DE2408120A1

DE2408120A1 - Verfahren und vorrichtung zum verbinden zweier rohrfoermiger elemente durch reibungsschweissen

Info

Publication number: DE2408120A1
Application number: DE19742408120
Authority: DE
Inventors: Laurent Paolini
Original assignee: Naphtachimie SA
Current assignee: Naphtachimie SA
Priority date: 1973-02-21
Filing date: 1974-02-20
Publication date: 1974-08-22
Also published as: DE2408120C3; GB1460752A; DE2408120B2; FR2218156B2; FR2218156A2; US4060190A; GB1460667A

Description

(Zusatz zu Patent ... (Patentanmeldung P 21 27 663.1))

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier rohrförmiger Elemente aus Metall oder thermoplastischem Kunst-: stoff durch Reibungsschweißen, bei dem die Elemente im wesentlichen unbeweglich zueinander gehalten werden, die miteinander zu verbindenden Oberflächen einander in parallelen Ebenen zugewandt sind, ein Zwischenstück zwischen den Oberflächen derart angeordnet wird, daß die zu verbindenden Oberflächen jeweils mit dem Zwischenstück in Berührung stehen, das Zwischenstück um eine zu den zu verbindenden Oberflächen senkrechte Achse gedreht wird, während die miteinander zu verbindenden Oberflächen mit Druck beaufschlagt werden, die Lage des Zwischenstücks längs der Achse aber gesteuert wird, bis die miteinander in Berührung stehenden Oberflächen durch Reibung erweichen, die Umdrehung des Zwischenstücks angehalten wird und bis zur Verfestigung der Sehweißverbindung durch Abkühlen ein vorbestimmter Druck auf die zu verbindenden Teile beibehalten wird. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Die Erfindung ist insbesondere für das Verbinden rohrförmiger Elemente großer Länge geeignet.

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Es hat sich herausgestellt, daß die miteinander zu verbindenden bzw. zu verschweißenden Oberflächen der Elemente und des auch Manschette genannten Zwischenstücks sich nicht in genau zueinander parallelen Ebenen befinden; der Grund dafür liegt vor allem in Unterschieden der Positionierung und der Einspannung der Elemente, in mehr oder weniger schiefen Schnittstellen usw. Wenn auf die Baugruppe aus den rohrförmigen Elementen und das zwischen ihnen angeordnete Zwischenstück eine einheitliche Schubkraft wirkt, d.h. eine Schubkraft, die auf alle Oberflächen gemeinsam wirkt, kann eine Schweißverbindung vor der anderen zu fließen beginnen, wodurch zumindest die Ausführung der letzteren Verbindung schwierig wird.

Um möglichst gute Bedingungen für die Ausführung einer guten Schweißverbindung zu schaffen, ist es daher notwendig, das Zwischenstück während der Verschweißung senkrecht zu den Ebenen der Oberflächen bewegen zu können,wobei diese Bewegung mit einem System ausgeführt wird, das. voneinander unabhängige und ggf. verschiedene Schubkräfte ausübt.

Eine Aufgabe der Erfindung-liegt darin, die Verschiebungen des Zwischenstückes senkrecht zu den Oberflächen während der Verschweißung hinsichtlich der Oberflächen unabhängig auszuführen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem Zwischenstück und den mit ihm zu verbindenden Elementen voneinander unabhängige Schubkräfte wirken, mit denen die unter Druck stehenden Berührungen der beiden Flächen des Zwischenstücks mit den entsprechenden Flächen der Elemente getrennt erreicht werden. Wenn die beiden Verschweißungen bzw. Verbindungen den

derart gleichen Zustand erreichen, können die Antriebe/betätigt werden, so daß die Schubkräfte beiderseits der VerschweiSungen gleich sein können, wodurch ermöglicht wird, die beiden Verschweißungen gleichzeitig auszuführen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist im wesentlichen zwei verschiedene Kraftzylinder oder Gruppen von Kraftzylindern auf, /^

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die unabhängig zwischen jedem rohrförmigen Element und dem Zwischenstück wirken.

In einer anderen Ausführungsform weist eine Apparatur mit einer solchen Vorrichtung folgende Teile auf: einen parallel zur Achse des Zwischenstückes angeordneten Rahmen, der während der Verschweißung im wesentlichen unbeweglich bleibt; ein zentrales Spannfutter, das das Zwischenstück mittels Halteorganen einspannt und das relativ zum Rahmen drehbar ist, wobei es das Zwischenstück in Drehung versetzt; ein äußeres Spannfutter, das eines der rohrförmigen Elemente einspannt und am Rahmen gleitbar angebracht ist, damit es sich unter der Wirkung eines oder mehrerer Axialschubkraft zylinder, die am Rahmen befestigt sind, längs der Achse des Zwischenstücks bewegen kann, und ein weiteres äußeres Spannfutter, das das andere rohrförmige Element einspannt und ebenfalls längs der Achse des Zwischenstücks unter der Wirkung eines · oder mehrerer Axialschubkraftzylinder, die mit dem Rahmen verbunden sind, beweglich ist.

Der Rahmen der Vorrichtung kann vorzugsweise aus einer Mehrzahl Streben oder Stangen bestehen, die zueinander parallel sind und auf denen die äußeren Spannfutter gleiten.

