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Die Erfindung bezieht sich auf einen Zentrierzapfen zur Zentrierung eines Werkzeuges in einer Bohrung eines von dem Werkzeug zu bearbeitenden Werkstückes.

15 Das bevorzugte, wenngleich nicht einzig mögliche An¬ wendungsgebiet der Erfindung ist die Zentrierung eines Schweißkopfes in einem mit einer Platte oder der¬ gleichen zu verschweißenden Rohr.

20 Derartige Zentrierzapfen, die mit ihrem einen Ende mit dem zu zentrierenden Werkzeug verbunden sind, weisen im allgemeinen an ihrem freien Zapfenende einen Kugel¬ käfig auf, in welchem eine Mehrzahl von am Zapfenum¬ fang verteilt angeordneten Zentrierkugeln gehalten

25 sind, die aus ihrer Betriebslage, in welcher sie über den Umfang des Käfigmantels hinausragen, radial nach innen verstellbar sind.

Die radiale Verstellbarkeit der Zentrierkugeln ist ins-

30 . besondere bei einem Anwendungsfall vorteilhaft, bei welchem der Zentrierzapfen zur Zentrierung eines

Schweißkopfes dient, mit welchem ein bündig mit einer

Platte abschließendes Rohr an seiner Stirnfläche über eine Überfangsnaht mit der Platte verschweißt werden ό5 soll , wie beispielsweise zum Verschweißen einer Rohr¬ platte eines Rohrbündelwärmetauschers mit dessen

Rohren erforderlich ist. Hierbei ist es nämlich mög¬ lich, daß beispielsweise durch in das Rohrende ein¬ tretendes Schweißmaterial am Innenumfang des Rohres wulstartige Vorsprünge entstehen, durch welche ein Herausziehen des Zentrierzapfens aus dem Rohr ver¬ hindert wird, wenn die Zentrierkugeln nicht radial verstellbar sind. Bei bekannten derartigen Zentrier¬ zapfen sind die Zentrierkugeln in dem Kugelkäfig auf radial inneren Federn abgestützt, so daß sie radial nach innen federnd ausweichen können. Hierdurch wird jedoch eine ^' gute Zentrierung mit dem Zentrierzapfen beeinträchtigt, insbesondere wenn das Werkzeug- mittels den Zentrierkugeln mit dem Zentrierzapfen um dessen • Achse drehbar in dem Rohr zentriert sein soll, weil durch die radial federnde Abstützung der Zentrier¬ kugeln diese auch während des Bearbeitungsvorganges, selbst bei verhältnismäßig großen Federkräften, radial ausweichen können.

Durch die Erfindung wird ein Zentrierzapfen der vor¬ liegenden Art derart ausgebildet, daß mit einfachen Mitteln die Zentrierkugeln in ihrer zentrierenden Be¬ triebslage radial nach innen unnachgiebig abgestützt sind, jedoch für das Herausziehen des Zapfens aus der Werkstückbohrung radial nach innen verstellbar sind. -

Durch die Erfindung sind die Zentrierkugeln in ihrer Betriebslage an dem Zylinderabschnitt eines zwischen sie eingreifenden Domes radial nach innen unnach¬ giebig abgestützt, so daß eine entsprechend gute Zentriergenauigkeit auch dann gewährleistet ist, wenn die Zentrier ugeln während der Bearbeitung des Werk¬ stückes um die Zapfenachse kreisen. Für das Heraus¬ ziehen des Zentrierzapfens aus der Werkstuekbohrung hingegen ist eine axiale Relativverstellung zwischen den Zentrierkugeln und dem zwischen sie eingreifenden

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Dorn gegen Federkraft möglich, so daß in einem Fall, in welchem die Zentrierkugeln beim Herausziehen des Zapfens gegen ein Hindernis anstoßen, der Dorn mit seinem Zylinderabschnitt zwischen den Zentrierkugeln herausgezogen wird, so daß die Zentrierkugeln auf den Konusabschnitt gelangen, der ihre Radiälverstellung zur Überwindung des Hindernisses zuläßt.

