DE19548618C1 - Spannvorrichtung zum Ausrichten von zu verschweißenden bzw. zu bearbeitenden plattenfömigen Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Ausrichten von zu verschweißenden bzw. zu bearbeitenden plattenförmigen Werk­ stücken.

Im Schiffbau werden zur Herstellung von Plattenplänen mehrere einzelne Bleche durch Stumpfnahtschweißung miteinander zu Plat­ tenplänen (Paneelen) verbunden. Zum Positionieren der einzelnen Bleche für das anschließende Verschweißen sind verschiedene Systeme bekannt, die ein Ausrichten der Blechplattenkanten zu­ einander gewährleisten. Ein Ausrichten der Blechplattenkanten ist z. B. auch erforderlich, wenn plattenförmige Werkstücke (z. B. Stahlbleche mit größeren Abmessungen) zur Schweißnahtvorberei­ tung bearbeitet werden müssen und dabei eine genaue Fixierung zum Bearbeitungswerkzeug (mechanisches Werkzeug bzw. Schneid­ strahl wie Brennstrahl, Plasmastrahl oder Laserstrahl) erforder­ lich ist.

Zum Positionieren der einzelnen Bleche für die anschließende Bearbeitung sind verschiedene Spannvorrichtungen auch in Ver­ bindung mit Transporteinrichtungen bekannt. So werden mechani­ sche von oben und unten auf die zu positionierenden Blechplat­ tenkanten wirkende Druckbalken bzw. Druckstempel eingesetzt.

Bekannt sind auch Magnet- und Vakuumspannsysteme, die vollflä­ chig bzw. partiell das zu bearbeitende Werkstück erfassen.

So ist aus der DD-PS 2 68 418 A1 eine elektromagnetische Spann­ vorrichtung für das Stumpfnahtschweißen ebener Bleche bekannt, bei der die zu verschweißenden Bleche mittels einer doppelreihi­ gen Elektromagnetbaugruppe auf einer sicheren festen Auflage positioniert werden.

In der Pat. Abstr. of Japan 63-123598 (A1) ist eine weitere Variante beschrieben, in der das in einer sphärischen Lagerung gehalterte zu verschweißende Werkstück mittels Dauer- oder Elek­ tromagnet in Schweißposition gehalten wird.

Bei vollflächig ausgeführten Spannsystemen besteht die Schwie­ rigkeit darin, das plattenförmige Werkstück vollständig zu er­ fassen, da die vorhandenen Form- und Lageabweichungen der immer größeren Bleche das nicht mehr sicher ermöglichen.

Deshalb wurde auch in ausgeführten Spannvorrichtungen, wie z. B. in der DE 42 42 102 beschrieben, das Spannbett in mehrere von­ einander vertikal unabhängig bewegbare Spannelemente aufgeteilt, die einzeln über gesonderte Hubelemente wie mechanische, hydrau­ lische oder pneumatische Arbeitszylinder bewegt werden. Die Positionierung der zu fixierenden Blechkante erfolgt dadurch, daß die einzelnen Spannelemente über die einzelnen getrennt betriebenen Hubelemente in Arbeitsstellung gebracht werden. Dazu ist es erforderlich, zuvor die Spannelemente am Werkstück zu positionieren. Das ermöglichen die getrennt betriebenen Hubele­ mente, die für jedes Spannelement erforderlich sind. Für das Erreichen der Arbeitsstellung ist anschließend eine genau fi­ xierte einheitliche Lage der einzelnen Spannelemente erforder­ lich. Die vorhandenen Form- und Lageabweichungen des Werkstückes müssen dabei durch Einbringung von Verformungsenergie in das Werkstück kompensiert werden. Das wird z. B. über hydraulische Arbeitszylinder, die in eine definierte Arbeitsstellung fahren, realisiert. Das Werkstück wird bei diesem Vorgang weiterhin durch das Spannelement, z. B. über Vakuumkräfte oder Magnetkräf­ te, erfaßt.

Als nachteilig bei den vorher beschriebenen Spannvorrichtungen hat sich der hohe technische Aufwand für die Hubeinrichtungen herausgestellt.

