Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Endenbereichsbearbeitung von nichtrotierenden Rohren mit mindestens einem umlaufenden Werkzeug.

Vorrichtungen zur Bearbeitung des Endenbereichs von Werkstücken mit umlaufenden Werkzeugen sind unter anderem durch die Druckschrift DE 199 21 919 C2 (Multifunktionale Vorrichtungen zur Bearbeitung des Endbereichs von Werkstücken durch Drehen mit mindestens einem umlaufenden Werkzeug und stehendem Werkstück) und DE 101 60 031 A1 (Vorrichtung zur Endenbearbeitung von rohrförmigen Körpern) bekannt.

Die DE 199 21 919 C2 beinhaltet eine Vorrichtung, bei der die Bewegung von Schlitten mit zum Beispiel Werkzeugen auf einem kreisringförmigen Werkzeugträger über Planetenradgetriebe mit jeweils einem Antrieb gekoppelt sind. Die Bewegungsübertragung basiert auf diesem Getriebe mit mehreren Planetenradgetrieben, wobei vorhandene Toleranzen zum Vermeiden von Fertigungstoleranzen während der Bearbeitung ausgeglichen werden müssen. Ein angetriebener kreisringförmiger Werkzeugträger ist auch durch die DE 101 60 031 A1 bekannt, wobei unter anderem auch programmierbare Steuerungen für die Schlitten des Werkzeugträgers eingesetzt werden. Diese Steuerungen werden vor der Bearbeitung programmiert. Ein Eingriff bei sich veränderten Bearbeitungsbedingungen ist nicht möglich.

Bei beiden Lösungen wird weiterhin das Werkstück unabhängig von der Bearbeitungseinrichtung gespannt. Die translatorische Bewegung des gespannten nichtdrehenden Werkstücks erfolgt durch die Spanneinrichtungen.

Innenspannvorrichtungen für rohrförmige Werkstücke sind unter anderem durch die Offenlegungsschrift DE 2 311 432 (Innenspannvorrichtung) und die Druckschrift DE 203 20 084 U1 (Innenspanneinrichtung und damit ausgerüstetes Spannsystem) bekannt. Dabei befinden sich mehrere Spannsegmente auf einem Konus, so dass mit Hilfe eines bewegten Zugbolzens und eines Ringelementes oder Spindelflansches die Spannsegmente radial nach außen gedrückt werden. Das Ringelement oder der Spindelflansch dienen gleichzeitig dem Halt der Spannsegmente in dieser Richtung. Diese können aber an diesen Elementen verklemmen, so dass die radiale Bewegung gehemmt ist.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, Endenbereiche von Rohren einfach und schnell so zu bearbeiten, dass plane Flächen, Fasen, kopierte Flächen und/oder Gewinde entstehen.

Dieses Problem wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Die Vorrichtungen zur Endenbereichsbearbeitung von nichtrotierenden Rohren mit mindestens einem umlaufenden Werkzeug zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass Endenbereiche von Rohren einfach und schnell bearbeitbar sind, wobei plane Flächen, Fasen, kopierte Flächen und/oder Gewinde erzeugt werden.

Dazu bestehen diese aus einem antreibbaren, beim Antrieb rotierenden und kreisringförmigen Werkzeugträger und einer gegenüber dem Werkzeugträger horizontal verfahrbaren Innenspannvorrichtung für den Endenbereich des Rohres, wobei für die Innenspannvorrichtung auf einer Stange mit einem ersten Konus eine Hohlwelle mit einem zweiten Konus und auf den Konussen über den Umfang verteilt wenigstens zwei miteinander verbundene Spannbacken so geführt sind, dass bei einer Bewegung der Konusse zum Spannen die Spannbacken radial von sowohl der Stange als auch der Hohlwelle weg bewegt werden.

Während der Bearbeitung des Endenbereiches des Rohres ist wenigstens dieser Endenbereich gegenüber dem Werkzeugträger gespannt. Vorteilhafterweise wird der Endenbereich durch diese Innenspannvorrichtung gleichzeitig zentriert. Auf dem Werkzeugträger befinden sich gegenüber dem Rohr verfahrbare Werkzeuge, so dass eine einfache Bearbeitung gegeben ist. Das ist insbesondere ein Fasen und/oder ein Einbringen eines Gewindes.

