DE19738976A1 - Vorrichtung zum thermischen Richten eines Bauteils aus Metall - Google Patents

Description

Bei der Verarbeitung von länglichen Bauteilen wie Leisten, Profilen und Platten aus Metall kann aus verschiedenen Gründen ein Verzug des Bauteils eintreten, der dem Bauteil eine Abweichung von seiner Soll-Erstreckung aufzwingt. Dabei kann der Verzug sowohl in einer als auch in zwei z. B. rechtwinklig zueinander stehenden Querrichtungen gerichtet sein. Letzteres kann insbesondere bei flachen länglichen Gegenständen wie Leisten oder Stegen auftreten. Bei Platten, die zwei rechtwinklig zueinander gerichtete Längsrichtungen aufweisen, tritt der Verzug hauptsächlich quer zur Wandung auf, wobei es sich um lineare Wellen oder auch um räumliche Beulen handeln kann.

Das vorliegende Verzugsproblem stellt sich insbesondere bei Schweißkonstruktionen, bei denen aufgrund von Erwärmungen und Spannungen in den Schweißnähten ein Verzug auftritt. Insbesondere im Bereich von Winkelschweißnähten ergeben sich ebenfalls große Spannungen, die z. B. an den Winkelschweißnähten eines auf einer Platte beidseitig verschweißten Verstärkungssteges zu einem Einbiegen der Platte zu beiden Seiten des Steges führen, wodurch die Platte auf ihrer Außenseite einen wulstförmigen Buckel erhält.

In solchen Fällen, in denen ein vorbeschriebenes Bauteil eine gleichförmige Außenwandform der Platte aufweisen soll, ist ein nachträgliches thermisches Richten erforderlich, um den Verzug zu beseitigen.

Bei einem Gegenstand, bei dem es auf Maßhaltigkeit ankommt, kann ein Verzug die Maßhaltigkeit beeinträchtigen, und deshalb ist auch bei einem solchen Gegenstand ein thermisches Richten aus Gründen der Maßhaltigkeit erforderlich. Dies gilt sowohl für einen Gegenstand als Einzelteil, als auch für solche Gegenstände, die als Sektionsbauteile zu einem Großbauteil zusammengesetzt und miteinander verbunden werden.

Die vorgenannten Probleme ergeben sich auch beim Schiffbau bei der Herstellung des Schiffskörpers, bei dem sowohl eine plattenförmige Schiffskörperwand vorhanden ist, die durch mit Winkelnähten verschweißten Verstärkungsstegen stabilisiert ist, als auch Sektionsbauteile vorhanden sind, aus denen der Schiffskörper zusammengesetzt ist. Aufgrund der Größe eines Schiffskörpers und der Bauteile ergeben sich die vorbeschriebenen Schwierigkeiten in verstärktem Maß.

Es ist bekannt, vorbeschriebene Verformungen durch gezielte Erwärmung des Bauteils bzw. Werkstücks zu richten. Hierzu wird die erhabene oder die zu lange Seite des Bauteils erwärmt, wodurch sich zunächst die Verformung noch vergrößert. Gleichzeitig treten durch die Volumenvergrößerung in der erwärmten Zone Druckspannungen auf, die bei einer Erwärmung auf Glühtemperatur ein Stauchen im erwärmten Bereich herbeiführen. Beim anschließenden Abkühlen schrumpft der gestauchte Bereich zusammen, wobei sich das Bauteil über seine Ausgangsform hinaus gerade zieht.

In der Praxis erfolgt ein solches thermisches Richten durch ein Erwärmen der zu richtenden Stellen mit einem Gasbrenner, der von einem Fachmann gezielt an den zu richtenden Stellen zu handhaben ist, wozu Erfahrung und ein besonderes Geschick des Fachmanns notwendig ist. Der Wirkungsgrad dieser bekannten Richtmaßnahme ist verhältnismäßig gering, weil ein Großteil der Wärmeenergie für den Richtvorgang verloren geht. Außerdem ist die Bedienungsperson den entstehenden Temperaturen an der Behandlungsstelle ausgesetzt. Ferner bedarf es eines großen Handhabungsaufwandes und einer besonderen Aufmerksamkeit der Bedienungsperson, da die Gefahr von Verletzungen durch Verbrennen besteht.

Es ist auch bekannt, anstelle eines Gasbrenners eine elektrische Wärmequelle zu verwenden, nämlich einen sogenannten Induktor mit einem Induktionskern, in dessen Bereich aufgrund eines elektromagnetischen Feldes sich der zu richtende Gegenstand auf Glühtemperatur gezielt erwärmen läßt. Die Vorteile dieser bekannten Maßnahme sind Umweltfreundlichkeit, da kaum giftige Gase und Rauchentwicklung entstehen, eine leistungsfähige und verlustarme Wärmeerzeugung und eine gezielte Erwärmung der zu richtenden Stellen des Werkstücks. Eine solche bekannte Vorrichtung ist in der deutschen FZ Seewirtschaft, Berlin 20 (1995) 12, S. 624 und 625 beschrieben. Bei diesem bekannten Gerät ist der Induktionskopf in einem Kopfträger angeordnet, der einen Stiel aufweist und in Form eines Staubsaugers von der Bedienungsperson auf der zu richtenden Oberseite des Werkstücks gehandhabt werden kann, wie es im Bild 9 des vorgenannten Fachberichtes dargestellt ist. Der Induktionskopf ist durch eine flexible Schlauchleitung mit einer elektrischen Versorgungseinrichtung verbunden, wobei sich im flexiblen Schlauch neben den elektrischen Leitungen auch zwei flexible Schlauchleitungen eines Kühlwasserkreislaufs erstrecken, an den der Induktionskern angeschlossen ist.

