamte Muffenfutter 9 ist in einer Führung 13 in einem bestimmten Bereich axial verschiebbar, um beim Anziehen der Muffe 14 auf das Rohrende 5 in deren Translationsver¬ schiebung folgen zu können. Zweckmäßigerweise sind (nicht gezeigte) Stellglieder zusätzlich vorgesehen, mit denen sich das Muffenfutter 9 jeweils wieder in eine axiale Ausgangslage zurückführen läßt. Der Futterkörper 10 ist mit einem radial^' nach außen weisenden Arm 15 versehen, der sich gegen eine am Bau teil 12 angebrachte Drehmomentmeßeinrichtung 16 ab¬ stützt, die beispielsweise aus einer Kraftmeßdose be¬ stehen kann. Der Futterkörper 10 des Muffenfutters 9 ist nur zu diesem Zweck in den Kugellagern 11 gelager Da der Arm 15 nur sehr geringe Meßwege ausführt, ist gesamte Muffenfutter 9 trotz der drehbaren Lagerung praktisch drehfest ausgeführt.

Auf der dem Rohrfutter 2 abgewandten Seite des Muffen futters 9 ist ein im Maschinengestell 1 schwenkbar ge gerter Greifarm 17 angeordnet, der an seinem Ende mit einer Greifeinrichtung 18 versehen ist, die in die Ve längerung der Achse der beiden Spannfutter schwenkbar In der schematischen Darstellung der Fig. 1 ist der G arm 17 gezeigt, wie er eine weitere Muffe 14' koaxial mit der Achse der beiden Spannfutter 2 und 9 hält.

In weiterer Verlängerung der Achse des Muffenfutters 9 ist auf der dem Rohrfutter 2 abgewandten Seite ein Hil dorn 19 angeordnet, der mit einem Gewindeende 20 ver¬ sehen ist, welches dem Rohrende 5 entspricht. Das Gewi deende 20 ist zur Verarbeitung unterschiedlicher Rohre zweckmäßigerweise gegen solche anderen Durchmesser und anderer Gewinde austauschbar. Die verlängerte Achse de Hilfsdornes 19 ist mit einem Antriebszahnrad 21 verseh Der Hilfsdorn 19 selbst ist in einem Schlitten 22 dreh bar gelagert, welcher in axialer Richtung im Maschinen gestell 1 verschiebbar ist. Auf dem Schlitten 22 ist e weiterer Motor 23 fest angebracht, welcher ein Zahnrad antreibt, das mit dem Antriebszahnrad 21 des Hilfsdorn 19 kämmt. Im Maschinenrahmen 1 ist ferner ein Stellzyl der 25 angeordnet, mit dem der Schlitten 22 axial im Maschinenrahmen 1 verschoben werden kann.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Der Greifarm 17 übernimmt im ausgeschränkten Zustand aus einer (nicht gezeigten) automatischen Zuführeinrichtung eine Muffe 14' und schwenkt sie in die verlängerte Achse des verfahrbaren Hilfsdornes 19, welche mit der Achse der Einspannfutter 2 und 9 übereinstimmt. Sodann wird der Hilfsdorn 19 mittels des Stellzylinders 25 mit seinem Gewindekopf 20 an die Muffe 14' herangefahren und mittels des Motors 23 über die Antriebskette 24, 21 in Rotation versetzt, so daß sich der Gewindekopf 20 in die Muffe 14' hineinschraubt. Dabei wird der Schlitten 22 nachgeführt. Ist der Gewindekopf 20 des Hilfsdornes 19 bis zu seinem bundartigen Anschlag in die Muffe 14' hineingeschraubt,, wird der Motor 23, beispielsweise durch eine Drehmoment¬ steuerung automatisch angehalten. Dafür muß die Greif- kraft der Greifeinrichtung 18 des Greifarmes 17 etwas größer sein als diejenige Kraft, die durch das volle Dreh¬ moment des Motors 23 im Gewindekopf 20 des Hilfsdornes 19 erzeugt wird.

