DE19631534A1 - Verfahren und Einrichtung zum kontinuierlichen, spanlosen Zerteilen von rohrförmigen Werkstücken in einzelne, untereinander gleiche Ringe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen, spanlosen Zerteilen von rohrförmigen Werkstücken in einzelne, untereinander gleiche Ringe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein gattungsbildendes Verfahren ist aus der DE-B-44 15 091 bekannt. Bei diesem Verfahren erfolgt das Zerteilen mittels sich drehender und dabei synchron und phasengleich abrollender Profilwalzen mit wendelspiralförmigen Schneiden, wobei das Werkstück sich gegensinnig zu den Profilwalzen dreht und dabei axial vorgeschoben wird. Während des Zerteilens wird das Werkstück durch die Flanken der Schneiden gepreßt und durch die am Werkstückumfang verteilt angeordneten Profilwalzen zentriert. Unterstützend zur Einführung des Werkstückes wird dieses mit einem in Einführungsrichtung wirkenden Vorschub bewegt. Einlaufseitig wird das Werkstück induktiv erwärmt, wobei an der Werkstückoberfläche eine höhere Temperatur als an der Werkstückinnenwand erzeugt wird. Der Vorschub für die Werkstückeinführung ist kinematisch synchron mit der Drehbewegung des Profilwerkzeuges koppelbar und mindestens über eine Profilwalzenlänge wirksam. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der hohe Energiebedarf zum Aufheizen des rohrförmigen Werkstückes.

Ein vergleichbares Verfahren ist in der DE-A-16 02 950 offenbart. Bei diesem Verfahren sind drei Profilwalzen mit gewindeförmigen Profilgängen um das zu bearbeitende rohrförmige Werkstück, im folgenden auch als Rohr oder Rohrmaterial bezeichnet, angeordnet. Diese Profilwalzen sind angetrieben und werden mit den Profilspitzen auf die Rohroberfläche gepreßt. Das Rohrmaterial dreht sich gegensinnig zu den Profilwalzen und wird dabei axial vorgeschoben. Dieses Verfahren ist nicht geeignet zum Zerteilen von Materialien mit hoher Festigkeit bzw. Verformungswiderstand. Es eignet sich nur für dünnwandige Rohre, wobei die Stirnflächen der abgetrennten Ringe ungenau und stark abgerundet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum kontinuierlichen, spanlosen Zerteilen von rohrförmigen Werkstücken in einzelne, untereinander gleiche Ringe anzugeben, das auch bei Werkstücken aus einem Werkstoff mit hohem Verformungswiderstand mit erheblich weniger Energie auskommt im Vergleich zum bekannten Stand der Technik.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind Bestandteil von Unteransprüchen.

