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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen
von Rohren aus dünnwandigem Material, insbesondere aus
Blechen, mit einer Schweißvorrichtung, welche zumindest
eine Längsnaht verschweißt, und mit einer Spanneinrichtung
mit wenigstens zwei Spannbacken, die gegen einen Rohrzuschnitt angedrückt
werden.
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Längs
geschweißte dünnwandige Rohre werden üblicherweise
aus einem Rohrzuschnitt aus Blech hergestellt, das rohrförmig
gebogen und an seinen aneinander liegenden Längskanten
eine Längsnaht bildet, die anschließend verschweißt
wird. Bei dem zu verarbeiteten Blech handelt es sich um regelmäßig
Metallblech aus beispielsweise Stahl, Zink, Kupfer usw.
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Im
Rahmen der bekannten Vorgehensweise beispielsweise nach der
DE 44 32 674 C1 ist
ein den Rohrzuschnitt untergreifendes und haltendes Zugelement vorgesehen,
welches den Rohrzuschnitt teilweise umschlingt und flexibel ausgebildet
ist. Damit unterschiedliche Rohrdurchmesser verarbeitet werden können,
ist eine variable Halterung vorgesehen, wobei die Rohre je nach
Rohrdurchmesser mehr oder weniger von dem Zugelement umschlungen werden.
Zwar ist in diesem Zusammenhang keine Umrüstung der Vorrichtung
oder ein Austausch von Einzelteilen oder gar des gesamten Spannwerkzeuges
bzw. der Spanneinrichtung erforderlich. Allerdings ist die Bedienung
des flexiblen Zugelementes aufwendig und lässt sich im
Hinblick auf die erreichte Präzision und Schnelligkeit
verbessern. Hier setzt die Erfindung ein.
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Der
Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein derartiges
Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Rohren aus dünnwandigem Material
so weiter zu entwickeln, dass die Spanneinrichtung reproduzierbar,
schnell und ohne großen Aufwand arbeitet.
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Zur
Lösung dieser technischen Problemstellung ist bei einem
gattungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass als
Spannbacken wenigstens drei Spannleisten realisiert sind, die rohrumfangseitig
verteilt an den Rohrzuschnitt angelegt werden.
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Im
Gegensatz zu den beiden Spannbacken im Rahmen der gattungsbildenden
DE 10 2004 039 577
B3 , die wenigstens im Anlegebereich an die Außenkontur
des Rohrzuschnittes angepasst sind, greift die Erfindung vielmehr
auf Spannleisten zurück, also längs erstreckte
schmale Stege, die nicht notwendigerweise an die Außenkontur
des Rohrzuschnittes angepasst sind bzw. diesem folgen. Vielmehr
reicht es aus, wenn drei Spannleisten als Spannbacken realisiert
sind, die jeweils eine Anordnung in Längserstreckung des
herzustellenden Rohres erfahren. Denn die Anpassung an die Außenkontur
des Rohrzuschnittes und damit des Rohres insgesamt erfolgt über
die drei Spannleisten, die vorteilhaft mit Kunststoff- oder Filzauflagen
oder ähnlichen Beschichtungen ausgerüstet sind.
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Tatsächlich
verfügen die Spannleisten vorteilhaft über einen
Versatz von ca. 90° zueinander, überstreichen
folglich im Querschnitt und im Vergleich zum Rohrzuschnitt einen
Winkel von in etwa 3 × 90° entsprechend 270°.
Dadurch wird der Rohrzuschnitt einwandfrei gehalten und erreicht,
dass dessen Längsränder mit gewünschtem
Spalt zueinander durch eine Längsnaht mit Hilfe der Schweißvorrichtung
verschweißt werden können. In der Regel sind die
Spanleisten von ihrer Länge her an die Länge des herzustellenden
Rohres angepasst, damit eine einwandfreie Halterung des Rohrzuschnittes
in Längsrichtung gelingt.