Bei diesem bekannten Gerät bedarf es wie bereits beim thermischen Richten mittels Gasflamme eines großen Handhabungsaufwandes und einer großen Aufmerksamkeit, um die betreffenden Stellen des Verzuges zu erwärmen und zu richten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die ein gezieltes Richten mit einem geringeren Handhabungsaufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Wärmkopf in bzw. an Teilen der Vorrichtung gehalten und geführt, so daß es lediglich einer Steuerung der Relativbewegung und gegebenenfalls der Bewegungsgeschwindigkeit zwischen dem Halter und dem zu richtenden Bauteil bedarf, um die zu richtenden Stellen zu erwärmen. Dabei erfolgt eine sichere Führung des Wärmkopfes auch in einer Position des Bauteils, in der es unterseitig zu richten ist und der Wärmkopf sich unter dem Bauteil befindet. Außerdem kann die Relativbewegung durch eine Bewegung des Bauteils erreicht werden, so daß der Wärmkopf nicht oder nur in einer Bewegungskomponente bewegt zu werden braucht. Hierdurch ist der Handhabungsaufwand wesentlich verringert. Dabei ist der Aufenthalt der Bedienungsperson in der näheren Umgebung des Wärm- oder Induktionskopfes nicht erforderlich, so daß aufgrund der Erwärmung für die Bedienungsperson denkbare Gefahren nicht bestehen.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, die in der Längsrichtung des Bauteiles gerichtete Relativbewegung zwischen dem Bauteil und dem Wärmkopf durch eine aktive Bewegung des Bauteils und/oder des Wärmkopfes zu erzeugen. Dabei ist der Wärmkopf unabhängig vom zu richtenden Bauteil gehalten und positioniert. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung braucht die Bedienungsperson ihre Aufmerksamkeit lediglich auf die Bewegung zu richten, die kontinuierlich oder in Schritten erfolgen kann, wobei lediglich die Relativgeschwindigkeit oder gegebenenfalls die Leistung des Wärmkopfes zu steuern ist.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht darin, daß sie sich für eine Mechanisierung und eine teil- oder vollautomatische Steuerung der Relativbewegungen und weiterer Funktionen der Vorrichtung eignet.

Im übrigen führen in den Unteransprüchen enthaltene Merkmale zu einfachen und kostengünstig herstellbaren Bauweisen geringer Baugröße, die sich vorteilhaft in die erfindungsgemäße Vorrichtung integrieren lassen, dabei von raumsparender Bauweise sind und eine einfache Steuerung sowie sichere Funktion bei langer Lebensdauer gewährleisten.

Nachfolgend werden die Erfindung und weitere durch sie erzielbare Vorteile anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum thermischen Richten von insbesondere länglichen Gegenständen aus Metall, vorzugsweise von Sektionsbauteilen eines Schiffskörpers, in der Seitenansicht;

Fig. 2 die Vorrichtung in der Draufsicht;

Fig. 3 einen Halter im Teilschnitt III-III in Fig. 2 in vergrößerter Ausgestaltung als Ausführungsbeispiel;

Fig. 3a eine Einzelheit des Halters gemäß Fig. 3 in einer anderen Funktionsstellung;

Fig. 4 den Halter in der Draufsicht;

Fig. 5 eine Einzelheit des Halters in prinzipieller vergrößerter Darstellung;

Fig. 6 die Einzelheit in der Draufsicht;

Fig. 7 einen Halter nach Fig. 3 in abgewandelter Ausgestaltung;

Fig. 8 den Halter nach Fig. 7 in der Seitenansicht;

Fig. 9 einen Halter für den Wärmkopf in abgewandelter Ausgestaltung gemäß dem Teilschnitt nach Fig. 3;

Fig. 10 ein vereinfacht dargestelltes längliches Bauteil in perspektivischer Darstellung.

Die Hauptteile der Vorrichtung 1 sind ein erster Träger 2 für ein längliches Bauteil B, das einen von einer geraden Erstreckung abweichenden Verzug aufweist und thermisch zu richten ist, ein Halter 3, an dem ein vorzugsweise durch einen Induktionskopf gebildeter Wärmkopf 4 gehalten ist, ein zweiter Träger 5, an dem der Halter 3 im wesentlichen parallel zur ihm zugewandten Fläche des Bauteils B bewegbar gehalten ist, eine erste Verstellvorrichtung 6 zum Ausführen einer ersten Relativbewegung in dieser ersten Bewegungsrichtung X zwischen dem ersten Träger 2 und dem Bauteil B, eine zweite Verstellvorrichtung 7 zum Ausführen einer zweiten Relativbewegung in einer zweiten Bewegungsrichtung Y zwischen dem Halter 3 und dem Bauteil B, eine Führung 8 für den Halter 3, in der dieser in einer dritten Bewegungsrichtung Z auf das Bauteil B zu und von diesem weg bewegbar ist, und eine Steuervorrichtung 9 zum Steuern der Bewegung des Halters 3 in der Führung 8 bei Einhaltung eines bestimmten Abstands des Wärmkopfes 4 vom Bauteil B.

Der Wärmkopf 4 ist vorzugsweise ein sogenannter Induktor mit wenigstens einem Induktorkern, der an einen Stromkreislauf anschließbar ist. Hierzu dient ein flexibler Schlauch 12, der einen neben der Vorrichtung 1 angeordneten Generator 13 mit dem Halter 3 für den Wärmkopf 4 verbindet, und in dem sich nicht nur die elektrischen Leitungen des elektrischen Kreislaufs sondern auch zwei Leitungen eines Kühlmittelkreislaufs erstrecken, die sich längs durch den als Rohr ausgebildeten Spulenkörper 4a erstrecken und dem Induktor im Funktionsbetrieb ein Kühlmittel, z. B. Wasser, zu- und abführen, wodurch der Induktor vor Überhitzung geschützt ist. Mit S ist ein Steuerpult für eine Bedienungsperson P bezeichnet und seitlich neben dem Rahmengestell 16 angeordnet, das Teil einer elektronischen Steuereinrichtung 10 ist.