Kern der Erfindung ist die für die Trennung von Werkstücken, insbesondere aus Werkstoffen mit hohem Verformungswiderstand, erforderliche Erwärmung lokal auf den Trennbereich zu konzentrieren. Beim bekannten Stand der Technik wurde bisher das gesamte Werkstück vor dem Einlauf in das Profilwerkzeug erwärmt. Das bedeutet hohe Energiekosten und fördert eine nicht gewünschte Wulstausbildung der Randbereiche des abgetrennten Teiles. Die lokale Erwärmung erfolgt vorzugsweise durch einen Laserstrahl, der fokussierbar ist, so daß auf der Oberfläche des Werkstückes nur ein kleiner Brennfleck entsteht. Um den bereits bekannten kontinuierlichen Trennprozeß beibehalten zu können, muß das Strahlbündel synchron mit der Vorschubbewegung des Werkstückes in Längsrichtung des Werkstückes bewegt werden. Vorzugsweise erfolgt die Schwenkbewegung über ein Spiegelsystem, dessen Verstellung mit dem Vorschub für das Werkstück gekoppelt wird. Nachteilig bei der Strahlablenkung ist, daß das Strahlenbündel eine Neigung gegenüber der senkrechten Radialebene des Werkstückes aufweist. Da die Ebenheit der Trennflächen durch diese Winkelabweichung beeinflußt wird, muß deshalb der Grad der Schwenkbewegung in Grenzen gehalten werden. Beim Verhältnis von Ring breite zu Ringaußendurchmesser bis 0,4 wird die maximale Strahlablenkung auf eine Trennbreite begrenzt. Nach Erreichen der Trennbreite wird entweder die Energiequelle für das Strahlenbündel abgeschaltet oder ein rotierendes Spiegelsystem sorgt für eine Ausblendung des Strahlenbündels. Die Rückbewegung in die Ausgangsstellung erfolgt sehr rasch, so daß die weiterlaufende Vorschubbewegung des Werkstückes dagegen vernachlässigbar ist. Die Begrenzung der Strahlablenkung auf vorzugsweise eine Trennbreite kann in der Weise vergrößert werden, indem man in einer weiteren parallel zur ersten liegenden Radialebene einen weiteren Satz von Strahlenbündeln anordnet. Um die Toleranz der abgetrennten Ringe in engen Grenzen zu halten, muß die Schwenkbewegung beider Sätze von Strahlenbündeln exakt synchron verlaufen. Je größer und dickwandiger die zu trennenden Werkstücke sind, um so mehr Erwärmungsleistung ist für das Trennen erforderlich. Dies könnte unter Umständen die Anordnung weiterer Sätze von Strahlquellen erforderlich machen. Für bestimmte Anwendungsfälle hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Leistung der parallel liegenden Sätze von Strahlenquellen unterschiedlich ist bzw. die einzelnen Strahlenquellen mit unterschiedlicher Leistung beaufschlagt werden. Beispielsweise in der Art, daß im Erwärmungsbereich mit größtmöglicher Leistung gefahren wird und in der Schlußphase des Durchtrennens die Leistung abgesenkt wird, da dann der zu erwärmende Restquerschnitt schon geringer ist.

Um die Temperaturverteilung in Umfangsrichtung gesehen zu vergleichmäßigen, wird weiterbildend vorgeschlagen, in einer Radialebene mehrere, vorzugsweise gleich der Anzahl der Profilwalzen, über dem Werkstückumfang verteilt angeordnete Strahlenbündel anzuordnen.

Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, die Energiequelle kurz vor Durchtritt des Trennprofils durch die Wand des rohrförmigen Werkstückes abzuschalten. Die im Restring stark ansteigende Zugspannung, hervorgerufen durch die keilförmige eindringende Profilform des Trennsteges, sorgt dafür, daß der Ring quasi abgesprengt wird. Dieses Absprengen verhindert auch eine Ringwulstausbildung im Austrittsbereich des Trennwerkzeuges.

In der Zeichnung wird anhand eines Ausführungsbeispieles das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Trenneinrichtung

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Teilbereiches der Darstellung in Fig. 1

Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht in bekannter Weise aus drei symmetrisch über den Umfang eines hier zu trennenden Rohres 3 verteilt angeordneten Profilwalzen 1-1′′. Die Mittelpunkte M-M′′ der drei Profilwalzen 1-1′′ weisen den gleichen radialen Abstand zum Mittelpunkt m des Rohres 3 auf. Alle drei Profilwalzen 1-1′′ sind mit wendelspiralförmigen Trennstegen 2-2′′ versehen, die auf der Mantelfläche der jeweiligen Profilwalze 1-1′′ angeordnet sind. Zur lokalen Erwärmung des Trennbereiches ist erfindungsgemäß mindestens eine Strahlenquelle 5 etwas außerhalb des radialen Erstreckungsbereiches der drei Profilwalzen 1-1′ angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei Strahlenquellen 5-5′′ vorgesehen, wobei dies vorzugsweise jeweils ein Hochleistungslaser ist. Das von der jeweiligen Strahlenquelle 5-5′′ ausgehende Strahlenbündel 6-6′′ ist fokussiert auf das Rohr 3 gerichtet, und zwar so, daß es ungehindert im Zwischenraum zwischen zwei benachbart liegenden Profilwalzen 1, 1′ auf die äußere Oberfläche des Rohres 3 auftreffen kann. Der dabei entstehende Brennfleck 7-7′′ ist durch die Fokussierung sehr klein, so daß die Erwärmung des Rohres in einem ganz eng begrenzten Bereich erfolgt. Da das Rohr 3 während des Trennens gegensinnig zu den drei Profilwalzen 1-1′′ rotiert und in diesem Ausführungsbeispiel insgesamt in einer Radialebene drei Strahlenquellen 5-5′′ vorgesehen sind, können die Temperaturunterschiede zwischen dem Bereich Brennfleck 7-7′′ und dem benachbarten Rohrbereichen gering gehalten werden. Die gegensinnige Drehung von Rohr 3 und den Profilwalzen 1-1′′ ist durch Pfeile kenntlich gemacht.

