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Dokumentenidentifikation DE102004004498A1 18.08.2005
Titel Vorrichtung zur Bearbeitung von Rohrenden, insbesondere zum Schneiden von Gewindeanschlüssen
Anmelder SMS Meer GmbH, 41069 Mönchengladbach, DE
Erfinder Esser, Karl-Josef, 41179 Mönchengladbach, DE
Vertreter Patentanwälte Valentin, Gihske, Grosse, 57072 Siegen
DE-Anmeldedatum 29.01.2004
DE-Aktenzeichen 102004004498
Offenlegungstag 18.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.08.2005
IPC-Hauptklasse B23B 5/16
IPC-Nebenklasse B23G 1/22   B23G 5/10   
Zusammenfassung Bei einer Vorrichtung zur Bearbeitung von Rohrenden, insbesondere zum Schneiden von Gewindeanschlüssen, bei der die Werkzeuge radial zum Rohr anstellbar in einem Werkzeugkopf (1, 100, 200) verschiebbar angeordnet sind, der koaxial um das fest eingespannte Rohrende rotiert, wobei die Anstellung der in als Schieber (3; 3a, 3b) ausgebildeten Werkzeughaltern eingespannten Werkzeuge gegenüber dem Rohr über achsaprallel zum Rohr und über dessen Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten Bewegungsmitteln (7) erfolgt, deren dem Rohrende ferne Enden an einem gemeinsamen, koaxial zur Werkzeugkopfachse verschiebbaren Rahmen angelenkt sind und deren andere Endbereiche über Verzahnungen mit an den Schiebern angeordneten Zahnstangen (18) in Wirkverbindung stehen, über die die achsparallele Vorschubbewegung der Bewegungsmittel (7) in eine synchrone radiale Verschiebebewegung der Schieber (3; 3a, 3b) zur Anstellung der Werkzeuge umsetzbar ist, wobei weitere Zahnstangen (21) benachbarter Schieber (3a, 3b) außerdem gemeinsam mit einem Zahnrad (20a) kämmen oder jeder Schieber mit einem einzelnen Zahnrad kämmt, sind die Zahnräder (20a; 20b) mit einem integrierten Gewichtsausgleich (25; 125; 225) ausgebildet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Rohrenden, insbesondere zum Schneiden von Gewindeanschlüssen, bei der die Werkzeuge radial zum Rohr anstellbar in einem Werkzeugkopf verschiebbar angeordnet sind, der koaxial um das fest eingespannte Rohrende rotiert, wobei die Anstellung der in als Schieber ausgebildeten Werkzeughaltern eingespannten Werkzeuge gegenüber dem Rohr über achsparallel zum Rohr und über dessen Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten Bewegungsmitteln erfolgt, deren dem Rohrende ferne Enden an einem gemeinsamen koaxial zur Werkzeugkopfachse verschiebbaren Rahmen angelenkt sind und deren andere Endbereiche über Verzahnungen mit an den Schiebern angeordneten Zahnstangen in Wirkverbindung stehen, über die die achsparallele Vorschubbewegung der Bewegungsmittel in eine synchrone radiale Verschiebebewegung der Schieber zur Anstellung der Schneidwerkzeuge umsetzbar ist, wobei die Zahnstangen benachbarter Schieber außerdem gemeinsam mit einem Zahnrad kämmen oder jeder Schieber mit einem einzelnen Zahnrad kämmt.

Eine solche Vorrichtung ist durch die DE 44 38 818 A1 bekanntgeworden. Das Rohrgewinde wird in der Regel bei einmaligem Überfahren der Werkzeuge über das Rohrende hergestellt, wobei die Bewegungen der Werkzeuge numerisch gesteuert werden. Die Maschinen sind so ausgelegt, daß besonders enge Gewindetoleranzen erreichbar sind. Eine besondere Bedeutung kommt bei diesen Maschinen dem eigentlichen Werkzeugkopf zu, in dem die das Gewinde oder auch eine Andrehung des Rohres erzeugenden Werkzeuge gegen das Rohr anstellbar geführt sind. Das Rohr selbst wird in eine definierte Lage zur Maschine gebracht und der Werkzeugvorschub eingeschaltet, sobald das Rohrende seine exakte Lage erreicht hat.

