DE3532648C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Innen­ spannen und Zentrieren hohlzylindrischer Teile, ins­ besondere Rohre, mit einer in das Rohrende einführbaren Achse, mit mindestens drei gleichmäßig auf dem Umfang der Achse verteilt angeordneten, mit der Achse starr verbundenen ersten Gelenken für radial nach außen schwenkbare erste Gelenkhebel und mit einem auf der Achse axial verschiebbaren Ring, an dem nach außen schwenkbare, in Anzahl und Anordnung den ersten Gelenk­ hebeln entsprechende zweite Gelenkhebel in zweiten Ge­ lenken angelenkt sind, wobei jeweils ein erster Gelenk­ hebel mit einem zweiten Gelenkhebel des Ringes über ein drittes Gelenk verbunden ist und ein Gelenkpaar bildet, das bei Bewegung des Ringes in Richtung auf die ersten Gelenke radial nach außen bewegbar ist.

Aus dem DE-GM 18 35 267 ist eine Vorrichtung zum Innen­ spannen von Rohren als Teil einer Vorrichtung zum Ab­ drehen der Enden von Rohren bekannt, bei der durch axiales Zusammendrücken von auf einer Längshülse an­ geordneten Naben drei radial verteilte Gruppen Sche­ renglieder bis in Anlage gegen die Innenwandung des Rohres auseinanderspreizbar sind. An dem Ende der Längshülse, das aus dem Rohr heraussteht, ist die Nabe fest angebracht, während die Nabe an dem im Rohr be­ findlichen Ende der Längshülse vor- und zurückschraub­ bar ist. Drei Paare Scherenglieder sind an Naben ange­ lenkt und weisen auf der Mitte ihrer Länge ein weiteres Gelenk auf, so daß die Scherenglieder beim Zusammen­ bewegen der Naben scherenartig auswärts gespreizt wer­ den. Dabei ergeben sich für jedes Paar Scherenglieder zwei Kontaktstellen mit der Innenwandung des Rohres, also insgesamt sechs Kontaktstellen. Dadurch, daß sich die Gelenkstellen auf der Mitte der Länge der Scheren­ glieder befinden, sind die Hebelarme beiderseits dieser Gelenkstellen gleich lang, so daß die an den Kontakt­ stellen der freien Enden der Scherenglieder auftreten­ den Kräfte im Verhältnis 1 : 1 auf die Gelenke an den Naben übertragen werden.

Eine derartige Vorrichtung hat den Nachteil, daß die auf die verschiebbare Nabe übertragene Kraft eine im Verhältnis zu dieser Kraft geringe Spannkraft der Scherenglieder gegen die Innenwandung erzeugt. Außerdem verteilt sich die Spannkraft auf insgesamt sechs Kon­ taktstellen, so daß sich eine relativ geringe Anpreß­ kraft an den Kontaktstellen ergibt. Die Einspannung ist bei insgesamt sechs Kontaktstellen, die in zwei senk­ recht zur Rohrachse mit Abstand voneinander verlaufen­ den Kontaktebenen angeordnet sind, statisch über­ bestimmt. Ein Kippen der Einspannung ist dabei nicht ausgeschlossen, wenn die maßgeblichen Kontaktstellen in verschiedenen Kontaktebenen liegen, wobei das Rohr dann außerdem nicht einwandfrei zentriert sein kann. Bei einem mit hohen Drehzahlen rotierenden Rohr entstehen infolgedessen hohe dynamische Unwuchtkräfte, die auf­ grund der Hebelverhältnisse derartig hohe Kräfte auf die verschiebbare Nabe ausüben, daß sich diese letztlich löst. Eine derartige Vorrichtung ist folglich nur bei stillstehendem Werkstück und rotierendem Werkzeug zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zum Innenspannen von Rohren zu schaffen, die eine hohe Spannkraft bei exakter Zentrierung ermöglicht und die in einem rotierenden Werkstück eingesetzt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorge­ sehen, daß jeweils einer der Gelenkhebel, die ein Ge­ lenkpaar bilden, an seinem freien Ende nach außen abge­ kröpft ist und daß das dritte Gelenk an dem freien Ende des einen Gelenkhebels bzw. wenig unterhalb der Ab­ kröpfung des anderen Gelenkhebels angeordnet ist.

