Die Erfindung bezieht sich auf eine Rohrschweissmaschine mit einer Einspann- und Richtvorrichtung für einen aus Blech (z. B. Stahlplatten) gepressten, schlitzrohrartigen, zylindrischen oder konischen Hohlkörper, insbesondere einen konischen Mast, bei der das Schweissaggregat und die Einspannund Richtvorrichtung in Richtung des Schweissspaltes zueinander relativ verschieblich zwangsgeführt angeordnet sind und die Einspann- und Richtvorrichtung mehrere hintereinander angeordnete Spannbackenpaare aufweist, die von zueinander relativ verschwenkbar gelagerten Zangen getragen sind. Beim Einspannen und beim Richten des Schweissspaltes dient das eine dieser Spannbackenpaare als Haltezwinge, während das andere Spannbackenpaar eine Torsionszwinge bildet, die um die Längsachse des eingespannten Hohlkörpers zwangsweise drehbar in einem Lagerrahmen angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die vorgenannte Rohrschweissmaschine eine verbesserte Einspann- und Richtvorrichtung zu schaffen, mit der die den Schweissspalt begrenzenden Blechkanten des schlitzrohrartigen Hohlkörpers schneller und genau in die erforderliche Lage zueinander gebracht und gerichtet werden können.
Die Maschine gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zangen als Träger der Spannbackenpaare scherenförmig ausgebildet sind.
Durch den vorgesehenen scherenförmigen Aufbau der Zangen können die von diesen getragenen Spannbacken das Schlitzrohr unterhalb des Mittelpunktes erfassen und in Richtung auf den Schweissspalt schliessen. Diese Verformung des schlitzrohrartigen Hohlkörpers beim Spannen folgt gewissermassen in umgekehrter Richtung dem Weg der Blechkanten während des Auffederungsvorganges nach dem Pressen der Bleche zum Schlitzrohr. Der eingespannte Hohlkörperquerschnitt nimmt mithin weitestgehend wieder die Kreisform an, wie sie zuvor bei geschlossenem Presswerkzeug gegeben war.
Einspann- und Richtvorrichtungen können in Abhängigkeit von der Länge des Hohlkörpers, insbesondere des zu schweissenden Mastes, mehrere, z. B. bis zu 20, Spanneinheiten aufweisen. Mit diesen Spanneinheiten kann erreicht werden, dass der von einem Backenpaar festgehaltene schlitzrohrartige Hohlkörper von den nächsten Backenpaaren mehr oder weniger gedreht werden kann, so dass der Schweissspalt eine genaue Stellung zum Schweissaggregat einnimmt und das anschliessende Verschweissen unbehindert in einem Zuge durchgeführt werden kann.
Bei dieser Maschine kann das zwischen den Scherenarmen jeder Zange vorgesehene Gelenk in bezug auf einen eingespannten Hohlkörper in etwa diametraler Lage zur Schweissnaht unterhalb der geschlossenen Hohlkörperunterseite vorgesehen sein.
Es kann hierbei weiterhin vorteilhaft sein, wenn die oberhalb des Scherengelenkes vorgesehene Länge der die Spannbacken tragenden Arme etwa ein Drittel der Gesamtlänge der Arme beträgt. Es wird hierbei nicht nur eine wirksame Hebel übersetzung in der scherenförmigen Zange erzielt, sondern in erster Linie die Wirkung unterstützt, dass die Blechkanten auf demselben Weg zurückgedrückt werden, dem sie beim Auffederungsvorgang folgten. Damit werden unerwünschte plastische Biegeverformungen vermieden, und die Blechkanten nehmen die für das Verschweissen wichtige genaue Gegenüberstellung ein.
Die scherenförmige Ausbildung der Zangen kann dadurch für die Zwecke des Ausrichtens des Schweissspaltes nutzbar gemacht werden, dass diese Zangen mit seitlichen Führungskörperlängsachse begrenzt drehbar gelagert sein können. Die schnell verspannbaren Scherenarme erfordern vorteilhafterweise für ihre Unterbringung und für die zum Spannen und Verschwenken vorgesehenen Hilfsmittel einen geringen Raum. Durch die in möglichst symmetrischer Anordnung unterseitig des eingespannten Schlitzrohres auf Schwenklagern aufgehängten Scheren arme ist es möglich, diese Mittelstellung einzuhalten.
Diese Scherenarme ermöglichen bei ihrer Querverschwenkung ein genaues Ausrichten und Justieren des Schweissspaltes in feinen Grenzen, da wegen des Bestrebens des Zurückschwenkens der Scherenarme die Gefahr eines unerwünschten und plötzlichen überdrehens des Schlitzrohres ausgeschlossen werden kann.
