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Die Erfindung bezieht sich auf einen
Werkzeugkopf für
Maschinen zur Herstellung von Gewindeanschlüssen an Rohrenden, insbesondere
von Gasund Ölfeldrohren,
der um eine Bearbeitungsachse drehbar an einer von einem Antriebsmotor
antreibbaren Spindel befestigt ist und der um einen zentralen Aufnahmeraum
mindestens drei im Werkzeugkopf radial geführte Werkzeugschieber aufweist,
an die mit mindestens einem Werkzeug bestückte Werkzeughalter anbringbar
sind, und die radial verschiebbar im Körper des Werkzeugkopfes geführt sind,
wobei die radiale Verschiebung der Werkzeugschieber von einer Stellhülse bewirkt
wird, die gegenüber
dem Werkzeugkopf axial verschiebbar oder verdrehbar ist und auf
im Körper
des Werkzeugkopfes parallel zur Bearbeitungsachse verschiebbar gelagerte
Zahnstangen einwirkt, deren Schrägzahnung
mit einer korrespondierenden, rechtwinklig zur Bewegung der Zahnstange
verschiebbaren Schrägzahnung
kämmt, die
mit dem Werkzeugschieber verbunden ist.
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Werkzeugköpfe dieser Art sind bekannt
und wurden von der Patentanmelderin für Maschinen zur Herstellung
der Gewindeanschlüsse
von Gas- und Ölfeldrohren
hergestellt. Diese Maschinen arbeiten mit drehendem Werkzeugkopf
und fest eingespanntem Rohr. Die CNC-gesteuerten Bewegungen der Werkzeugschieber
werden von einer axial verschiebbaren Stellhülse bewirkt, welche einen Teil
der Werkzeuge in eine Bearbeitungsstellung bringt, um am zu bearbeitenden
Rohrende beispielsweise das Planen, das Innenfasen und das Außenfasen
durchzuführen, und
danach den anderen Teil der Werkzeuge in eine Bearbeitungsstellung
bringt, um am Rohrende das Kegeldrehen und Gewindeschneiden durchzuführen. Bei
der Zustellung eines Teils der Werkzeuge wird der jeweils andere
Teil des Werkzeugs in eine Außer-Eingriff-Stellung
bewegt. Bei den bekannten Werkzeugköpfen werden die Werkzeugschieber
von im Körper
des Werkzeugkopfes parallel zur Bearbeitungsachse verschiebbar gelagerten
Zahnstangen bewegt, deren mit einem Werkzeugschieber korrespondierendes
Ende eine Schrägzahnung
aufweist, die in eine am Werkzeugschieber befindliche Schrägzahnung
eingreift. Die Schrägzahnung
an den Zahnstangen und Werkzeugschiebern ist der Art, daß durch
eine Vorschubbewegung der Stellhülse
und dadurch bewirkte Druckbelastung der Zahnstangen ein Teil der
Werkzeugschieber radial nach innen in die Bearbeitungsstellung bewegt
wird, während gleichzeitig
ein anderer Teil der Werkzeugschieber um den gleichen Betrag radial
nach außen
bewegt wird. Durch Zurückziehen
der Stellhülse
und die dadurch bewirkte Zugbelastung der Zahnstangen werden die
in Bearbeitungsstellung befindlichen Werkzeugschieber radial nach
außen
bewegt und die anderen Werkzeugschieber nach innen in die Bearbeitungsstellung
bewegt.
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Die Werkzeugköpfe können auchso ausgebildet sein,
daß die
Zahnstangen alle Werkzeugschieber gleichzeitig radial nach innen
oder radial nach außen
bewegen.
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Bei der bekannten Rohrgewindeschneidmaschine
ist die Schrägzahnung
so ausgeführt,
daß die Bewegung
der Stellhülse
und der Zahnstangen um einen bestimmten Betrag eine radiale Bewegung
der Werkzeugschieber um den halben Betrag zur Folge hat. Die Zähne und
deren Flanken verlaufen dementsprechend im Winkel von 26,5° zur Längsachse
der Zahnstangen. Das Untersetzungsverhältnis von Bewegung der Stellhülse zur
Bewegung der Werkzeugschieber kann aber auch kleiner oder größer sein
als 2:1.
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Zur Erzielung einer hohen Maschinenleistung
und optimaler Bearbeitungsqualität
rotiert der Werkzeugkopf mit ca. 1000 U/min. Dadurch wirken auf
die Werkzeugschieber, welche die Werkzeughalter mit den Werkzeugen
tragen, sehr große
Fliehkräfte,
die im Bereich von mehreren 1000 kp liegen. Dementsprechend sind
auch die für
das radiale Verschieben der Werkzeugschieber erforderlichen Kräfte groß.