Die Abkröpfung an dem freien Ende des einen Gelenkhebels des Gelenkpaares ermöglicht die Übertragung einer sehr hohen Spannkraft auf die innere Oberfläche des zu bear­ beitenden Rohres. Die insgesamt durch das axiale Ver­ schieben des beweglichen Rings aufgebrachte Spannkraft wird durch das Hebelverhältnis zwischen der Abkröpfung und dem restlichen Hebelteil auf ein Vielfaches ver­ stärkt und auf lediglich drei Kontaktstellen verteilt, die eine hohe Flächenpressung ausüben, und die damit einen sicheren Halt der Vorrichtung im Rohr, ein siche­ res Einspannen und ein statisch bestimmtes Zentrieren des Rohres gewährleisten. Dies ermöglicht in vorteil­ hafter Weise den Einsatz bei schnell rotierenden Werk­ stücken.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das aus dem Rohrende herausragende Ende der Achse in einer hohlzylindrischen Halterung gelagert ist, die einen Einsatzkonus für einen Reitstock aufweist. Rohre, wie beispielsweise Kunststoffrohre, können bekanntlich auf gebräuchlichen Drehmaschinen spanabhebend bearbeitet werden. Hierzu werden die Rohre mit ihrem einen Ende in die angetriebene Spanneinrichtung, wie beispielsweise ein Backenfutter, eingespannt und an ihrem freien Ende von der Spitze des Reitstocks zentrisch geführt. Dazu muß der größte Durchmesser der Spitze des Reitstocks größer sein als die lichte Weite des zu bearbeitenden Rohres. Da das zu bearbeitende Rohr mit dem inneren Rand seiner Stirnfläche auf dem Kegelmantel der Spitze des Reitstocks aufliegt, kann diese Stirnfläche span­ abhebend nicht bearbeitet bzw. plangedreht werden, ohne daß die Gefahr der Beschädigung der Spitze des Reit­ stocks und des spanabhebenden Werkzeugs besteht. Er­ findungsgemäß wird verhindert, daß das zu bearbeitende und in eine Drehmaschine eingespannte Rohr an seinem freien Ende schlägt, wobei die Stirnfläche des Rohres frei­ liegt. Die freiliegende Stirnfläche des Rohres kann somit ohne Gefahr für Maschinenteile und Werkzeuges plangedreht werden.

Eine Weiterbildung sieht vor, daß die ersten Gelenke an dem in das Rohr eingeführten Achsenende angeordnet sind. Auf diese Weise ist der verschiebbare Ring außer­ halb des Rohres zugänglich, so daß die erforderliche Spannkraft gegebenenfalls auch unter Zuhilfenahme von Werkzeug aufgebracht werden kann.

Der verschiebbare Ring weist eine Arretiervorrichtung auf, die ein Lockern der Einspannung selbst bei hohen Drehzahlen des Rohres ausschließt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, daß die Arretiervorrichtung eine Spann- und Kontereinrichtung aufweist. Die Spanneinrichtung ermöglicht das Über­ tragen einer hohen Spannkraft auf die Gelenkhebel, wo­ bei die Kontereinrichtung verhindert, daß diese Spann­ kraft nachläßt.

Es ist ferner vorgesehen, daß der Ring auf seiner inne­ ren Umfangsfläche einen achsparallelen Steg aufweist, der in eine Nut in der Achse eingreift. Der Steg in der Nut der Achse verhindert, daß der verschiebbare Ring eine relative Drehbewegung in bezug auf die Achse aus­ führt, wodurch ein Verwinden der Gelenkhebel zuver­ lässig vermieden wird.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Innenspannen und Zen­ trieren für hohlzylindrische Teile an der Reitstockseite von Drehmaschinen und

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 dient zum Innen­ spannen und Zentrieren des freien Endes 2 eines in einer Drehmaschine eingespannten, nur strichpunktiert ein­ gezeichneten Rohres 3. Die Vorrichtung 1 weist eine zentrale, im Querschnitt runde Achse 4 auf, die mit ihrem einen Ende 5 in das Rohrende 2 eingeführt ist, und mit ihrem anderen Ende 6 in einer hohlzylindrischen Halterung 7 gelagert ist. Die hohlzylindrische Halte­ rung 7 weist einen Einsatzkonus 8 für den Reitstock der Drehmaschine auf und wird anstelle einer üblichen Zentrier­ spitze in den Reitstock eingesetzt. Auf der dem Ein­ satzkonus 8 entgegengesetzten Seite der Halterung 7 ist eine zentrale abgestufte Bohrung 9 vorgesehen, in die eine Lagerung 10, z. B. ein Nadellager, für das Achsen­ ende 6 eingefügt ist. Zur Abstützung axialer Achsen­ kräfte kann zusätzlich noch ein Axiallager 11 an der Stirnseite des Achsenendes 6 vorgesehen sein.