Die Axialschubkraftzylinder, die die Verschiebung der äußeren Spannfutter hervorrufen, sind einerseits mit den Spannfuttern und andererseits mit dem Rahmen verbunden.

Die ortsfesten Organe, an denen sich das zentrale Spannfutter bei seiner Drehung abstützt, sind ebenfalls am Rahmen befestigt.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung weist das zentrale Spannfutter d.n aus zwei trennbaren Elementen gebildetes Rohr auf, wobei jedes dieser Elemente ein Organ zum Einspannen des Zwischenstücksaufweist. Das Rohr des zentralen Spannfutters hat einen deutlich größeren Durchmesser als das Zwischenstück, damit

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geschlossene Vorrichtungen durch Verschiebung auf Rohre von bogenförmigen Leitungen aufgeschoben werden können.

Zwischen den beiden rohrförmigen Elementen des Spannfutters ist die Vorrichtung zum Antrieb der Drehbewegung angebracht; diese Vorrichtung kann ein Zahnrad oder eine Rolle sein, das bzw. die von einem Motor unter Zwischenschaltung von Übertragungsorganen,wie beispielsweise einem Zahnradgetriebe, einer Kette oder einem Zahnriemen angetrieben wird. Die axialen Schubkräfte, denen das zentrale Spannfutter ausgesetzt wird, können von Anschlagen aufgenommen werden; diese Anschläge können Kugeln oder Rollen sein und können auf Organen angebracht sein, die am Rahmen fest sind. In einer abgeänderten Ausführungsform können die Lager des Spannfutters auch die Anschläge bilden.

Die Spannorgane des zentralen Spannfutters können Kraftzylinder sein, die mit Zentriervorrichtungen zusammenwirken. Sie können auch von Vorrichtungen mit Reibungsantrieb gebildet sein, wie beispielsweise mit Greifern versehene Nocken, wobei diese Vorrichtungen selbst-zentrierend und selbst-spannend sind.

Die äußeren Spannfutter sind mit Befestigungsorganen versehen, mit denen ihre Lage relativ zu den miteinander zu verbindenden Rohren festgehalten wird, wobei aber ihre axiale Verschiebung unter der Wirkung von Axialschubkraftzylindern gegeben ist. Diese Befestigungsorgane können genau wie die des zentralen Spannfutters durch Kraftzylinder,durch Vorrichtungen mit Reibung, wie selbstspannende und selbstzentrierende Nocken mit Greifern,gebildet sein. Sie sind auf dem Rahmen derart angebracht, daß sie längs des letzteren gleiten können.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Vorrichtung mit dem Rahmen fest verbundene Platten und mit den Organen zur Befestigung der äußeren Spannfutter verbundene Platten auf, wobei die Axialschubkraftzylinder zwischen diesen Platten wirken, so daß die durch diese Kraftzylinder hervorgerufene I_x-

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Schubkraft auf die Achse und auf alle Befestigungsorgane, die das gleiche rohrförmige Element anspannen, in gleicher £rt übertragen wird.

Bei Fehlen der Vorrichtungen zum Zentrieren der rohrförmigen Elemente kann man Abstützungen verwende die am Rahmen befestigt sind und die die Achse der

Spannfutters ₄. Elemente mit der Achse des zentralen / in Übereinstimmung halten. Diese Abstützungen können Auflagergestelle einstellbarer Höhe, Diabolos usw.sein, auf denen die rohrförmigen Elemente ohne wesentliche Reibung gleiten können.

Um eine Bewegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend der Verschweißung der Rohre zu ermöglichen, kann die Anordnung auf einem Gestell angebracht sein, das unter Zwischenschaltung von Standteilen, Raupenketten oder ähnlichem auf dem Boden steht oder mittels Kränen zwischen zwei Verschweißungen befördert werden kann.

Wenn die Vorrichtung zum Verschweißen von Leitungen großer Länge verwendet wird, wo es praktisch unmöglich ist, daß sich das mit der bereits fertigen Leitung verbundene rohrförmige Element längs seiner Achse verschiebt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Zwischenstück und das anzufügende Rohr derart anzubringen, daß sie sich axial längs ihrer Halterung bewegen können, beispielsweise indem die letztere in dem Gestell mit Hilfe von Gleitverbindungen montiert ist. Nach Ausführung der beiden Verschweißungen der Rohre kann sich die Vorrichtung längs der ver- " schweißten Rohre bewegen, indem alle Haltekraftzylinder geöffnet werden oder bei einer anderen Art, die bei Maschinen zur Vorfabrikation von industriellen Rohrleitungen verwendet wird, indem "sie sich vollständig nach beiden Seiten einer Ebene durch die Achse der Vorrichtung öffnet (Anbringen von stark bogenförmigen Rohren oder von beidseitig angeordneten Rohren,von sperrigen Gegenständen vie Ventilen, Flanschen, T-S^ücken usw).

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Bei einer Ausführungsform ist die Baugruppe aus dem zentralen Spannfutter und seiner Drehantriebsorgane aus zwei gelenkig um eine zur Achse des Spannfutters parallele Achse verbundenen Teilen gebildet. Diese gelenkige Verbindung kann beispielsweise mittels gelenkiger Systeme erfolgen, die von Kraftzylindern betätigt werden. Um das Drehmoment auf beide Teile des zentralen Spannfutters zu verteilen, kann die Drehantriebsvorrichtung des Spannfutters selbst geteilt sein, wobei sie aus zwei Baugruppenpaaren von Triebrädern oder Ketten, die das Spannfutter antreiben, gebildet sein kann.

