阅读说明：本技术 具有受控制的、浮动的切割芯轴的切管机以及切割方法 (Pipe cutter with controlled, floating cutting mandrel and cutting method ) 是由 乌利齐·拉通德 于 2018-11-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种切管机,其具有：从其上定长切割管段(3a)的管(3)；固定的切割模(1)和相对于固定的切割模(1)可移动的切割模(2)；和切割芯轴(13),其装入到所述管(3)中并具有固定的芯轴(14)和相对于固定的芯轴(14)可移动的芯轴(16),其中,切割芯轴(13)在切割过程中布置在切割位置中,其中,切割芯轴(13)浮动地布置在所述管(3)中,并且磁耦合器(6)设置有布置在管(3)外部的耦合定子(7)和在固定的芯轴(14)处布置的耦合转子(21)并且在纵向方向(L)上磁耦合器(6)的磁场的位移能够通过控制值控制,并且位置传感器(8)具有与机架位置固定地连接的传感器定子(12)和与固定的芯轴(14)位置固定地连接的传感器转子(19),通过传感器转子(19)能够测量切割芯轴(13)从切割位置的偏移,并且控制单元将偏移测量值转换为所述控制值,切割芯轴(13)能够通过所述控制值返移动回到切割位置中。(The present invention relates to a pipe cutter, comprising: -cutting the tube (3) from which the length of the tube section (3a) is cut to length; a fixed cutting die (1) and a cutting die (2) movable relative to the fixed cutting die (1); and a cutting mandrel (13) which is inserted into the tube (3) and has a fixed mandrel (14) and a mandrel (16) which is movable relative to the fixed mandrel (14), wherein the cutting mandrel (13) is arranged in a cutting position during the cutting process, wherein the cutting mandrel (13) is arranged in a floating manner in the tube (3), and the magnetic coupling (6) is provided with a coupling stator (7) which is arranged outside the tube (3) and a coupling rotor (21) which is arranged at the fixed mandrel (14), and the displacement of the magnetic field of the magnetic coupling (6) in the longitudinal direction (L) can be controlled by means of a control value, and the position sensor (8) has a sensor stator (12) which is connected in a stationary manner to the machine frame position and a sensor rotor (19) which is connected in a stationary manner to the fixed mandrel (14), by means of which sensor rotor (19) the offset of the cutting mandrel (13) from the cutting position can be measured, and the control unit converts the offset measurement value into the control value, by means of which the cutting mandrel (13) can be moved back into the cutting position.)

具有受控制的、浮动的切割芯轴的切管机以及切割方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的切管机以及一种用于从管定长切割管段的方法。

背景技术

现有技术中已知具有芯轴固定部的切割机，该芯轴固定部用于具有可变行程的切割偏心驱动。

对于管剪切过程必要的是，将切割芯轴在待定长切割的管中定位，以使切割芯轴间隙在管的轴向上恰好位于两个切割模的切割间隙内。在现有技术中已知的是，将穿过管的切割芯轴与带有调节装置的杆连接并保持在适当的位置，并且为了后续的切割时序而向前推进。杆可以从管输入侧或从管切割侧进行切割芯轴的轴向的固定和定位。但是缺点在于，在第一种情况下，必须在切割过程开始之前使芯轴穿过整个管初始长度，或者如果在第二种情况下将芯轴从切割侧固定，则为了移除一个或多个定长切割后的管段必须使芯轴以远离移动的方式而打开。因此，已知的管剪切方法需要大量的时间进行芯轴定位。

由于固定杆的长度可能非常长(例如六至十二米)，因此初始管的定位也很容易产生故障。由此产生的较大程度上温度相关的纵向膨胀和下垂会妨碍芯轴间隙的精确定位。而在任何情况下，剪切方法都必须绝对精确地定位芯轴间隙。

