DE2253525A1 - Ringfoermige einspannvorrichtung - Google Patents

Description

• Ringförmige Einspannvorrichtung Die Erfindung betrifft eine ringförmige Einspannvorrichtung zum gegenseitigen Ausrichten und Umspannen der Enden zweier stirnseitig aneinanderzufügender Werksttlcke wie miteinander zu verschweißende Rohrschüsse, Kesselböden u.dgl.> mit in Umfangsrichtung wirkenden Stellmitteln zum Verändern der Abmessungen wenigstens einer an einem Werkstück angreifenden Spannfläche.
• Einspannvorrichtungen dieser Art können grundsätzlich maschinenfest angeordnet und gehalten sein. Vor allem bei Verarbeitung leichterer Werksttlcke können sie von der Spannvorrichtung vollständig getragen werden. In aller Regel ist Jedoch die Einspannvorrichtung beweglich und muß auf ein maschinenfest angeordnetes Rohr o.dgl. aufgespannt werden. Diese Spannvorrichtung richtet sich dann an einer Einspannfläche und einer Stirn- oder SchuIterfläche des ersten Werkstückes aus und bildet entsprechende Ausrichtflächen ftlr das zweite Werkstück. Einspannvorrichtungen dieser Art müssen also in der Regel von Hand bewegt werden können und damit leicht zu handhaben sein, sollen sich schnell in und außer Wirkstellung bringen lassen und dürfen keine bleibenden Verformungen der Werkstücke bewirken.
• Bekannt ist eine Einspannvorrichtung mit zwei schwenkbar aneinander gelagerten Ringhälften. Der verfügbare Schwenkweg ist dabei so groß, daß sich die Ringhälften frei auf die iußeren Rohrflächen aufschwenken und auch wieder von diesen abschwenken lassen. Dort ist allerdings das Gesamtgewicht noch verhältnismäßig groß. Vor allem aber sind die beiden RinghElften im wesentlichen starr ausgeführt. Die Spannkräfte werden daher nicht gleichmäßig am Umfang verteilt, sondern an einzelnen Stellen punktförmig ausgerbt, was ein Verformen der Werkstücke beim Spannvorgang und ferner bleibende Beschädigungen an den Einspannstellen zur Folge hat.
• Die Erfindung hat zur Autoabe, eine ringförmige Einsrannvorrichtung der einpans geschilderten Gattung auf möglichst einfache Weise so leicht und handlich und ferner derart anschmiegsarn zu gestalten, daß die Spannkräfte auf der ganzen Spannfläche weitgehend gleichmäßig verteilt und daher ohne Beschädigungsgefahr flir das Werkstück aurfgebracht werden.
• Zur Lösung dieser Aufgabe dient erfindungsgemäß ein einseitig aufgeteilter, in sich elastisch aufweitbarer und zusammenzieh barer Spannring, an dessen Enden die Stellmittel angreifen.
• Hierbei ist bewußt von einer Umspannung as völlig starren Tellen abE,egangen. Es hat sich nämlich gezeigt, dans die Justierung ausreicht, wenn eine formschlüssige und annähernd starre Anlage in einem begrenzten Umfangsbereich vorgenommen und dann das Werkstück gen diesen Umfangsbereich hin verspannt wird. Diese Umfangsverspannung erfordert keine in sich starren leder, sofern nur hinreichende Formsteifheit in Achsenrichtung gewahrt bleibt. Der Spannring kann daher zu seinen Enden hin erheblich verdÜnnt werden, was entsprechende Oewichtsersparnis zur Polre hat. Verhältnismäßig große Spannring dieser Art lassen sich noch relativ leicht handhaben. Spann- und Lösevorgan@ lassen sich leicht bewerkstelligen, und,sofern man Reibungkrafte einmal außer Acht läßt, ergibt gleiche Umfangsspann~kraft auch gleiche ;tadial-Spannkraft an allen Stellen der verhältnismäßig großen Spannfläche, Bei dieser gleichmäßigen Kraftverteilung können keine örtlichen überbeanspruchungen auftreten. Die Werkstücke werden also weder in begrenzten Bereichen oder überhaupt ungleichmäßig beansprucht und plastisch verformt. Auch eine Oberflächenbeschädigung ist praktisch ausgeschlossen.