Die vorangegangenen Ausführungen für das zentrale Spannfutter können genauso für die äußeren Spannfutter gelten, damit es möglich ist, rohrförmige Elemente in die Vorrichtung einzuführen oder herauszunehmen. Wie das zentrale Spannfutter können die äußeren Spannfutter aus zwei gelenkig miteinander verbundenen Teilen bestehen.

Ents-prechend einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das Entgraten der Verschweißungen im Inneren der Rohre mittels eines oder mehrerer Werkzeuge durchgeführt, beispielsweise mit Fräsern oder Schleifgeräten, die auf einer Welle angebracht sind, die in der Achse der Rohre und des Zwischenstücks mittels einer Führung sowie eines Spannfutters gehalten werden, wobei das Spannfutter gegen das Innere des mit dem Zwischenstück zu verschweißenden Rohres verspannt ist und die Welle von einem Motor drehangetrieben wird. Die Vorrichtung kann weiter eine Bürste und Abstreifscheiben enthalten, die, falls sie angetrieben sind, von der Welle mit den Werkzeugen drehangetrieben werden.

Entsprechend einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal, das sich vor allem auf Rohre mit großem Querschnitt bezieht, werden . das zentrale Spannfutter und seine Betätigungsorgane sowie die seitlichen bzw. äußeren Spannfutter nicht außerhalb der rohrförmigen Elemente sondern innerhalb dieser Elemente angeordnet.

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Bei dieser Ausführung ist das zentrale Spannfutter auf einer Welle angebracht, die von einem Motor betätigt wird, beispielsweise einem Hydraulikmotor und weist Organe zum Spannen auf das Zwischenstück auf; der Stator des Motors selbst wird der Wirkung von Kraftzylindern ausgesetzt, die sich an den rohrförmigen Elementen abstützen; zusätzlich sind äußere Kraftzylinder vorhanden, die auf beiden Seiten des Zwischenstücks auf die rohrförmigen Elemente wirken.

Eine solche Vorrichtung kann zusätzlich Werkzeuge zum Entgraten aufweisen, die an der zentralen Halterung angebracht sind, sowie eine Baugruppe aus einer metallischen Bürste und Spanabstreifscheiben enthalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Darstellung beispielsweise und mit vorteilhaften Einzelheiten erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung;

Fig. 2 bis 4 schematische Ansichten dieser Vorrichtung mit verschiedenen Anordnungen ihrer Organe;

zu

Fig. 5 eine Endansicht einer/öffnenden . Vorrichtung mit für die

Arbeitsperioden auf dem Boden ruhender Abstützung; Fig. 6 und 7 Endansichten von Halbschalen;

Fig. 8 eine Anordnung des Kugelumlauflagers für die zu öffnende Vorrichtung;

ffig. 9 eine abgeänderte Ausführungsform mit Rollen;

Fig. 10 bis 12 Vorrichtungen für vollständiges Freiwerden des zentralen Spannfutters;

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Fig. 13 eine schematische Ansicht der Bewegung einer einteiligen geschlossenen Vorrichtung längs gebogener Rohre;

Fig. 14 bis 16 selbstzentrierende und mit Reibung antreibende Vorrichtungen;

Fig. 17 ein System mit einem Auflagergestell für die Zentrierung hydraulischer, nicht zentrierender Spannfutter;

Fig. 18 und 19 eine Vorrichtung zur schnellen Ausrichtung für die provisorische Verbindung eines Rohres mit dem Zwischenstück;

Fig. 20 eine Vorrichtung zum inneren Entgraten der Verschweißung von rohrförmigen Elementen und des Zwischenstücks;

Fig. 21 schematische Längsansichten einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte grundsätzliche Ausfuhrungsform der Vorrichtung weist eine Mehrzahl Streben oder Stangen 1 auf, die Platten 2-2a in fester Lage halten und auf denen Platten 3-3a gleiten können. Die Platten 2-2a und 3-3a sowie 16 und 16a weisen innere Aussparungen auf, so daß der Durchtritt der rohrförmigen Elemente 10-11 vor dem Zusammenschweißen mit dem Zwischenstück 12 möglich ist.

Koaxial zum Zwischenstück 12 ist ein Spannfutter angeordnet, das aus einem Rohr gebildet ist, das aus zwei trennbaren Elementen 4-4a besteht,die über Längsnuten oder Keile angetrieben sind. Dieses Spannfutter weist Halteorgane 5-5a auf, die es mit dem Zwischenstück verbinden. Diese Halteorgane können aus hydraulischen Kraftzylindern, wie in Fig. 1 dargestellt, gebildet sein oder aus anderen Spannvorrichtungen, wie beispielsweise einem Nockensystem (Fig. 14 und 15).

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An den Streben 1 sind weiter Platten 6-6a befestigt, die Lagerlaufringe für Kugellager oder Rollenlager 7-7a aufweisen, die als Gegenlager für die Drehung des Spannfutters 4-4a dienen. Am Spannfutter ist ein Triebrad 8 befestigt, über das es von einem Antriebsmotor 9 in Drehung versetzt wird. Prinzipiell ist ein Zwischenfutter 13 vorgesehen, damit eine Reihe Vorrichtungen mit unterschiedlichem Fassungsvermögen (gleicher Rahmen, verschiedene Spannfutter) geschaffen wird.