An dem in das Rohrende 2 eingeführten Achsenende 5 ist einstückig mit der Achse ein Ringflansch 12 vorgesehen, von dem unter einem Winkel von 120° drei Stege 13 radial und parallel zur Achse 4 abstehen, die jeweils ein erstes Gelenk 17 für je einen ersten Gelenkhebel 14 aufnehmen.

Die zweiten Gelenkhebel 15 sind mit gleichem radialen Abstand von der Achse 4 an einem auf der Achse axial verschiebbaren Ring 16 angelenkt. Der verschiebbare Ring 16 weist wie der Ringflansch 12 drei unter einem Winkel von 120° radial abstehende, zur Achse 4 parallele Stege 20 zur Aufnahme jeweils eines zweiten Gelenkes 18 auf. Jeder erste Gelenkhebel 14 mündet an beiden Enden in Gelenkgabeln. An seinem einen Ende umgreift die eine Gelenkhabel einen Steg 13 zur Bildung je eines ersten Gelenkes 17. Andererseits umfaßt die Gelenkgabel an dem anderen Ende zur Bildung eines dritten Gelenkes 19 den entsprechenden zweiten Gelenkhebel 15 an seinem freien Ende. Jedes Gelenk 19 verbindet dabei die im wesent­ lichen gleichlangen Gelenkhebel 14, 15 in gleichem Ab­ stand von den Gelenken 17, 18 zu insgesamt drei Gelenk­ paaren. Jeder zweite Gelenkhebel 15 ist an dem der Ab­ kröpfung 21 abgewandten Ende zum jeweiligen Übergreifen je eines Steges 20 und zur Bildung je eines Gelenkes 18 ebenfalls gabelförmig gestaltet.

Beim axialen Verschieben des Ringes 16 in Richtung auf den Ringflansch 12 werden die Gelenkpaare nach außen gespreizt, wodurch das Rohrende 2 eingespannt und zen­ triert wird. Die Gelenkhebel 15 sind über das Gelenk 19 hinaus mit einer kurzen Abkröpfung 21 verlängert, die unter einen Winkel von ca. 120° nach außen von dem Gelenk­ hebel 15 absteht. Diese kurze Abkröpfung überträgt die axial auf den verschiebbaren Ring 16 aufgebrachte Kraft mit dem Hebelverhältnis der Hebellänge des Gelenkhebels 15 zur Länge der Abkröpfung 21 auf die Rohrinnenwand, so daß aufgrund der Hebelwirkung eine zuverlässige und sichere Dreipunkteinspannung des Rohrendes erfolgt, die auch den Einsatz in rotierenden Werkstücken ermöglicht. Die gesamte Vorrichtung 1 ist aus diesem Grunde auch rotationssymmetrisch ausgebildet, damit sich drehende Teile ohne Unwucht eingespannt werden können.

Der verschiebbare Ring 16 wird von einer Arretier­ vorrichtung 22 in seiner das Rohrende 2 einspannenden Lage gehalten. Die Arretiervorrichtung 22 besteht aus einem zylindrischen auf der Achse 4 verschiebbaren Teil mit einem Ringflansch, der an einer Stelle eine radiale Gewindebohrung 23 für einen Gewindestift 24 aufweist. Nach dem ersten Verspannen des verschiebbaren Rings bis zur Anlage der ingesamt drei Abkröpfungen 21 durch Gegendrücken der Arretiervorrichtung 22 gegen den ver­ schiebbaren Ring 16 in Richtung auf den Ringflansch 12 wird der Gewindestift 24 eingeschraubt und fest gegen die Achse 4 zum Feststellen der Arretiervorrichtung 22 geschraubt.

Der von dem Ringflansch der Arretiervorrichtung 22 in Richtung auf den Ringflansch 12 abstehende zylindrische Teil der Arretiervorrichtung 22 weist ein Außengewinde 25 auf, auf dem eine Spann- sowie eine Kontermutter 26, 27 durch Schrauben axial verschoben werden können. Nachdem die Arretiervorrichtung 22 durch den Gewinde­ stift 24 festgestellt ist, kann die Spannmutter 26 mit einem geeigneten Werkzeug, z. B. einem Schraubenschlüs­ sel, in Richtung auf den verschiebbaren Ring 16 ge­ schraubt werden, um den Ring 16 in axialer Richtung zu verspannen und dadurch die Einspannkraft an den Ab­ kröpfungen 21 zu erhöhen. Die Kontermutter 27 dient anschließend dazu, die Stellung der Spannmutter 26 zu sichern, damit sie sich selbst bei hohen Drehzahlen nicht lösen kann.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann die Achse 4 eine axial verlaufende Nut 28 auf ihrem Umfang aufweisen, in die ein der Nut 28 im wesentlichen entsprechender achs­ paralleler Steg 29 des verschiebbaren Rings 16 ein­ greift, der radial nach innen von dem Ring 16 absteht. Dieser Steg 29 stellt eine Verdrehsicherung für den verschiebbaren Ring 16 dar und verhindert eine Torsion der Gelenkpaare 14, 15.