• Mach einem weiteren Erfindungsvorschlag wird der Spannring sichelförmig als Ring annähernd gleicher Biegesteifigkeit ausgebildet.
• Auf diese Weise wird eine weitere Vergleichmäßigung der Kraftverteilung bei çtimaler Gewichtsminderung erreicht.
• Es ist Jedoch nicht notwendig, die Ringquerschnitte mathematisch exakt zu bestimmen. HinreichendetGenauigkeit ergibt sich vielmehr schon, wenn Innen- und Außenfläche des entlasteten Spannringes durch exzentrisch zueinander liegende rotationssymmetrische Flächen wie Zylinderflächen begrenzt sind. Die Herstellung des Spannringes wird auf diese Weise wesentlich erleichtert.
• Der für den Spannring verwendete Werkstoff muß einerseits zugfest und andererseits hinreichend elastisch sein, um das Aufspreizen zu ermöglichen. Er soll aber andererseits auch, der besseren Handhabung wegen, möglichst geringes Gewicht haben. In der Regel wird der Ring aus Leichtmetall wie Aluminium gefertigt, er kann aber auch aus einem entsprechend festen und leichten Kunststoff wie Nylon, Perlon o.dgl. bestehen und auch mit einer Armierung versehen sein, So kann er ein eingelagertes oder-auf seiner Außen- oder Innenseite angebrachtes dünnes Metallband aufweisen.
• Der Kunststoff dient dann in erster Linie zur Aussteifung des biegsamen Metallbandes, das wiederum größere Spannkrafte und bei geringerer Reibungsabhängigkeit eine bessere Kraftverteilung ermöglichst. Bei Werkstücken aus empfindlichem Werkstoff wird sudem die Oberfläche durch an der inneren Spsnnfläche des Spann.
• ringes vorgesehenen Kunststoff geschont.
• Sofern die zu verbindenden Werkstücke in Anschlußbereich glei.
• nahen Angriffsdurchinesser haben, wird am Spannring in der Regel eine für beide Teile durchgehende Spanrifläche- vorgesehen.. Es können natürlich zwei axial gestaffelte Spannflächen mit unterschiedlichem Durchmesser vorhanden sein, wenn am Werkstückdurchmesser Unterschiede vorliegen oder die Werkstücke unterschiedlich fest umspannt werden sollen. Spannringe k8nnen bei übergroßen Abmessungen innen angebracht sein, in der Regel sind sie Jedoch außen vorgesehen. Sie müssen ebenso wie die Werkstück-AnschlußrlSchen nicht kreisrund sein, sondern können beispielsweise langrunde oder elliptische Form haben, soweit diese Form noch ein Verspannen in Ufangsrichtung zuläßt.
• Derzeit wird bevorzugt, die Spannflächen des entlasteten Spannringes gegenüber der zu erfassenden Fläche wenigstens eines Werkstückes um eine Vorspanngröße abweichend auszuführen, d.h. eine innenliegende Spannfläche hat gegenüber der zu erfassenden Außenfläche des Werkstückes Untermaß. Der Ring muß also etwas von Hand aufgeweitet werden, bevor er aufgeschoben werden kann, haftet dann aber unter leichter Vorspannkraft, bis das zweite Werkstück eingebracht ist und eine ordentliche Verspannung erfolgen kann.
• Ferner wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, am Spannring vor wenigstens eine Spannringfläche ragende Justieranschläge für Stirn- bzw. Schulterflächen der Werkstücke vorzusehen, die sweckmäßigerweise in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet und zwischen einer Eingriffsstellung und einer Rückzugstellung hinter wenigstens einer Spannfläche verstellbar sind. Es kann also die stirnseitige Ausrichtung der Werkstücke aneinander über verhältnismäßig dünne Anschläge erfolgen, und die Ans chläge können später hinter die Spannfläche surückgezogen werden, damit sich der Spannring ohne überiäßiges Aufweiten wieder von den beiden Werkstücken abziehen läßt.