Die hier verwendeten Begriffe "radial" und "axial" be- ziehen sich jeweils auf den Zentrierzapfen.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung können die Zentrierkugeln in Axialführungen des Käfigmantels, die sich bis über den Konusabschnitt des Dorns erstrecken, gegen die Kraft der beispielsweise an einem Lagerring der Zentrierkugeln einerseits und an dem am freien Zapfenende gelegenen Ende des Käfigmantels anderer¬ seits abgestützten Feder axial verschiebbar geführt sein. Wenn daher beim Herausziehen des Zentrierzapfens aus der Werkstückbohrung die Zentrier ugeln mit ihrem aus dem Kugelkäfig herausragenden Teil gegen ein Hindernis anstoßen, können sie unter der Zugkraft, mit welcher der Dorn aus der Werkstüσkbohrung herausge¬ zogen wird, in den Axialführungen des Käfigmantels axial ausweichen, bis sie auf den Konusabschnitt des Dorns rollen und dort radial nach innen ausweichen können. Bei dieser Ausführungsform kann daher der Käfigmantel gegenüber dem Dorn axial unverstellbar an dem Zentrierzapfen gehalten sein.

Da jedoch die Kugelfläche der Zentrierkugeln an deren aus dem Kugelkäfig radial herausragenden Teil in über¬ spitzem Winkel zur Zapfenachse geneigt verläuft, kann der Fall auftreten, daß die Zentrierkugeln beim Auf- treffen auf einen das Herausziehen des Dorns ver¬ hindernden Wulst an diesem verklemmen, so daß sie dann

nicht mehr auf den Konusabschnitt des Dorns ver¬ schoben werden können. Zur Beseitigung eines der¬ artigen Nachteils ist es möglich, den Zentrierzapfen mit dem Werkzeug leicht lösbar zu verbinden oder an seinem außerhalb der WerkStückbohrung gelegenen Teil nach Lösen einer entsprechenden Verriegelungseinrich- rung teilbar zu gestalten, so daß das Werkzeug im gegebenen Fall von dem in der Werkstückbohrung sitzenden Teil des Zentrierzapfens gelöst werden kann und das Hindernis gegen das vollständige Herausziehen des Zentrierzapfens aus der Werkstückbohrung beispiels¬ weise durch Ausdrehen des Bohrungsendes beseitigt wer¬ den kann.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Ausführungs¬ form der Erfindung, bei welcher die Zentrierkugeln gegen die Federkraft in Axialführungen des Käfig¬ mantels axial verstellbar sind, ist jedoch eine zu¬ sätzliche Möglichkeit vorgesehen, durch welche der Dorn mit seinem Zylinderabschnitt unter einer ent¬ sprechend großen Axialkraft zwischen den Zentrier¬ kugeln herausziehbar ist, wenn diese sich an einem entsprechenden Hindernis verklemmt haben. Hierzu kön¬ nen der Dorn und der Käfigmantel entgegen der Axial- kraft einer zwischen sie eingesetzten, nach Überwin¬ dung dieser Axialkraft nachgiebigen AbstützVorrich¬ tung relativ zueinander axial verstellbar sein, so daß der Dorn zu der dem freien Zapfenende abgewendeten Ende des Käfigmantels hin gegenüber diesem und damit den verklemmten Zentrierkugeln axial verschoben wer¬ den kann, bis sein Konusabschnitt zwischen die Zentrierkugeln gelangt. Diese Abstützvorrichtung kann beispielsweise eine den Käfigmantel mit dem Dorn normalerweise axial fest verbindende, bei Überwindung einer vorgegebenen Kraft jedoch zerbrechende Scher¬ scheibe oder ein Scherstift sein. Es ist jedoch auch

möglich, diese Abstützvorrichtung als Feder auszu¬ bilden, die zwischen Dorn und Käfigmantel axial wirkend eingesetzt ist.