Mit der Vorrichtung 1 läßt sich eine erste Relativbewegung zwischen dem Wärmkopf 4 und dem Bauteil B ausführen, die in der Längsrichtung des länglichen Bauteils B gerichtet ist und beim vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch gebildet ist, daß das Bauteil B in seiner Längsrichtung in die mit dem Pfeil X verdeutlichte horizontale erste Bewegungsrichtung verschiebbar ist. Hierzu ist der erste Träger 2 durch ein längliches Rahmengestell 16 gebildet, an dessen Oberseite eine Fördervorrichtung angeordnet ist, hier Förderrollen 17 drehbar gelagert sind, auf denen das Bauteil B in die erste Bewegungsrichtung X verschiebbar ist. Der zugehörige Antrieb kann durch angetriebene Förderrollen 17 gebildet sein. Hierzu kann ein die Förderrollen 17 miteinander verbindender Kettentrieb und ein Antriebsmotor M vorgesehen sein. Die erste Verstellvorrichtung 6 ist bei diesem Ausführungsbeispiel somit durch die Förderrollen 17 gebildet.

Es läßt sich mit der Vorrichtung 1 eine zweite Relativbewegung zwischen dem Wärmkopf 4 und dem Bauteil B ausführen, die etwa rechtwinklig und horizontal zur ersten Bewegungsrichtung X und somit quer zur Längsrichtung des ersten Trägers 2 bzw. des Bauteils B gerichtet ist. Die zweite Relativbewegung in der zweiten Bewegungsrichtung Y ist eine horizontale Querbewegung in beiden Bewegungsrichtungen, was durch einen Doppelpfeil verdeutlicht ist.

Die dritte Bewegungsrichtung Z des Halters 3 bzw. Wärmkopfs 4 ist etwa vertikal gerichtet, wobei sie in beide möglichen Bewegungsrichtungen verläuft, s. Doppelpfeil.

Das Bauteil B kann sich gerade oder ungerade erstrecken und z. B. durch eine Materialstange oder ein Profil gebildet sein, z. B. eine Leiste ungleich großer Querschnittsabmessungen, z. B. eine Flachstange. Bei einem solchen Bauteil B ist mit einem Verzug V im wesentlichen nur in seiner Längsrichtung zu rechnen. In einem solchen Fall braucht der Halter 3 in der zweiten Bewegungsrichtung Y lediglich justierbar zu sein, nämlich zum Zweck der Anpassung an die Größe der Querabmessung des Bauteils B bzw. der Position des Verzugs V.

Wenn es sich bei dem Bauteil B gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um eine Platte B1 (Fig. 5 und 7 bis 10) handelt und/oder wenn auch ein quer verlaufender oder quer versetzter Verzug V1 zu richten sein soll, dann bedarf es in der zweiten Bewegungsrichtung Y einer Justierbewegung oder einer gesteuerten zweiten Relativbewegung zwischen dem Halter 3 bzw. Wärmkopf 4 und der Platte B1, um einen quer versetzten Verzug zu erreichen oder einen quer verlaufenden Verzug verfolgen und richten zu können.

Bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen ist das Bauteil B eine Platte B1, die längs der Bewegungsrichtung X (Fig. 1) oder Y (Fig. 3) mit Verstärkungsstegen B2 verschweißt ist, wobei zu beiden Seiten der Verstärkungsstege B2 Winkelschweißnähte vorhanden sind. Hierbei kann es sich um Sektionsbauteile eines Schiffskörpers handeln, wobei die Platte B1 z. B. die Schiffskörperaußenwand oder auch eine Schiffskörperinnenwand, z. B. eine Deckwand, bilden kann. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Verstärkungsstege B2 sich auch schräg zu den Bewegungsrichtungen X, Y erstrecken können.

In Fig. 10 ist ein sich längs der ersten Bewegungsrichtung X erstreckender Verzug V dargestellt, der sich durch die wenigstens eine Winkelschweißnaht zur Verbindung des zugehörigen Verstärkungssteg B2 ergibt.

Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen befinden sich die Verstärkungsstege B2 an der Oberseite der Platte B1, wobei der Halter 3 und der Wärmkopf 4 unter dem Bauteil B angeordnet sind. Diese Anordnung entspricht der üblichen Anordnung im Bereich einer Fertigungsstrecke für Segmentbauteile B eines Schiffskörpers, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in die Fertigungsstrecke integriert sein kann. Dabei kann die erste Bewegungsrichtung X längs oder quer zur Fertigungsstrecke angeordnet sein. Bei einer solchen Anordnung wird das wenigstens eine Bauteil B während des taktweisen Fertigungsvorschubs in den Bereich der Vorrichtung 1 befördert. Die Vorrichtung 1 kann jedoch auch separat von einer Fertigungsstrecke, z. B. quer zur Fertigungsstrecke versetzt, angeordnet sein, wobei hier die Bauteile B mit einem sogenannten "Shuttle" der Vorrichtung 1 übertragen und nach dem Richten der Fertigungsstrecke wieder rückübertragen werden.

Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, das wenigstens eine Bauteil B umgekehrt in der Vorrichtung 1 anzuordnen, d. h. mit den Verstärkungsstegen B2 nach unten, wobei der Halter 3 und Wärmkopf 4 so zu positionieren sind, daß sie oberhalb des Bauteils B angeordnet und verstellbar sind.