Die Bearbeitungswerkzeuge sind am Werkzeugkopf gleichmäßig am Umfang verteilt verschiebbar angeordnet, wobei die Zahl der verwendeten Werkzeuge zwar beliebig ist, doch in den meisten Fällen sechs Werkzeuge vorgesehen sind, von denen jeweils drei um 120° versetzte Werkzeuge gleichläufig und die anderen drei um 120° versetzten Werkzeuge synchronisiert gegenläufig dazu bewegt werden. Das geschieht durch die zentralen Zahnräder, mit denen die Zahnstangen der Schieber kämmen. Bei den hohen Drehzahlen des Werkzeugkopfes von beispielsweise 1000 U/min entstehen sehr hohe Fliehkräfte an den beweglichen Massen, die den möglichst klein zu haltenden Vorschubkräften der exakt zu positionierenden Werkzeuge entgegenwirken. Die mit den Schiebern kämmenden Zahnräder, ausgeführt als Stirnzahnräder, dienen daher auch gleichzeitig zum Fliehkraftausgleich. Ein kompletter Fliehkraftausgleich liegt allerdings nur dann vor, wenn die Schieber ihre Mittelstellung einnehmen, d.h. in lediglich einer Zwischen-Anstellposition.

Um eine Kompensation zu haben, wenn die Schieber aufgrund der radialen Zustellung nicht mehr denselben radialen Abstand von der Rotationsachse einnehmen, so daß die auf sie wirkenden Fliehkräfte nicht mehr gleich groß sind und sich nicht mehr ausgleichen, ist es aus der DE 101 33 856 A1 bekannt, eine zusätzliche Ausgleichseinrichtung vorzusehen. Diese besteht aus einem keulenförmigen Ausgleichsgewicht mit einer Verzahnung, die mit einem Zahnrad kämmt, das mit einer Zahnstange eines ersten Schiebers in Eingriff ist. Mit dem keulenartigen Ausgleichsgewicht kann allerdings das Gegenmoment nur durch eine relativ geringe Auslenkung erfolgen. Größere Differenzfliehkräfte an dem nicht mit dem Ausgleichsgewicht kämmenden, anderen Schieber können nur mit einem Gegenmoment über den ersten Schieber und das zentrale, zwischen den beiden Schiebern angeordnete Zahnrad zum Ausgleich kommen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen Fliehkraftausgleich bei jeder Schieberposition ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zahnräder mit einem integrierten Gewichtsausgleich ausgebildet sind. Indem sich der Gewichtsausgleich am Ort des Geschehens befindet, nämlich integriert in das ohnehin jeweils den Schiebern zugeordnete zentrale Zahnrad, läßt sich durch konstruktive Festlegung und Auslegung der Gegengewichte ein Fliehkraftausgleich in jeder Stellung der Schieber und bei allen möglichen Drehzahlen des rotierenden Werkzeugkopfes erreichen. Es liegen bei über die Mittelstellung der Schieber hinausgehenden Massen keine Differenzfliehkräfte mehr vor, die nicht ausgeglichen wären.

Nach einem Vorschlag der Erfindung sind die Zahnräder mit Gegengewichten versehen. Damit läßt sich bei gleichem Gewicht der Schieber auch in jeder Lage über die Mittelstellung hinaus aufgrund der sich mit den Zahnrädern entsprechend selbsttätig bzw. zwangsweise verlagernden Gegengewichte der Fliehkraftausgleich erreichen.

In der Ausführung mit den Schiebern jeweils einzeln zugeordneten Zahnrädern befinden sich die Gegengewichte nach einer Ausgestaltung der Erfindung am äußeren Umfang der Zahnräder, dem Zahneingriff mit einer Zahnstange des Schiebers gegenüberliegend. Es wird hiermit ein separater Fliehkraftausgleich an jedem Schieber durch gegenläufige Drehbewegung aufgrund einerseits der sich vorwärts und andererseits der sich zurückbewegenden Schieber sowie der damit einhergehenden entsprechenden Verlagerung der einseitigen Gewichte, vorzugsweise ausgeführt als etwa 180°-Teilkreissegmente, über die Verzahnungseingriffe in Bezug auf die Drehmitte erreicht. In der zurückgezogenen äußeren Schieberstellung und damit größter Fliehkraft nehmen die Gegengewichte ihre maximale Wirklinie zur Drehmitte ein und erzeugen ein der Schieberfliehkraft exakt entsprechendes Gegenmoment. Wenn sich hingegen die Schieber von außen nach innen mit stetig abnehmender Fliehkraft bewegen, bauen die Gegengewichte durch die abhängige Drehung entsprechend den Schwerpunktsänderungen über die Fliehkräfte geringere Gegendrehmomente auf.