Die Achse des Scherengelenkes kann in der Mitte von an den Konsolen aufgehängten, bogensegmentartigen Führungskörpern des Rahmens gelagert sein. Scherengelenk und Schwenklager behalten in diesem Fall bei den Öffnungs- und Schliessbewegungen und auch beim Verschwenken eine funktionssichere Stellung zueinander.
Weiterhin kann die Achse des Scherengelenkes in bogensegmentartigen Führungskörpern gelagert sein, die auf Führungselementen, wie Zapfen oder Rollen der Konsolen des Vorrichtungsrahmens, aufgehängt sind. Diese Ausbildung schliesst mit einfachen Mitteln eine Behinderung der Scherenbewegung der Scheren arme aus und führt trotzdem zu einer sicheren Aufhängung der Scheren arme in den Konsolen und zur Bildung des einstellbaren Schwenklagers.
Zur Erzielung einer präzisen Schnellverspannung bzw. einer Schnellentriegelung, die infolge grosser Übersetzung eine kleine Kraft erfordert, können die abwärtsgerichteten Scherenarme der Zangen an den Enden durch Kniehebel verbunden werden und letztere durch einen an das Kniegelenk angreifenden Spannzylinder verstellbar sein. Dabei kann das Kniegelenk in einer Geradeführung eines abwärtsgerichteten Steuerarmes etwa radial zur Rohrachse verschieblich zwangsgeführt werden, wobei der Steuerarm an dem bogensegmentartigen Führungskörper befestigt und mit diesem in der verschwenkten Stellung gegenüber der Konsole festlegbar ist.
Diese Zwangsführung des Kniegelenkes führt zu einer gleichmässigen Spann- und Schwenkbewegung der Scherenarme.
Der Steuerarm einer Zange nimmt an den Schwenkbewegungen der Scheren arme teil.
Die scherenförmige Zange und der die Geradeführung bildende Steuerarm können mittels eines im Vorrichtungsrahmen abgestützten Schwenkzylinders gemeinsam um die Hohlkörperlängsachse verschwenkbar und feststellbar sein.
Bei der Maschine nach der Erfindung können ferner die Spannbacken in dem oberen Teil der Scherenarme auf jeweils zwei in vertikalem Abstand voneinander angeordneten Bolzen gelagert sein, von welchen der obere oder der untere Bolzen exzentrisch ausgebildet ist und ein Einstellelement für die Backe bildet. Diese Einstellmöglichkeit der Backen mittels exzentrischer Bolzen erlaubt das Ausgleichen unterschiedlicher Höhen der Blechkanten am Schweissspalt, falls solche Höhenunterschiede vorkommen sollten.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine Rohrschweissmaschine mit Einspann- und Richtvorrichtung veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Schweissmaschine und der Einspann- und Richtvorrichtung in Seitenansicht;
Fig. 2 und 3 zeigen je einen vertikalen Querschnitt durch die Einspann- und Richtvorrichtung, wobei Fig. 2 das Spann und Aufhängen einer scherenförmig ausgebildeten Zange gemäss Linie II-II der Fig. 1 veranschaulicht und Fig. 3 das Querverschwenken der vorgenannten scherenförmig ausgebildeten Zange gemäss Linie III-III der Fig. 1 darstellt.
Bei der Rohrschweissmaschine ist auf einem Wagen 1 eine Einspann- und Richtvorrichtung für aus Blechen bzw. Stahlplatten gepresste schlitzrohrartige Masten 2 montiert. Der gezeichnete Mast hat eine konische Form. Die Einspann- und Richtvorrichtung weist in Längsrichtung der Achse des Hohl körpers mehrere hintereinanderliegende Spannbackenpaare 20, 21, 22, 23, 24,25, 26, 27 auf. Die Anzahl der Spannbackenpaare kann aber auch geringer oder grösser sein und ist abhängig von der Länge der schlitzrohrartigen Hohlkörper.
Oberhalb der Einspann- und Richtvorrichtung ist ein Schweissaggregat 3 angeordnet, das in nicht dargestellter Weise an den Aufstellungsplatz gebunden ist. Dem Wagen 1 ist eine Antriebsvorrichtung 4 zugeordnet, die mit einem Hydraulikaggregat 5 für die gesamte Spann- und Schwenkhydraulik ausgerüstet sein kann. Der Wagen 1 ist auf den Fahrschienen 6 genau ausgerichtet geführt. Während des Schweissvorganges fährt der Wagen 1 mit der Einspann- und Richtvorrichtung und dem schlitzrohrartig ausgebildeten Mast 2 unter dem fest montierten Schweissaggregat 3 durch.