In einer zweiten, vorteilhaften Ausgestaltung der Er- • findung sind der Dorn und der Käfigmantel, in welchem die Zentrierkugeln axial lagefest gehalten sind, gegen die Kraft der zwischen sie eingesetzten Feder in Rich¬ tung axial voneinander weg verstellbar. Bei dieser Ausfü rungsform sind daher der Käfigmantel und der

Dorn von vorneherein gegen die Federkraft axial gegen¬ einander verstellbar, so daß die Zentrierkugeln im Käfigmantel axial zu diesem lagefest gelagert sein können und die Axialführungen der ersten Ausführungs- form nicht mehr erforderlich sind. Bei der zweiten Aus¬ führungsform wirkt die Feder über den Käfigmantel auch auf die Zentrierkugeln, während sie gleichzeitig eine Axialverstellung von Dorn und Käfigmantel zuläßt, so daß sie zusätzlich auch die Wirkung der vorstehend für die erste Ausführungsform erläuterten Abstützvor¬ richtung übernimmt.

Diese zweite Ausführungsform der Erfindung ermöglicht es außerdem, anstelle einer Umfangsreihe Zentrier¬ kugeln zwei oder mehr axial im Abstand voneinander angeordnete ü fangsreihen Zentrierkugeln vorzusehen und entsprechend dem erfindungsgemäßen Prinzip in ihrer Betriebslage radial unnachgiebig, für das Heraus¬ ziehen des Zentrierzapfens jedoch radial verstellbar abzustützen. In bevorzugter Ausgestaltung dieser zweiten Ausführungsform weist daher der Dorn eine der Anzahl der ümfangsreihen Zentrierkugeln entsprechende Mehrzahl von axial aufeinanderfolgenden Zylinderab¬ schnitten und Konusabschnitten auf, die jeweils mit einer der ümfangsreihen Zentrierkugeln zusammenwirken, während der Käfigmantel mit dem Dorn weiterhin gegen

die Kraft der Feder axial verstellbar ist. Jedesmal wenn daher eine der Zentrierkugelreihen beim Heraus¬ ziehen des Zentrierzapfens aus der Werkstückbohrung auf ein Hindernis auftrifft, kann daher der mit dieser Kugelreihe zusammenwirkende Zylinderabschnitt zwischen ihnen herausgezogen werden, so daß sie auf den zuge¬ ordneten Konusabschnitt gelangen, der ihre Radialver¬ stellung zur Überwindung des Hindernisses gestattet.

Für beide der oben erläuterten Ausführungsformen der Erfindung wird es bevorzugt, den Käfigmantel um die Dornachse drehbar zu lagern.

Die Erfindung wird anhand beispielhafter Ausführungs- formen erläutert, die in ihren Einzelheiten aus der Zeichnung ersichtlich sind. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 im Axialschnitt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zentrierzapfens in seiner Betriebslage in einem mit einer

Platte zu verschweißenden Rohr,

Fig.2 eine gegenüber der in Fig. 1 weiterge¬ bildete Ausführungsform,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungs¬ gemäßen Zentrierzapfens mit in nur einer Um- fangsreihe angeordneten Zentrierkugeln, und

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform mit zwei axial im Abstand voneinander angeordneten Zentrier¬ kugelreihen.

Die aus der Zeichnung ersichtlichen Zentrierzapfen dienen, wie es aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, zum Zentrieren eines nicht gezeigten Schweißkopfes

in einem eine Platte 1 durchsetzenden Rohr 2 für des¬ sen Verschweißen mit der Platte 1 entlang einer Stirn¬ schweißnaht 13, die zwischen dem Außenumfang des bündig mit der Platte 1 abschließenden Rohres 2 und dem Innenumfang der das Rohr in der Platte 1 aufnehmenden Bohrung derselben verlaufen soll. Zur Zentrierung des Schweißkopfes während des Schweißvorganges ragt an der Brennerseite des Schweißkopfes ein Zentrierzapfen vor, der in seinen Abmessungen an den Innenumfang des Rohres 2 angepaßt ist, so daß er in dieses zentrierend eingesteckt werden kann.