DE 2 430 608 A1中已知一种用于切割工件的方法。其中提供了由两个彼此分开或能够分开的元件组成的支撑元件或芯轴，其中一个元件由硬化的磁性材料制成，而另一个元件由硬化的材料制成。电磁线圈邻近一个元件布置。

US 4,889,023中已知一种具有浮动芯轴的切管机，其中，芯轴通过磁场定位。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种切管机和一种用于定长切割管段的方法，所述切管机和方法能够减少上述缺点。

该任务在第一个方面通过开头所述的具有权利要求1的特征的切管机得以实现。

在此，切管机也理解为管剪切机。管优选被理解为长型材，其具有在横截面中为圆形的外周和在横截面中为圆形的内周，在此，该长型材优选是顺磁性或反磁性的。

该切管机包括：已经穿通的管，从该管将定长切割管段；和模切刃，其具有固定的切割模和相对于固定的切割模可移动的切割模；以及切割芯轴，切割芯轴装入到管中并具有固定的芯轴和相对于固定的芯轴可移动的芯轴。

切割芯轴在切割过程中布置在管的内部。在这种情况下，芯轴间隙(即，固定的芯轴的平端与可移动的芯轴的平端之间的间距)小于径向延长的模间隙并且沿管的整个圆周布置在径向延长的模间隙内(即，固定的和可移动的切割模之间的间距)。切割模优选由偏心驱动而驱动进行相对于固定的切割模的偏心运动，该偏心运动是螺旋状逐渐变大的运动，即，具有变化的行程的运动。通过这种偏心运动，可以将管段与管分离。

优选地，可移动的切割模与偏心驱动连接；此外，提供例如以可移动的抓具形式的推进装置，其将切管机中的管精确地推进期望的定长切割长度。在节律的切割过程期间管被逐步地推进。

按照本发明，受控制的、浮动的切割芯轴布置在管中，并且磁耦合器设置有布置在管外部的耦合定子和在固定的芯轴处布置的耦合转子，该耦合转子与耦合定子相互作用。磁耦合器在耦合转子和耦合定子之间形成磁场。在纵向方向上磁场的位移能够通过控制值控制。磁场的位移可以以不同的类型起作用。

另外，位置传感器具有与机架位置固定地连接的传感器定子和与固定的芯轴位置固定地连接的传感器转子，通过传感器转子能够测量切割芯轴从切割位置的偏移，并且控制单元设置为，将位置传感器确定的偏移测量值转换为控制值。该控制值被传送给控制单元，通过控制单元能够使切割芯轴移动回到切割位置中。

本发明的构思在于，切割芯轴不再由穿过一个或另一个管端的杆而定位，而是完全省去了这种机械连接，取而代之地设置磁耦合器，该磁耦合器将浮动的切割芯轴保持在适当位置，并且为此还设置有位置传感器，该位置传感器在磁耦合器的调节过程中测量改变并通过控制单元对其进行校正。

磁耦合器具有在从外部环绕管布置的耦合定子中的、优选一排环形永磁体，而耦合转子(浮动的切割芯轴的一部分)同样具有一排环形的永磁体，该永磁体形成具有与耦合定子的对应磁体相反的极性并因此通过穿通管壁形成的磁力将切割芯轴拉到切割位置上。磁耦合器以及位置传感器的磁体、优选环形磁体也可以形成作为电磁体。这样，必须为线圈提供相应的电连接。浮动的切割芯轴的磁体也可以形成作为永磁体，而传感器定子和耦合定子的外磁体可以形成作为电磁体，进而可以很容易地铺设电线。

磁耦合器在轴向方向上是能够调节的，例如，当由永磁体形成时，耦合定子的整个壳体能够在轴向方向上位移。当磁体由电磁体形成时，可以切换线圈，使得磁场在轴向方向上往复移动。在这两种情况下，磁耦合器的磁场都能够在轴向方向上位移，从而使切割芯轴相对于模切刃重新定位或者重新正确地取向。