Der zweite Träger 5 für den Halter 3 ist unabhängig vom Bauteil B angeordnet und abgestützt, z. B. auf dem vorhandenen Boden oder am hier durch das Rahmengestell 16 gebildeten ersten Träger 2, wie es das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem das Rahmengestell 16 den ersten Träger 2 und den zweiten Träger 5 bildet. Wie sich insbesondere aus Fig. 2 und 3 entnehmen läßt, ist der allgemein mit 3 bezeichnete Halter mittels einer Querführung 19 in der zweiten Bewegungsrichtung Y durch einen elektrischen Antrieb 21 verstellbar und in der jeweiligen Verstellposition feststellbar. Hierzu dienen zwei Führungsstangen 19a auf denen der Halter 3 mittels Führungsbuchsen 19b verschiebbar gelagert ist. Zwischen den Führungsstangen 19a ist eine quer angeordnete Gewindespindel 19c am Rahmengestell 16 drehbar gelagert und durch einen den Antrieb 21 bildenden Motor drehbar, die eine am Halter 3 befestigte Spindelmutter 19d durchfaßt. Mit dieser zweiten Verstellvorrichtung 7 ist der Halter 3 somit gezielt in beiden Bewegungsrichtungen Y im Bereich der vorhandenen Breite des ersten und zweiten Trägers 2, 5 verstellbar und feststellbar.

Wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist, weist der Halter 3 ein Halterunterteil 3a und ein Halteroberteil 3b auf, die durch eine vertikale Hubvorrichtung 22 miteinander verbunden sind. Diese umfaßt eine Vertikalführung 23, z. B. zwei oder mehrere, hier vier außermittig angeordnete Stangenführungen 24, wenigstens einen Expansionsmotor 25, hier zwischen dem Halterunterteil 3a und dem Halteroberteil 3b wirksame, auf den Stangenführungen 24 angeordnete Druckfedern, und wenigstens einen Kontraktionsmotor 26, hier in Form von zwei einander gegenüberliegend angeordneten, zwischen dem Werkzeugunterteil 3a und dem Werkzeugoberteil 3b wirksame, z. B. pneumatische, Zugzylinder 27.

Auf dem Werkzeugoberteil 3b ist ein Halteschaft 28 angeordnet, an dem der Wärmkopf 4 mittels einer den Werkzeugschaft 4a des Wärmkopfes 4 aufnehmenden und sicherbaren Steckverbindung 29 befestigt ist.

In solchen Fällen, in denen der Wärmkopf 4 eine längliche aktive Form 4b hat, die durch mehrere in einer Reihe oder parallel zueinander angeordnete Wärmkerne 4b gebildet sein kann, ist es vorteilhaft, den Wärmkopf 4 mittels einer Verstellvorrichtung 31 um seine vertikale Mittelachse 32 verstellbar und in der jeweiligen Verstellposition feststellbar anzuordnen. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist zu diesem Zweck der Halteschaft 28 durch einen z. B. pneumatischen Kolbenzylinder 33 verstellbar und in der jeweiligen Verstellposition feststellbar, der am Halteschaft 28 oder einem daran befestigten Flansch 28a exzentrisch angreift und an einer Platte 3c des Werkzeugoberteils 3b abgestützt ist. Die Verstellbewegung kann für Bewegungen längs den Bewegungsrichtungen X, Y etwa 90° betragen, so daß die Längserstreckung des Wärmkopfes 4 in die jeweilige Bewegungsrichtung X, Y oder schräg oder kurvenförmig dazu eingestellt werden kann. Für zwischen diesem Winkelbereich befindliche Stellungen ist es vorteilhaft, die Verstellvorrichtung 31 so auszubilden, daß verschiedene oder wahlweise Winkelstellungen des Halteschaftes 28 stufenlos oder in Stufen einstellbar sind.

Zwischen dem Wärmkopf 4 und dem Bauteil B soll ein Luftspalt von vorzugsweise etwa 3 bis 5 mm vorhanden sein, s. Abstand a. Um dies zu gewährleisten, ist dem Halteroberteil 3b bzw. der Steuereinrichtung 9 eine Positioniervorrichtung 34 zugeordnet, die den Wärmkopf 4 so an die jeweilige Wandung des Bauteils B anpaßt, daß der Luftspalt bzw. Abstand a gewährleistet ist. Die Positioniervorrichtung 34 kann im Sinne eines mechanischen oder elektrischen Antriebs auf die Hubvorrichtung 22 wirksam sein. Es können z. B. ein oder mehrere um den Wärmkopf 4 verteilt angeordnete Sensoren oder Tastelemente vorgesehen sein, die mittels der Steuervorrichtung 9 den bestimmten Abstand a gewährleisten. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist ein Abstandshalter 34a in Form wenigstens eines Tastelementes 34b vorgesehen, das bezüglich des Wärmkopfes 4 in seitlicher Position angeordnet ist, wobei sein Tastkopf um den Abstand a die vorzugsweise ebene Stirnfläche des Wärmkopfes 4 überragt. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind mehrere um den Wärmkopf 4 verteilt angeordnete Tastelemente 34b vorgesehen, um bei einem Verzug V, V1 den Mindestabstand a bezüglich des Wärmkopfes 4 auch allseitig zu gewährleisten. Dieser Abstand a ist vorzugsweise einstellbar. Dies kann durch eine höhenverstellbare Anordnung des oder der Tastelemente 34b oder des Wärmkopfes 4 in der zugehörigen Befestigung erfolgen. Um die Reibung zwischen dem Bauteil B und dem oder den Tastelementen 34b möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, am Tastelementkopf ein Rollelement, z. B. eine Scheibe oder ein Rad oder eine Kugel, anzuordnen. Wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zeigt, können an einem den Wärmkopf 4 umgebenden, die Tastelemente 34 bildenden Rahmen 35 oder entsprechenden Segmenten des Halteroberteils 3b mehrere Rollelemente, z. B. Kugeln 36, gegebenenfalls versenkt angeordnet sein, die in der jeweiligen Bewegungsrichtung X, Y einen Leichtlauf gewährleisten. Die Tastelemente 34b sind am Halteoberteil 3b, hier an der Platte 3c, befestigt und bilden damit eine Bewegungseinheit.

Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 3 ist die Anordnung so getroffen, daß das Halteroberteil 3b im Funktionsbetrieb mit der elastischen Spannkraft des Expansionsmotors 25 gegen das Bauteil B gedrückt ist, wobei der Kontraktionsmotor 26 ausgeschaltet ist. Es ist der Zweck des Kontraktionsmotors 26, bei seiner Einschaltung das Halteroberteil 3b in einer nach unten verschobenen Bereitschaftsstellung zu positionieren, in der der Kontraktionsmotor 26 den Expansionsmotor 25 überdrückt. Zur Steuerung des Kontraktionsmotors 26 ist ein Sensor 37, wie ein Näherungsschalter z. B. am Werkzeugunterteil 3a angeordnet, auf dessen Signal dann, wenn kein Bauteil B vorhanden ist, die vorhandene elektrische Steuereinrichtung 10 den Kontraktionsmotor 26 aktiviert, der das Halteroberteil 3b nach unten verstellt, so daß die Positioniervorrichtung 34 und der Wärmkopf 4 einem zuzuführenden Bauteil B nicht im Wege stehen. Sobald der Sensor 37 das Vorhandensein des Bauteils B ermitteln, wird der Kontraktionsmotor 26 ausgeschaltet, so daß der Expansionsmotor 25 den Abstandshalter 34a mit der durch die Federn vorgegebenen Spannung gegen das Bauteil B drückt.

Um den Luftspalt bzw. Abstand a optimal zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, den Halter 3 bzw. hier das Halteroberteil 3b im geringen Maße kippbar anzuordnen bzw. zu lagern, so daß der Wärmkopf 4 sich jeweils an die vorhandene Schrägfläche des Verzugs V anpassen kann. Hierzu kann ein besonderes Kipplager vorgesehen sein, das vorzugsweise eine allseitige Kippbarkeit gewährleistet. Der Kippwinkel b ist vorzugsweise auf bis etwa 3° oder bis etwa 5° oder bis etwa 8° durch ein oder mehrere Anschläge begrenzt. Die Kippbarkeit kann aufgrund von vorhandenen Bewegungsspielen der Konstruktion gewährleistet sein, so daß ein besonderes Kipplager entfallen kann. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist die Kippbarkeit aufgrund des vorhandenen Bewegungsspiels in der Vertikalführung 23 gegeben. Fig. 3a zeigt den Wärmkopf 4 und den Abstandshalter 34a in gekippter Position. Diese Kippstellung ergibt sich selbsttätig bei Anlage an einer schrägen Verzugsfläche unter der Wirkung der Federkraft.

Der Vorrichtung 1 oder dem Halter 3 oder dem Halteroberteil 3a ist vorzugsweise eine Meßvorrichtung 38 (Fig. 5 und 6) zugeordnet, die den Gegenstand B auf einen Verzug V hin überwacht und dann, wenn der Verzug V ein bestimmtes Toleranz- bzw. Sollmaß über- oder unterschreitet, ein entsprechendes Signal abgibt, so daß die Bedienungsperson den Wärmkopf 4 ein- bzw. ausschalten kann oder die Ein- und Ausschaltung des Wärmkopfes 4 automatisch erfolgt. Die Meßvorrichtung 38 ist vorzugsweise am Halteroberteil 3b angeordnet, hier auf der Platte 3c. Sie kann wenigstens einen dem Wärmkopf 4 in der jeweiligen Bewegungsrichtung X, Y oder Zwischen- Bewegungsrichtungen vorgeordneten Sensor 38a, 38b aufweisen, der die Größe des Verzugs V z. B. durch eine quer zur Wandung des Bauteils B gerichtete Abstandsmessung ermittelt und ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 9 abgibt. Hierbei kann es sich z. B. um ein optisches Meßelement, um einen Nährungsschalter verhältnismäßig großer Auflösung oder um einen verstellbaren Taststift aufweisen, wobei bei einem gewissen Abstandsunterschied bezüglich einer ebenen Sollposition B3 des Bauteils B ein entsprechendes Signal erzeugt wird. In der Fig. 5 ist beispielhaft links ein optischer Sensor 38a und rechts ein mechanischer Sensor 38b, z. B. mit einem Rollelement, angeordnet, der jeweils vor oder seitlich des Wärmkopfes 4 angeordnet sein kann. Insbesondere bei einem nicht schwenkbar angeordneten Wärmkopf 4 ist es vorteilhaft, mehrere Sensoren 38a, 38b um diesen herum am Halteroberteil 3b anzuordnen, um in allen Bewegungsrichtungen X, Y und auch schräg dazu eine hinreichend genaue Ermittlung des Verzugs zu gewährleisten. Zwecks Vermeidung von Wärmeschäden weisen die Sensoren 38a, 38b einen hinreichenden seitlichen Abstand vom Wärmkopf 4 von z. B. etwa 150 bis 200 mm auf.