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Aus
DE 32 37 587 A1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung
von Gewindeanschlüssen
an Großrohren
bekannt. Die Vorrichtung weist einen Werkzeugkopf auf, an welchem
zwei parallel und gegenläufig zueinander
bewegbare Werkzeugschlitten angeordnet sind. Die beiden Werkzeugschlitten
werden über eine
gemeinsame Antriebsstange immer um das gleiche Maß gegenläufig zueinander
bewegt. Auch bei dieser Vorrichtung wirken auf die Werkzeugschlitten sehr
große
Fliehkräfte,
was insbesondere bei der gleichzeitigen Verstellung zweier Werkzeugschlitten zu
sehr hohen Verstellkräften
für die
Bewegung der Werkzeugschieber führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei
Werkzeugköpfen
der eingangs genannten Art, die für das radiale Verschieben der
Werkzeugschieber erforderlichen Kräfte zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
dem Werkzeugschieber zugeordnete Schrägzahnung an mindestens einer
Zahnplatte angebracht ist, die im Körper des Werkzeugkopfes parallel
zum Werkzeugschieber verschiebbar geführt und mit dem Werkzeugschieber
verbunden ist. Zur zuverlässigen Übertragung
der Kräfte
ist vorteilhafterweise die Zahnplatte mit einem Teil in eine Ausnehmung
des Werkzeugschiebers eingesetzt.
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Dadurch, daß die dem Werkzeugschieber zugeordnete
Schrägzahnung
nicht mehr im Werkzeugschieber angeordnet ist, sondern in einer
Zahnplatte, die zum größeren Teil
im Körper
des Werkzeugkopfes verschiebbar geführt ist, kann der Werkzeugschieber
deutlich flacher ausgebildet sein als bisher, so daß auch sein
Gewicht, die vom Werkzeugschieber verursachten Zentrifugalkräfte und
damit auch die Verstellkräfte
reduziert sind. Ferner ist auch eine bessere Führung und Abstützung der Zahnstange
möglich,
weil diese an beiden Seiten der Schrägzahnung bis in Höhe der Gleitebene
des Werkzeugschiebers geführt
und abgestützt
werden kann. Beim Aufbringen der Verstellkräfte drückt die Schrägzahnung
die Zahnstange gegen eine Führungsfläche am Körper des
Werkzeugkopfes, welche unmittelbar diese Kräfte aufnimmt, so daß die Zahnstange
nicht auf Biegung beansprucht wird. Aufgrund der günstigeren
Führungsverhältnisse
der Werkzeugschieber sind auch die auftretenden Kipp- und Biegemomente
kleiner. Die Zustellung der Werkzeuge kann dadurch mit geringeren
Kräften
und erhöhter Präzision erfolgen.
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Die Zahnstange kann einen quadratischen, rechteckigen
oder runden Querschnitt haben und mit einer oder mehreren Schrägzahnungen
versehen sein. Hat die Zahnstange einen runden Querschnitt, dann
sind an zwei einander gegenüberliegenden
Seiten Schrägzahnungen
angeordnet, die in Schrägzahnungen
eingreifen, die an zwei Zahnplatten angeordnet sind, welche in seitliche
Ausnehmungen eines Werkzeugschiebers eingesetzt sind. Bei dieser
Ausführung
heben sich die Kräfte,
welche die Zahnstange um ihre Achse verdrehen könnten, einander auf.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus den Patentansprüchen 3 bis 6.
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In der folgenden Beschreibung werden
Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Werkzeugkopfes
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen
in
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1 eine
Schnittansicht des Werkzeugkopfes nach der Erfindung, 2 eine perspektivische, schematische
Darstellung des Werkzeugkopfes,
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3 eine
perspektivische Darstellung eines Werkzeugschiebers, 4 eine Draufsicht auf einen
Werkzeugschieber,
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5 eine
Draufsicht auf Blickrichtung V in 3, 6 eine Draufsicht auf Schnittlinie
VI-VI in 5.
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Der in 1 dargestellte
Werkzeugkopf 1 ist über
einen Flansch an einer Spindel 3 befestigt, die um die
Bearbeitungsachse 2 drehbar von einem Antriebsmotor angetrieben
wird. Der Werkzeugkopf 1 ist für Maschinen zur Herstellung
von Gewindeanschlüssen
an Rohrenden bestimmt. Bei diesen Maschinen wird das Rohr koaxial
zur Bearbeitungsachse 2 fest eingespannt. Der Werkzeugkopf
und das Rohr sind relativ zueinander axial verschiebbar, so daß entweder
das Rohrende während
der Bearbeitung in den zentralen Aufnahmeraum 12 des Werkzeugkopfes 1 vorgeschoben
oder der Werkzeugkopf 1 mit seinem Aufnahmeraum 12 über das
Rohrende bewegt werden kann.