Nach beendetem Einschrauben des Hilfsdornes 19 in die

Muffe 14' wird die Greifeinrichtung 18 geöffnet und der Greifarm 17 aus der Achse der Vorrichtung hinausgeschwenkt. Sodann fährt der Stellzyiünder 25 den Schlitten 22 mit dem Hilfsdorn 19 so weit vor, daß die Muffe 14' bis vor das Rohrende 5 in das geöffnete Muffenfutter 9 hineinbewegt wird. Mit Hilfe des Motors 23 wird dann die Muffe, so¬ weit es das Drehmoment des Motors zuläßt, auf das Rohr¬ ende 5 aufgeschraubt. Hierbei wird der Schlitten 22 wiederum so weit wie erforderlich nachgeführt, und in ähnlicher Weise, wie auch beim Einschrauben des Hilfsdor¬ nes 19 in die Muffe 14*, wird der Motor 23 nach beende¬ tem Voraufschrauben der Muffe auf das Rohr automatisch angehalten. Nunmehr schließt sich das Muffenfutter 9, welches sich in seiner axialen Ausgangslage innerhalb der Führung 13 befindet (bezogen auf die Darstellung der Fig. 1 in seiner rechten Stellung) . Jetzt wird der Hilfs¬ dorn 19 aus der nunmehr mit 14 bezeichneten Muffe heraus-

-Z REAZT

OMPI geschraubt und in die in Fig. 1 dargestellte rechte Aus¬ gangslage mittels des Stellzylinders 25 zurückgefahren. Der Greifarm 17 kann nunmehr eine neue Muffe 14' vor den Gewindekopf 20 des Hilfsdornes 19 schwenken, so daß der bis hierher beschriebene Vorgang von neuem ablaufen kann.

Nach Erfassen der Muffe 14 durch das Muffenfutter 9 wird der Motor 8 in Betrieb gesetzt und beginnt über die Zahn¬ räder 7 und 6 zum Festziehen der Verschraubung zwischen der Muffe 14 und dem Rohrende 5 das Rohrfutter 2 zwar verhältnismäßig langsam, aber mit einem großen Moment zu drehen. Dabei wird über den Arm 15 und die Meßeinrichtung 16 des Muffenfutters 9 ständig das auf die Verschraubung aufgebrachte Drehmoment gemessen. Bei Erreichen des vor- gesehenen Wertes schaltet der Motor 8 automatisch aus.

Erfolgt beim Anziehen der Verschraubung eine translatori¬ sche Verschiebung der Muffe 14 auf dem Rohrende 5, kann das Muffenfutter 9 infolge der freien Beweglichkeit in der Führung 13 dieser Verschiebung ungehindert folgen. Nach beendetem Anziehen der Verschraubung und außer Be¬ trieb setzen des Motors 8 öffnen beide Einspannfutter 2 und 9 und das nunmehr mit der Muffe 14 versehene Rohr 4 kann entsprechend der zeichnerischen Darstellung nach links aus den Einspannfuttern entfernt werden. Nunmehr wird ein neues Rohr 4 in das Rohrfutter eingeführt und in ihm festgespannt, so daß die inzwischen auf den Hilfs¬ dorn 19 aufgeschraubte neue Muffe 14' in das Muffenfut¬ ter 9 vorgeschoben und auf das Rohrende 5 aufgedreht werden kann.

Fig. 2 zeigt in schematischer Frontansicht den Aufbau eines erfindungsgemäßen Muffenfutters, wie es vorzugswei¬ se in einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendet wird.

Die Fig. zeigt den eigentlichen Futterkörper 10, in dem durch acht Spannbacken 26 eine Muffe 14 gehalten ist. Über ein Kugellager 11' ist der Futterkörper 10 in einer