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Dabei
hat es sich bewährt, wenn zwei seitliche Spannleisten und
eine der Schweißvorrichtung gegenüberliegende
untere Spannleiste vorgesehen sind, die regelmäßig
synchron zueinander verstellt werden. Nach vorteilhafter Ausgestaltung
werden die beiden seitlichen Spannleisten entlang einer Rampe verstellt.
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Meistens
verfügt die Rampe über eine 45°-Schräganordnung
im Vergleich zur Horizontalen. Die beiden Rampen für die
jeweils seitlichen Spannleisten und ein Linearstellelement für
die untere Spannleiste sind in der Regel zusammengenommen an einem
Schlitten angeordnet, welcher sich gegenüber einem Maschinengestell
(wenigstens in der Höhe) verstellen lässt.
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Sämtliche
drei Spannleisten werden synchron, also gleichzeitig, bewegt und
zwar manuell und/oder motorisch sowie unter Rückgriff auf
einen einzigen Antrieb. Meistens wird zuerst die untere Spannleiste
an den Rohrzuschnitt angelegt, weil der Rohrzuschnitt hierauf abgelegt
wird. Bei dem Antrieb kann es sich um ein zentrales Handrad für
die manuelle Verstellung und/oder optional einen elektrischen Servomotor
oder einen anderen Antrieb handeln, welcher auf die drei Spannleisten
gemeinsam arbeitet.
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Im
Detail wird die zentrale Verstellung über zwei miteinander
verbundene Getriebe, insbesondere Spindelhubgetriebe erreicht. Dabei
sind beide Spindelhubgetriebeausgänge jeweils an die untere Spannleiste
angeschlossen. Dadurch, dass die beiden seitlichen Spannleisten
entlang einer in etwa 45°-Rampe verstellt werden, bewegen
sie sich im Geschwindigkeitsverhältnis 2:1 im Vergleich
zu der unteren Spannleiste. Dem tragen einerseits die unter ca.
45° angeordneten Gleitflächen zwischen der unteren
Spannleistenaufnahme und dem Schlitten der seitlichen Spannleisten
und andererseits ihre unter 45° angeordnete Schienenführung
Rechnung.
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Sämtliche
drei Spannleisten sind fliegend gelagert, und zwar an dem Schlitten
bzw. allgemein einer Spannbasis. Die fliegende Lagerung ist so realisiert,
dass die jeweilige Spannleiste einendseitig an den zugehörigen
Getriebeausgang des Antriebs angeschlossen ist, während
das andere Ende der Spannleiste den Außenumfang des Rohrzuschnittes beaufschlagt,
und zwar durchmesservariabel. D. h., die drei Spannleisten sind
in ihrer 90°-Anordnung zueinander unter Berücksichtigung
eines Winkels von ca. 270° im Vergleich zum Mittelpunkt
des herzustellenden Rohres angeordnet und bewegen sich von dieser
Position auf den Außenumfang des Rohrzuschnittes zu. Dadurch
können verschiedene Rohrdurchmesser realisiert und verarbeitet
werden, weil die Spannleisten synchron und unter gleichmäßiger Durchmesserverringerung
an den Außenumfang des Rohrzuschnittes angelegt werden.
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Damit
bei diesem Vorgang die Längskanten des Rohrzuschnittes
unter Bildung der zu verschweißenden Längsnaht
einwandfrei beabstandet bleiben bzw. sich nicht überlappen,
fährt zwischen die beiden Längskanten beim bzw.
vor dem Zusammenfahren der Spannleisten ein Anschlag, insbesondere
Mittenanschlag, welcher die Längsränder des Rohrzuschnittes
voneinander beabstandet und für ihre gegenseitige Führung
sorgt. Sobald der Rohrzuschnitt mit Hilfe der Spannleisten und dem
Anschlag fixiert ist, wird der Anschlag bzw. Mittenanschlag entfernt. Zuvor
sind die beiden Längsränder gegenüber
der Schweißvorrichtung mit Hilfe von seitlich heranfahrenden
Spannfingern beidseitig der Längsnaht fixiert worden. Dabei
wird zunächst nur ein Spannfinger fixiert, während
der andere Spannfinger (kurz) geöffnet wird, um den zugehörigen
Längsrand noch verschieben zu können und einen
zwischen den beiden Längsrändern etwaig verbleibenden
Spalt zu schließen. Zu diesem Zweck wird die zu dem Spannfinger gehörige
Spannleiste nachgefahren.