Bei einer Ausführung des Werkzeugkopfes, die für benachbarte Schieber ein mit deren Zahnstangen gemeinsam kämmendes Zahnrad besitzt, sind erfindungsgemäß die Gegengewichte im Durchmesser der Zahnräder liegend auf diesen angeordnet. Die zum beidseitigen kämmenden Eingriff im Durchmesser entsprechend großen Stirnzahnräder tragen die Gegengewichte hier sozusagen auf ihrem Zahnradkörper. Die Gegengewichte sind ebenfalls so angeordnet, daß ausgehend von der Mittelstellung der Schieber und den Gegengewichten an den Zahnrädern ein vollständiger Fliehkraftausgleich auch dann gegeben ist, wenn die Schieber gegeneinander nach außen bzw. nach innen bewegt werden und einer größeren bzw. einer geringeren Fliehkraft unterliegen. Diese unterschiedlichen Fliehkräfte werden durch die zwangsweise Drehung der Zahnräder und damit einhergehend Verlagerung des Schwerpunktes der Gegengewichte kompensiert. Die von den Fliehkräften um die Drehmitte der Zahnräder erzeugten Drehmomente wirken der jeweiligen größeren Fliehkraft entgegen.

Nach einer bevorzugten Ausführung bei gemeinsam mit benachbarten Schiebern kämmenden Zahnrädern sieht die Erfindung vor, daß die Zahnräder jeweils einen Steg eines Differentialgetriebes bereitstellen, das an einem Zentralrad ein Ausgleichsgewicht aufweist. Die Zahnräder sind vorteilhaft mit einem Gehäuse als Steg ausgebildet, wobei in dem Gehäuse das Zentralrad und ein damit kämmendes Sonnenrad gelagert sind, das mit einem zu dem Ausgleichsgewicht diametral vorgesehenen Zahnsegment kämmt. Mit dem erfindungsgemäß in das Zahnrad integrierten Differentialgetriebe läßt sich erreichen, daß trotz des nur kleinen Drehwinkels des Zahnrades ein mehrfach größerer Verstellwinkel – konstruktiv abhängig von der Übersetzung im Differentialgetriebe – am Zentralrad mit dem Ausgleichsgewicht vorliegt. Damit werden die Differenzfliehkräfte an beiden Schiebern direkt vom zentralen, gemeinsamen Zahnrad ausgeglichen. Hierbei erzeugt das Ausgleichsgewicht, für das zudem eine geringe Masse ausreichend ist, eine Fliehkraft mit einem großen Radius zur Drehmitte, wobei das entstehende Gegenmoment außerdem über das Planeten- bzw. Differentialgetriebe noch verstärkt wird. Diese Systematik mit direktem Ausgleich ermöglicht daher eine Kompensation der Differenzfliehkräfte weitestgehend bei allen Schieberstellungen und Drehzahlen. An den Schiebern ergeben sich folglich geringe Verstellkräfte, so daß die Schieber mit hoher Genauigkeit verfahren und positioniert werden können.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung. Es zeigen:

1 als Einzelheit einer nicht dargestellten Maschine zur Bearbeitung von Rohrenden in einer schematischen Seitenansicht im Schnitt entlang der Linie I-I von 2 deren Werkzeugkopf;

2 in der Vorderansicht eine Ausführung des Werkzeugkopfes, bei dem ein einen integrierten Gewichtausgleich aufweisendes, zentrales Zahnrad mit Zahnstangen benachbarter Schieber kämmt;

3 in der Vorderansicht wie zuvor nach 2 einen Werkzeugkopf mit für benachbarte Schieber gemeinsamen, zentralen Zahnrad, demgegenüber in einer Ausführung mit in den zentralen Zahnrädern in Form eines Differentialgetriebes integriertem Gewichtsausgleich;

4 in der Vorderansicht eine andere Ausführung eines Werkzeugkopfes mit einem jedem Schieber zugeordnetem und mit einem Gegengewicht versehenem Zahnrad; und

5 einen Schnitt durch ein zentrales Zahnrad mit integriertem Differentialgetriebe entlang der Linie V-V von 3.