磁耦合器的磁场的位移由控制值确定，该控制值由位置传感器的测量值确定。位置传感器优选具有传感器转子，该传感器转子具有至少两个在纵向方向上彼此间隔开的磁体。传感器定子具有至少两个传感器环，每个传感器环分别至少具有两个霍尔传感器。通过磁体沿轴的纵向方向的轴向位移，变化的磁场强度通过霍尔传感器测量。确定并优选处理该测量值，并将其作为控制值提供给磁耦合器。

有利的是，霍尔传感器与控制单元连接，传感器环的霍尔传感器的测量值分别对应于传感器环测量值并且由传感器环测量值差值的改变计算切割芯轴从切割位置的偏移，并产生偏移测量值。优选地，可以由传感器环的霍尔传感器的测量值形成平均值、优选加权平均值，并且将其作为传感器测量值传送给控制单元。每个传感器环因此产生一个传感器环测量值，并且在切割芯轴的位移过程中，每个传感器环通过切割芯轴的磁体相对于传感器定子的位移来生成另外的传感器环测量值，并且由传感器环测量值差值可以计算切割芯轴从切割位置的位移。相应地确定控制值，并通过磁耦合器的磁场的相应位移而使切割芯轴返回移动。

本发明的目的还通过开头所述类型、具有权利要求5的特征的用于从管定长切割管段的方法得以实现。

按照本发明，将浮动的切割芯轴引入到管中，将管引入到模切刃中，直到管段和管之间的切割面布置在模间隙的延长部分中，并且浮动的切割芯轴在其轴向位置中取向并被推入到切割位置中，在该切割位置中，切割芯轴间隙布置在模间隙的延长部分内。

该方法特别适合通过开头所述的切管机实施。反过来，开头所述的切管机均适合实施上述和后续描述的方法。

优选地，位置传感器测量切割芯轴从切割位置的位移，将测量值传送给控制单元，控制单元确定位移测量值，并且将其转换成控制值并传送给磁耦合器，磁耦合器使切割芯轴移动回到其切割位置中。

优选地，测量值由沿着传感器环布置的霍尔传感器测量并换算成传感器环测量值，并且传感器环测量值确定传感器环中的至少两个并且与切割位置的传感器环测量值进行比较并从该比较中计算出位移测量值。随后，该位移测量值可以通过控制单元转换为所谓的控制测量值。