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Nach
dem Zusammenschieben der Längsränder wird die
Spannkraft des zuvor kurz geöffneten Spannfingers wieder
erhöht und der Längsrand festgelegt, so dass keine
Verschiebung der Längsränder mehr möglich
ist. In dieser Lage kann nun der Schweißvorgang ausgeführt
werden.
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Nach
dem Schweißvorgang lassen sich die Kräfte in den
Spannfingern lösen und auch die Spannleisten vom Außenumfang
des nun hergestellten Rohres entfernen. Bei diesem Vorgang mag die untere
Spannleiste für einen zusätzlichen Auswurf des
Rohres sorgen. D. h., mit Hilfe der unteren Spannleiste lässt
sich das fertig hergestellte Rohr abheben. Dadurch wird ein etwaiger
Verschleiß an der Schweißvorrichtung so weit wie
möglich verhindert.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Herstellen von Rohren
aus dünnwandigem Material, die insbesondere aber nicht
notwendigerweise nach dem beschriebenen Verfahren arbeitet. Vorteilhafte
Ausgestaltungen dieser Vorrichtung werden in den Ansprüchen
8 bis 10 beschrieben. Danach kann einzelnen oder allen Spannleisten
jeweils ein Sensor zugeordnet werden. Auch die Realisierung mehrerer
Sensoren an einer Spannleiste ist denkbar. Bei dem einen oder den
mehreren Sensoren handelt es sich beispielsweise um solche zur Messung
des Stellweges der zugehörigen Spannleiste, des auf den
Außenumfang des Rohrzuschnittes ausgeübten Druckes
etc.. Mit Hilfe dieser Parameter kann die automatische Verstellung
der jeweiligen Spannleiste nicht nur gesteuert, sondern sogar geregelt
werden. D. h., es ist eine (programmierbare) Durchmesserauswahl
und -vorwahl des herzustellenden Rohres möglich.
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Denn
es ist denkbar, den gewünschten Durchmesser des herzustellenden
Rohres schon von vornherein mit Hilfe einer Steuereinrichtung vorzugeben
und bei Erreichen des Durchmessers eine weitere Verstellbewegung
der Spannleisten zu stoppen. Dazu werden die jeweiligen Verstellwege
an den Spann leisten durch Wegsensoren abgefragt. Ebenso kann mit
Hilfe der Drucksensoren überprüft und gewährleistet
werden, dass der Außenmantel des Rohrzuschnittes mit Hilfe
der Spannleiste nicht übermäßig druckbelastet
wird. Beschädigungen des Rohres, der Beschichtung der Spannleisten,
der Spannleisten selbst, des Antriebs etc. lassen sich hierdurch
vorteilhaft ausschließen. Dabei kann selbstverständlich
der Haltedruck mit Hilfe der angesprochenen Steuereinheit bzw. Steuereinrichtung
im Sinne einer Regelung beibehalten werden.
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Im
Ergebnis werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen
von Rohren aus dünnwandigem Material, insbesondere aus
Blechen, vorgestellt, die auf eine simple Spannvorrichtung zurückgreifen,
die kein aufwendiges flexibles Zugmittel fordert. Vielmehr gewährleistet
die ausgeklügelte Verstellung der Spannleisten zueinander,
dass der Rohrzuschnitt einwandfrei gehalten und die Längsränder
unter Spaltbildung zusammengeführt werden. Hierfür
sorgt wesentlich, dass sich die beiden seitlichen Spannleisten entlang
einer (vorzugsweise 45°-)Schrägen auf den Außenmantel
des Rohrzuschnittes zubewegen.