Bei einem in den 1 und 2 dargestellten Werkzeugkopf 1 sind um dessen Werkzeugkopfachse 2 die Werkzeugträger in Form von Schiebern 3 bzw. 3a, 3b geichmäßig verteilt angeordnet.

Über einen in Richtung des Doppelpfeils 4 verschiebbaren Rahmen 5 sind mit ihren Enden am Rahmen 5 im Anlenkpunkt 6 befestigte Schubstangen 7 gleichzeitig synchron in Längsrichtung (vgl. den Doppelpfeil 4) verschiebbar. Die Schubstangen 7 sind im Bereich ihrer freien Enden 9 mit Schrägverzahnungen 10 versehen, die mit Zahnstangen 18 der Schieber 3 bzw. 3a, 3b kämmen. Wie aus 2 zu erkennen ist, sind am Umfang des Werkzeugkopfes 1 hier verteilt drei Schubstangen 7 als Bewegungsmittel, alternativ könnten es Gewindespindeln sein, vorgesehen, die an gegenüberliegenden Seiten mit den Zahnstangen 18 der Schieber 3 bzw. 3a, 3b in Eingriff sind. Eine Axialbewegung der Schubstangen 7 in Pfeilrichtung 4 bewirkt infolge der Verzahnung eine Bewegung der Schieber 3 bzw. 3a, 3b mit den von diesen getragenen Werkzeugen 17 in Richtung des Doppelpfeils 19 (vgl. 1).

Um einen vollständigen Fiehkraftausgleich auch in von der in 1 dargestellten Mittelstellung der Schieber 3 bzw. 3a, 3b abweichenden Positionen zu ermöglichen, sind die zwischen benachbarten Schiebern 3a und 3b angeordneten, mit Zahnstangen 21 der Schieber 3a bzw. 3b kämmenden zentralen Zahnräder 20a jeweils mit einem integrierten Gewichtsausgleich 25 ausgebildet, und zwar in dieser Ausführung in Form von halbkreissegmentartigen Gegengewichten 22a. Beim Verfahren beispielsweise der Schieber 3a nach innen und damit gegenläufigem Verfahren der Schieber 3b nach außen, werden durch die gegenläufige Bewegungskopplung über die Zahnräder 20a gleichzeitig die einseitigen Gegengewichte 22a so verlagert, daß die an den zurückfahrenden Schiebern 3b gegenüber der Fliehkraft der nach innen fahrenden Schieber 3a sehr viel größere Fliehkraft zuverlässig in allen Stellungen der Schieber ausgeglichen wird.

Eine in 4 dargestellte weitere Ausführung eines Werkzeugkopfes 200 weist sowohl für seine drei sich nach innen als auch damit einhergehend zwangsweise drei nach außen bewegenden Schieber 3 umfangsverteilt angeordnete, mit dem verschiebbaren Rahmen 5 befestigte Schubstangen (alternativ Gewindespindeln) 7 auf, die an ihren vorderen, freien Enden mit den ihnen zugewandten Zahnstangen 18 der Schieber 3 kämmen. Jedem der sechs Schieber 3 ist ein separates Zahnrad 20b zugeordnet, das in seinem Durchmesser sehr viel kleiner ist als die zuvor für die Kopplung von benachbarten Schiebern eingesetzten Zahnräder 20a. Diese Zahnräder 20b greifen einerseits in die in den Schiebern 3 außerdem vorgesehenen Zahnstangen 21 ein und sind andererseits mit einem integrierten Gewichtsausgleich 225 ausgebildet. Die Zahnräder 20b sind hierzu an der dem Zahneingriff gegenüberliegenden Seite an ihrem Außenumfang mit etwa halbkreisförmigen, segmentartigen Gegengewichten 22b versehen. Von den sich paarweise gegenüberliegenden Schiebern 3 wird bei der Anstellung jeweils einer nach innen und der andere nach außen bewegt. Die einseitig angeordneten, den sich mit stetig abnehmender Fliehkraft nach innen bewegenden Schiebern 3 zugeordneten Gegengewichte 22b bauen hierbei entsprechend geringere Gegendrehmomente auf, während durch die abhängige Drehung der sich von innen nach außen mit stetig zunehmender Fliehkraft bewegenden Schieber 3 die anderen einseitigen Gegengewichte 20b zunehmende Gegendrehmomente aufbauen, die in den äußeren Schieberendpositionen mit der dort größten Fliehkraft ein Maximum besitzen.

