DE2253525B2 - Ringförmige Einspannvorrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine ringförmige Einspannvorrichtung zum gegenseitigen Ausrichten und Umspannen der Enden zweier stirnseitig aneinanderzufügender Hohlkörper-Werkstücke, insbesondere miteinander zu verschweißender Rohrschüsse und Kesselboden, mit in Umfangsrichtung wirkenden Stellmitteln zum Verändern der Abmessungen wenigstens einer an einem Werkstück angreifenden Spannfläche, unter Verwendung eines einseitig aufgeteilten, in sich elastisch aufweitbaren und zusammenziehbaren Spannringes, an dessen Enden die Stellmittel angreifen.

Einspannvorrichtungen dieser Art können grundsätzlich maschinenfest angeordnet und gehalten sein. Vor allem bei Verarbeitung leichterer Werkstücke können sie von der Spannvorrichtung vollständig getragen werden. In aller Regel ist jedoch die Einspannvorrichtung beweglich und muß auf ein maschinenfest angeordnetes Rohr od. dgl. aufgespannt werden. Diese Spannvorrichtung richtet sich dann an einer Einspannfläche und einer Stirn- oder Schulterfläche des ersten <>5 Werkstückes aus und bildet entsprechende Ausrichtflächen für das zweite Werkstück. Einspannvorrichtungen dieser Art müssen also in der Regel von Hand bewegt

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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 durch die US-PS 28 46 968 eine Einspannvorrichtung mit zwei schwenkbar aneinander gelagerten Ringhälften. Der verfügbare Schwenkweg ist dabei so groß, daß sich die Ringhälften frei auf die äußeren Rohrflächen aufschwenken und auch wieder von diesen abschwenken lassen. Dort ist allerdings das Gesamtgewicht noch verhältnismäßig groß. Vor allem aber sind die beiden Ringhälften im wesentlichen starr ausgeführt. Die Spannkräfte werden daher nicht gleichmäßig am Umfang verteilt, sondern an einzelnen Stellen durch gesonderte Druckstücke punktförmig ausgeübt, was ein Verformen der Werkstücke beim Spannvorgang und ferner bleibende Beschädigungen an den Einspannstellen zur Folge hat.

Um unterschiedliche Durchmesser erfassen zu können, hat man nach der DT-OS 16 27 488 bei einem dreiteiligen Spannring die Druckstücke schon an langen, radial verstellbaren Schäften angebracht. Dadurch und durch die zu einer annähernden Vergleichmäßigung der Anlage benötigte große Anzahl Druckstücke wird die gesamte Vorrichtung jedoch so schwet und unhandlich, daß sie nur stationär auf fester und dazu noch einstellbarer Lagerung angebracht werden kann.

Die DT-OS 19 41 070 zeigt als Spannmittel eine Kette, zwischen deren Enden eine in Umfangsrichtung wirkende Spannvorrichtung angebracht ist. Die Kettenglieder können sich dabei unmittelbar an den Umfang eines Werkstückes anlegen und wenigstens an einem anderen Werkstück durch radial einstellbare Schrauben abstützen. Die Kette schmiegt sich dann zwar mit vergleichmäßigten Anlagekräften an den Umfang des Werkstückes an. Eine Korrektur der Werkstückform läßt sich auf diese Weise jedoch nicht erreichen, und die Spannkräfte werden wiederum an einzelnen Druckstellen übertragen, was zu unregelmäßigen Verformungen führt.

Eine gleichförmig glatte Anlage läßt sich zwar erzielen, wenn man nach DT-OS 18 09 962 oder DT-PS 5 02 661 ein dünnes schmiegsames Metallband verwendet. Derartige Spannbänder können vornehmlich dann eingesetzt werden, wenn formgetreue, steife Werkstükke einzuspannen sind. Vor allem geschweißte Rohrschüsse haben aber in der Regel langrunden Querschnitt und können durch flexible Spannbänder keine Rückverformung erfahren. Unter zu großer Spannung ergeben sich Quetschfalten oder Wellen bei unkontrollierbarer Gesamtverformung eines Werkstückes. Die Enden zweier zusammenzufügender Werkstücke können zudem leicht aneinander oder an zwischengeschalteten Abstandsteilen verhaken.

Bei einer Schweißvorrichtung zum Schweißen von Längsnähten an zylindrischen Rohren, die innen und außen an Laufrädern abgestützt sind, hat man nach der GB-PS 9 55 725 auch schon mehrgliedrige ringförmige Einspannvorrichtungen verwendet, die zwei gegenüberliegende sichelförmige Bügel aufweisen, die jeweils in der Mitte eine Stützrolle tragen. Dort dient die Sichelform einer besseren Aussteifung der Bügel, da das größte Biegemoment im Bereich der Rollenlagerung auftritt.