An den Platten 3-3a sind Halteorgane oder Spannvorrichtungen, wie die Kraftzylinder 14-14a befestigt, die die Platten mit den entsprechenden rohrförmigen Elementen 10 und 11 verbinden.

Des weiteren sind zwischen den Platten 2 und 3 Kraftzylinder 15 und zwischen den Platten 2a und 3a Kraftzylinder 15a vorgesehen. Die Kraftzylinder"15 wirken ggf. unabhängig von dem Kraftzylinder 15a, um ggf. einerseits auf die sich gegenüberliegenden Oberflächen des Zwischenstücks 12 und des Rohres 10 und andererseits auf die sich gegenüberliegenden Oberflächen des Zwischenstücks und des Rohres 11 unabhängige und gleichzeitig wirkende Schubkräfte auszuüben. Die Kraftzylinder 15 und 15a können auch an den Platten 6 und 6a (Fig. 2, 3, 4) oder am Rahmen bzw. der Strebe 1 befestigt sein.

Zu Beginneines Schweißvorganges schieben die beiden .Gruppen von Kraftzylindern 15 und 15a in gleicher Weise gegeneinander vor, wobei sie auf jede zu verschweißende Oberfläche einen Druck ausüben; dieser Vorschub geschieht in zunehmender, vorher geregelter Weise. Wenn sich zeigt (beispielsweise durch die Feststellung erhöhter Schwingungen oder durch von Pyrometern aufgenommenen Temperaturen),/eine der beiden Schweißverbindungen relativ zu-r anderen verzögert ist, wird der Druck auf der verzögerten Seite aufrechterhalten, während der Vorschub auf der anderen Seite kurzzeitig durch Unterdrücken oder Verringern der entsprechenden Schubkraft in seinem Fortschreiten angehalten wird. Sobald die verzögerte Seite die andere.Seite wieder er-

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reicht hat, wird beiden Kraftzylindergruppen ein gleichzeitiger Vorschub - entsprechend einem äquivalenten Fließen der beiden Seiten - erteilt, so daß die beiden zu. verschweißenden Ebenen S₁ S₂ die gleiche Erweichung erfahren. Ein programmiertes, vor.-her geregeltes Verfahren führt automatisch die aufeinanderfolgenden Vorgänge durch - Fließen und Umformen - , die von Verschiebungsmeßfühlern aufgenommen werden, wobei die Maschine als "fehler-haft" Schweißverbindungen feststellt, die nicht nach den RegelkriterJen ausgeführt sind. Das Zwischenstück, das um seine Achse drehend angetrieben war, wird daraufhin angehalten; auf die beiden Oberflächen S* S₂ wird von den beiden Kraftzylinderbaugruppen die gleiche Umformschubkraft gleichzeitig ausgeübt bis sich die Schweißverbindung verfestigt.

Die Regelung der Schubkräfte an den Seiten dieser beiden zu verschweißenden Oberflächen kann automatisch geschehen, beispielsweise mit Hilfe von Pyrometern, die die Temperaturen

Pyrometer an diesen Oberflächen aufnehmen. Diese / können Jedes auf einem Wagen angebracht sein, der sich mit der beweglichen Halterung bewegt, um relativ zu der zugehörigen Oberfläche unveränderlich zu bleiben.

Die schematischen Darstellungen der Fig. 2 bis 4 beziehen sich auf Vorrichtungen der beschriebenen Art und zeigen, wie die zugehörigen Organe angeordnet sein können.

Die schematisch in Fig. 2 dargestellte Anordnung ist die gleiche wie die in Fig. 1 dargestellte und zeigt eine Vorrichtung mit im Vergleich zu den folgenden Anordnungen größerer Länge.

Die Anordnung gemäß Fig. 3 führt zu einer Vorrichtung mit auf ein Minimum verminderter Länge, die Antriebe lzw. Kraftzylin-' der sind vor allem zum zentralen Teil der Vorrichtung verschoben, die Platten 2 und 2a fehlen.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 4 hat ebenfalls verminderte Länge und ermöglicht einfacheren Zugang zum Spannfutter. j^

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Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Gesamtheit der beschriebenen Organe in / Tö-16a gehalten wird, die durch Streben 17 verbundene Tragsäulen bilden. Diese Tragsäulen stehen auf Standteilen 18 (Fig.5), die zum Arbeiten auf den Boden herabklappbar sind. Die Verbindungen zwischen den Tragsäulen und den Streben 1 sind in Form von Buchsen 19 ausgeführt, die Arme 22 und 23 festlegen, die wiederum die Enden der Stangen tragen; diese Anordnung verbessert die Festigkeit der Vorrichtung bzw. Maschine, die bei der Durchführung der Verschweißung anfänglich offen ist.

Um die Öffnung der Vorrichtung beim Durchführen aufeinanderfolgender Verschweißungen und den Durchtritt von großen Hindernis-

bei

sen auf den Rohren zu ermöglichen, ο der/ Vorrichtungen für vorfabrizierte Rohrleitungen, wie sie bereits beschrieben wurden, verwendet man zwei Halbbaugruppen, von denen jede eine Hälfte der im folgenden zu beschreibenden Vorrichtung bildet. Jede solche Halbbaugruppe weist eine Hälfte des Spannfutters und seiner .Antriebsvorrichtung auf.