Anstelle des fahrbaren Wagens kann auch eine ortsgebundene Einspann- und Richtvorrichtung vorgesehen werden. In diesem Falle ist das Schweissaggregat längsgerichtet zum eingespannten Mast 2 fahrbar ausgebildet und zwangsgeführt.
Das Schweissen wird in einem herkömmlichen Verfahren, z. B. nach dem Unterpulverschweissverfahren, durchgeführt.
Bei der auf dem Wagen 1 montierten Einspann- und Richtvorrichtung sind die Spannbackenpaare jeweils in untereinander weitestgehend gleich ausgebildeten, zueinander relativ drehbar gelagerten Zangen 30 angeordnet. Diese Spannrahmen sind scherenförmig ausgebildet und besitzen die beiden im wesentlichen abwärtsgerichteten, gelenkig verbundenen Scherenarme 31. Das Scherengelenk 32 ist in etwa diametraler Lage zur Schweissnaht 2a in kleinem Abstand x von der geschlossenen Hohlkörperunterseite vorgesehen. Der Abstand x wird etwa so gewählt, dass die oberhalb des Scherengelenkes vorgesehene Länge der die Spannbacken tragenden Arme etwa ein Drittel der Gesamtlänge dieser Arme beträgt. Das Verhältnis der Hebelarme kann von dem angegebenen Mass aber auch mehr oder weniger abweichen.
Die kompletten scherenförmigen Zangen 30 sind an vom Vorrichtungsrahmen, d. h. dem Wagen 1, getragenen seitlichen Konsolen 34 schwenkbar und einstellbar aufgehängt. Die Konsolen 34 sind auf einem verhältnismässig hoch angeordneten Vorrichtungsrahmen des Wagens 1 angeordnet. Diese Konsolen 34 weisen in Schwenkrichtung der Zange 30 versetzt mehrere Führungselemente 35, z. B. Rollen oder Zapfen, auf, die in bogenförmige Führungsnuten 33a bogensegmentartiger Führungskörper 33 eingreifen. Die Führungskörper 33 entsprechen in Form und Länge einem Teilkreis, dessen Mittelpunkt gleichzeitig Mittelpunkt des einzuspannenden Rohrquerschnittes ist. In den beidseitig einer Zange angeordneten Führungskörpern 33 ist die Achse des Scherengelenkes 32 gelagert. Diese Scherenarme können mithin mittels der auf den Rollen bzw.
Zapfen 35 aufgehängten Führungskörper 33 um den von der Mitte des Rohres gebildeten Drehpunkt begrenzt geschwenkt werden. Die Scherenachse ist in den Führungskörpern 33 sicher gelagert.
Die abwärtsgerichteten Scherenarme 31 der Zangen 30 sind an den Enden durch Kniehebel 36 verbunden. Mit dem Kniegelenk 37 verbunden ist ein im wesentlichen vertikal angeordneter Spannzylinder 12, der so gelagert ist, dass er den Schwenkbewegungen der Zange 30 folgen kann. Das Kniegelenk ist in einer Gerade- bzw. Parallelführung 38 etwa radial zur Rohrachse verschieblich zwangsgeführt. Der die Zwangsführung aufweisende Steuerarm 39 ist an den bogensegmentartigen Führungskörpern 33 befestigt und nimmt mit diesen gemeinsam an den Schwenkbewegungen der Zange 30 teil.
Zum Verschwenken der Zange 30 dient ein Schwenkzylinder 14 oder ein entsprechendes Verstellelement. Dieser Schwenkzylinder 14 ist an einem Ende an einer abwärtsgerichteten Konsole 40 des Vorrichtungsrahmens 1 gelenkig befestigt und mit dem Kolbenstangenkopf mit dem Führungskörper 33 gelenkig verbunden. Bei Beaufschlagung dieses Schwenkzylinders wird der Führungskörper 33 mitsamt der Zange nach der einen oder anderen Richtung hin in das notwendige Mass verschwenkt und dann festgestellt.
Durch die zuvor genannte Geradeführung 38 ist sichergestellt, dass jeweils die Backen eines Spannbackenpaares das Schlitzrohr 2 gleichzeitig erfassen und genau zur Mitte zu einspannen. Durch den scherenförmigen Aufbau der Zangen wird bewirkt, dass die Spannbacken das Schlitzrohr unterhalb des Mittelpunktes erfassen und in Richtung auf den Schweissspalt 2a schliessen.
Die Verformung des Schlitzrohres beim Spannen stellt dadurch fast genau eine Umkehrung des Auffederungsvorganges nach dem Pressen dar. Der eingespannte Hohlkörperquerschnitt wird somit in die Kreisform zurückgeführt, wie sie bei geschlossenem Presswerkzeug zuvor gegeben war.