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Denn
hierdurch wird nicht nur die gewünschte Durchmesserverringerung
erreicht, sondern gleichzeitig eine den Rohrzuschnitt im Querschnitt beidseitig
stauchende Kraft ausgeübt. Diese führt dazu, dass
sich die Längskanten bzw. Längsränder
des Rohrzuschnittes wie gewünscht aufeinander zubewegen
und am Ende der Bewegung nahezu Stoß an Stoß sich
gegenüberliegen. Für eine zusätzliche Führung
sorgt in diesem Zusammenhang der Anschlag bzw. Mittenanschlag. Hierdurch
lassen sich flexibel ganz unterschiedliche Durchmesser an herzustellenden
Rohren verarbeiten und muss nur der jeweils gewünschte
und erforderliche Rohrzuschnitt in die Spannvorrichtung eingelegt
werden. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
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1 die
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen von
Rohren aus dünnwandigem Material in einer Übersicht
bei einem Rohr mit großem Durchmesser,
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2 den
Gegenstand nach 1 bei der Herstellung eines
Rohres mit geringem Durchmesser,
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3 eine
Detailansicht des Gegenstandes nach 1 und 2 und
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4a–d den Vorgang zur Fixierung
der beiden Längsränder bzw. Längskanten
vor dem Längsnahtschweißen schematisch.
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In
den Figuren ist eine Vorrichtung dargestellt, die sich zum Herstellen
von Rohren 1 aus dünnwandigem Material, vorliegend
aus Metallblechen eignet. Zu diesem Zweck werden die Bleche an ihren
Längsrändern 2, 3 zusammengeführt
und mit Hilfe einer Schweißvorrichtung 4 entlang
der sich dadurch bildenden Längsnaht verschweißt.
Die Schweißvorrichtung 4 setzt sich aus zwei sich
gegenüberliegenden Elektroden 4a, 4b zusammen
(vgl. 4). Um die Bleche bzw. einen zugehörigen
Rohrzuschnitt 5 in die gewünschte Form für
das herzustellende Rohr 1 zu bringen und die Längsränder
bzw. Längskanten 2, 3 für die
Verschweißung zu fixieren, ist eine Spanneinrichtung 6, 7, 8 vorgesehen.
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Die
Spanneinrichtung 6, 7, 8 verfügt
im Ausführungsbeispiel über insgesamt drei Spannbacken 6, 7,
die als Spannleisten 6, 7 ausgebildet sind. Selbstverständlich
können auch mehr als drei Spannbacken 6, 7 realisiert
werden. Darüber hinaus weist die Spanneinrichtung 6, 7, 8 noch
einen Schlitten 8 auf, welcher sich gegenüber
einem Maschinengestell 9 im Rahmen der Darstellung in der
Höhe verändern lässt, wie bei einem Vergleich
der 1 und 2 deutlich wird und durch einen
Doppelpfeil angedeutet ist.
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Die
drei Spannleisten 6, 7 setzen sich aus zwei seitlichen
Spannleisten 6 und einer unteren Spannleiste 7 zusammen,
welche der Schweißvorrichtung 4 gegenüberliegt.
Erfindungsgemäß werden sämtliche Spannleisten 6, 7 synchron
zueinander verstellt und zwar mit Hilfe eines einzigen Antriebes. Im
Rahmen des Ausführungsbeispiels arbeitet der Antrieb manuell,
und zwar über ein Handrad 10.
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Mit
Hilfe des Handrades 10 werden zwei Getriebe 11, 12 angetrieben,
die miteinander verbunden sind. Bei den Getrieben 11, 12 handelt
es sich nicht einschränkend um Spindelhubgetriebe. Beide
Getriebe 11, 12 bzw. Spindelhubgetriebe sind mit
ihren Getriebeausgängen an die untere Spannleiste 7 bzw. den
Schlitten 8 angeschlossen.