Ausgehend von den bekannten Spannvorrichtungen liegt der Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung zum Ausrichten von zu bearbeitenden plattenförmigen Werkstücken vorzuschlagen, bei der der erforderliche technische Aufwand zum Positionieren der einzelnen Spannelemente am Werkstück und das anschließende Erreichen der definierten Arbeitsstellung wesentlich reduziert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Spannvorrichtung zum Ausrichten von zu verschweißenden bzw. zu bearbeitenden platten­ förmigen Werkstücken mittels mehrerer eine Spannreihe bildende Vakuum- oder Magnetspannelemente, die autonom vertikal bewegbar sind, gelöst, wobei die Spannreihe mittels eines gemeinsamen Druckschlauches, der unter den einzelnen Spannelementen angeord­ net ist, vertikal bewegt wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß der Druckschlauch so druckbeaufschlagt wird, daß eine Positionierung der Spannelemen­ te am Werkstück erreicht und danach eine Kompensation der Form- und Lageabweichung des Werkstückes durch Erreichen der notwendi­ gen Deformationskräfte bei maximalem Druck und in Wirkungsver­ bindung mit den Spannelementen und den Fixierelementen bei Er­ reichen der Arbeitsstellung realisiert wird.

Es ist vorteilhaft, daß die Spannreihe bzw. die Spannreihen auf einem gemeinsamen Grundrahmen befestigt ist.

Ein erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, daß zur Fixierung der Spannelemente in Arbeitsstellung im Spannelement ein oder mehrere Fixierelemente befestigt sind, die mit dem oberen Gurt eines Trägers des Grundrahmens in Wirkungsverbindung stehen.

Zweckmäßigerweise ist das Spannelement in einer vertikalen Füh­ rung gelagert.

Es ist weiterhin erfindungsgemäß, daß im unteren Bereich zwi­ schen den einzelnen Spannelementen, in Längsrichtung gesehen, Verbindungselemente angeordnet sind, die den Freiraum zwischen den Spannelementen nach oben abdecken.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen in einer wesentlichen Verringerung des technischen Aufwandes für die Betätigungseinrichtungen der Spannelemente sowie in einer ver­ stärkten Einflußnahme auf die Kompensation der Form- und Lageab­ weichung des Werkstückes in Arbeitsstellung.

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Vorderansicht, Vorrichtung in Ausgangsstellung,

Fig. 2 eine Vorderansicht, Vorrichtung in einer Zwischenstel­ lung,

Fig. 3 eine Vorderansicht, Vorrichtung in Arbeitsstellung,

Fig. 4 eine Seitenansicht nach Fig. 1,

Fig. 5 eine Seitenansicht nach Fig. 2,

Fig. 6 eine Seitenansicht nach Fig. 3.

Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Spannvorrichtung zum Ausrich­ ten von zwei miteinander zu verschweißenden plattenförmigen Werkstücken 1 innerhalb einer Schweißstation. Die Spannvorrich­ tung besteht im wesentlichen aus zwei sich gegenüberliegenden Spannreihen, die auf einem Grundrahmen 8, der aus zwei parallel laufenden Grundrahmenträgern 10 mit Verbindungen gebildet wird, befestigt sind. Die Spannreihen selbst werden aus einzelnen, nebeneinander angeordneten, autonom vertikal bewegbaren Spann­ elementen 2 gebildet, deren Vertikalbewegung in einer Spannreihe durch einen gemeinsamen Druckschlauch 3 erzeugt wird. Als Spann­ elemente 2 sind sowohl vakuumbeaufschlagte Spannelemente als auch Magnetspannelemente denkbar. Das einzelne Spannelement 2 ist in einer Führung 7 gelagert und liegt, wie in Fig. 1 darge­ stellt, in Ausgangsstellung auf einer Auflage 9 auf. Im Spann­ element 2 sind ein oder mehrere Fixierelemente 6 befestigt. Diese Fixierelemente 6, in Form von Stiftschrauben mit am freien Ende angeordneten Kontermuttern, dienen im Zusammenwirken mit dem oberen Gurt des Grundrahmenträgers 10 als Fixierpunkt für die Einstellung des Spannelementes 2 in der unteren Endlage (siehe Fig. 1 - Ruhestellung) bzw. in der oberen Endlage (siehe Fig. 3 - Arbeitsstellung).

Unter den einzelnen Spannelementen 2 ist ein Einbauraum für den Druckschlauch 3 vorgesehen, der dort auf einer Auflage 5 auf­ liegt. Die Auflage 5 ist mit dem Gurt des Grundrahmenträgers 10 verbunden und verbindet gleichzeitig die beiden seitlichen Füh­ rungen 7 für ein Spannelement 2.

In Längsrichtung gesehen, sind zwischen den einzelnen Spannele­ menten 2 Verbindungselemente 4 vorgesehen. Diese Verbindungs­ elemente 4 verhindern bei Inbetriebnahme des Druckschlauches 3 ein Ausbeulen desselben im Freiraum zwischen den einzelnen Span­ nelementen 2.