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Wie die 2 zeigt, sind im Werkzeugkopf 1 vier
Werkzeugschieber 5 radial verschiebbar geführt. Wie 1 zeigt, sind an den Werkzeugschiebern 5 Werkzeughalter 6 angebracht,
die mit mindestens einem Werkzeug 7, 8 ausgerüstet sind.
Zur Bearbeitung unterschiedlicher Rohrdimensionen sind die Werkzeughalter 6 leicht
auswechselbar an den Werkzeugschiebern 5 befestigt. Das
Verschieben der Werkzeugschieber 5 erfolgt durch eine mit
der Spindel 3 rotierenden Stellhülse 13, die gegenüber dem Gewindekopf 1 axial
verschiebbar ist und über
einen Stellring 14 mit den Zahnstangen 15 verbunden
ist. Die Werkzeugschieber 5 sind in der Weise verschiebbar,
daß jeweils
zwei einander gegenüber
befindliche Werkzeugschieber 5 radial nach innen in Bearbeitungsstellung
verschoben werden, während
die beiden anderen Werkzeugschieber 5 radial nach außen verschoben
werden.
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Die Zahnstangen 15 haben
an ihrem den Werkzeugschiebern 5 zugewandten Ende eine Schrägzahnung 16,
die mit einer Schrägzahnung 18 in
Eingriff steht, die an einer im Körper 10 des Werkzeugkopfes 1 parallel
zum Werkzeugschieber 5 verschiebbar geführten Zahnplatte 17 angeordnet
ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
haben die Zahnstangen 15 einen runden Querschnitt. Damit sich
diese Zahnstangen 15 nicht um ihre Achse verdrehen, sind
an zwei gegenüberliegenden
Seiten Schrägzahnungen 16 angeordnet,
die mit Schrägzahnungen 18 zweier
Zahnplatten 17 in Eingriff stehen. Die beiden Zahnplatten 17 sind
parallel zur Führung
des Werkzeugschiebers 5 in Führungskanälen 20 des Körpers 10 geführt und
sind mit einem aus dem Führungskanal 20 herausragenden
Teil in eine Ausnehmung 19, des Werkzeugschiebers 5 eingesetzt.
Die Zahnplatten 17 können
mit geringem Spiel in die Ausnehmungen 19 eingesetzt werden,
sie können
aber auch spielfrei eingesetzt werden oder auch fest mit dem Werkzeugschieber 5 verbunden
werden.
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Gemäß 3 und 6 gleiten
die Zahnplatten 17 mit ihren planen Rückseiten an den Außenseiten der
Führungskanäle 20.
Die Werkzeugschieber 5 gleiten zwischen den Führungswänden 28 auf
den Schultern 25 und werden durch Führungsleisten 22 in ihrer
Führung
gehalten.
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Wie insbesondere die 3 und 4 zeigen, verbleibt
zwischen den Führungskanälen 20 der Zahnplatten 17 eine
relativ breite Stegwand 21 stehen, welche gemäß 4 die Zahnstange 15 an
den beiden quer zu den mit Schrägzahnungen 16 versehenen
Seiten verlaufenden Seiten führt.
Dadurch werden die Zahnstangen 15 von den Verstellkräften nicht
auf Biegung beansprucht, da sie sich unmittelbar auf die Stegwände 21 abstützen können. Die Stegwände 21 reichen
bis zu der von den Schultern 25 bestimmten Gleitebene des
Werkzeugschiebers 5 und überdecken somit vollständig den
Bereich, in dem die Verstellkräfte
von der Zahnstange 15 auf die Zahnplatten 17 übertragen
werden.
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- 1
- Werkzeugkopf
- 2
- Bearbeitungsachse
- 3
- Spindel
- 4
- Spindelflansch
- 5
- Werkzeugschieber
- 6
- Werkzeughalter
- 7
- Werkzeug
- 8
- Werkzeug
- 10
- Körper des
Werkzeugkopfes
- 11
- radiale
Führung
- 12
- zentraler
Bearbeitungsraum
- 13
- Stellhülse
- 14
- Stellring
- 15
- Zahnstange
- 16
- Schrägzahnung
- 17
- Zahnplatte
- 18
- verschiebbare
Schrägzahnung
- 19
- Ausnehmung
- 20
- Führungskanal
- 21
- Stegwand
- 22
- Führungsleisten
- 23
- Stirnwand
- 24
- Deckel
- 25
- Schulter
zur Führung
des Schiebers 5
- 26
- Schulter
für Führungsleisten
22
- 27
- Ausnehmung
- 28
- Führungswände