SUREΛ∑Γ Baugruppe 12' gelagert, die dem Bauteil 12 der Fig. 1 entsprechen soll. Die Baugruppe 12' enthält eine karda- nische Aufhängung und besteht im einzelnen aus einem La¬ gerring 27, der mittels sich diametral gegenüberliegen- den, senkrechten Gelenkzapfen 28 und 29 drehbar in einem Kardanring 30 gelagert ist. Der Kardanring 30 ist seiner¬ seits mittels zweier waagerechter Gelenkzapfen 31 in Rah¬ menteilen 32 schwenkbar gelagert, die überFührungen 13' im Maschinenrahmen 1 in axialer Richtung verschiebbar sind. Die Gelenkzapfen 28, 29 und 32 sind gegenüber ihren zugehörigen Lagerbohrungen mit einem gewissen Spiel in Richtung ihrer eigenen Achsen verschiebbar, so daß der Lagerring 27 im Kardanring 30 in senkrechter Richtung um einen bestimmten Betrag hin- und herbewegbar ist und der Kardanring 30 entsprechend gegenüber den Rahmenteilen 32 in waagerechter Richtung. Das sich daraus ergebende Spiel des Futter örpers 10 in radialer Richtung dient dazu, Un- genauigkeiten in den einzelnen Muffenabmessungen.auszu¬ gleichen, welche ansonsten zu einer, exzentrischen Ein- Spannung führen würden. Damit das Einspannfutter jedoch nicht in vertikaler Richtung durch Eigengewicht stets seine unterste Stellung einnimmt, stützt sich der Gelenk¬ bolzen 29 gegen eine Druckfeder 33 ab, die das Eigenge¬ wicht des Futterkörpers, des Lagerringes und der einge- spannten Muffe kompensieren soll.

Um den Futterkörper 10 nach einer Auslenkung in radialer Richtung vor Einspannen einer neuen Muffe wieder in eine zentrische Ausgangslage zurückführen zu können, sind Rückstellkolben 34 vorgesehen, deren Kolbenstangen gegen die Gelenkbolzen 29 bzw. 31 bewegt werden können.

Wie aus Fig. 2 ebenfalls zu erkennen ist, weist der Muf-^' fenkörper 10 einen radialen Arm 15' auf, der sich gegen eine mit dem Lagerring 27 fest verbundene Drehmoment eß- einrichtung 16 abstützt.

£UREÄT

OMPI W1PO ^j Das Rohrfutter 2 einer Vorrichtung nach Fig. 1 kann auf ähnliche Weise aufgebaut sein, wie das in Fig. 2 gezeig¬ te Muffenfutter. In diesem Falle würden jedoch die Füh¬ rungen 13', der Arm 15' und die Drehmomentmeßeinrichtung 16' des Futters der Fig. 2 entfallen. Statt dessen müßte der Futterkörper 10 mit einem Drehantrieb versehen sein.

Die Fig. 3 zeigt einen Radialschnitt durch Futterkörper und Lagerring eines erfindungsgemäßen Einspannfutters, der in etwa entsprechend der Linie III-III der schemati¬ schen Darstellung der Fig. 2 gelegt sein kann.

Zu erkennen sind in Fig. 3 die einen Lagerring bildenden Bauteile, in denen über ein Kugellager 11" die Bauteile 10' des Futterkörpers drehbar gelagert sind, in denen die Spannbacken 26 für eine radiale Hin- und Herbewegung ge¬ führt sind, von denen jedoch nur eine gezeigt ist. An der Rückseite der Spannbacke 26 ist innerhalb des Futterkör¬ pers 10' ein hydraulischer Zylinder angeordnet, bestehend aus einem Zylindermantel 35 und einem Zylinderdeckel 36. Im Zylindermantel 35 ist ein Kolben 37 hin- und herbeweg¬ bar angeordnet. Der Kolben 37 ist mit einer Kolbenverlänge¬ rung 38 geringeren Durchmessers versehen, die an ihrem Dende einen Hammerkopf 39 trägt, der in eine entsprechende Hammerkopfnut 40 an der Rückseite der Spannbacke 26 ein¬ greift. Die einzelnen Teile des hydraulischen Zylinders sind durch Dichtungen 41 gegeneinander abgedichtet. Zwi¬ schen Kolben 37 und Zylinderdeckel 36 befindet sich der Druckraum 42, der mit einem Anschluß 43 für die Hydrau¬ likflüssigkeit versehen ist. An seiner dem Zylinderdeckel 36 abgewandten Seite stützt sich der Kolben 37 gegen in den Zylindermantel 35 eingelassene Rückstellfedern 44 ab. Die Kolbenverlängerung 38 ist an ihrem Ende 45, mit dem sie gegen die Rückseite der Spannbacke 26 anliegt, leicht abgerundet ausgeführt. Dies soll bewirken, daß die Spann¬ backe 26 unter ständigem Anliegen gegen die Kolbenver¬ längerung 38 in ihrer Radialebene um einen bestimmten Winkel kippbar ist, um sich auch bei Oberflächenunregel¬ mäßigkeiten des eingespannten Gegenstandes mit ihrer gan¬ zen Länge an diesen anlegen zu können.