有利的是，通过对霍尔传感器的各个测量值求平均而计算传感器环的霍尔传感器的测量值。也可以以加权的方式进行平均。

为了评价平均测量值，也可以计算平均测量值之间的差值，并且将其与切割位置的平均测量值的差值进行比较，并从该差值计算位移测量值。

附图说明

本发明借助在九个附图中示出的实施例描述。其中：

图1为模切刃、磁耦合器和具有已经穿通的管的位置传感器的立体视图，浮动的切割芯轴布置在管中；

图2为图1中的布置沿图1中线II-II的截面图，其中示出了引入到管中的切割芯轴的一部分；

图3a为图2的截面图，其中示出了偏转的、可移动的切割模和从管上定长切割的管段；

图3b为图3a中的详细视图，其示出了切割芯轴间隙和模切刃间隙的相对尺寸；

图4为沿图1中的线IV-IV的截面图，其包括在传感器定子处的六个霍尔传感器的布置；

图5为具有示出的磁场线的位置传感器的功能示意图，其包括处于切割位置中的传感器定子和传感器转子；

图6为根据图5的从切割位置中向左侧移动出的切割芯轴和对应的磁场线的图示；

图7为根据图5的从切割位置中向右侧移动出的切割芯轴和对应的磁场线的图示；

图8为在从切割芯轴的切割位置向左侧和向右侧移动过程中图5、6和7中示出的具有霍尔传感器的三个传感器环的测量值的图表。

具体实施方式

图1示出了切管机的一部分。在切管机中的实际切割过程通过具有两个相互配合的切割模1、2的模切刃来进行的。在此，切割也可以理解为剪切。模切刃具有固定的切割模1和可移动的切割模2。即使在切割过程或剪切过程中，固定的切割模1仍相对于切割机的未示出的机架或壳***置固定地布置。可移动的切割模2可以相对于固定的切割模1平行于切割平面而移动。可移动的切割模2由偏心驱动(同样未示出)驱动，并且因此围绕引入到固定的切割模1中的管3的纵向轴线L进行偏心运动。偏心运动导致螺旋状逐渐变大的切割运动，通过该切割运动可从管3上剪切下管段3a。

此外，按照本发明设置有磁耦合器6，其具有在图1中可见的、从外部环绕管的耦合定子7，该耦合定子7与耦合转子(在图1中未示出)配合作用，该耦合转子布置在内部并且是浮动的切割芯轴的一部分。

在图1中，在磁耦合器6与模切刃相对的一侧上布置有位置传感器8，管3同样穿过该位置传感器8。在切割过程之前，首先使管3穿过位置传感器8，然后穿过磁耦合器6并随后经由为其设置的两个通孔1a、2a而穿过两个切割模1、2。在图1中示出了已经穿通的状态。在位置传感器8处布置有三个传感器环9、10、11。传感器环9、10、11中的每一个具有六个霍尔传感器91、92、93、94、95、96、101、102、103、104、105、106、111、112、113、114、115、116。位置传感器8包括在图1中示出并且从外部环绕管3布置的传感器定子12以及形成作为浮动的切割芯轴13的一部分的传感器转子19。

耦合定子7可以相对于切管机的机架位置固定地布置。但是，也可以将其设计为能够借助线性电动机往复移动。在第一种情况下设置有控制，其实现了由耦合定子7形成的磁场在管3的纵向方向L(对应于轴向方向)上往复位移。在第二种情况下，这种磁场的位移是由线性电动机执行的，该线性电动机使耦合定子7中的磁场位移。这种位移由双箭头表示。

图2示出了图1沿II-II线的截面图。两个切割模1、2分别具有大小相同的圆柱形孔1a、2a，其内径等于管3的外径，其中，这两个孔1a、2a在图2中以全等的方式布置，以使得管3的一端同时穿通过着两个孔1a、2a。在管3中，浮动的切割芯轴13已经布置在切割位置中。浮动的切割芯轴13既不在管3的一端也不在另一端向外伸出，从而使其与切管机的机架、引导杆或切管机的其他装置连接。原则上，切割芯轴13可在管3的纵向方向L上往复自由移动。切割芯轴13具有固定的芯轴14和可移动的芯轴16。可移动的芯轴16形成为相对于固定的芯轴14在垂直于纵向方向L的所有方向上移动。在切割过程中，可移动的芯轴14接收可移动的切割模2在壁内侧上的力，并且引导其穿过待定长切割的管段3a的内部到达该待定长切割的管段3a的相对的壁内侧上，从而在可移动的切割模2从上向下的运动过程中(如图3a所示)从管上剪切下管段3a的上部区域和下部区域。在这种情况下，侧面区域最初略有变形。通过能够偏转的切割模2的偏心运动从管3上剪切下整个管段3a。图2示出了处于切割位置中的管3，在该切割位置中，模间隙17和切割芯轴间隙18直接地上下重叠。两个间隙17、18的中心面彼此重合。

图3a示出了在剪切过程中处于偏转状态下的浮动的切割芯轴13。在这种情况下，可移动的芯轴14向下偏转。图3b中的详细视图可以看出，为了实施切割运动重要的是，在固定的切割模1和可移动的切割模2之间的模间隙17围绕管3限定了一个区域可移动的芯轴16和芯轴14之间的切割芯轴间隙18位于该区域中，其中，模间隙17约为0.2mm+/-0.05mm。在此，切割芯轴间隙约为0.01mm+/-0.005mm。否则，切割模1、2在剪切过程中可能被损坏。