• Diese Justieranschlage sollten wenigstens an einer motorischen Verstellvorrichtung angeschlossen sein. Zwekiäßigerweise sind mehrere am Umfang des Spannringes verteilte justieranschläg. Jeweile an gesonderte, miteinander verbundene Strömung.mittel-Zylinderaggregate angeschlossen. Auch die zwischen den freien Ringenden angreifenden Stellmittel können durch ein doppeltwirkendes Strömungsmittel-Zylinderaggregat gebildet sein, wobei als Strömungsittel zweckmäßigerweise Druck luft verwendet wird.
• Schließlich wird noch vorgeschlagen, in Umfangsrichtung verteilt im Spannring Durchbrechungen zum Herstellen von Heftverbindungen wie Schweißpunkte durch den Spannring hindurch vorzusehen. Wenigstens bei Stumpfschweißverbindungen wird man also die Werkstücke in der Spannstellung schon heften und erst nach Abnehmen des Spannringes fertig zusammenschweißen. Dabei kann das Heften in Abstandsstellung entsprechend der Breite der Anschläge oder auch, wenn Schweißnuten eingeformt sind, nach dem Zusammenpressen der beiden Werkstücke im Anschluß an das Herausziehen der Justieranschläge erfolgen.
• In der Zeichnung, welche die Erfindung beispielsweise wiedergibt, zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt durch diese Spannvorrichtung nach der Linie IIIII in Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein an die Enden eines Spannringes angeschlossenes Stellzylinderaggregat und Fig. 4 einen Querschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform eines Spannringes.
• Der allgemein mit 1 bezeichnete Spannring hat im wesentlichen Rechteckquerschnitt, eine zylindrische Außenfläche 2 mit einem Durchmesser d2 und eine Innenfläche 3 mit Durchmesser d3 sind zylindrisch ausgebildet, wobei sich an die Innenfläche din Einführkonus 4 anschließt. Die Mittelpunkte bzw. Achsen M2 und M3 der Flächen 2 und 3 sind um die Exzentrizitäte zueinander versetzt, und der Ring ist an der dünnsten Stelle 5 aufgeschlitzt, hat also Sichelform.
• h1 den freien Ringenden 6 sind in Lageraugen 7 Anschlußbolzen 8,9 gelagert. Auf dem Anschlußbolzen sitzt das freie Ende einer Kolbenstange 10, die durch den Anschlußbolzen 9 hindurchgeftihrt ist.
• Der zugehörige Kolben 11 sitzt in einem Druckluft-Stellzylinder 12, dessen beide Zylinderräume 13,14 über Leitungen 13a, 14a an ein Steuergerät 15 angeschlossen sind, das sie über ein Schaltventil 16 wahlweise mit einem Drucklufteinlaß 17 oder einem Luftaualaßstutzen 18 verbindet. Der Stellzylinder stützt sich über einen Einsatz 19 am Anschlußbolzen 9 ab.
• Die als Spannfläche wirkende Innerfläche 3 hat etwas Untermaß gegenüber der zu erfassenden Werkstückfläche. Da in der Mittelstellung des Schaltventils 16 beide Zylinderräume 13 und 14 mit der Außenluft verbunden sind, läßt sich der Ring von hand so aufweiten, daß er über das Werkstück geschoben werden kann. Um dieses Aufweiten zu erleichtern, besteht der Ring hier aus hochelastischeni, aber noch hinreichend in sich formsteifen, Werkstoff wie Duraluminium.
• Wird der Raum 14 an Druckluft geschaltet, dann wird der Kolben 11 relativ zum Stellzylinder 12/nach links in Fig. 3 bewegt, die Anschlußbolzen 8 und 9 werden auseinandergedrückt und dadurch der Rin aufgeweitet. Nimmt man die Druckluft weg, so wirkt der Ring selbst als Rückstellfeder und bringt die Teile wieder in die gezeichnete Ausgangsstellung. Druckluft auf den Raum 13 zieht die Ringenden 6 zum Spannvorgang zusammen.