Der Werkzeugträger ist weiterhin vorteilhafterweise insbesondere so ausgebildet, dass die Werkzeuge des Werkzeugträgers bei rotierenden Werkzeugträger sowohl unabhängig voneinander als auch unabhängig gegenüber dem Rohr verfahren werden können. Weiterhin kann die Bewegung des Werkzeugs gegenüber dem Rohr gestoppt werden. Die Werkzeuge sind dazu auf oder an Bauteilen befestigt, die zum Beispiel als Schlitten ausgeführt sind. Vorteilhafterweise können nicht zur Bearbeitung des Rohres benötigte Werkzeuge oder mit Bauteilen verbundene Gegenstände so platziert werden, dass sich ausbildende Unwuchten ausgleichbar sind und somit bei der Bearbeitung weitestgehend vermeidbar sind. Ein dadurch hervorgerufener Verschleiß der Vorrichtung oder Bearbeitungsfehler des Rohres werden weitestgehend vermieden.

Der Werkzeugträger kann auch weiterhin vorteilhafterweise so ausgebildet sein, dass die Bewegungen sowohl der Werkzeuge untereinander als auch die Bewegung des Werkzeugträgers unabhängig voneinander erfolgen. Schaltvorgänge oder Unterbrechungen der Bearbeitung sind nicht notwendig, so dass eine kontinuierliche Bearbeitung des Rohres erfolgen kann. Die Vorrichtung kann auch modular aufgebaut werden. Unterschiedlich ausgeführte Werkzeugträger oder Innenspannvorrichtungen können dabei Bestandteile der Vorrichtung sein. Vorteilhafterweise ist die Innenspannvorrichtung durch den kreisringförmigen Werkzeugträger horizontal geführt verfahrbar, so dass eine feste Position des Endenbereichs des Rohres gegenüber dem Werkzeugträger gegeben ist.

Die Innenspannvorrichtung für den Endenbereich des Rohres zeichnet sich insbesondere durch ihre einfache Realisierung aus. Durch die beiden gegeneinander geführt bewegbare Konusse können die darauf angeordneten und miteinander verbundenen Spannbacken gegen Innenwandbereiche des Rohres verfahren werden. Die Innenwandbereiche sind gleichzeitig die Anschläge. Mit einer derartigen Realisierung ist auch eine positionssichere Halterung des Rohres auch während dessen Bearbeitung gegeben.

Damit eignen sich die Vorrichtungen insbesondere für eine Endenbereichsbearbeitung von langen Rohren. Weiterhin können auch die Endenbereiche von Rohren mit größeren Durchmessern einfach und schnell bearbeitet werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 14 angegeben.

Die Spannbacken weisen nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 eine umlaufende Vertiefung auf. Dadurch kann insbesondere ein Endenbereich vom Rohr abgeschnitten werden. Das ist insbesondere bei Rohren vorteilhaft, bei denen das Ende deformiert ist. Der abgetrennte Bereich des Rohres verbleibt dabei fest positioniert auf der Innenspannvorrichtung, so dass ansonsten mögliche Beschädigungen des neuen Rohrendes und der Werkzeuge des Werkzeugträgers durch Lageveränderungen des abzu- und abgetrennten Endenbereiches vermieden werden. Nach dem Tennen kann sofort die Weiterbearbeitung des Endenbereiches des Rohres erfolgen, ohne dass ein erneutes Spannen des Rohres notwendig ist. Damit sind wesentliche Einsparungen in der Bearbeitungszeit des Rohres gegeben.

Die Spannbacke besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 aus einem Innenteil und einem darauf lösbar befestigtem Außenteil. Der Außendurchmesser der Innenspannvorrichtung kann durch verschieden starke Außenteile an unterschiedliche Innendurchmesser der Rohre leicht angepasst werden, so dass sich zum Spannen kurze Wege ergeben. Dadurch können unter anderem Kurzhubzylinder oder Schraubenspindeln mit geringen Steigungen zur Bewegung der Stange gegenüber der Hohlwelle eingesetzt werden.

Zwischen dem Innenteil und dem Außenteil befindet sich nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 ein Körper aus einem elastischen Material. Dadurch können nichtgewollte Bewegungen zwischen dem Rohr und den Werkzeugen gedämpft werden, so dass sich dadurch ergebende Fertigungsfehler vermieden werden. Das ist insbesondere beim Eingriff eines Werkzeugs in die Wandung des Rohres möglich, wobei sich ansonsten eine ratternde Bewegung ergeben kann.

Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 weisen die Hohlwelle wenigstens zwei Federn und jede der Spannbacken eine Nut zur Aufnahme einer Feder auf. Dadurch sind die Spannbacken verdrehsicher auf der Hohlwelle angeordnet.

Die wenigstens zwei über den Umfang verteilten Spannbacken sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 entweder über mindestens ein Spreizmittel oder mittels zwischen den Spannbacken angeordneten Federsystemen miteinander verbunden. Damit wird der Halt der Spannbacken auf der Hohlwelle gewährleistet.

Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 ist die Stange mit dem ersten Konus eine Zugstange und sind die über den Umfang verteilt wenigstens zwei miteinander verbundene Spannbacken auf den Konussen so geführt, dass bei einer Bewegung der Konusse zueinander die Spannbacken zum Spannen radial von sowohl der Stange als auch der Hohlwelle weg bewegt werden. Eine derartige Anordnung sichert eine einfache Montage der Innenspannvorrichtung an sich. Die Spannbacken werden dabei auf die Hohlwelle aufgeschoben und entweder die Zugstange mit dem Konus oder der Konus abschließend montiert.

Die Stange und die Hohlwelle der Innenspannvorrichtung sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 mit einem Schubmotor verbunden, so dass eine gesteuerte und maschinenbetätigte Bewegung der Stange gegenüber der Hohlwelle oder der Hohlwelle gegenüber der Stange möglich ist.

Eine Bewegung der Stange und der Hohlwelle der Innenspannvorrichtung zueinander ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs dadurch gegeben, dass eine Kopplung mit einem Schnecken-, Zahnstangen- oder Schraubengetriebe vorhanden und ein Bestandteil des Schnecken-, Zahnstangen- oder Schraubengetriebes mit einem Antrieb verbunden ist.

Das Rohr befindet sich nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 in wenigstens einer Spannvorrichtung und die Spannvorrichtung und/oder der Werkzeugträger sind mit einem translatorisch wirkenden Antrieb gekoppelt. Dadurch kann zum einen das Rohr in Richtung des Werkzeugträgers und/oder der Werkzeugträger in Richtung des Rohres bewegt werden. Das ist insbesondere bei sehr langen Rohren vorteilhaft.

Die Innenspannvorrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 mit einem translatorisch wirkenden Antrieb so gekoppelt, dass die Innenspannvorrichtung gegenüber dem Werkzeugträger geführt bewegbar ist. Dadurch kann die Innenspannvorrichtung in das Rohr ein- und ausgefahren werden.

Der Werkzeugträger besitzt nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 12 wenigstens ein quer zur Drehachse des Werkzeugträgers verfahrbares Bauteil entweder zur lösbaren Befestigung eines Werkzeugs, für einen Antriebsmechanismus für ein Werkzeug oder eines Sensors. Bei mehreren Bauteilen kann wenigstens eines dieser Bauteile auch zum Unwuchtausgleich des Werkzeugträgers platziert werden.

Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 13 ist der Werkzeugträger an einer sowohl drehbar gelagerten als auch angetriebenen hohlen Welle lösbar befestigt und die Innenspannvorrichtung im Hohlraum der hohlen Welle horizontal bewegbar, wobei sich wenigstens Bereiche der Stange und der Hohlwelle ohne die Konusse der Innenspannvorrichtung im durch die hohle Welle und den Werkzeugträger umschlossenen Raum befinden. Diese Bereiche der Innenspannvorrichtung können auch sehr lang ausgeführt sein, so dass große Verfahrwege vorhanden sind.

Das Bauteil ist mit einem Antrieb nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 14 entweder auf dem Werkzeugträger oder an einem Gestell für die hohle Welle über ein Getriebe gekoppelt. Damit ist das Werkzeug bei rotierendem Werkzeugträger jederzeit unabhängig bewegbar. Die Anordnung mehrerer Bauteile mit jeweils einem Werkzeug am Werkzeugträger führt weiterhin dazu, dass diese sowohl unabhängig voneinander als auch unabhängig gegenüber dem Werkstück verfahrbar sind. Gleichzeitig kann die Bewegung des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück gestoppt werden. Die Bauteile sind zum Beispiel als Schlitten ausgeführt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Bauteil auch ein Antriebsmechanismus für ein Werkzeug sein kann. Damit kann auch eine Technologie für die Bearbeitung eines Werkstückes zur Anwendung kommen, dessen Grundlage ein rotierendes Werkzeug ist. Das sind zum Beispiel Fräs-, Schleif- und Sägeverfahren, die sich insbesondere vorteilhafterweise auch durch die kleinen erzielbaren Spänegeometrien auszeichnen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

1 eine prinzipielle Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Endenbereichsbearbeitung von nichtrotierenden Rohren mit mindestens einem umlaufenden Werkzeug und

2 eine Innenspannvorrichtung in einer Schnittdarstellung.