根据本发明，通过位置传感器8结合磁耦合器6实现了浮动的切割芯轴13在管3中的精确定位。

位置传感器8具有从外部围绕管放置的传感器定子12和传感器转子19，该传感器转子19形成作为切割芯轴13的一部分并且布置在切割芯轴13与可移动的芯轴16相对的端部上。但是原则上也可以在切割芯轴13上以互换位置的方式布置传感器8和磁耦合器6。

同样地，磁耦合器6由耦合定子7组成，该耦合定子7可以布置成相对于切管机的机架能够移动，或者磁场可以借助于线性电动机往复移动。耦合定子7与耦合转子21配合作用，该耦合转子21也形成切割芯轴13的一部分。

在根据图3a的实施方式中，磁耦合由两排磁体形成。耦合定子7具有第一排相继布置的环形磁体71、72，它们交替地形成向内指的北极和南极。耦合转子21具有第二排磁体211、212，但第二排磁体211、212以相反的方式布置，以调整耦合特性并通过两排磁体使切割芯轴13自动地进入切割位置，在该切割位置中两排磁体中的磁体采取彼此之间的最小的间距。因此，磁耦合器6主要适用于切割非铁磁管，其完全由不锈钢、黄铜、铜和钛或它们的混合物构成；原则上，如果磁铁足够坚硬，也可以切割铁磁管3。

根据切割芯轴13的尺寸调节相对于模切刃1有一定间距的磁耦合器6(即，耦合定子7)的位置。在多个依次进行的切割过程期间，温度影响导致应在剪切过程中应当避免甚至防止发生的细微的位移，其中，该温度影响是作用在机器上的并且可能导致图3b中示出的十分之一毫米的尺寸的范围内的长度变化。为了例如重新调整该长度变化，借助于位置传感器8连续地或有规律地控制浮动的切割芯轴13相对于固定的切割摸1的位置、特别是切割芯轴间隙18相对于模间隙17的位置。

图3a中的位置传感器8具有三个传感器环9、10、11，每个传感器环具有六个霍尔传感器91、92、93、94、95、96、101、102、103、104、105、106、111、112、113、114、115、116，图4的截面图中示出了在第一传感器环9上的霍尔传感器。其他传感器环10、11在结构上与第一传感器环9相同。也可以考虑的是，传感器环9、10、11中的每一个具有两个或四个或更多数量的霍尔传感器91、92、93、94、95、96、101、102、103、104、105、106、111、112、113、114、115、116。但是必须有至少两个，每个以180°错开布置。在该实施例中示出了分别以60°错开布置的六个霍尔传感器91、92、93、94、95、96。第一传感器环9的六个霍尔传感器91、92、93、94、95、96嵌入到环绕的铁环23中，传感器环9、10、11在根据图5的引导套筒24中被引导。引导套筒24具有圆柱形的开口25，该圆柱形的开口对应于管的外径并且管3穿过该圆柱形的开口。

在管外壁传和感器定子12的引导套筒24之间设置有小到一毫米的小游隙26，使得管3也可以穿通传感器定子12的圆柱形的开口25。此外，在管3和永磁体环27之间设置了同样的小游隙26a。传感器转子19设置在管3的内部。在图4中以截面示出了永磁体环27，其在外部表示北极。永磁体环27穿通在非磁性的(即，顺磁性或反磁性的)支撑杆22上。永磁体环27的外径等于管3的内径减去小到一毫米的小游隙。

图5示出根据图4的五个永磁体环27、28、29、30、31。传感器转子19的永磁体环27、28、29、30、31与传感器定子12的霍尔传感器91、92、93、94、95、96、101、102、103、104、105、106、111、112、113、114、115、116的相互作用在图5、6和7中以相应的磁场线示出。每个霍尔传感器91、92、93、94、95、96、101、102、103、104、105、106、111、112、113、114、115、116测量在与其对应的传感器环9、10、11的径向外端处的磁场强度，在该位置处霍尔传感器91、92、93、94、95、96、101、102、103、104、105、106、111、112、113、114、115、116按照图4布置。