• Symmetrisch zu den Ringenden sind unter 120° Winkelabstand am Hingumfang verteilt außen drei weitere Druckluftzylinder 20 angeordnet, an deren Kolbenstangen in nicht weiter gezeigter Weise als flache Blätter mit ca. 3 - 6 mm Dicke ausgebildete Justieranschläge 21 angebracht sind, die in einer gemeinsamen Radialebene liegen und entsprechend den Doppelpfeilen 22 zwischen der mit vollen Linien gezeichneten Wirkstellung und eine hsttekzugsstellung bewegt werden können, in der sie außen hinter der Innenfläche bzw. Spannfläche 3 liegen. Wenigstens bei den Zylindern 20 kann eine Verstellung durch Federn bewirkt werden. Als betriebssicherer hat sich jedoch die auch hier gezeigte Ausführung mit doppeltwirkenden Zylindern erwiesen. Dabei sind die innenliegenden Zylinderräume durch Schl§uche 23, die außenliegenden durch Schläuche 24 verbunden, die in Zwischenabständen über B§nder, Klammern o.dg1. 25 aneinander und ggr. an der Ringaußenflache festgelegt sind. Beide Schläuche sind wiederum an das SteuergerEt 15 angeschlossen und lassen sich durch ein Ventil 26 derart steuern, daß alle Justieranschläge 21 gleichzeitig ein- und ausgefahren werden können.
• Nach Fig. 2 ist der Spannring 1 mit dem vornliegenden Einführkonus 4 über das Ende eines Rohrschusses 27 geschoben, der in einer geeigneten Druckpresse gehalten ist, Ein aufzusetzender Behälterboden 28 hat etwa den gleichen Außendurchmesser da wie der Rohrschuß 27, besitzt jedoch eine Randsicke 29 derart, daß er mit dieser Randsicke in den Innendurchmesser di des Rohrschusses eingeschoben werden kann.
• Der Behälterboden 28 wird zunächst soweit gegen die ausgefahrenen Anschläge 21 eingebrcht, daß die Stirnseiten 30,31 des Rohrschusses und des Behälterbodens von beiden Seiten gleichmäßig an allen drei Anschlägen anliegen und beide Werkstücke in der gemeinsamen Spannfläche 3 ungefähr zentriert sind. Diese Zentrierung wird weiter verbessert durch anschließendes Zusammenziehen des Spannringes durch den Stellzylinder 12. Wenn dann die Justieranschläge 21 zurückgefahren werden, so kann der Behälterboden durch Druck in Richtung der gemeinsamen Achse entsprechend Pfeil 32 praktisch gleichmäßig in den maschinenfest gehaltenen Rohrschuß 27 eingepresst werden. Der Spannring kann anschließend nach Aufweiten frei abgezogen werden, und die bereits unter Reibungsschluß zusammengehaltenen Werkstücke lassen sich jetzt in der üblichen Weise verschweißen, Wenn allerdings Rohrschuß und Boden aneinanderstoßen, so müssen sie in der Einspannung zunächst geheftet werden. Der Spannring sollte zu diesem Zweck am Umfang verteilte Durchbrechungen aufweisen, durch welche hindurch die Heftpunkte gelegt werden können. Es versteht sich, daß, die zeitungen 23,24 dann so gelegt werden mUssen, daß rile den Heftvorgang nicht behindern können.
• Bei der abgewandelten Ausführung nach Fig. 4 besteht der Spannring lt aus einem hinreichend festen und formsteifen Kunststoff, der möglichst leicht sein sollte. Es kommen also Nylon, Perlon u.dgl. Werkstoffe in Frage. Auf der Innenseite, in der Spannfläche 3 ist dabei ein Stahlband 33 mit möglichst glatter Innenfläche eingelagert. Das Stahlband kann etwa eine Dicke von 3 mm haben, so daß das gesamte Gewicht des Ringes auch bei großem Spanndurchmesser in Grenzen bleibt, aber trotzdem können verhältnisrnäßig große Spannkräfte übertragen werden, und die glatte Innenfläche erlaubt ein gleichmäßiges Anschmiegen am Umfang des Werkstückes. Wenigstens die Spannatellen, also die Anschlußbolzen 8 bzw. 9 oder die Laschen 7, sollten mit dem Stahlband verbunden sein. Auch die Druckluftzylinder 20 und andere Geräteteile könnten am Stahlband festgelegt werden. Das Stahlband muß aber nicht auf der ganzen Umfangsfläche fest mit dem Spannring körper is verbunden sein. Wenn keln Umspritzen möglich ist, genügt mitunter eine Verbindung auch an wenigen Einzelstellen.
• Die Befestigung der einzelnen Geräteteile am Metallband ist einfacher, wenn dieses Band außenliegend angebracht ist. Dabei wirkt der innenliegende Kunststoffteil als in begrenztem Umfang nachgiebiges Spann futter, das eine besondere Schonung der Werkstoffoberfläche bewirkt.