Schließlich ist es durch die GB-PS 10 52 287 bei einer Spannvorrichtung zurr Spannen und Biegen eines Bleches um einen Metalldorn bekannt, die Enden einer Spannkette an Druckmittelzylinder anzuschließen, die

an den Enden eines sichelförmigen Trägers angebracht sind. Durch das Festziehen der Kette gegen den Innendorn kann dabei das Blech zum Anbringen einer Längsnaht exakt in die Kreisform gebracht werden. Beim Verschweißen von Rohrschüssen oder Kesselboden ist aber die Verwendung von Innendornen meist nicht möglich.

Die Erfindung geht aus von einem als schmiegsames Spannband ausgebildeten Spannring und hat zur Aufgabe, diese bekannte Vorrichtung mit möglichst geringern Aufwand derart weiterzubilden, daß wenigstens eine begrenzte Formkorrektur der Werkstücke erreicht wird. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß der Spannring in an sich bekannter Weise sichelförmig ausgebildet

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Spannring ist an seinem Mittelteil verhältnismäßig steif rnd formstabil und kann zu seinen Enden hin durch die angesetzten Stellmittel ständig weiter werdend ausgelenkt werden. Daher schmiegt er sich zwar jeder Werkstückform in ähnlicher Weise gleichmäßig an wie dünne Bänder oder Ketten, übt aber auf von der vorgesehenen Form abweichende Vorsprünge größeren Druck aus als an den anderen Umfangsstellen. Bei einer vorgegebenen Kreisform wird also auf die beiden Enden eines langrunden Teiles verstärkter Druck ausgeübt und dadurch wenigstens teilweise eine Rückverformung auf die Kreisform hin bewirkt. Der Kraftangriff erfolgt nicht an einzelnen Druckstellen, sondern bedingt durch die elastische Verformbarkeit und die nahezu geschlossene durchgehende Innenfläche mit verhältnismäßig geringer spezifischer Flächenbelastung, die von Stellen größten Druckes in Umfangsrichtung kontinuierlich abnimmt. Da der Druckverlauf »geglättet« ist, werden keine zusätzlichen, insbesondere keine unregelmäßigen Verformungen aufgebracht, örtliche Überbeanspruchungen und mögliche plastische Verformungen sind auf diese Weise ebenso vermieden wie die Gefahr einer Oberflächenbeschädigung. Der Spannring kann in Achsenrichtung hinreichende Formsteifigkeit haben und hat doch so geringes Gewicht, daß er sich selbst bei großen Durchmessern leicht handhaben läßt.

Es ist nicht notwendig, die Ringquerschnitte mathematisch exakt zu bestimmen, um an allen Umfangsstellen vollständig gleiche Rückverformungskräfte aufbringen zu können. Hinreichende Genauigkeit ergibt sich schon dann, 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, und eine innere Zylinderfläche bleibt auch beim Aufweiten oder Zusammendrücken noch in großer Annäherung zylindrisch.

Der für den Spannring verwendete Werkstoff muß einerseits zugfest und andererseits hinreichend elastisch sein, um das Aufspreizen zu ermöglichen. Er soll andererseits aber auch der besseren Handhabung wegen, möglichst geringes Gewicht haben. Vorzugsweise besteht der Spannring aus Leichtmetall oder Kunststoff und ist auf seiner Außen- oder Innenseite mit einem Band aus hochfestem Werkstoff, wie Walzstahl, armiert. Das biegsame Metallband wird auf diese Weise ausgesteift, ermöglicht aber größere Spannkräfte und bei geringerer Reibungsabhängigkeit eine bessere ⁶S Kraftverteilung. Bei Werkstücken aus empfindlichem Werkstoff wird zudem die Oberfläche durch an der inneren SDannfläche des Spannringes vorgesehenen Kunststoff geschont.

Sofem die zu verbindenden Werkstücke im Anschlußbereich gleichen Angriffsdurchmesser haben, wird am Spannring in der Regel eine für beide Teile durchgehende Spannfläche 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 können bei übergroßen Abmessungen innen angebracht sein, in der Regel sind sie jedoch außen vorgesehen. Sie müssen ebenso wie die Werkstück-Anschlußflächen nicht kreisrund sein, sondern können beispielsweise langrunde oder elliptische Form haben, soweit diese Form noch ein Verspannen in Umfangsrichtung zuläßt.

Es wird bevorzugt, die innenliegende Spannfläche des Spannringes gegenüber der zu erfassenden Außenfläche wenigstens eines Werkstückes mit Untermaß auszuführen. 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.

Die zwischen den freien Ringenden angreifenden Stellmittel können durch ein vorzugsweise doppeltwirkendes Strömungsmittel-Zylinderaggregat, beispielsweise durch einen Druckluftzylinder gebildet werden.