Bei der Ausführungsform aus Fig. 1 weist der Zentrier- zapfen _^ an seinem freien Zapfenende einen auf einem Dorn 7 drehbar gelagerten Kugelkäfig 3 für darin dreh¬ bar gelagerte Zentrierkugeln 4 auf, die entlang einer Umfangslinie des als Zylinderhülse ausgebildeten Käfigmantels 5 des Kugelkäfigs 3 am Umfang des Käfig¬ mantels 5 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Zentrierkugeln 4 sind in einem am Innenumfang des

Käfigmantels 5 axial gleitend verschiebbaren Lager¬ ring 16 gehalten, an dessen dem freien Zapfenende zu¬ gewendeten Stirnseite eine als Schraubenfeder ausge¬ bildete, axial wirkende Feder 9 angreift, die anderer- seits an einem in den Käfigmantel 5 eingeschraubten

Stirndeckel 14 abgestützt ist. Der Käfigmantel 5 weist schlitzförmige Axialführungen 10 für die Zentrier¬ kugeln 4 auf, wobei die Schlitzflanken und die Schlitz¬ enden mit sich zur Zapfenachse hin öffnendem Kegel¬ winkel abgeschrägt sind, so daß die Zentrierkugeln 4 gegen ihr Heraustreten aus dem Käfigmantel 5 in Rich¬ tung radial nach außen gehalten sind, radial nach in¬ nen jedoch gegenüber den Radialführungen 10 wie auch den Kugelring 16 verlagerbar sind. In der in Fig. 1 ge¬ zeigten Betriebslage sind die Zentrierkugeln 4 an dem dem freien Zapfenende abgewendeten Ende der Axial-

^• _j führung 10 gehalten und liegen fort am Umfang eines zwischen sie eingreifenden. Zylinderabschnittes 6 des Dornes 7 gleitend auf, so daß sie in ihrer Be¬ triebslage radial nach innen abgestützt sind. Zum c freien Zapfenende hin schließt an den Z linderabschnitt ^' 6 ein sich von diesem aus verjüngender Konusabschnitt 8 an, der sich an seinem freien Ende in einen Sσhraub- zapfen fortsetzt, der den Stirndeckel 14 durchsetzt und auf den außen eine Mutter 15 zur axialen Festlegung I _Q des Käfigmantels 5 auf dem Dorn 7 aufgeschraubt ist. Der Käfigmantel 5 ist an seinen Stirnenden gegenüber dem Dorn 7 drehbar auf diesem gelagert.

In der aus Fig. 1 ersichtlichen Betriebslage sind daher 15 die Zentrierkugeln 4 für eine gute Zentrierung des mit dem Dorn 7 verbundenen Schweißkopfes radial nach innen unnachgiebig abgestützt. Wenn jedoch nach dem Ver¬ schweißen des Rohrs 2 an dessen freien Ende ein radial nach innen' in die Rohrbohrung hineinragender Grat oder 20 dergleichen Hindernis entstanden ist, durch welches das Herausziehen des Zentrierzapfens 7 aus dem Rohr 2 behindert ist, werden die Zentrierkugeln 4 beim Herausziehen des Zentrierzapfens an dem Hindernis axial gegen die Kraft der Feder 9 in den Axialführungen 25. 10 verschoben, so daß sie über den Konusabschnitt 8 gelangen, der ihre Verlagerung radial nach innen gestattet, so daß sie dem Hindernis ausweichen können.

