DE2253525C3 - Ringförmige Einspannvorrichtung - Google Patents

Description

5. Einspannvorrichtung nach einem der Ansprü- abstützen. Die Kette schmiegt sich dann zwar mit verche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwi- 35 gleichmäßigten Anlagekräften an den Umfang des sehen den freien Ringenden angreifenden Stellmit- Werkstückes an. Eine Korrektur der Werkstückform tel durch ein vorzugsweise doppeltwirkendes Strö- läßt sich auf diese Weise jedoch nicht erreichen, und mungsmittel-Zylinderaggregat (10,12) gebildet sind. die Spannkräfte werden wiederum an einzelnen Druck-

6. Einspannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch stellen übertragen, was zu unregelmäßigen Verformungekennzeichnet, daß das Zylinderaggregat (10, 12) 40 gen führt.

durch einen Druckluftzylinder gebildet ist. Eine gleichförmig glatte Anlage läßt sich zwar erzie

len, v.enn man nach DT-OS 18 09 962 oder DT-PS

._ 5 02 661 ein dünnes schmiegsames Metallband verwendet. Derartige Spannbänder können vornehmlich dann 45 eingesetzt werden, wenn formgetreue, steife Werkstük-

Die Erfindung betrifft eine ringförmige Einspannvor- ke einzuspannen sind. Vor allem geschweißte Rohrrichtung zum gegenseitigen Ausrichten und Umspan- Schüsse haben aber in der Regel langrunden Quernen der Enden zweier stirnseitig aneinanderzufügender schnitt und können durch flexible Spannbänder keine Hohlkörper-Werkstücke, insbesondere miteinander zu Rückverformung erfahren. Unter zu großer Spannung verschweißender Rohrschüsse und Kesselboden, mit in 50 ergeben sich Quetschfalten oder Wellen bei unkontrol-Umfangsrichtung wirkenden Stellmitteln zum Verän- lierbarer Gesamtverformung eines Werkstückes. Die dem der Abmessungen wenigstens einer an einem Enden zweier zusammenzufügender Werkstücke kön-Werkstück angreifenden Spannfläche, unter Verwen- nen zudem leicht aneinander oder an zwischengeschaldung eines einseitig aufgeteilten, in sich elastisch auf- teten Abstandsteilen verhaken.

weitbaren und zusammenziehbaren Spannringes, an 55 Bei einer Schweißvorrichtung zum Schweißen von dessen Enden die Stellmittel angreifen. Längsnähten an zylindrischen Rohren, die innen und

Einspannvorrichtungen dieser Art können grund- außen an Laufrädern abgestützt sind, hat man nach der sätzlich maschenfest angeordnet und gehalten sein. GB-PS 9 55 725 auch schon mehrgliedrige ringförmige Vor allem bei Verarbeitung leichterer Werkstücke kön- Einspannvorrichtungen verwendet, die zwei gegennen sie von der Spannvorrichtung vollständig getragen 60 überliegende sichelförmige Bügel aufweisen, die jeweils werden. In aller Regel ist jedoch die Einspannvorrich- in der Mitte eine Stützrolle tragen. Dort dient die Situng beweglich und muß auf ein maschinenfest an- chelform einer besseren Aussteifung der Bügel, da das geordnetes Rohr od. dgl. aufgespannt werden. Diese größte Biegemoment im Bereich der Rollenlagerung Spannvorrichtung richtet sich dann an einer Einspann- auftritt.

fläche und einer Stirn- oder Schulterfläche des ersten 65 Schließlich ist es durch die GB-PS 10 52 287 bei einer Werkstückes aus und bildet entsprechende Ausrichtflä- Spannvorrichtung zum Spannen und Biegen eines Blechen für das zweite Werkstück. Einspannvorrichtungen ches um einen Metalldorn bekannt, die Enden einer dieser Art müssen also in der Regel von Hand bewegt 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 und formstabil und kann zu seinen Enden hin durch die angesetzten Stellmittel ständig weiter werdend cusgelenkt 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 nielit 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, ai miert. 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.

Sofern 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 5est 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, beispielswti;e 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 fcinen 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; seine zylindrische Außenfläche 2 mit einem Durchmesser dl und eine Innenfläche 3 mit Durchmesser <ß sind zylindrisch ausgebildet, wobei sich an die Innenfläche ein Einführkonus 4 anschließt. Die Mittelpunkte bzw. Achsen M2 und M3 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 It sitzt in einem Druckluft-Stellzylinder 12, dessen beide Zylinderräume 13, 14 über Leitungen 13<i, 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 am Anschlußbolzen 9 ab.

Die als Spannfläche wirkende Innenfläche 3 hat etwas Untermaß gegenüber der zu erfassenden Werkslückfläche. 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 <:er Ring hier aus hochelastischem, aber noch hinreichend in sich formsteifem Werkstoff wie Duraluminium.