In Fig. 2 ist in einer perspektivischen Darstellung ein Teilbereich der Darstellung in Fig. 1 wiedergegeben. Zur Vereinfachung der Darstellung wurden die beiden weiter unten liegenden Profilwalzen 1′, 1′′ weggelassen, ebenso die beiden anderen in der gleichen Radialebene liegenden Strahlenquellen 5′, 5′′.

Die Darstellung zeigt eine Phase des Prozesses, bei dem der vordere Bereich des Rohres 3 den letzten Gang des wendelspiralförmig ausgebildeten Trennsteges 2 verläßt. In dieser Phase erfolgt ein Stop der weiteren Erwärmung der Trennfuge 8 entweder durch Abschalten der Energiequelle der hier vorn liegenden Strahlenquelle 5 oder durch Ablenkung des Strahlenbündels 6. Das Durchtrennen des Restringsteges ist dann ein Absprengen des Ringes 4 vom Rohr 3.

In der Beschreibung ist bereits erwähnt worden, daß aus Gründen der Qualität der Trennfuge 8 die axiale Ablenkung des Strahlenbündels 6 in Grenzen gehalten werden muß. Anderenfalls wird die Winkelabweichung gegenüber der senkrecht liegenden Radialebene des Rohres 3 zu groß. Um hier Abhilfe zu schaffen, ist versetzt um eine Trennbreite ein weiterer Satz von Strahlenquellen 9 angeordnet, wobei der Einfachheit halber hier nur eine der drei Strahlenquellen dargestellt ist. Die Strahlenbündel 6, 10 der jeweiligen Strahlenquelle 5, 9 werden synchron mit der Vorschubbewegung 11 des Rohres 3 mitbewegt. Erreicht nun das vornliegende Strahlenbündel seine Endstellung, dann erfolgt entweder ein Abschalten der Energiequelle oder ein Ablenken des Strahlenbündels 6. Die Rückbewegung beider Strahlenbündel 6, 10 in die Ausgangsstellung muß rasch erfolgen, damit der sich ergebende Versatz Vernachlässigbar klein ist. Der rechnerisch sich ergebende Versatz kommt dadurch zustande, daß in der Zeit der Rückbewegung des Strahlenbündels 6, 10 in die Ausgangsstellung das Rohr 3 weiterbewegt wird. Im Regelfall wird man auf eine zusätzliche Steuerung zur exakten Eliminierung des Versatzes verzichten können, da mittels eines rotierenden Spiegelsystems die Geschwindigkeit der Rückbewegung um ein Vielfaches höher ist als der Vorschubes des Rohres 3.

Claims (14)

