Bei der mechanischen Bearbeitung von Rohrenden treten sowohl bei der Außenbearbeitung als auch bei der Innenbearbeitung Schwingungen auf, die sich negativ auf das Bearbeitungsergebnis auswirken können (z.B. sichtbare Rattererscheinungen).
Zielstellung
Vor dem Hintergrund der zu erzielenden optimalen Betriebsfestigkeit und einwandfreien Abdichtung an den Rohrverbindungen bei den zu erwartenden Einsatz- und Umgebungsbedingungen und der sich daraus ableitenden sehr hohen Fertigungsgenauigkeit im Bereich von einem bis fünf Mikrometern sowie der geforderten ausgezeichneten Oberflächenqualität in den Gewindeflanken und insbesondere an den Dichtkonturen, gilt es diese Schwingungen zu vermeiden. Daraus resultierend besteht ein Ziel des Vorhabens in der Entwicklung eines Innendämpfungssystems für die Rohrendenbearbeitung großer Rohre. Dabei wurden im Vorhaben große, dünnwandige Rohre (von 320 mm bis zu 816 mm bei Rohrlängen von bis zu 18 m) in den Fokus gestellt.
Folgende Forderungen standen dabei im Mittelpunkt:
- Die Innendämpfungssysteme werden in das Rohr geschoben und dann gegen dessen Innenwandung verspannt.
- Es dürfen keine Deformationen des Rohres entstehen.
- Die Position des Rohres darf in keiner Richtung verändert werden.
- Die Toleranzen der Innenkontur zur Außenkontur des Rohres müssen bei einer gleichmäßigen Kraftaufteilung ausgeglichen werden.
- Die Position des Innendämpfungssystems darf sich bei der Bearbeitung nicht verändern.
- In Taktstraßen muss ein automatisches Zuführen Spannen, Entspannen und Entnehmen des Innendämpfungssystems garantiert sein.
- Abdichtung des Restrohres gegen Kühlmittel aus dem Bearbeitungsprozess und bei der Entnahme das Entfernen von Restspänen.
- Ein Innendämpfungssystem soll für ein möglichst großes Rohrspektrum geeignet sein.
Im Kooperationsprojekt bearbeiten die Kooperationspartner die nachfolgenden Teilprojekte: ICM Chemnitz: „Entwicklung eines Innendämpfungssystems für die Endenbearbeitung großer Rohre", UNITECH: „Entwicklung eines Rohrzuführsystems für die Endenbearbeitung großer Rohre“
Lösungsansatz
Technologische Voruntersuchungen zur Innendämpfung
Ein wichtiger Aspekt bei der Ermittlung der benötigten Spann- und Haltekräfte ist das damit verbundene elastische Verhalten des Werkstückes. Mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode wurde die elastische Verformung bei einer rotationsförmig angreifenden Spannkraft von 1000 N ermittelt. Ziel ist es, eine maximale Spannkraft, in Abhängigkeit von einer zuvor festgelegten, maximal zulässigen Verformung, zu ermitteln.
Unter Beachtung der Streckgrenze, d.h. dem Versagen des Werkstoffes, kann eine maximal Spannkraft bei 75 % der Streckgrenze des Rohrwerkstoffes ermittelt werden. Mit Hilfe der Hookeschen Geraden ist es möglich, jede beliebige Verformung und die zugehörige Kraft zu ermitteln. Legt man eine max. zulässige Verformung von 15 µm zugrunde, kann die Spannkraft auf 10 kN erhöht werden. Dieses Ergebnis zeigt den besonderen Stellenwert der Rohrwandstärke und der damit verbundenen Kreisringfläche des Rohrquerschnittes. Bei sehr dünnwandigen Rohren gilt es, die Spannkraft auf ein Minimum zu begrenzen, um die Form des Rohres während der mechanischen Bearbeitung so weitgehend zu vermeiden.
Entwicklung von Lösungsvarianten zum verformungsfreien Spannen mit Hilfe des Innendämpfungssystems
Ziel war es, Lösungsvarianten zum Verspannen der Innendämpfungssysteme im Rohr (ohne Beeinflussung der Außenspanneinrichtungen) sowie zum automatischen Einlegen und Entnehmen der Innendämpfungssysteme zu erarbeiten. Im Folgenden sollen zwei Varianten vorgestellt werden.
Ergebnis
Das entwickelte Innendämpfungssystem ist für die deformationsfreie Endenbearbeitung von Großrohren technisch umsetzbar. Das Ergebnis zeigt, dass hinsichtlich der Erarbeitung eines Konzeptes zur Positionierung des Innendämpfungssystems und Integration in die Gesamtmaschine, weiterführende Studien notwendig sind. Dabei ist weiterhin vor allem das Zusammenspiel zwischen hydraulischen, elektrischen sowie elektronischen Bauelementen zu untersuchen, um eine optimale Innendämpfung des Rohres abzusichern.
Die Innovation liegt in der zu erwartenden Zuverlässigkeit des Spannsystems sowie der Applikabilität des Innendämpfungssystems auf ein möglichst großes Rohrspektrum. Es wurde im Rahmen des Vorhabens eine konzeptionelle Lösung der oben beschriebenen technischen Problemstellung aufgezeigt.