Die Vorrichtung 1 wird mit dem Einsatzkonus 8 in dem Reitstock einer Drehmaschine befestigt und anschließend durch Verschieben des Reitstocks in das freie Ende 2 eines Rohres 3 so hineingefahren, daß die Gelenkhebel 14, 15 sich in einem Abstand von der Stirnfläche des Rohrendes 2 mit den Abkröpfungen 21 an die Innenfläche des Rohres 3 anlegen können. An seinem anderen Ende ist dieses Rohr 3 in die angetriebene Spanneinrichtung der Drehmaschine eingespannt. Durch Lösen des Gewindestiftes 24 von der Achse 4 kann die Arretiervorrichtung 22 zu­ sammen mit dem verschiebbaren Ring 16 soweit in Rich­ tung auf den Ringflansch 12 verschoben werden, daß die Abkröpfungen 21 an den freien Enden der Gelenkhebel 15 an der Innenfläche des Rohres 3 anliegen. Anschließend wird der Gewindestift 24 gegen die Achse 4 festge­ schraubt. Danach wird die Spannmutter 26, die mit ihrer Stirnfläche gegen den verschiebbaren Ring 16 drückt, verspannt und mit der Kontermutter 27 gesichert.

Nunmehr kann das Rohr 3 durch die angetriebene Dreh­ maschinen-Einspannung, in die das eine Ende des Rohres 3 eingespannt ist, in Rotation versetzt werden. Dabei rotiert auch die Vorrichtung 1 in den Lagern 10, 11 der hohlzylindrischen Halterung 7.

Die Vorrichtung 1 ermöglicht somit, daß das zu be­ arbeitende und eingespannte Rohr 3 an seinem freien Ende nicht schlägt und daß die Stirnseite des Rohres 3 ohne Gefahr für Maschinenteile und Werkzeuge plan­ gedreht werden kann.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Innenspannen und Zentrieren hohlzylindrischer Teile, insbesondere Rohre, mit einer in das Rohrende einführbaren Achse mit min­ destens drei gleichmäßig auf dem Umfang der Achse verteilt angeordneten, mit der Achse starr ver­ bundenen ersten Gelenken für radial nach außen schwenkbare erste Gelenkhebel und mit einem auf der Achse axial verschiebbaren Ring, an dem nach außen schwenkbare, in Anzahl und Anordnung den ersten Gelenkhebeln entsprechende zweite Gelenk­ hebel in zweiten Gelenken angelenkt sind, wobei jeweils ein erster Gelenkhebel mit einem zweiten Gelenkhebel des Ringes über ein drittes Gelenk verbunden ist und ein Gelenkpaar bildet, das bei Bewegung des Ringes in Richtung auf die ersten Gelenke radial nach außen bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einer der Gelenkhebel (15), die ein Gelenkpaar bilden, an seinem freien Ende nach außen abgekröpft ist und daß das dritte Gelenk (19) an dem freien Ende des Gelenkhebels (14) bzw. wenig unterhalb der Abkröpfung (21) des anderen Gelenk­ hebels (15) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das aus dem Rohrende (2) heraus­ ragende Ende (6) der Achse (4) drehbar gelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (6) der Achse (4) in einer hohlzylin­ drischen Halterung (7) gelagert ist, die einen Einsatz­ konus (8) für einen Reitstock aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Gelenke (17) an dem in das Rohr (3) eingeführten Achsenende (5) angeord­ net sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Arretiervorrichtung (22) zum Feststellen des verschieb­ baren Rings (16) in seiner das Rohrende (2) einspannen­ den Lage.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiervorrichtung (22) eine Spann- und Kontereinrichtung (26, 27) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ring (16) auf seiner inneren Umfangsfläche einen achsparallelen Steg (29) aufweist, der in eine achsparallele Nut (28) in der Achse (4) eingreift.