Diese Halbbaugruppen (Fig. 6) sind jeweils mit einer Halbschale 21 verbunden. Schubstangen 22, 23 sind gelenkig einerseits mit den Halbschalen und andererseits mit Traversen 24 verbunden (die wiederum mit den Tragsäulen verbunden sind). Das öffnen und das Schließen der Halbschalen werden von Kraftzylindern 25 gesteuert, die auf Sie Schubstangen 22 und 23 wirken. Zentrierfinger 26 ermöglich-en eine genaue Einstellung der beiden Halbschalen aufeinander und Feststellnocken halten die Vorrichtung während der Arbeitsperioden geschlossen.

Die Fig. 6 zeigt in ihrer rechten Hälfte eine Halbschale in Schließstellung und in ihrer linken Hälfte eine Halbschale in Offenstellung.

In Fig. 6 ist der Antrieb ein Hydraulikmotor oder ein Elektromotor; in Fig. 7 geschieht der Antrieb mit Hilfe eines Zahnriemens 27. . · /12

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In Anordnungen für eine vollständige Öffnung der Vorrichtung ist es insbesondere notwendig, die Lger in zwei Teile zu trennen. Dazu kann eine Anordnung für den Umlauf von Kugeln 28 (Fig. 8) in zwei getrennten Kugelbetten verwendet werden.

Es kann auch eine Anordnung gemäß Fig. 9 verwendet werden, in der die Kugellager durch zwei Halbbaugruppen ersetzt sind,die aus Rollen 29, die auf den Zylindern oder trennbaren Elementen 4 oder 13 rollen,und konischen Anschlägen 30, die auf an den Platten 6 und 6a befestigten Teilen 31 rollen, bestehen.

Die Fig. 10 bis 12 zeigen eine andere Anordnung, die das vollständige Freiwerden des zentralen Spannfutters relativ zum tragenden Teil ermöglichen. In dieser Anordnung werden Rollen 32 verwendet, deren Achsen 33 in kreisbogenförmigen Halterungen 34 getragen v/erden, die sich in in den Platten 6 ausgefrästen Nuten 35 drehen können. Die Achsen 33 sind von Köpfen 36 gehalten, die sich in kreisförmigen T-förmigen RiÜlen 37 bewegen. Zusätzlich sind konische Rollen 38 zwischen dem Spannfutter und den mit den Platten 6 verbundenen Teilen 31 angeordnet.

Die Fig. 11 zeigt eine Vorrichtung in ihrer offenen Stellung, d.h. in der Stellung zum Freiwerden der Halterung und die Fig.12 zeigt die gleiche Anordnung in Arbeitsstellung der Haltejcng.

In Fig. 10, die gegenüber Fig. 1 größeren Maßstab hat, sieht man die Verbindung zwischen den Halbhalterungen 4 und ihrem Drehantrieb, der über Triebräder 8 und Längsnuten 8a erfolgt. Des weiteren ist aus dieser Figur ersichtlich, wie die axialen Schubkräfte des Kraftzylinders 15 über die konischen Rollen 38 individuell auf das Spannfutter übertragen wird.

In Fig. 13 ist eine einfache, nicht öffnende erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, die den Durchtritt gebogener zu verschweißender Rohrteile ermöglicht, deren Krümmungsradius genügend groß ist. Dies ist vor allem der Fall bei Pipelines, de

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ren Elemente im weseitlichen geradlinig sind,(der Krümmungsradius ist größer gleich zwanzigmal dem Durchmesser) und deren gebogene Rohre sogar an ihren Enden gerade Bereiche aufweisen, die ihren Anschluß mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung ermöglichen. Für diesen Durchtritt läßt man die Halteorgane 14 und 5 (die Kraftzylinder oder mechanische Greifer) weg. Dies ist möglich, weil das Spannfutter einen wesentlich größeren Durchmesser als die zu verschweißenden Rohre aufweist.

Bisher wurde beschrieben, daß die Organe zur Befestigung " des Spannfutters auf dem Zwischenstück Organe mit. Kraftzylindern sind. Es sind auch andere Spannvorrichtungen in Betracht zu ziehen, insbesondere selbstzentrierende Spannvorrichtungen.

Die Fig. 14 und 15 stellen eine selbstzentrierende Spannvorrichtung dar, die am Spannfutter 4 angebracht ist. Diese Vorrichtung kann bei Bedarf vollständig abgebaut werden.

des. Die Vorrichtung weist, an jedem Ende / Spannfutters befestigt,

eine bestimmte Anzahl Teile 40 auf, die Aussparungen 41 aufweisen, in die jeweils der Kopf eines um eine Achse 43 drehbaren Nockens 42 eingreift. Die Achsen 43 sind in zweiteiligen ringförmigen Fassungen 44-45 angebracht, die durch Streben 46 in gegenseitigem Abstand gehalten werden. Die Baugruppe wird von einer Schale 47 an Ort und Stelle gehalten, die in in einer Durchmesserebene, wie die Fassungen 44, 45 in zwei Teile trennbar ist.