Wird der Raum 14 an Druckluft geschaltet, dann wird der Kolben ti 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 Kolbenslangen 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 lustieranschläge 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 Rohrschuß 27, besitzt jedoch eine Randsicke 29 derart, daß er mit dieser Randsicke in den Innendurchmesser d/dcs 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 ailen 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 lustieranschläge 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 Lei'lungen 23, 24 dann so gelegt werden müssen, daß sie den Heftvorgang nicht behindern können.

Bei der abgewandelten Ausführung nach Fig.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 könnter am Stahlband festgelegt werden. Das Stahlband muC aber nicht auf der ganzen Umfangsflächc fest mit den Spannringkörper Γ verbunden sein. Wenn kein Um spritzen möglich ist, genügt mitunter eine Verbindung auch an wenigen Einzelstellen.

Die Befestigung der einzelnen Geräteteile am Me taiiband ist einfacher, wenn dieses Band außeniiegent angebracht ist. Dabei wirkt der innenliegende Kunst stoffteil als in begrenztem Umfang nachgiebige:

Spannfutter, das eine besondere Schonung der Werk stoffoberflächc bewirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Λ QSrt

Claims (4)

ι ' 2 werden können und damit leicht zu handhaben sein, Patentansprüche: sollen sich schnell in und außer Wirkstellung bringen lassen und dürfen keine bleibenden Verformungen der

1. Ringförmige Einspannvorrichtung zum gegen- Werkstücke bewirken.

seitigen Ausrichten und Umspannen der Enden 5 Bekannt ist durch die US-PS 28 46 968 eine Einzweier stirnseitig aneinanderzufügender HohJkör- spannvorrichtung mit zwei schwenkbar aneinander geper-Werkstücke, insbesondere miteinander zu ver- lagerten Ringhälften. Der verfügbare Schwenkweg isi schweißender Rohrschüsse und Kesselboden, mit in dabei so groß, daß sich die Ringhälften frei auf die äu-Umfangsrichtung wirkenden Stellmitteln zum Ver- ßeren Rohrflächen aufschwenken und auch wieder von Indern der Abmessungen wenigstens einer an io diesen abschwenken lassen. Dort ist allerdings das Geeinem Werkstück angreifenden Spannfläche, unter samtgewicht noch verhältnismäßig groß. Vor allem Verwendung eines einseitig aufgeteilten, in sich ela- aber sind die beiden Ringhälften im wesentlichen starr siisch aufweitbaren und zusam.nenziehbaren ausgeführt. Die Spannkräfte werden daher nicht gleich-Spannringes, an dessen Enden die Stellmittel an- mäßig am Umfang verteilt, sondern an einzelnen Stelgreifen, dadurch gekennzeichnet, daß der 15 len durch gesonderte Druckstücke punktförmig ausge-Spannring (1) in an sich bekannter Weise sichelför- übt, was ein Verformen der Werkstücke beim Spannmig ausgebildet ist Vorgang und ferner bleibende Beschädigungen an den

2. Einspannvorrichtung nach Anspruch ?, dadurch Einspannstellen zur folge hat.

gekennzeichnet, daß Innen- und Außenfläche (3. 2) Um unterschiedliche Durchmesser erfassen zu kön-

des entlasteten Spannringes durch exzentrisch 20 nen, hat man nach der DT-OS 16 27 488 bei einem drei-

zueinander liegende rotationssymmetrische Flä- teiligen Spannring die Druckstücke schon an langen,

chen, insbesondere Zylinderflächen, gebildet sind. radial verstellbaren Schäften angebracht. Dadurch und

3. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, durch die zu einer annähernden Vergleichmäßigung der dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (1. V) Anlage benötigte große Anzahl Druckstücke wird die aus Leichtmetall oder Kunststoff besteht und auf 25 gesamte Vorrichtung jedoch so schwer und unhandlich, seiner Außen- oder Innenseite mit einem Band (33) daß sie nur stationär auf fester und dazu noch einstellaus hochfestem Werkstoff, insbesondere Walzstahl, barer Lagerung angebracht werden kann.

armiert ist. Die DT-OS 19 41 070 zeigt als Spannmittel eine Ket-

4. Einspannvorrichtung nach einem der Ansprü- te, zwischen deren Enden eine in Umfangsrichtung wirche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innen- 30 kende Spannvorrichtung angebracht ist. Die Kettenliegende Spannfläche (3) des Spannringes (1) gegen- glieder können sich dabei unmittelbar an den Umfang über der zu erfassenden Außenfläche wenigstens eines Werkstückes anlegen und wenigstens an einem eines Werkstückes Untermaß hat. anderen Werkstück durch radial einstellbare Schrauben