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Sämtliche
drei Spannleisten 6, 7 sind mit jeweils ca. 90°-Versatz
zueinander angeordnet und beschreiben im Vergleich zu einem Kreismittelpunkt
M, welcher zugleich mit dem Mittelpunkt des Rohrquerschnittes zusammenfällt,
einen in etwa 270°-Winkel, wenn sie sich vollständig
an den Rohrzuschnitt 5 angelegt haben. Zu diesem Zweck
wird beim Übergang von der 1 zur 2 die
untere Spannleiste 7 bzw. der Schlitten 8 mit
Hilfe der beiden Getriebe 11, 12 bzw. des Handrades 10 und/oder
eines nicht dargestellten Antriebes angehoben. Dadurch werden zugleich
die beiden seitlichen Spannleisten 6 entlang einer dort
am Schlitten 8 vorgesehenen 45°-Rampe verstellt.
Außerdem bewegen sich die beiden seitlichen Spannleisten 6 im
Geschwindigkeitsverhältnis 2:1 im Vergleich zu der unteren
Spannleiste 7. Dem tragen einerseits die beiden unter 45° angeordneten Gleitflächen
und andererseits zugehörige Schienenführungen
für die seitlichen Spannleisten 6 Rechnung. Jedenfalls sorgt
eine Verstellung des Schlittens 8 bzw. der unteren Spannleiste 7 gleichzeitig
dafür, dass die beiden seitlichen Spannleisten 6 entlang der
45°-Schrägen bzw. 45°-Rampen synchron
verstellt werden und ihren Abstand zueinander beim Übergang
von der 1 zur 2 verringern.
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Dadurch
kann beliebigen Rohrquerschnitten Rechnung getragen werden, da sich
die relative Lage der Spannleisten 6, 7 im Vergleich
zum Kreismittelpunkt M jeweils gleichmäßig bzw.
synchron ändert. Anders ausdrückt, bewegen sich
die Spannleisten 6, 7 bei ihrer synchronen Bewegung
zueinander jeweils auf einem Kreisumfang eines Kreises mit dem Kreismittelpunkt
M.
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Zusätzlich
zu der Spanneinrichtung 6, 7, 8 ist ein
Anschlag 13 realisiert, welcher im Rahmen des Ausführungsbeispiels
als Mittenanschlag ausgeführt ist. Mit Hilfe des Anschlages
bzw. Mittenanschlages 13 werden die Längskanten
bzw. Längsränder 2, 3 des Rohrzuschnittes 5 bzw.
des Bleches voneinander beabstandet. Das erkennt man anhand der 4a. Zuvor ist es jedoch erforderlich,
die Längsränder bzw. die Längskanten 2, 3 des
Rohrzuschnittes 5 überhaupt aufeinander zu zubewegen
und den gewünschten (nahezu) kreisrunden Querschnitt des herzustellenden
Rohres 1 bei dem Rohrzuschnitt 5 zu erzeugen.
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Das
wird im Rahmen der Erfindung dadurch erreicht, dass zuerst die untere
Spannleiste 7 und dann die beiden seitlichen Spannleisten 6 an
den Rohrzuschnitt 5 angelegt werden. Um dies zu erreichen,
sind die beiden seitlichen Spannleisten 6 der Spanneinrichtung 6, 7, 8 an
den Schrägen 14, insbesondere 45°-Schrägen 14,
im Maschinengestell 9 bzw. am Schlitten 8 gelagert,
welche zu den zuvor angesprochenen 45°-Rampen korrespondieren.
D. h., die beiden seitlichen Spannleisten 6 bewegen sich gleichzeitig
aufeinander zu und nach unten in Richtung auf die untere Spannleiste 7.
Dadurch wird der Rohrzuschnitt 5 in gewisser Weise gestaucht,
was dazu führt, dass sich die Längsränder
bzw. Längskanten 2, 3 des Rohrzuschnittes 5 aufeinander
zu bewegen.