Diese Vorrichtung keilt sich am Zwischenstück 12 unter der . Wirkung des in geeigneter Richtung erfolgenden Antriebsmomentes fest, wobei die erhaltene Einspannung selbstzentrierend ist. Zum Ausspannen entfernen sich die Nocken 42 um eine Höhe h, so daß ßie den Durchtritt des Rohres (und, im vorliegenden Fall, des äußeren, durch die Verschweißung gebildeten Wulstes 50) erlauben.

Die selbstzentrierenden Vorrichtungen, die im folgenden beschrieben werden, sind in Fig. 16 insgesamt mit 49 bezeichnet.

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Selbstverständlich können solche selbstzentrierenden Vorrichtungen auch zum Einspannen der Rohre 10 und 11 verwendet werden.

Wenn keine Zentriervorrichtungen verwendet werden, können' Ausrichtvorrichtungen verwendet werden, wie sie beispielsweise schematisch in Fig. 17 dargestellt sind; sie bestehen dort aus Auflagergestellen 51, auf denen die Rohre liegen; diese Auflagergestelle 51 sind am Rahmen bzw. der Haltestange 1 mittels eines Pantographen 52 angebracht, wobei ihre Lage zur Regelung der Höhe der Achse markiert ist.

Die Fig. 18 und 19 zeigen eine provisorische, schnell zerlegbare Verbindung zum Befestigen eines der Rohre, wie des Rohrs 10, an dem Zwischenstück 12. Diese Verbindungsvorrichtung weist beispielsweise zwei Halbringe 53 auf, die das Rohr mittels' Schraube und Schnellspannmutter 54 einspannen. Dies ermöglicht eine leichte Einführung der Baugruppe aus dem Rohr 10 und dem Zwischenstück 12 in die Vorrichtung, bis die Baugruppe in Anlage an das Ende des bereits gelegten Rohres kommt.

des

Eine andere Ausführungsform betrifft den Antrieb/Zwischenstückes; man kann ein Spannfutter verwenden, das derart angeordnet ist, daß es das Zwischenstück sowohl zentriert als auch antreibt. Diese Halterung kann herkömmlicher Art sein und weist exzentrische Spannbacken auf, die auf einem Ring schwenkbar gelagert sind, wobei die Achsen der Spannbacken Triebräder tragen, die über einen Zahnring miteinander verbunden sind, der unter Zwischenschaltung einer Zahnstange mit einem Hebel betätigt wird, um die Berührung zwischen den Spannbacken und dem Zwischenstück hervorzurufen, wobei das Einspannen unter der Wirkung der Drehung des Spannfutters daraufhin automatisch erfolgt.

Die Enden der Halteorgane 5 und 5a auf dem drehenden Teil sind mit Räumwerkzeugen versehen, die dazu dienen, Wulste zu entfernen, wo sich die Werkzeuge befinden. Dazu werden die Hai-

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terungen bzw. Kraftzylinder 14 und I4a entspannt; das zentrale Zwischenstück, das in Drehung versetzt ist, kann sich seitlich relativ zu den verschweißten Rohren unter dem Druck der Kraftzylinder 15 und 15a bewegen, so daß die notwendige Längsbewegung erfolgen kann.

Dies gilt unabhängig davon, ob die Drehantriebsvorrichtung für das zentrale Zwischenstück innen oder außen angeordnet ist.

Die Fig. 20 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung, die in das Innere der mit einem Zwischenstück verschweißten Rohres eingeführt wird, um das Innere der Schweißverbindung zu entgraten.

Diese Baugruppe weist eine Welle 60 auf, an der kreisförmige Fräser 61-61a oder geeignete Werkzeugträgerplatten, sowie eine scheibenförmige Metallbürste 62 angebracht sind. Diese Welle, die aus zwei mit einer flexiblen Kupplung 63 verbundenen Teilen bestehen kann, wird über Führungen 64-64a gleichachsig mit den Rohren 10-11 und dem Zwischenstück 12 gehalten; die Führungen 64-64a können Kreisplatten sein, die an ihrem Umfang nachgiebig angebrachte Kugeln tragen. Vor dem Fräser 61 kann eine Kreisblende 68 vorgesehen sein.

Die Welle 62 wird von einem Motor 65 angetrieben, dessen Stator mit einer Nuß 66 verbunden ist, die in einem hydraulischen Spannfutter 67 gleitet, das mit dem Inneren des Rohres 10 verspannt ist. Dieses^·/ ermöglicht die Zentrierung der Welle 60 und damit der Werkzeuge während der Arbeit aufrechtzuerhalten. Der Fräsersatz ist an einem Schwimmspannfutter 69 angebracht.

Die in F^g. 21 schematisch dargestellte Ausführungsform betrifft eine Vorrichtung, in der das zentrale Spannfutter und seine Betätigungsorgane im Inneren des Zwischenstücks und der rohrförmigen Elemente angeordnet sind.