Es ist möglich und vorteilhaft, in Abhängigkeit von der Größe des Verzugs V, V1 jeweils die Leistung der Vorrichtung 1, z. B. die Geschwindigkeit in Richtung X und/oder Y oder schräg dazu und/oder die Wärmeleistung so zu regeln, daß bei kleinem Verzug V, V1 die Leistung kleiner und bei großem Verzug V, V1 größer ist, oder die Geschwindigkeit so zu regeln, daß sie bei kleinem Verzug V, V1 größer und bei großem Verzug V, V1 kleiner ist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 und 8 bei dem gleiche oder vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist ein mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ähnlicher Halter 3 für den Wärmkopf 4 vorgesehen. Auch hier ist der Halter 3 auf einer Querführung 19 mit Führungsstangen 19a längs der zweiten Bewegungsrichtung Y wahlweise verstellbar und feststellbar und justierbar. Das Halteroberteil 3b ist durch eine Hubvorrichtung 22 mit einer Vertikalführung 23 in Form einer einzigen Stangenführung 24 und einem Expansionsmotor 25 in Form einer Druckfeder gebildet und längs der Stangenführung 24 vertikal in Richtung auf das Bauteil B vorgespannt. Es ist auch eine Positioniervorrichtung 34 mit einem Abstandshalter 34a abgewandelter Bauweise vorhanden. Bei dieser Ausgestaltung ist ein mechanischer Abstandshalter 34a mit einem Tastelement 34b vorgesehen, das vorzugsweise vertikal verstellbar und feststellbar mit dem Halteroberteil 3b verbunden ist, hier mit dem Teil der Stangenführung 24, das dem Werkzeugoberteil 3b zugeordnet ist. Am Tastkopf ist wenigstens ein Rollelement 36 angeordnet, das die Stirnfläche 4c oder Wärmeabgabeseite des Wärmkopfes 4 um das Maß a überragt. Vorzugsweise sind mehrere, in der Bewegungsrichtung X (oder in der Bewegungsrichtung Y) angeordnete Rollelemente 36 bogenförmig konvex angeordnet, wobei auch hier die durch eine Druckfeder erzeugte Aufwärtsbewegung des Werkzeugoberteils 3b durch einen Anschlag in einer Position begrenzt ist, in der das oberste Rollelement 36 geringfügig in die Bewegungsbahn des Bauteils B hineinragt, so daß das Tastelement 34b bei einer Vorbewegung des Bauteils B im Sinne einer Anlaufschräge selbsttätig gegen die Unterseite des Bauteils B eingeschoben wird, wobei sich der Abstand a selbsttätig einstellt. Wie bereits beim Ausführungsbeispiel gem. Fig. 3 ist auch beim Ausführungsbeispiel gem. Fig. 7 eine Drehsicherung in die Stangenführung 24 integriert. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann eine Verstellvorrichtung 31 zum Verstellen des Halteroberteils 3b um eine etwa vertikale Drehachse und zum Feststellen in der jeweils eingestellte Drehstellung vorgesehen sein.

Im Rahmen der Erfindung kann die Vorrichtung 1 so ausgebildet sein, daß der Halter 3 bzw. das Halteroberteil 3b längs den Bewegungsrichtungen X und/oder Y verstellbar ist, wobei der Halter 3 darüber hinaus in dem möglichst gesamten dazwischen liegenden Winkelbereich in Schräg- oder Kurvenbewegungen bewegbar sein kann. Diese Bewegungen können ein Roboterarm 41 nach Fig. 9 ausführen, dessen Bewegungsbereich vorzugsweise so groß ist, daß er an seinem den Halter 3 bzw. das Halteroberteil 3b bildenden freien Ende im vorzugsweise gesamten Querbereich des Bauteils B oder der Vorrichtung 1 bewegbar ist. Dabei ist der Rotorarm 41 in der Lage, den Wärmkopf 4 mit seiner Stirnfläche 4c bzw. Wärmeabgabeseite bei Gewährleistung des Abstands a am Bauteil B zu halten und längs den gewünschten Bewegungsrichtungen geradlinig oder in Kurvenbahnen zu bewegen. Hierzu bedarf es mehrerer Freiheitsgrade bzw. Drehachsen der die Rotorarmabschnitte miteinander verbindenden Rotorarmgelenke, wenigstens drei Freiheitsgrade, vorzugsweise vier oder fünf Freiheitsgrade, wie es bei auf dem Markt erhältlichen Rotorarmen 41 an sich bekannt ist. Bei einem solchen Rotorarm 41 bedarf es keiner Verstellung in der Bewegungsrichtung Y im Bereich seines Rotorarmfußes 41a, der - in vergleichbarer Weise wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen - auf dem Boden oder auf einer Quertraverse des Rahmengestells 16 befestigt sein kann.

Wenn der Rotorarm 41 nicht über den gesamten Querbereich verstellbar ist, ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, den Rotorarmfuß 41a in einer Querführung gesteuert zu bewegen.

Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich und je nach Einsatzort der Vorrichtung 1 vorteilhaft, die erste Relativbewegung zwischen dem Halter 3 und dem Bauteil B längs der Bewegungsrichtung X nicht durch eine Bewegung des Bauteils B sondern durch eine Bewegung des Halters 3 oder Rotorarms 41 zu erzeugen. Hierzu bedarf es einer Führung 42 und eines Antriebs zur Bewegung an dieser Führung 42, was in vergleichbarer Weise mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 durch eine längs angeordnete Gewindespindel (nicht dargestellt) und eines zugehörigen Drehantriebs gebildet sein kann. Bei dieser Ausgestaltung bedarf es unter Berücksichtigung der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 3 bis 6 eines Halterbasisteils, das an der Längsführung 42 motorisch verschiebbar ist. Das Halterbasisteil weist die Querführung 19 auf, an der die Halter 3 gemäß in Fig. 3 bis 6 gezielt verschiebbar sind. Eine solche Führung 42 und Bewegungssteuerung in der Richtung X kann auch für den Rotorarm 41 vorgesehen sein.

Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 befindet sich der Halter 3 im mittleren Bereich des Rahmengestells 16, damit ein Überschieben des Bauteils B über den Wärmkopf 4 möglich ist. Wenn dagegen der Halter 3 in beide Richtungen der Bewegungsrichtung X zur Ausführung der ersten Relativbewegung feststellbar ist, kann die Länge des ersten Trägers 2 bzw. des Rahmengestells 16 etwa der Länge des Bauteils B entsprechen oder nur geringfügig größer bemessen sein.

Zur Ausführung einer Richtarbeit wird der Wärmkopf 4 bei Wahrung des Abstands a gegen die konvexe Wandung des Verzugs V verstellt und dann oder vorher eingeschaltet, wobei die dem Wärmkopf 4 gegenüberliegende Zone in der Platte B1 im wesentlichen im Bereich ihrer gesamten Dicke auf Glühtemperatur erwärmt wird. Danach wird der Wärmkopf 4 von der Platte B1 entfernt oder entlang einer Linie an der Platte B1 weitergeführt, um einen länglichen Verzug V durch die nach dem Glühen erfolgte Kontraktion im Sinne eines Linienrichtens zu richten. Im Rahmen der Erfindung ist aufgrund der Bewegbarkeit in die Richtungen X, Y und Zwischenrichtungen ein Flächenrichten möglich.

Beim Richten eines länglichen Verzugs V kommen vorzugsweise ein oder mehrere in dieser Richtung längliche und in der Längsrichtung des Verzugs V hintereinander angeordnete Wärmkerne 4b zum Einsatz. Beim Richten eines in Fig. 10 dargestellten länglichen Verzugs V (Winkelschrumpfung) kann bei verhältnismäßig dünnen Verstärkungsstegen B2 ein vorzugsweise länglicher Wärmkern 4b in mittlerer Position zum Einsatz kommen, weil die von ihm erzeugte Glühzone für beide Winkelschweißnähte wirksam ist. Bei breiten Verstärkungsstegen B2 von etwa 30 mm Breite und mehr, ist es vorteilhaft, einen Wärmkopf 4 mit zwei Wärmkernen 4b zu benutzen, die jeweils den Winkelschweißnähten gegenüberliegend angeordnet sind. Hierdurch kann bei Energieeinsparung die Effektivität der Erwärmung und des Richtens vergrößert werden.

Das Richten kann durch manuelle Steuerung oder halbautomatische Steuerung, die von der Bedienungsperson P am vorzugsweise seitlich angeordneten Steuerpult S auszuführen ist, oder vollautomatisch erfolgen, so daß die Bedienungsperson P hauptsächlich nur Kontrollaufgaben auszuführen braucht.

Für eine vollautomatische Steuerung kann die elektronische Steuereinrichtung 10 einen Rechner und einen Speicher enthalten, in dem die Verstellwege des Wärmkopfes 4 bzw. Halters 3 am jeweiligen Bauteil B gespeichert und mit geeigneten Mitteln abgerufen werden können, wobei der Rechner jeweils die erforderliche Bewegung in der X- oder Y-Rich­ tung oder gerade oder gekrümmte Verstellwege im Zwischenbereich dieser Richtungen errechnet und die Steuereinrichtung 10 den Halter 3 und/oder das Bauteil B entsprechend bewegt und steuert.

Bei einer anderen halbautomatischen oder vollautomatischen Steuerung weist das Bauteil B ein in den Bereichen, in denen es zu richten ist, eine Verstellwegmarkierung auf, die durch einen am Halter 3 angeordneten Sensor erkennbar ist, wobei die Steuereinrichtung 10 so ausgelegt ist, daß der Sensor der Verstellwegmarkierung automatisch nachgeführt wird.

Bei der Verstellwegmarkierung kann es sich um besondere, von der Bedienungsperson aufgetragene strichförmige Markierungen handeln, z. B. eine farbliche Markierung, mit Kreide, die ein optischer Sensor zu erkennen und ihr zu folgen vermag.

Wie andeutungsweise in Fig. 6 dargestellt ist, kann ein optischer Sensor 46, am Halteroberteil 3b in einer auf das Bauteil B gerichteten Position vorgesehen sein, der den durch das Schweißen hervorgerufenen, auf der der Schweißnaht abgewandten Seite des Bauteils B sich abzeichnenden strichförmigen Farbunterschied als Schweißspur oder eine sonstige Markierung zu erkennen vermag, wobei die Steuereinrichtung 10 eine Regeleinrichtung aufweist, die die Bewegung des Halters 3 entlang dieser Verstellweg- Markierung 45 und eine automatische Einstellung auf diese Markierung 45 steuert.

Der Sensor 46 ist dem Wärmkopf 4 jeweils in der Richtung X oder Y bzw. wahlweisen Zwischenrichtungen vorgeordnet. Bei einem drehbaren Wärmkopf 4 (Fig. 4) braucht nur ein Sensor 46 vorhanden zu sein, der sich jeweils in der richtigen vorgeordneten Stellung, in die die Bewegungsrichtung weist, gesteuert wird. Bei einer Bewegung des Halters 3 nur in die Richtungen X und Y ist jeweils ein Sensor in der der jeweiligen Richtung X, Y anzuordnen, von denen jeweils der nicht gebrauchte abschaltbar ist.