Die Ausführungsform aus Fig. 2 entspricht im wesent- 30 liehen der aus Fig. 1 , weist jedoch zusätzlich, zwischen der Mutter 15 und dem Stirndeckel 14 eine axial nach¬ giebige Abstützvorrichtung 11 in Form einer Teller¬ feder auf, welche zusätzlich die Axialverschiebung des Käfigmantels relativ zum Dorn 7 zuläßt. Wenn daher nach 35 < ^* _ _er Schweißarbeit der Zentrierzapfen aus dem Rohr 2 herausgezogen wird und dabei die Zentrierkugeln 4 an

1 einem radial in die Rohrbohrung vorstehenden Hindernis verklemmt werden, ohne in den Axialführungen 10 axial auszuweichen, so daß sie dadurch nicht auf den Konus¬ abschnitt 8 des Dorns 6 verlagert werden, kann der 5 Dorn.7 entgegen der Kraft der Abstützvorrichtung 11 mit seinem Zylinderabschnitt 6 zwischen den Zentrier¬ kugeln 4 herausgezogen werden, so daß diese gleichwohl über den Konusabschnitt 8 gelangen und daher nun radial nach innen zur Überwindung des Hindernisses verlagerbar 10 sind.

Bei der Ausführungsform aus Fig. 3 ist eine Umfangs- reihe Zentrierkugeln 4 in dem Käfigmantel 5 axial lage¬ fest, jedoch radial nach innen verlagerbar gelagert.

15. wie bei der Ausführungsform aus Fig. 1 und 2 greift je¬ doch zwischen die Zentrierkugeln 4 ein Dorn 7 mit seinem Zylinderabschnitt 6 ein, an welchen sich der Konusabschnitt 8 anschließt. Am verjüngten Ende des Konusabschnittes 8 setzt sich der Dorn 7 mit einem 0 stirnzapfen fort, der drehbar durch den Stirndeckel 14 geführt ist und über diesen axial hinausragt. Am Ende des Stirnzapfens ist die Mutter 14 aufgeschraubt, zwischen welcher und der Stirnseite des Stirndeckels 14 eine Feder 12 eingespannt ist. Der Käfigmantel 5

*" ist auf dem Zylinderatschnitt 6 und dem Stirnzapfen des Dorns 7 gegen die Kraft der Feder 12 axial ver¬ schiebbar, so daß dadurch die Zentrierkugeln 4 auf den Konusabschnitt 8 des Dorns 7 verlagert werden können und in dieser Lage radial nach innen in den Käfigmantel

30 5 eintreten können.

Die Ausführungsform aus Fig. 4 entspricht in ihrem grundsätzlichen Aufbau der aus Fig. 3, wobei jedoch in dem Käfigmantel 5 zwei ümfangsreihen Axialkugeln ,

35 4a axial im Abstand voneinander relativ zum Käfigmantel 5 axial lagefest in diesem gehalten sind. Der Dorn 7

weist im Anschluß an das verjüngte Ende des Konus¬ abschnitts 8 einen zweiten, dem Zylinderabschnitt 6 entsprechenden Zylinderabschnitt 6a zur radial unnach¬ giebigen Abstützung der Zentrierkugeln 4a während der Zentrierarbeit auf. An den zweiten Zylinderabschnitt

6a ist ein dem Konusabschnitt 8 entsprechender zweiter Konusabschnitt 8a angesetzt, der die Verlagerung der Zentrierkugeln 4a radial nach innen zuläßt, wenn die Zentrierkugeln 4a beim Herausziehen des Dornes 7 aus der Rohrbohrung an ein entsprechendes Hindernis axial anlaufen. Bei der Ausführungsform aus Fig. 4 können somit durch axiale Verstellung des Käfigmantels 5 gegenüber dem Dorn 7 entgegen der Kraft der Feder 12 sowohl die Kugelreihe aus den Zentrierkugeln 4 als auch die aus den Zentrierkugeln 4a jeweils auf den zuge¬ ordneten Konusabschnitt 8, 8a verlagert werden, wenn sie für das Herausziehen des Zentrierzapfens aus der Werkstückbohrung radial nach innen verstellt werden müssen.