Mit 70 ist in dieser Figur das zentrale Spannfutter bezeichnet, das Organe 71 zum Verspannen am Zwischenstück 12 und die i*r

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Welle 72 aufweist, auf der das von einem Hydraulikmotor 73 angetriebene Spannfutter angebracht ist. In dieser Figur sieht man weiter die Spannorgane 74-74a der Spannfutter 75-75a, die längs der Welle 72 verschiebbar angebracht sind. Zwischen dem Spannfutter 75 und dem Stator des Öydraulikmotors 73 sind Kraftzylinder 76 zur Regelung der Schubkraft vorgesehen. Weiter können Halterungen 77 vorgesehen sein, die mit Längsnuten versehen sind, die die entsprechenden Längsnuten der Zylinder der Kraftzylinder aufnehmen. Außerhalb der rohrförmigen Elemente und des drehenden Zwischenstücks 12 sind die Arbeitszylinder 78 für den gesamten Preßdruck und das Warmumformen, entsprechend der Hauptanmeldung angeordnet. Diese Kraftzylinder wirken zwischen den Spannorganen 79-79a, die gegenüber den inneren Befestigungsorganen 74-74a angeordnet sind.

Wie dargestellt, können die Kraftzylinder 78 und ihre Befestigungsorgane auf einem Tragegestell 80 angeordnet sein, das ortsfest ist oder beispielsweise auf Rädern oder Raupenketten oder Standteilen beweglich ist.

In der dargestellten Ausführungsform ist die Baugruppe aus dem zentralen Spannfutter, den äußeren Spannfuttern, dem Antriebsmotor und den Kraftzylindern zum Steuern der Schubkraft auf Rollen 81 angebracht, die im Inneren der Rohre abrollen. Genauso gut kann eine andere Anordnung verwendet werden, beispielsweise unter Schleppen auf Gleitschuhen oder eine Vorrichtung mit eigenem Vortrieb.

Die beschriebene Vorrichtung weist weiter Werkzeuge 82 zum Entgraten auf, die am Spannfutter 70 angebracht sind, sowie eine Metallbürste 83 und Abstreifscheiben 84.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform der Vorrichtung stützen sich die äußeren Spannorgane 79-79a nicht am Metall der rohrförmigen Elemente ab sondern üben ihre Wirkung auf den Überzug 85 der rohrförmigen Elemente (bei Rohren, die mit Beton überzogen

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sind) ab. Vorteilhaft ist auch, wenn die Einspannung bzw. Befestigung unter Zwischenschaltung von nachgiebigen Mitteln erfolgt, wie beispielsweise Wulsten oder aufblasbaren Reifen, wodurch jede lokale Beschädigung oder ^{in r}^^cKunS ^_es Überzugs vermieden v/erden kann.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Verbinden zweier rohrförmiger Elemente aus Metall oder thermoplastischem Kunststoff durch Reibungsschweissen, bei dem die Elemente im wesentlichen unbeweglich zueinander gehalten v/erden, die miteinander zu verbindenden Oberflächen einander in parallelen Ebenen zugewandt sind, ein Zwischenstück zwischen den Oberflächen derart angeordnet wird, daß die zu verbindenden Oberflächen jeweils mit dem Zwischenstück in Berührung stehen, das Zwischenstück um eine zu den zu verbindenden Oberflächen senkrechte Achse gedreht wird, während die miteinander zu verbindenden Oberflächen mit Druck beaufschlagt werden, die Lage des Zwischenstückes längs der Achse aber gesteuert wird, bis die miteinander in Berührung stehenden Oberflächen durch Reibung erweichen, die Umdrehung des Zwischenstücks angehalten wird und bis zur Verfestigung der Schweißverbindung durch Abkühlen ein vorbestimmter Druck auf die zu verbindenden Teile beibehalten wird, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Zwischenstück (12) und den mit ihm zu verbindenden rohrförmigen Elementen (10, 11) voneinander unabhängige Schubkräfte v/irken, mit denen die unter Druck stehenden Berührungen der beiden Flächen des Zwischenstücks (12) mit den entsprechenden Flächen der rohrförmigen Elemente (10, 11) getrennt erreicht werden.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei getrennte Kraftzylinder (15, 15a) oder Gruppen von Kraftzylindern, die jeweils unabhängig voneinander zwischen jedem der rohrförmigen Elemente (10, 11) und dem Zwischenstück (12) v/irken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, durch einen Rahmen

gekennzeichnet

der parallel zur Achse des Zwischenstücks

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(12) angeordnet ist und während der Verschweißung im wesentlichen unbev/eglich bleibt, ein zentrales Spannfutter (4, 4a) das das Zwischenstück (12) mittels Halteorganen (5, 5a) einspannt und relativ zum Rahmen drehbar ist, wobei es das Zwischenstück (12) drehbar antreibt, ein äußeres Spannfutter, das eines der rohrförmigen Elemente (10) einspannt und am Rahmen gleitbar angebracht, ist, damit es unter der Wirkung eines oder mehrerer Axialschubkraftzylinder(15) der oder die mit dem Rahmen verbunden sind, längs der Achse des Zwischenstücks (12) beweglich ist, und ein weiteres äußeres Spannfutter, das das andere rohrförmige Element (11) einspannt und sich ebenfalls unter der Wirkung eines oder mehrerer Axialschubkraftzylinder, der bzw. die mit dem Rahmen verbunden sind, längs der Achse des Zwischenstückes (12) verschiebbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennze ichn e t , daß der Rahmen aus einer Mehrzahl von Streben oder Stangen (1) gebildet sind, die zueinander parallel sind und auf denen die Außenspannfutter gleiten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Axialschubkraftzylinder (15t 15a) einerseits mit den äußeren Spannfuttern und andererseits mit dem Rahmen verbunden sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die ortsfesten Organe, an denen sich das zentrale Spannfutter (4, 4a) bei seiner Drehung abstützt, mit dem Rahmen verbunden sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch geke nnzeichnet, daß das zentrale Spannfutter (4, 4a) ein Rohr aus zwei trennbaren Teilen (4, 4a) und ein zwischen diesen Teilen (4, 4a) angebrachtes Organ zum Drehantrieb des S, annfutters aufweist.