图5示出了在切割位置中磁场线的形成，该位置是指当根据图2和3b切割芯轴间隙18完全布置在模切刃间隙17内时的位置。可以看出，传感器101没有接收到信号，而传感器91和111则接收到相对较强的信号。

相关的测量值在图8的零线上示出。实际上，单个霍尔传感器的测量值未在图8中绘制出来，而是传送给控制单元。由于传感器转子19的永磁体环27、28、29、30、31也可以通过游隙垂直于纵向方向L移动并且霍尔传感器91、92、93、94、95、96、101、102、103、104、105、106、111、112、113、114、115、116以非常敏感的方式对磁场强度的变化进行反应，因此以有利的方式形成了霍尔传感器91、92、93、94、95、96、101、102、103、104、105、106、111、112、113、114、115、116的加权平均值或简单的未加权的平均值。原则上可以采用传感器环9、10、11的各个霍尔传感器91、92、93、94、95、96、101、102、103、104、105、106、111、112、113、114、115、116的测量值的其他计算。但是，平均值或加权平均值是特别合适的。这些加权平均值随后作为根据图8的测量值被传送给控制单元。

图6示出了在浮动的切割芯轴13在切割模1的方向上位移过程中的磁场线。通过永磁体环27、28、29、30、31的位移在传感器环10处产生强磁场，而传感器环9和11的霍尔传感器91、92、93、94、95、96、101、102、103、104、105、106、111、112、113、114、115、116处的磁场减弱。这在图8中的位置“图6”中示出，其对应于图6的位置。

相应地，在图7中，图8中的位置“图7”对应于从切割模1移开的切割芯轴13。在此，传感器环10接收到最大的测量信号，但是恰好在相反的方向上，因为与图6相比磁力线的方向已经反转，而传感器环9和11又收到同样在相反的方向上的微弱的信号。还显示了测量值。在连续的移动情况下，三个传感器环9、10、11将产生正弦形式的测量值曲线，如图8所示。

与在切割位置中的测量值的位置(即，图8中的零位置)相比，从在位置“图6”和“图7”处根据图8的测量值彼此的间距可以计算出切割芯轴13相对于传感器定子12移动了多少距离以及从切割位置移出了多少距离。为了校正该距离，相应的测量值通过未示出的控制单元转换成控制值，并传送给磁耦合器6。该磁耦合器6随后将耦合定子7相应于切割模1往复移动，以便精确地补偿测量到的距离。替代地，在耦合定子7中产生的磁场轴向地往复位移。

附图标记列表

1 固定的切割模

1a 孔

2 可移动的切割模

2a 孔

3 管

3a 管段

6 磁耦合器

7 耦合定子

8 位置传感器

9 传感器环

10 传感器环

11 传感器环

12 传感器定子

13 浮动的切割芯轴

14 固定的芯轴

16 移动的芯轴

17 模间隙

18 切割芯轴间隙

19 传感器转子

21 耦合转子

22 固定杆

23 铁环

24 引导套筒

25 圆柱形的开口

26 游隙

26a 游隙

27 永磁体环

28 永磁体环

29 永磁体环

30 永磁体环

31 永磁体环

71 环形磁体

72 环形磁体

91 霍尔传感器

92 霍尔传感器

93 霍尔传感器

94 霍尔传感器

95 霍尔传感器

96 霍尔传感器

101 霍尔传感器

102 霍尔传感器

103 霍尔传感器

104 霍尔传感器

105 霍尔传感器

106 霍尔传感器

111 霍尔传感器

112 霍尔传感器

113 霍尔传感器

114 霍尔传感器

115 霍尔传感器

116 霍尔传感器

211 环形磁体

212 环形磁体

L 纵向方向