1. Verfahren zum kontinuierlichen, spanlosen Zerteilen von rohrförmigen Werkstücken in einzelne, untereinander gleiche Ringe mittels sich drehender und dabei synchron und phasengleich abrollender am Werkstückumfang abstandsgleich zur Werkstückachse anliegender Profilwalzen mit wendelspiralförmigen Schneiden, wobei das Werkstück sich gegensinnig zu den Profilwalzen dreht und dabei axial vorgeschoben wird und wobei das Werkstück durch die Flanken der Schneiden und die Oberfläche des Werkstückes vom Walzengrund gepreßt und das Werkstück durch die am Werkstückumfang verteilt angeordneten Profilwalzen zentrierend abgestützt wird und unterstützend zur Einführung des Werkstückes dieses mit einem in Einführungsrichtung wirkenden Vorschub bewegt wird, wobei der Vorschub für die Werkstückeinführung kinematisch synchron mit der Drehbewegung des Profilwerkzeuges koppelbar und über mindestens eine Profilwalzenlänge wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor dem Eindringen des Trennprofilganges in das Werkstück dieses lokal im Trennbereich erwärmt und synchron mit dem Vorschub des Werkstückes die Energiequelle für die Erwärmung mitbewegt wird und nach Ablauf einer festgelegten Wegstrecke die Erwärmung gestoppt und die Energiequelle in die Ausgangsposition zurückbewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß fokussiert auf den Trennbereich ein Strahlenbündel einer hochenergetischen Strahlung gerichtet ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Radialebene mehrere Strahlenbündel auf den Trennbereich gerichtet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß versetzt in einer weiteren Radialebene wenigstens ein Strahlenbündel auf den Trennbereich gerichtet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in verschiedenen Radialebenen angeordneten Strahlenbündel mit einer unterschiedlichen Leistung angesteuert werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Verhältnis von Ringbreite zu Ringaußendurchmesser im Bereich bis 0,4 die maximale Mitbewegung des Strahlenbündels einer Trennbreite entspricht.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen des Endes der festgelegten maximalen Schwenkbewegung für das Strahlenbündel die Energiequelle für das jeweilige Strahlenbündel abgeschaltet wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen des Endes der festgelegten maximalen Schwenkbewegung für das Strahlenbündel das jeweilige Strahlenbündel ausgeblendet wird.

9. Einrichtung zum kontinuierlichen, spanlosen Zerteilen von rohrförmigen Werkstücken in einzelne, untereinander gleiche Ringe mit mindestens zwei um das zu trennende Werkstück angeordneten gleichsinnig synchron angetriebenen Profilwalzen mit wendelförmigen Schneiden, wobei das Profil im Profilgrund der Walzen parallel zur Walzenachse ist und jede Profilwalze vom Anfang zum Ende eine kontinuierliche Zunahme des Profildurchmessers aufweist und die Profilwalzen am Werkstückumfang abstandsgleich zur Werkstückachse anliegen und das Werkstück zentrierend abstützen und mit einer Vorschubeinrichtung zur Werkstückeinführung, die kinematisch mit der Drehbewegung der Profilwalzen koppelbar ist zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand zum radialen Erstreckungsbereich der Profilwalzen (1-1′′) mindestens eine Strahlenquelle (5-5′′, 9) zur Aussendung eines hochenergetischen Strahlenbündels (6-6′′, 10) so angeordnet ist, daß das Strahlenbündel (6) ungehindert durch den Zwischenraum zwischen zwei benachbart liegenden Profilwalzen (1, 1′) auf die Werkstückoberfläche trifft und ein Mittel zur Schwenkbewegung des Strahlenbündels (6-6′′, 10) in Längsrichtung des Werkstückes (3) vorgesehen ist, wobei die Schwenkbewegung mit der Vorschubbewegung (11) des Werkstückes (3) synchron gekoppelt ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Radialebene mehrere über dem Werkstückumfang verteilt angeordnete Strahlenquellen (5-5′′) vorgesehen sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der in einer Radialebene angeordneten Strahlenquellen (5-5′′) gleich der Anzahl der Profilwalzen (1-1′′) entspricht.

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß um eine Trennbreite versetzt ein weiterer Satz von Strahlenquellen (9) angeordnet ist, deren Schwenkbewegung mit den benachbart liegenden Strahlenquellen (5-5′′) gekoppelt ist.

13. Einrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung über ein Spiegelsystem erfolgt.

14. Einrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerungselement für die Schwenk- und die beschleunigte Rückbewegung des Strahlenbündels (6-6′′, 10) in die Ausgangsstellung vorgesehen ist.