Die Bearbeitungslage der Werkstücke 1 wird ausgehend von der Ausgangslage der Blechkante und der Spannelemente 2 wie folgt erreicht. Beim Beschicken der Schweißstation mit zu verschwei­ ßenden Blechen befinden sich beide Spannreihen im abgesenktem Zustand unterhalb einer Transportebene 11. Das erste Blech wird auf einem an sich bekannten Rollengang zur Schweißstation trans­ portiert und im Bereich der Spannvorrichtung ausgerichtet. Jetzt wird die im Wirkbereich der Blechkante liegende Spannreihe akti­ viert, indem durch das Aufbringen eines geringen Druckes in den Druckschlauch 3 eine Hubbewegung der einzelnen Spannelemente 2 bis zum Anliegen derselben an das Blech erreicht wird. Dieses Blech kann dabei eine Form, wie in Fig. 4 dargestellt, besitzen. Danach erfolgt die Fixierung der Spannelemente 2 am Blech. Bei der Verwendung von Magnetspannelementen kann die Aktivierung derselben bereits beim Einleiten der Vertikalbewegung erfolgen. Da die Spannelemente 2 einzeln an dem Blech anliegen, können noch Unebenheiten in der Blechoberfläche vorhanden sein, siehe Fig. 5. Durch volle Druckbeaufschlagung des Druckschlauches 3 wird nun das Blech in die Arbeitsstellung, die in einem geringen Abstand über der Transportebene 11 liegt, gebracht. Dabei er­ folgt durch eine ausreichend große Druckbeaufschlagung des Druckschlauches 3 in Wirkverbindung mit den Spannelementen 2 und den Fixierelementen 6 eine Kompensation der Form- und Lageab­ weichungen des Bleches und damit eine definierte vorzugsweise ebene Arbeitsstellung der Blechkanten. Die Druckkräfte zur Kom­ pensation müssen mindestens den Deformationskräften zur Kompen­ sation der Form- und Lageabweichung entsprechen. Das Aufbringen der Druckkräfte kann sowohl durch gasförmige als auch durch flüssige Medien erfolgen.

Die Arbeitsstellung der Spannelemente 2 wird, wie aus Fig. 3 zu ersehen, durch die Fixierelemente 6 in Wirkverbindung mit dem oberen Gurt des Grundrahmenträgers 10 realisiert.

Ist die erste Blechplatte fixiert, wird die zweite Blechplatte analog in die Schweißstation eingeführt, an der anderen Spann­ reihe ausgerichtet und dort wie beschrieben in Arbeitsstellung gebracht. Nach erfolgter Verschweißung der beiden Bleche werden die beiden Spannreihen entaktiviert und die einzelnen Spannele­ mente 2 in Ruhestellung abgesenkt. Die miteinander verschweißten Bleche können in der Transportebene 11 zur nächsten Arbeitssta­ tion transportiert werden.

Das beschriebene Verfahren ist auch dann anwendbar, wenn nur eine Spannreihe zum Bearbeiten plattenförmiger Werkstücke 1, wie z. B. beim Bearbeiten der Blechkanten, erforderlich ist.

Claims (6)

1. Spannvorrichtung zum Ausrichten von zu verschweißenden bzw. zu bearbeitenden plattenförmigen Werkstücken mittels mehre­ rer eine Spannreihe bildende Vakuum- oder Magnetspannele­ mente, die autonom vertikal bewegbar sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannreihe mittels eines gemeinsamen Druckschlauches (3), der unter den einzelnen Spannelementen (2) angeordnet ist, vertikal bewegbar ist.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckschlauch (3) so druckbeaufschlagbar ist, daß eine Positionierung der Spannelemente (2) am Werkstück (1) zu erreichen und danach eine Kompensation der Form- und Lageabweichung des Werkstückes (1) durch Erreichen der notwendigen Deformationskräfte bei maximalem Druck und in Wirkverbindung mit den Spannelementen (2) und Fixier­ elementen (6) bei Erreichen der Arbeitsstellung zu reali­ sieren ist.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannreihe bzw. die Spannreihen auf einem Grundrahmen (8) befestigt ist.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung der Spannelemente (2) in Arbeitsstellung im Spannelement (2) ein oder mehrere mit dem oberen Gurt eines Grundrahmenträgers (10) in Wirkverbindung stehende Fixierelemente (6) befestigt sind.

5. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Spannelement (2) in einer vertikalen Führung (7) gelagert ist.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im unteren Bereich zwischen den einzelnen Spannelementen (2), in Längsrichtung gesehen, den Freiraum zwischen den Spannelementen nach oben abdeckende Verbin­ dungselemente (4) angeordnet sind.