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8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die axialen Schubkräfte, denen das zentrale Spannfutter (4, 4a) ausgesetzt ist, von Anschlägen aufgenommen wird, die in den mit dem Rahmen verbundenen Organen vorgesehen sind.

9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Spannorgane des zentralen Spannfutters Antriebe aufweisen, die mit Zentriervorrichtungen zusammenwirken.

10. Vorrichtung nach enem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, . daß die Spannorgane des zentralen Spannfutters aus mit Reibung arbeitenden Vorrichtungen gebildet sind, wie beispielsv/eise selbstspannenden und selbstzentrierenden Nocken (42) mit Greifern.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Spannorgane der äuße ren Spannfutter Kraftzylinder (14, 14a) oder pneumatische Spannbuchsen aufweisen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Spannorgane der äußeren Spannfutter aus Vorrichtungen mit mechanischem unter Reibung erfolgenden Antrieb, wie selbstspannenden und zentrierenden Nocken mit Greifern bestehen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, g e k e nnzeichnet durch am Rahmen befestigte Platten (2, 2a) und an den Außenspannfuttern befestigte Platten (3, 3a), wobei die Axialschubkraftzylinder (15, 15a) zwischen diesen Platten derart wirken, daß die von ihnen ausgeübte Schubkraft für alle Befestigungsorgane, die das gleiche rohrförmige Element einspannen, gleich auf die Achse übertragen wird.

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14. Vorrichtung nach einem der .Ansprüche 3 bis 13, gekennzeichnet durch Auflagergestelle (51)» Diabolos oder ähnliches mit regelbarer Höhe, um die rohrförmigen Elemente (10,11) relativ zur Achse des zentralen Spannfutters (4, 4a) in fester Lage zu halten.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung auf ein unter Zwischenschaltung von Standteilen (18), Raupenketten oder

angebracht ist

ähnlichem beim Arbeiten auf dem Boden aufstehenden Gesxelljj wobei die Vorrichtung mit einem Kran oder Zuggeräten auf Raupenketten usw. befördert werden kann.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß das Zwischenstück (12) auf einer Halterung angebracht ist, die in dem Gestell mittels gleitbaren Verbindungen axial bewegbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Baugruppe (21, 22, 23, 24, 25) aus dem zentralen Spannfutter und seiner Drehantriebsorgane aus zwei Teilen besteht, die um eine zur Achse des Spannfutters parallele Achse gelenkig miteinander verbunden sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Spannfutter aus zwei um eine zur Achse der Spannfutter parallele Achse gelenkig miteinander verbundenen Teilen bestehen.

19· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß zum Entgraten der Schweißverbindungen im Inneren oder am Äußeren der Rohre ein oder mehrere Werkzeuge (61, 61 a, 62; 82, 83, 84), beispielsweise drehbare Fräsen, vorgesehen sind, die längs der Achse der Rohre bewegbar sind.

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2Ο· Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die eine oder die Fräsen (61,_61a) auf einer \7elle angeordnet sind, die mittels Führungen (61,61a) gleichachsig mit den Rohren (10, 11) und dem Zwischenstück (12) sowie mittels eines gegen das Innere des mit dem Zwischenstück (12) zu verschweißenden Rohres gespannten Spannfutters gehalten wird, wobei diese Vorrichtung zusätzlich eine Drehbürste (62) sowie Räumscheiben aufweisen kann, die von der Welle (60), die die Fräser (61, 61a) trägt, drehbar angetrieben sein können.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das zentrale Spannfutter, und seine Betätigungsorgane sowie die äußeren Spannfutter im Inneren der rohrförmigen, zu verschweißenden Elemente (10, 11) angeordnet sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß das zentrale Spannfutter (70) auf einer von einem Motor (73), beispielsweise einem Hydraulikmotor, angetriebenen Welle (72) angeordnet ist und Spannorgane (71) zum Festspannen auf dem Zwischenstück ($2) aufweist, und daß der Stator des Motors (73) selbst der Wirkung von Kraftzylindern (76) unterworfen ist, die sich an den rohrförmigen Elementen (10) abstützen, und daß zusätzlich äußere Kraftzylinder (78) vorhanden sind, die beiderseits des Zwischenstücks (12) auf die rohrförmigen Elemente wirken.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch Entgratwerkzeuge, die am zentralen Spannfutter (70) angebracht sind, sowie eine Baugruppe mit einer Metallbürste (83) und Spanabstreifscheiben (84).

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet , daß sich die äußeren Spannorgane ■ (79, 79a) unter Zwischenschaltung von elastischen Organen, beispielsweise aufblasbaren Wulsten, entsprechend der Beschaffenheit der Schutzschicht (85) der rohrförmigen Elemente an den rohrförmigen Elementen abstutzen.

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