Bei der Ausführung nach 3 besitzt der Werkzeugkopf 100, wie zuvor bereits im Zusammenhang mit der 2 beschrieben, zentrale Zahnräder bzw. Stirnzahnräder 20a, die jeweils mit den Zahnstangen 21 benachbarter Schieber 3a, 3b gepaart sind, und weist auch ansonsten die gleiche Bauweise auf. Unterschiedlich ist hier der integrierte Gewichtsausgleich 125, der als in die Zahnräder 20a eingebautes Differentialgetriebe 23 ausgebildet ist, wie näher in 5 dargestellt. Dort läßt sich ersehen, daß das Zahnrad 20a ein gleichzeitig den Steg des Differentialgetriebes 23 bereitstellendes Gehäuse 24 aufweist. In dem Gehäuse 24 bzw. dem Zahnrad 20a sind ein Zentralrad 26 und ein damit kämmendes Sonnenrad 27 gelagert, das seinerseits mit einem Zahnsegment 28 im kämmenden Eingriff ist. Dem Zahnsegment 28 diametral gegenüberliegend ist an dem Zentralrad 26 des Differentialgetriebes 23 ein Ausgleichsgewicht 29 angeordnet.

Das in die Zahnräder 20a integrierte Differentialgetriebe 23 ermöglicht, daß eine Fliehkraft mit einem großen Radius erzeugt werden kann. Das entstehende, aufgrund der Getriebeübersetzung noch verstärkte Gegenmoment kann die Differenzfliehkräfte an beiden Schiebern 3a, 3b in jeder Position direkt vom zentralen Zahnrad 20a ausgleichen.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zur Bearbeitung von Rohrenden, insbesondere zum Schneiden von Gewindeanschlüssen, bei der die Werkzeuge (17) radial zum Rohr anstellbar in einem Werkzeugkopf (1, 100, 200) verschiebbar angeordnet sind, der koaxial um das fest eingespannte Rohrende rotiert, wobei die Anstellung der in als Schieber (3; 3a, 3b) ausgebildeten Werkzeughaltern eingespannten Werkzeuge gegenüber dem Rohr über achsparallel zum Rohr und über dessen Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten Bewegungsmitteln (7) erfolgt, deren dem Rohrende ferne Enden an einem gemeinsamen, koaxial zur Werkzeugkopfachse verschiebbaren Rahmen (5) angelenkt sind und deren andere Endbereiche über Verzahnungen (10) mit an den Schiebern angeordneten Zahnstangen (18) in Wirkverbindung stehen, über die die achsparallele Vorschubbewegung der Bewegungsmittel (7) in eine synchrone radiale Verschiebebewegung der Schieber (3; 3a, 3b) zur Anstellung der Werkzeuge (17) umsetzbar ist, wobei weitere Zahnstangen (21) benachbarter Schieber (3a, 3b) außerdem gemeinsam mit einem Zahnrad (20a) kämmen oder jeder Schieber (3) mit einem einzelnen Zahnrad (20b) kämmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (20a; 20b) mit einem integrierten Gewichtsausgleich (25; 125; 225) ausgebildet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (20a, 20b) mit Gegengewichten (22a, 22b) versehen sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Schiebern (3) jeweils einzeln zugeordneten Zahnrädern (20b) die Gegengewichte (22b) am äußeren Umfang der Zahnräder (20b), dem Zahneingriff mit einer Zahnstange (18) des Schiebers (3) gegenüberliegend, angeordnet sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei gemeinsam mit benachbarten Schiebern (3a, 3b) kämmenden Zahnrädern (20a) die Gegengewichte (22a) im Durchmesser der Zahnräder (20a) liegend auf diesen angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegengewichte (22a, 22b) als etwa 180°-Teilkreissegmente ausgebildet sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gemeinsam mit benachbarten Schiebern (3a, 3b) kämmenden Zahnrädern (20a) die Zahnräder (20a) jeweils einen Steg eines Differentialgetriebes (23) bereitstellen, das an einem Zentralrad (26) ein Ausgleichsgewicht (29) aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (20a) mit einem Gehäuse (24) als Steg ausgebildet sind, wobei in dem Gehäuse (24) das Zentralrad (26) und ein damit kämmendes Sonnenrad (27) gelagert sind, das mit einem zu dem Ausgleichsgewicht (29) diametral vorgesehenen Zahnsegment (28) kämmt.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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