Die einzelnen, die kraftaufbringenden Vorschubelemente der Spannbacken bildenden hydraulischen Zylinder sind strömungsmäßig untereinander und mit einen (nicht gezeig¬ ten) Druchausgleichsbehälter verbunden. Bei einer solchen Anordnung hat die einfach wirkende Ausführung der Zylin- der mit einer Rückstellfeder den Vorteil, daß die Schließ¬ bewegung aller Spannbacken nach Überwindung der Rückstell- kräfte der Federn 44 praktisch gleichzeitig einsetzt und nicht von den zufälligen Reibungsverhältnissen in den einzelnen Zylindern abhängt. Dadurch wird ein konzentri- sches Schließen der Spannbacken 26 erreicht.

Mit dem erfindungsgemäß ausgeführten Einsapnnfutter ist es möglich, hohe Einspannkräfte gleichmäßig auf nahezu die gesamte Oberfläche des Einspannbereiches des gehal¬ tenen Gegenstandes zu verteilen, ohne daß diese örtliche Verformungen erleidet, die es bei dem vorliegenden Ver¬ wendungszweck verhindern würde, daß eine druckdichte Verschraubung zwischen der Muffe und dem Rohrende erzielt werden kann.

Durch die kardanische Aufhängung und das Axialspiel der Kardangelenkbolzen kann sich das erfindungsgemäße Ein¬ spannfutter ferner ohne weiteres an Unregelmäßigkeiten des eingespannten Rohres bzw. der eingespannten Muffe in gewissen Grenzen anpassen, ohne daß dadurch die Kraftauf¬ bringung und die Kraftübertragung für den Verschraubungs- vorgang bei hohem Drehmoment beeinträchtigt wird.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :

1.) Verfahren zum druckdichten Verschrauben, ins- besondere eines mit einem konischen Gewinde versehenen Röhrendes (5) mit einer entsprechenden Rohrverbindungs¬ muffe (14) , gekennzeichnet durch folgende Verfahrens¬ schritte:

a) Einschrauben eines Hilfsdornes (19,20) in ein Ende der gehaltenen Muffe (14) ,

b) Vorversehrauben des in ein Rohrfutter (2) einge¬ spannten Rohrendes (5) mit der von dem Hilfsdorn (19,20) getragenen Muffe (14) an ihrem anderen

Ende bis zum Erreichen eines bestimmten Dreh¬ momentes,

c) Einspannen der Muffe (14) in ein mit dem Rohr- futter (2) koaxiales Muffenfutter (9) ,

d) Ausdrehen des Hilfsdornes (19 ,20) und

e) Anziehen der Muffe (14) auf dem Rohrende (5) durch Verdrehen des Rohrfutters (2) und des Muf¬ fenfutters (9) gegeneinander bis zum Erreichen des für eine bestimmte, druckdichte Verschrau¬ bung erforderlichen Drehmomentes.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte, im einzelnen:

a) Einspannen des Rohrendes (5) in ein rotierbares Rohrfutter (2) mit durchgehender Bohrung,

~b^~2RE b) Einschrauben eines Hilfsdornes (19,20) in ein

Ende der von einer Greif orrich ung (17,18) ge¬ haltenen Muffe (14' ) ,

c) Bewegen der von dem Hilfsdorn (19,20) getragenen Muffe (14') in eine koaxiale Position gegenüber dem eingespannten Rohrende (5) ,

d) Aufschrauben der Muffe (14) mit ihrem freien Ende auf das Rohrende (5) durch Drehen des Hilfsdornes