Alle vorbeschriebenen Verstellwegsteuerungen lassen sich vorteilhaft mit den vorbeschriebenen Steuerungen zur Gewährleistung des Abstand a und/oder der Ermittlung der Größe des Verzugs V kombinieren. Dabei kann dann, wenn der Verstellweg ein Loch, z. B. ein Bullauge im Bauteil B kreuzt, der Wärmkopf 4 vom Bauteil B solange beabstandet werden, wie sich der Wärmkopf 4 im Bereich des Loches befindet.

Bei einer teil- oder vollautomatischen Steuerung ist eine Positionierung des Bauteils B in einer sogenannten Bezugsstellung oder Ausgangs- bzw. O-Stellung vorteilhaft, um eine Übereinstimmung zwischen den mit dem Rechner ermittelten oder gespeicherten Steuerdaten und der tatsächlichen Position und Form der zu steuernden Strecken und Linien am Bauteil B zu haben. Hierzu sind am Bauteil B und an der Vorrichtung 1 miteinander korrespondierende Positionierelemente vorgesehen. In der Y-Richtung kann hierzu auf einer Seite der Vorrichtung 1 ein vorzugsweise durch mehrere in der X-Rich­ tung in Höhe des Bauteils B angeordnete feste Rollen 47 gebildeter Anschlag 48 vorgesehen sein, dem auf der anderen Seite eine ebenfalls vorzugsweise durch Rollen 47a gebildete Andruckeinrichtung gegenüberliegt, die quer verstellbar ist, z. B. mittels Kolbenzylindern 49, und das Bauteil B gegen die Anschlagseite drückt. In der X-Richtung kann ein quer gerichteter Laserstrahl 51 vorgesehen sein, der von einem am Rahmengestell 16 befestigten Sender 52 ausgeht und beim Auftreffen auf eine Markierung oder Kante am Bauteil B, z. B. ein Quersteg B2, die Ausgangsstellung definiert.

Claims (14)

1. Vorrichtung (1) zum thermischen Richten eines Bauteils (B) aus Metall, insbesondere eines Bauteils (B) eines Schiffskörpers, mit

• - einem ersten Träger (2) zur Aufnahme des Bauteils (B),
• - einem Halter (3), an dem ein Wärmkopf (4) gehalten ist, der mit einer Wärmseite (4b) dem Bauteil (B) zugewandt ist,
• - wobei der Halter (3) an einem zweiten Träger (5) getragen ist, der unabhängig vom Bauteil (B) positioniert ist,
• - einer ersten Verstellvorrichtung (6), die die Ausführung einer ersten Relativbewegung zwischen dem Halter (3) und dem Bauteil (B) in einer ersten Bewegungsrichtung (X) ermöglicht, die etwa parallel zur dem Wärmkopf (4) zugewandten Seite des Bauteils (B) gerichtet ist,
• - einer zweiten Verstellvorrichtung (7), die die Ausführung einer zweiten Relativbewegung zwischen dem Halter (3) und dem Bauteil (B) in einer zweiten Bewegungsrichtung (Y) ermöglicht, die quer zur ersten Bewegungsrichtung (X) und etwa parallel der dem Wärmkopf (4) zugewandten Seite des Bauteils (B) gerichtet ist,
• - und einer Steuervorrichtung (9) zum Steuern einer Bewegung des Halters (3) in einer dritten, etwa rechtwinklig zur dem Wärmkopf (4) zugewandten Seite des Bauteils (B) gerichteten dritten Bewegungsrichtung (Z) bei Einhaltung eines bestimmten Abstands (a) zwischen der Wärmeübertragungsseite (4b) des Wärmkopfes (4) und dem vom ersten Träger (2) getragenen Bauteil (B).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (3) längs der ersten Bewegungsrichtung (X) unverstellbar oder einstellbar bzw. justierbar ist und das Bauteil (B) mittels einer Vorschubvorrichtung auf den ersten Träger (2) verschiebbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubvorrichtung durch das Bauteil (B) tragende angetriebene Förderrollen (17) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (3) längs der zweiten Bewegungsrichtung (Y) justierbar oder auf einer Führung (19) mit der zweiten Verstellvorrichtung (7) verstellbar und feststellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (9) zum Steuern der Bewegung des Halters (3) in der dritten Bewegungsrichtung (Z) eine elektrische oder eine mechanische Steuervorrichtung ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Halter (3) ein oder mehrere Sensoren zur Ermittlung des Abstands (a) zwischen dem Wärmkopf (4) und dem Bauteil (B) angeordnet sind, die ein elektrisches oder mechanisches Signal an die zugehörige Steuervorrichtung (9, 10) abgeben.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Steuervorrichtung (9) durch einen Abstandhalter (34a) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandhalter (34) wenigstens ein Tastelement (34b) aufweist, das die Wärmeseite (4c) des Wärmkopfes (4) um den Abstand (a) überragt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Tastelemente (34b) um den Wärmkopf (4) herum verteilt angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Tastelement (34b) an seinem Tastende ein Rollelement, z. B. eine Rolle oder eine Kugel, aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (3) der Halter (3) oder ein Halteroberteil (3b), vorzugsweise allseitig, begrenzt kippbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (3) über oder unter dem Bauteil (B) angeordnet ist.

13. Vorrichtung n;ach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise dem Halter (3) oder dem Halteroberteil (3b) eine Einrichtung zum Ermitteln des Vorhandenseins eines Verzugs (V) am Bauteil (B) oder zum Messen der Größe des Verzugs (V) zugeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Halter (3) oder dem -oberteil (3b) ein Sensor (46) zugeordnet ist, der Farb- oder Helligkeitsunterschiede einer Spur- oder Wegmarkierung (45) oder einer Schweißspur, insbesondere auf der einer Schweißnaht abgewandten Seite des Bauteils (B), zu erkennen vermag und das die Bewegung des Halters (3) nach dieser Spur gesteuert ist.