In der Zeichnung, welche die Erfindung beispielsweise wiedergibt, zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung,

F i g. 2 einen Schnitt durch diese Spannvorrichtung nach der Linie 11-11 in F i g. 1,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch ein an die Enden eines Spannringes angeschlossenes Stellzylinderaggregat und

F i g. 4 einen Querschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform eines Spannringes.

Der allgemein mit 1 bezeichnete Spannring hat im wesentlichen Rechteckquerschnitt; seine zylindrische Außenfläche 2 mit einem Durchmesser dl und eine Innenfläche 3 mit Durchmesser cö sind zylindrisch ausgebildet, wobei sich an die Innenfläche ein Einführkonus 4 anschließt. Die Mittelpunkte bzw. Achsen Ml und Mi der Flächen 2 und 3 sind um die Exzentrizität e zueinander versetzt, und der Ring ist an der dünnsten Stelle 5 aufgeschlitzt, hat also Sichelform.

An 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 hindurchgeführt ist. Der zugehörige Kolben Il 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 Luftauslaßstutzen 18 verbindet. Der Stellzylinder stützt sich über einen Einsatz 19 "in Anschlußbolzen 9 ab.

Die als Spannfläche wirkende Innenfläche 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 hochelastischem, aber noch hinreichend in sich formsteifem Werksioff wie Duraluminium.

Wird der Raum 14 an Druckluft geschaltet, dann wird der Kolben 11 relativ zum Stellzylinder 12 nach ■links in F i g. 3 bewegt, die Anschlußbolzen 8 und 9 werden auseinandergedrückt und dadurch der Ring 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 Ringumfang verteilt außen drei weitere Druckluftzylinder 20 angeordnet, an deren Kolbenstangen in nicht weiter gezeigter Weise als flache Blätter mit etwa 3 bis 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 Rückzugsstellung 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 Schläuche 23, die außenliegenden durch Schläuche 24 verbunden, die in Zwischenabständen über Bänder, Klammern od. dgl. 25 aneinander und gegebenenfalls an der Ringaußenfläche festgelegt sind. Beide Schläuche sind wiederum an das Steuergerät 15 angeschlossen und lassen sich durch ein Ventil 26 derart steuern, daß alle Justieranschläge 21 gleichzeitig ein- und ausgefahren werden können.

Nach F i g. 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 wie der Rohrschtiß 27, besitzt jedoch eine Randsicke 29 derart, daß er mit dieser Randsicke in den Innendurchmesser d/des Rohrschusses eingeschoben werden kann.

Der Behälterboden 28 wird zunächst soweit gegen die ausgefahrenen Anschläge 21 eingebracht, 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 Leitungen 23, 24 dann so gelegt werden müssen, daß sie den Heftvorgang nicht behindern können.

Bei der abgewandelten Ausführung nach F i g. 4 besteht der Spannring Γ 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 verhältnismäßig große Spannkräfte übertragen werden, und die glatte Innenfläche erlaubt ein gleichmäßiges Anschmiegen am Umfang des Werkstückes. Wenigstens die Spannstellen, 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 Spannringkörper Γ verbunden sein. Wenn kein 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 nachgiebige:

Spannfutter, das eine besondere Schonung der Werkstoffoberfläche bewirkt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

22 Patentansprüche:

1. Ringförmige Einspannvorrichtung zum gegenseitigen Ausrichten und Umspannen der Enden zweier stirnseitig aneinanderzufügender Hohlkörper-Werkstücke, insbesondere miteinander zu verschweißender Rohrschüsse und Kesselboden, mit in Umfangsrichtung wirkenden Stellmitteln zum Verändern der Abmessungen wenigstem einer an einem Werkstück angreifenden Spannfläche, unter Verwendung eines einseitig aufgeteilten, in sich elastisch aufweilbaren und zusammenziehbaren Spannringes, an dessen Enden die Stellmittel angreifen, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (1) in an sich bekannter Weise sichelförmig ausgebildet ist.

2. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Innen- und Außenfläche (3, 2) des entlasteten Spannringes durch exzentrisch zueinander liegende rotationssymmetrische Flächen, insbesondere Zylinderflächen, gebildet sind.

3. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (1, V) aus Leichtmetall oder Kunststoff besteht und auf seiner Außen- oder Innenseite mil einem Band (33) aus hochfestem Werkstoff, insbesondere Walzstahi, armiert ist.

4. Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innenliegende Spannfläche (3) des Spannringes (1) gegenüber der zu erfassenden Außenfläche wenigstens eines Werkstückes Untermaß hat.

5. Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwisehen den freien Ringenden angreifenden Stellmittel durch ein vorzugsweise doppeltwirkendes Strömungsmittel-Zylinderaggregat (10,12) gebildet sind.

6. Einspannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderaggregat (10, 12) durch einen Druckluftzylinder gebildet ist.