Claims (13)

Ansprüche

1. Ringförmige Einspannvorrichtung zum gegenseitigen Ausrichten und Umspannen der Enden zweier stirnseitig aneinanderzufügender Werkstücke wie miteinander zu verschweißende Rohrschüsse, Kesselbeiden u.dgl., mit in Umfangsrichtung wirkenden Stell:iitteln zum VerEndern der Abmessungen wenigstens einer an einem Werkstück angreifenden Spannfläche, gekenn-zeflchnet durch einen einseitig aufgeteilten, in sich elastisch aufweitbaren und zusammenziehbaren Spannring (1), an dessen Enden (6) die Stellmittel (10,12) anreifen.

2. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (1) sichelförmig als Ring annähernd gleicher Biegesteifigkeit ausgebildet ist.

3. Einspannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Innen- und Außenfläche (3,2) des entlasteten Spannringes durch exzentrisch zueinander liegende rotationssymmetrische Flachen wie Zylinderflächen gebildet sind.

4. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannringe ) wenigstens überwiegend aus hochelastischem Leichtwerkstoff wie Aluminium bzw. Kunststoff besteht.

5. Einspannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (1'), vorzugsweise auf seiner Außen- oder Innenseite, mit einem Band (33) aus hochfestem Werkstoff wie Zalzstahl armiert ist.

6. Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Spannflächen des entlasteten Spannringes gegenüber der zu erfassenden Fläche wenigstens enes Werkstückes um eine Vorspanngröße abweichend ausgeführt sind. d.h. eine Innenliegende Spannfläche (3) gegenüber der zu erfassenden Außenfliche eines Werkstückes Untermaß hat.

7. Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, gekennzeichnet durch am Spannring (1) vorgesehene, vor wenigstens eine Spannringfläche (3) ragende Justieranschläge (21) für Stir@- bzw.

Schulterflächen der Werkstücke.

8. Einspannvorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die vorzugsweise in einer gemeinsamen Radialebene angeordneten Justieranschläge (21) zwischen einer Eingriffsstellun-und einer Rückzugsstellung hinter wenigstens einer Spannflächeverstellbar angeordnet sind.

9. Einspannvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Justieranschläge (21) an wenigstens eine motorische Verstellvorrichtung (20) angeschlossen sind.

10. Einspannvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere am Umfang des Spannringes (1) verteilte Justieranschläge (21) jeweils angesonderte, miteinander verbundene Strömung,smittel-Zylinderaggregate (20) angeschlossen sind.

11. Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dauurch gekennzeichnet, daß die zwischen den freien Ringenden angreifenden Stellmittel durch ein vorzugsweise doppeltwirkendes etrimungsmittel-Zylinderaggregat (10,12) gebildet sind.

12. fiinsp annvorrichtunlr; nach Anspruch 10 und 11, dadurch ge-ennzeichnet, daß die Zylinderaggregate (20,10,12) durch Bruckluftzylinder gebildet sind, die vorzugsweise an ein gemeinsames am Spannring angeordnetes Steuergerät (15) angeschlossen sind,

13. Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 12, xekennzeichnet durch in Umfangsrichtung verteilt im Spannring (1) vorgesehene Durchbrechungen zum Herstellen von Heftverbindungen wie Schweißpunkte durch den Spannring hindurch.

L e e r s e i t e