Eine Vorrichtung zur Endenbereichsbearbeitung von nichtrotierenden Rohren 1 mit mindestens einem umlaufenden Werkzeug besteht im wesentlichen aus einem antreibbaren, beim Antrieb rotierenden und kreisringförmigen Werkzeugträger 2 an einer hohlen Welle 5 und einer gegenüber dem Werkzeugträger 2 horizontal verfahrbaren Innenspannvorrichtung 6 für den Endenbereich des Rohres.

Die 1 zeigt eine prinzipielle Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Endenbereichsbearbeitung von nichtrotierenden Rohren 1 mit mindestens einem umlaufenden Werkzeug 4.

Die hohle Welle 5 befindet sich vorteilhafterweise in einem Gestell. Diese hohle Welle 5 und der daran angeordnete Werkzeugträger 2 weisen einen durchgängigen und tunnelartigen Hohlraum auf, der nach beiden Seiten und damit nach außen offen ist. Der Querschnitt dieses Hohlraumes ist insbesondere größer als der des zu bearbeitenden Rohres 1. Damit kann sowohl das Rohr 1 als auch die Innenspannvorrichtung 6 für das Rohr 1 in diesem Hohlraum und/oder der Werkzeugträger 2 und die hohle Welle 5 über das Rohr 1 verfahren werden. Die Innenspannvorrichtung 6 zentriert dabei wenigstens den zu bearbeitenden Endenbereich des Rohres 1 gegenüber den Werkzeugträger 2.

Der Werkzeugträger 2 besitzt mehrere Bauteile 3. Das Bauteil 3 stellt dabei eine Befestigungsvorrichtung für ein Werkzeug 4, für einen Antrieb mit Werkzeug oder für Sensoren dar. Die Bauteile 3 sind bekannte geführte Schlitten. Entsprechend weist der Werkzeugträger 2 zwei, drei, fünf ein mehrfaches von zwei oder drei Führungen für jeweils mindestens einen Schlitten auf.

Die Kopplung zwischen dem Antrieb und der hohlen Welle 5 und die zwischen Antrieben und der Bauteile 3 kann bekannterweise in zwei grundlegenden Ausführungsformen realisiert werden.

In einer ersten Ausführungsform erfolgt der Antrieb der hohlen Welle 5 über ein Zahnradgetriebe, wobei die hohle Welle einen umlaufenden Zahnkranz aufweist, in den ein Stirnrad eingreift. Die Welle dieses Stirnrades ist an den Antrieb gekoppelt. Im Körper der hohlen Welle 5 sind in radialer Richtung Schlittenantriebswellen drehbar gelagert. Das erste Ende der Schlittenantriebswelle endet am Ende der hohlen Welle 5 für den Werkzeugträger 2 und ist weiterhin mit einem Getriebe mit dem Bauteil verbunden. Das andere Ende ist mit einem Stirnzahnrad so versehen, dass dessen Verzahnung von außen zugänglich ist. In die Verzahnung des Stirnzahnrades greift ein innen und außen verzahntes Stirnrad ein. Dieses ist weiterhin auf dem Umfang der hohlen Welle 5 so angeordnet, dass dieses gegenüber der hohlen Welle 5 radial verschiebbar ist. Das innen und außen verzahnte Stirnrad ist über ein Planetenradgetriebe zum einen mit dem umlaufenden Zahnkranz der hohlen Welle 5 und zum anderen mit einem Antrieb verbunden. Die Anzahl dieser Anordnungen entspricht der Anzahl der maximal am Werkzeugträger 2 anordenbaren Bauteile 3. Die Planetenradgetriebe sind gegenüber der hohlen Welle 5 fest an dem Gestell angeordnet. Der Steg jedes Planetenradgetriebes ist als ein erstes Getrieberad als Stirnzahnrad ausgebildet, dass in das jeweilige innen und außen verzahnte Stirnrad eingreift. Die Planetenräder der Planetenradgetriebe befinden sich jeweils in einem innenverzahnten Zahnrad als zweites Getrieberad. Damit sind die Bauteile 3 unabhängig der Drehbewegung der hohlen Welle 5 in Richtung zur Mitte des Werkzeugträgers 2 oder von dieser weg bewegbar.