(19) bis zum Erreichen eines bestimmten Drehmo¬ mentes,

e) Einspannen der Muffe (14) in ein auf. deren Höhe angeordnetes, mit dem Rohrfutter (2) koaxiales, im wesentlichen drehfestes Muffenfutter (9) mit Drehmomentmeßmöglichkeit (15' ,16') ,

f) Ausdrehen des Hilfsdornes (19,20) aus der einge- - spannten Muffe (14) und

g) Anziehen der Verschraubung durch Verdrehen des Rohrfutters (2) gegenüber dem Muffenfutter (9) bis zum Erreichen des für eine bestimmte, druck- dichte Verschraubung erforderlichen, am Muffen¬ futter (9) gemessenen Drehmomentes.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- kennzeichnet, daß ein Rohrfutter (2) und/oder ein Muffen¬ futter (9) verwendet werden, die trotz hoher Einspann- kräfte eine bestimmte Auswinklung und einen bestimmten Parallelversatz des eingespannten Rohres (5) bzw. der eingespannten Muffe (14) erlauben.

4.) Vorrichtung zum druckdichten Verschrauben, ins¬ besondere eines mit einem konischen Gewinde versehenen

OMPI ^• Rohrendes (5) mit einer entsprechenden Rohrverbindungs¬ muffe (14), gekennzeichnet durch eine Verschraubungsan- ziehanordnung, bestehend aus zwei im Abstand voneinander angeordneten, mit durchgehenden Bohrungen versehenen, koaxialen Einspannfuttern (2,9) für hohe Spannkräfte, von denen mindestens eines (2) drehbar gelagert und mit einem Drehantrieb (6,7,8) für hohes Drehmoment versehen ist, einem in axialer Verlängerung des einen Einspannfut- ters oder Muffenfutters (2) angeordneten, mit einem zwei- ten Drehantrieb (21,23,24) versehenen Hilfsdorn (19), dessen dem Muffenfutter (9) zugewandtes Ende mit einem dem Rohrende (5) entsprechenden Gewinde (20) versehen und aus einer von dem Muffenfutter (9) beabstandeten Po¬ sition in axialer Richtung bis in das Muffenfutter (9) hinein verschiebbar ist, sowie einer Greifeinrichtung

(17,18) für die Muffe (14') , wä-che in den Vorschubweg des Hilfsdornes (19) hinein bewegbar ist.

5.) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- net, daß sie an der Seite des anderen Einspannfutters oder Rohrfutters (2) mit einer automatischen Beschickungs und Entnahmeeinrichtung für die Rohre (4) und im Bereich der Greifeinrichtung (17,18) für die Muffe (14^!) mit ei¬ ner automatischen Beschickungsvorrichtung für Muffen ver- sehen ist.

6.) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich¬ net, daß das Muffenfutter (9) im wesentlichen drehfest, jedoch in axialer Richtung in einem gewissen Bereich frei berschiebbar ausgeführt und das andere Einspannfutter oder Rohrfutter (2) drenbar gelagert und mit einem Dreh¬ antrieb (6,7,8) für hohes Drehmoment versehen ist.

7.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da¬ durch gekennzeichnet, daß das Rohrfutter (2) und/oder das Muffenfutter (9) beweglich gelagert ist, um eine ge¬ wisse Auswinklung und einen gewissen seitlichen Versatz des eingespannten Rohres (4) bzw. der eingespannten Muffe (14) zu gestatten.

8.) Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich- net, daß das Muffenfutter (9) nach seitlichem Versatz durch eine nichtzentrische Muffe (14) oder einenichtzent- rische Ausgangslage zurückstellbar ist.

9.) Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich- net, daß das Muffenfutter und/oder das Rohrfutter entspre¬ chend einem der Patentansprüche 10 bis 20 ausgebildet sind.

10.) Einspannfutter für hohe Spannkräfte zur Verwendung bei der Herstellung von druckdichten Rohrverschraubungen, welches mit hydraulisch betätigbaren, konzentrisch schlie¬ ßenden Spannbacken versehen ist, d durch gekennzeichnet, daß der .eigentliche Futterkörper (10) in einem Lagerring (27) drehbar gelagert ist, welcher mit einer kardanischen Aufhängung (12¹) versehen ist, und daß ^"die Spannbacken (26) so ausgebildet sind, daß sie den Umfang des einge¬ spannten Rohres weitgehend geschlossen umfaßt halten.