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Damit
die Längsränder 2, 3 sich nicht überlappen
bzw. eine Führung erfahren, ist der Anschlag 13 vorgesehen,
welcher für den gewünschten Abstand der Längsränder 2, 3 sorgt.
Nachdem die untere Spannleiste 7 und die beiden seitlichen
Spannleisten 6 ihre dementsprechende Endstellung erreicht haben,
und zwar synchron und mit Hilfe des einen Antriebes, der manuell
und/oder motorisch bewegt wird, ist das Rohr 1 für
die anschließende Verschweißung vorbereitet.
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Dabei
sorgen nicht ausdrücklich dargestellte und den Spannleisten 6, 7 jeweils
zugeordnete Sensoren dafür, dass die Spannleisten 6, 7 ihre
zuvor eingestellte Durchmesserposition auch tatsächlich einnehmen
und beibehalten. Beispielsweise mag es sich bei dem zugehörigen
Sensor um einen Wegsensor an der jeweiligen Spannleiste 6, 7 handeln,
welcher den von der Spannleiste 6, 7 überstrichenen Weg
misst und an eine angedeutete Steuereinheit 15 meldet.
Alternativ oder zusätzlich können Drucksensoren
den Spannleisten 6, 7 zugeordnet werden, welche
den Anpressdruck der Spannleisten 6, 7 an den Außenumfang
des Rohrzuschnittes 5 erfassen und an die Steuereinheit 15 melden.
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Im
Rahmen einer Steuerung und/oder Regelung ist es nun denkbar, dass
die Steuereinheit 15 den Antrieb für die Spannleisten 6, 7 so
ansteuert, dass der Rohrzuschnitt 5 mit einem zuvor vorgewählten
Anpressdruck unter Rückgriff auf die Spannleisten 6, 7 fixiert
wird. Dazu ist der Antrieb regelmäßig als elektrischer
Servomotor ausgeführt bzw. beinhaltet einen solchen. Das
ist jedoch nicht zwingend.
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Nachdem
der Rohrzuschnitt 5 unter Rückgriff auf den Anschlag
bzw. Mittenanschlag 13 schon nahezu die gewünschte
zylindrische Form für das herzustellende Rohr 1 eingenommen
hat, werden die beiden Längsränder 2, 3 des
Rohrzuschnittes 5 mit Hilfe von in der 4 dargestellten
Spannfingern 16, 17 fixiert. Anschließend
wird der Anschlag bzw. Mittenanschlag 13 entfernt. Um nun
die beiden Längsränder 2, 3 spaltfrei
gegeneinander zu legen, ist es erforderlich, einen der beiden Spannfinger 16, 17 kurzfristig
zu lockern bzw. anzuheben. Im Ausführungsbeispiel gilt
dies für den rechten Spannfinger 17.
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Wenn
nun die dem rechten Spannfinger
17 zugeordnete seitliche
Spannleiste
6 kurz angedrückt wird, sorgt dies
dafür, dass der zugehörige Längsrand
3 an
den Längsrand
2 nahezu spaltfrei angelegt werden
kann. Anschließend wird der kurzfristig gelöste
Spannfinger
17 wieder fixiert und kann zum Abschluss die
Schweißvorrichtung
4 für das gewünschte
Längsnahtschweißen sorgen. Diese Vorgehensweise
ist grundsätzlich bekannt, wozu auf die
DE 44 32 674 C1 verwiesen
sei, die jedoch im Gegensatz zu der Erfindungslehre zwingend auf
eine flexible Auflage bzw. ein flexibles Zugelement zurückgreift,
um die gewünschte Spannung des Rohrzuschnittes
5 zu
erreichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4432674
C1 [0002, 0004, 0038]
- - EP 0701878 B1 [0002]
- - DE 102004039577 B3 [0002, 0007]
- - DE 3113769 C1 [0002]