In einer zweiten Ausführungsform ist die hohle Welle 5 mit einem bewegten Teil eines Antriebs entweder direkt oder über ein Getriebe verbunden, wobei der Antrieb und/oder das Getriebe mit dem Gestell verkoppelt sind. Der Direktantrieb ist ein bürstenloser ringförmiger Elektromotor dessen Läufer mit der hohlen Welle 5 und dessen Stator mit dem Gestell fest verbunden ist. Jedes Bauteil 3 des Werkzeugträgers 2 ist an wenigstens einen Antrieb als Linearantrieb gekoppelt. Die Stromversorgung der elektrisch betriebenen Komponenten des Werkzeugträgers 2 erfolgt über ein Schleifkontaktsystem. Die Steuerung dieser Antriebe basiert zum einen auf einer speicherprogrammierten oder numerischen Steuerung mit einem Mikrorechnersystem auf dem Werkzeugträger 2 oder Verbindungen der Antriebe mit einer Steuerung über ein Schleifkontaktsystem oder einer drahtlosen Datenübermittlung, vorzugsweise per Funk.

Die Innenspannvorrichtung 6 besteht im wesentlichen aus einer Zugstange 7 mit einem ersten Konus 9, einer Hohlwelle 8 mit einem zweiten Konus 10 und Spannbacken 11.

Die 2 zeigt die Innenspannvorrichtung 6 in einer Schnittdarstellung.

Auf der Zugstange 7 ist der erste Konus 9 befestigt. Die auf der Zugstange 7 geführte Hohlwelle 8 ist mit dem zweiten Konus 10 ausgestattet. Über den Umfang verteilt befinden sich auf den Konussen 9, 10 wenigstens zwei und insbesondere drei miteinander verbundene Spannbacken 11, so dass bei einer Bewegung der Konusse 9, 10 zum Spannen die Spannbacken 11 radial von sowohl der Zugstange 7 als auch der Hohlwelle 8 weg bewegt werden.

Die Spannbacke 11 besteht aus einem Innenteil 11a und einem darauf lösbar befestigtem Außenteil 11b. Zwischen dem Innenteil 11a und dem Außenteil 11b kann sich ein Körper aus einem elastischen Material befinden, so dass nichtgewollte Bewegungen zwischen dem Rohr 1 und den Werkzeugen 4 gedämpft werden. Die gleiche Wirkung kann durch die Ausbildung des Außenteils 11b selbst aus einem elastischen Material erreicht werden.

Die Hohlwelle 8 weist drei Federn 14 und jede der Spannbacken 11 eine Nut 13 zur Aufnahme einer Feder 14 auf, so dass eine Verdrehsicherung vorhanden ist.

Die drei über den Umfang verteilten Spannbacken 11 sind entweder über mindestens ein Spreizmittel in Form eines Sprengringes 12 oder mittels zwischen den Spannbacken 11 angeordneten Federsystemen miteinander verbunden. Im letzteren Fall sind die Federsysteme jeweils mit den Spannbacken 11 so verbunden, dass vorteilhafterweise eine Rohrform vorhanden.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Zugstange 7 und die Hohlwelle 8 sind mit einem Schubmotor verbunden. In einer weiteren Ausführungsform sind diese mit einem Schnecken-, Zahnstangen- oder Schraubengetriebe gekoppelt, wobei weiterhin ein Bestandteil des Schnecken-, Zahnstangen- oder Schraubengetriebes mit einem Antrieb verbunden ist. Mit diesen Ausführungsformen ist eine Bewegung der Zugstange 7 und der Hohlwelle 8 zueinander gegeben.

Die Innenspannvorrichtung 6 selbst ist mit einem translatorisch wirkenden Antrieb so gekoppelt, dass die diese gegenüber dem Werkzeugträger 2 geführt bewegbar ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Innenspannvorrichtung 6 können die Spannbacken 11 eine umlaufende Vertiefung 15 aufweisen.