Bei dem Verschwenken der Zange 30 mittels des Schwenkzylinders 14 bildet die zuvor bereits gespannte und ausgerichtete Zange eine Haltezwinge und die gerade aktiv betätigte Zange die Torsionszwinge. Der in vielen Fällen nicht gerade verlaufende Schweissspalt 2a wird bei diesem Schwenken der die Funktion einer Torsionszwinge ausübenden Zange mit dessen Spannbacken in die Mitte gedrückt, so dass der Spalt genau unter die Elektrode des Schweissaggregates zu liegen kommt. Durch das nacheinander erfolgende Verschwenken der Zangen, wobei jeweils die vorhergehende Zange die Funktion einer Haltezwinge ausübt, wird der Schweissspalt 2a in ganzer Länge des Mastes genau geradlinig ausgerichtet.
Falls bei dem zuvor beschriebenen Ausrichten des Schweissspaltes des Schlitzrohres die Blechkanten noch eine unterschiedliche Höhenlage zeigen sollten, kann ein Ausgleich der Höhenlage der Blechkanten dadurch herbeigeführt werden, dass man eine Korrektur der Lage der Backen eines Spannbackenpaares vornimmt. Zu diesem Zweck sind die Backen jeweils in zwei Bolzen 41 und 42 gehalten. Die Bolzen sind im Abstand übereinander zueinander parallelgerichtet angeordnet. Der obere Bolzen 42 ist exzentrisch ausgebildet und mit einem Hebel 43 versehen. Durch Verdrehen des exzentrischen Bolzens 42 wird die Lage der Spannbacke korrigiert und ein Ausgleich bezüglich der Höhenlage der Blechkanten zueinander erzielt.
Mit dieser Einspann- und Richtvorrichtung ist es somit möglich, den infolge Auffederung des gepressten Schlitzrohres stellenweise mehr oder weniger weiten Schlitz durch eine Umkehr des Auffederungsvorganges schnell und genau zu schliessen. Gleichzeitig wird mit den gleichen, von der scherenförmig ausgebildeten Zange getragenen Spannbacken das Schlitzrohr um die Hohlkörperachse gedreht, so dass der Schlitz aus einer leicht schraubenförmigen Richtung geradlinig ausgerichtet wird. Die dritte Funktion der Zangen besteht in dem Ausrichten gegebenenfalls höhenversetzter Blechkanten des Schlitzrohres.
Die Einspann- und Richtvorrichtung ermöglicht auch folgende Arbeitsweise. Bei starr aufgebautem Schweissgerät ist die Schweissdüse genau auf den Mittelpunkt des eingespannten Rohrquerschnittes gerichtet. Dem ungeraden Verlauf des Schweissspaltes kann dadurch Rechnung getragen werden, dass sämtliche geschlossenen Backenpaare mit dem eingespannten Schlitzrohr während des Schweissvorganges gleichzeitig um die Rohrlängsachse gedreht werden. Dies geschieht über die Schwenkzylinder 14 etwa in gleicher Weise, wie es bei der Einzelverdrehung der Zangen beschrieben ist. Nach dem Passieren des Schweissaggregates können die Zangen und die zugehörigen Spannbackenpaare automatisch geöffnet werden. Diese geöffneten Zangen machen dann eine eventuelle Verdrehung um die Rohrlängsachse nicht mehr mit.
Um bei sehr exakt gepressten konischen Hohlkörpern, z. B. Rohren bzw. Masten, den Einspannvorgang abkürzen zu können, ist ein gemeinsames Schliessen aller Spannbacken durch Anwendung einer entsprechenden Steuerung vorgesehen.
Unterschiedlichen Durchmessern und Steigungen der konischen Schlitzrohre wird dadurch Rechnung getragen, dass die Backen austauschbar und die einzelnen Zangen in der Höhe verstellbar auf dem Wagen 1 montiert sind.
Dem Schweissaggregat 3 kann eine Fräseinheit nachgeschaltet werden, die nach dem Schweissen sofort die Oberfläche der Schweissnaht bearbeitet. Anstelle der Fräseinheit kann auch eine Schleifvorrichtung verwendet werden.
Die Zangen sind so angeordnet, dass sie einzeln schaltbar sind, damit auch mit einem Teil der Zangen, beispielsweise bei kürzeren Schlitzrohren, gearbeitet werden kann. Zum Einlegen und Auswerfen der Schlitzrohre bzw. Masten sind zwischen den Spannbackenpaaren Hubvorrichtungen 17 vorgesehen.