11.) Einspannfutter nach Anspruch 10 mit horizontaler Achse, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (27) it- tels zweier sich diametral gegenüberliegender, senkrech¬ ter Gelenkzapfen (28,29) in entsprechenden Bohrungen ei¬ nes ihn in gewissem Abstand umgebenden, konzentrischen Kardanringes (30) schwenkbar aufgehängt ist, der seiner¬ seits mit zwei an seiner Außenseite angebrachten, sich diametral gegenüberliegenden waagerechten Gelenkzapfen (31) in entsprechenden Bohrungen in dem zugehörigen Ma¬ schinenrahmen (32,1) gelagert ist, wobei sowohl die senk¬ rechten als auch die waagerechten Gelenkzapfen (28,29,31) ein derartiges Axialspiel aufweisen, daß der Futterkörper (10) mit einem bestimmten Spiel in senkrechter Richtung und der Kardanring (30) mit einem gewissen Spiel in waage¬ rechter Richtung beweglich ist.

E4C OMPI -^■ ._ "S--3 12.) Einspannfutter nach Anspruch 11 , dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Kardanring (30) durch auf die waagerech¬ ten Gelenkzapfen (31) wirkenden Stellkolben (34) in eine zentrische Ausgangslage zurückführbar ist.

13.) Einspannfutter nach Anspruch 11, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der untere der senkrechten Gelenkzapfen (29) zur Kompensation des Eigengewichtes des Futterkörpers (10) durch eine Feder (33) abgestützt ist.

14.) Einspannfutter nach Anspruch 13, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ein auf den unteren senkrechten Gelenkzapfen (29) wirksamer Stellkolben (34) zum Zurückführen des Fut¬ terkörpers (10) in eine zentrische Ausgangslage vorgesehen is .

« 15.) Einspannfutter nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es mit acht Spannbacken (26) versehen ist.

16.) Einspannfutter nach Anspruch 15^', dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Spannbacken (26) zum Erhalte einer mög¬ lichst großen Spannfläche in Axialrichtung des Futters eine größere Erstreckung aufweisen als in Umfangsrichtung.

17.) Einspannfutter nach Anspruch 16, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die an der Rückseite der Spannbacken (26) angeordneten kraftaufbringenden Vorschubelemente (35 bis 38) im wesentlichen nur in der zur Futterachse normalen Mittelebene durch die Spannbacken (26) an diesen angrei¬ fen und die Spannbacken (26) in einer Radialebene mit be¬ stimmtem Spiel um die Angriffsstelle (45) kippbar sind, um sich in axialer Richtung gleichmäßig an den einge¬ spannten Gegenstand anlegen zu können.

18.) Einspannfutter nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als kraftaufbringendes Vorschubelement an der Rückseite jeder Spannbacke (26) ein in Spannrichtung einfach wirkender hydraulischer Spannzy¬ linder (35 bis 38) mit Rückstellfeder (44) angeordnet ist, dessen Kolbenklammer (37) mit einer stößelartigen Ver- längerung (39) an der Rückseite der Spannbacke (27) an¬ greift.

19.) Einspannfutter nach Anspruch 18, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der stößelartige Ansatz zum Rückführen der Spannbacke (26) unter der Wirkung der Rückstellfeder (44) in Art eines Hammerkopfes (39) ausgebildet ist, dessen Flügel in einer zur Futterachse normalen Ebene liegen und der in eine entsprechende axiale Notklammer (40) an _: der Rückseite der Spannbacke (26) eingeführt ist.

20.) Einspannfutter nach Anspruch 18, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß. die hydraulischen Spannzylinder (35 bis 38) aller Spannbacken (26) gleichzeitig mit Druckflüssigkeit über eine gemeinsame Leitung beaufschlagbar sind, welche mit einem Druckausgleichsbehälter in Verbindung steht.

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