DE2408680A1 - Mittel zum zentrieren von hohldrehkoerpern und vorrichtung zum herstellen des zentriermittels - Google Patents

Description

• Mittel zum Zentrieren von Hohldrehkörpern und Vorrichtung zum Herstellen des Zentriermittels Die Erfindung bezieht sich auf ein Mittel zum Zentrieren von Hohldrehkörpern, die dünnwandig aufeinanderzu verlaufen und über ihre dortigen dünnwandigen Enden stirnseitig durch Schweißen, insbesondere Elektronenstrahlschweißen, miteinander verbunden werden sollen.
• Dabei handelt es sich im allgemeinen um Hohldrehkörper, die überall dünnwandig sind. Im allgemeinen haben diese dünnwandigen Eohldrehkörperenden überall die gleiche Wanddicke. Ihr Durchmesser liegt insbesondere zwischen 200 und 1 ooo mm. Das Verhältnis der Wanddicke dieser Enden zum Durchmesser derselben ist im allgemeinen kleiner als 1 : 50. Im allgemeinen ist der Werkstoff der Hohldrehkörperenden oder der Hohldrehkörper derselbe.
• Bisher hat man Hohldrehkörperenden zum Verschweißen stirnseitig achssenkrecht abgedreht und die Hohldrehkör#sr mit den so erhaltenen, achssenkrechten Stirnflächen aneinander mittels einer Zentriervorrichtung zentriert, also koaxial zueinander festgelegt, und im Gebiet dieser Stirnflächen miteinander verschweißt.
• Solche Zentriervorrichtungen sind aber aufwendig und teuer, besonders wenn es sich bei den aneinandergeschweißten HohldreLkörpern um einen Behälter mit einer kleineren Äxialöffnung handelt, durch die hindurch die Zentriervorrichtung aus dem Behälter entfernt werden muß; die Zentriervorrichtung muß dann nämlich zusätzlich noch teilbar sein.
• Aufgabe gemäß der Erfindung ist es, ohne eine Zentriervorrichtung auszukommen und ein Zentriermittel zu schaffen, das dennoch eine mindestens ebenso gute Zentrierung gewährleistet. Gleichzeitig soll die Schweißverbindung genauso leicht herstellbar sein und genauso fest und sicher sein wie beim genannten stumpfen Aneinanderschweißen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung darin, daß die genannten Hohldrehkörperenden stirnseitig mit koaxialen, aneinanderpassenden Kegelstumpfmantelflächen versehen sind.
• Somit können jegliche Zentriervorrichtungen entfallen. Die Hohlkrehkörper zentrieren sich, wenn sie axial aneinandergedrückt werden, über diese Kegelstumpfinantelflächen bzw. Radialanlageflächen selbst. Es wird eine selbstzentrierende Schweißnahtvorbereitung erzielt. Dabei werden kleine Abweichungen von der kreisrunden Querschnittsform, die z.B. durch Spannungsfreiglühen entstanden seinkönnen, ausgeglichen. Ein vorhergehendes, radiales Drücken in die kreisrunde Querschnittsform ist nicht notwendig, so daß die dünnwandigen Hohldrehkörperenden oder Hohldrekörper nicht verbeult werden können. Bei den aneinandergedrückten Hohldrehkörpern liegen die Kegelstumpfmantelflächen auf dem gesamten Umfang.parallel zueinander und voll aneinander (nur kleinste durch Ob er fl ächenr auhigkeit en bedingte Zwischenräume sind vorhanden). Dies trägt zur Erzielung einer einwandfreien Sckweißverbindung bei und ist insbesondere beim Elektronenstrahlschweißen von großer Wichtigkeit.
• Die Kegelstumpfmantelflächen sollen vom Schweißbad in ihrer vollen axialen Erstreckung erfaßt werden. Der Kegelöffnungswinkel darf daher nicht zu klein sein. Im allgemeinen beträgt er mindestens 900 Der Werkstoff der Hohldrehkörperenden oder Hohldrehkörper, bei denen die Erfindung angewendet wird, ist insbesondere ein metallischer Werkstoff. Dabei kann es sich z.B. um Stahl, ein Leichtmetall, beispielsweise Aluminium, oder Titan handeln.
• Insbesondere sind-diese Kegelstumpfmantelflächen durch eine v-förmige Nut und einen v-förmigen Vorsprung gebildet, die jeweils an den beiden Umfängen des Hohldrehkörperendes ansetzen. Hinsichtlich der Lösung der Aufgabe gemäß der Erfindung und der Erzielung genannter Wirkungen und Vorteile der Erfindung ist diese Bauart besonders gut.
• Der V-Öffnungswinkel ist insbesondere von der Wanddicke der Hohldrehkörperenden und dem Werkstoff der Hohldrehkörperenden bzw. Hohldrehkörper abhängig. Bei Stahl ist ein größerer Axialdruck zulässig als bei Nichteisenmetall. Je größer diese Wanddicke ist, dest größer darf der V-Öffnungswinkel sein, so daß dann die Stirnkanten nicht so scharf sind und also nicht verletzbar sind. Ein relativ großer V-Öffnungswinkel ist auch günstig für die genannte volle axiale Erfassung durch das Schweißbad.
• Auch kann dann der Auftreffbereich eines Elektronenschweißstrahls axial relativ schmal gehalten werden. Dagegen ist bei Hohldrehkörperenden aus Nichteisenmetall für die genannte volle axiale Erfassung eine größere Nuttiefe und axiale Erstreckung des Vorsprungs zulässig. Jedoch darf bei Nichteisenmetall der V-dffnungswinkel wegen der Verletzbarkeit -der Stirnkanten nicht zu klein sein; dies gilt desto mehr, je kleiner die genannte Wanddicke ist.
• Um diesen Verschiedenheiten möglichst gut gerecht zu werden, wird insbesondere folgendermaßen vorgegangen; Bei Hohldrehkörperenden aus Stahl beträgt der V-#ffnungswinkel für Wanddickenndie größer als etwa 1 mm sind, etwa 1200, für Wanddicken, die kleiner als etwa 1 mm sind, höchstens etwa 1200 bei Hohldrehkörperenden aus Nichteisenmetall beträgt der V-Öffnungswinkel für Wanddicken, die größer als etwa 1 mm sind, etwa 9o0 bis etwa 1200 steigend, für Wanddicken, die kleiner als etwa 1 mm sind, etwa 900 Hinsichtlich der Lösung der Aufgabe gemäß der Erfindung und der Erzielung genannter Wirkungen und Vorteile der Erfindung ist auch die folgende Bauart besonders gut: Diese Kegelstumpfmantelflächen sind durch eine v-förmige Nut und einen v-förmigen Vorsprung gebildet, die jeweils zwischen den beiden Umfängen des Bohldrehkörperendes ansetzen, wob# die übrigen Stirnflächen senkrecht zu den Umfängen der Hohldrehkörperenden verlaufen und ebenfalls an ein anderpassen. Hierdurch ist auch die axiale Erstreckung der Kegelstumpfmantelflächen relativ klein. Man kommt mit dieser Bauart schweißtechnisch bzw. festigkeitsmäßig dem anfangs genannten Stumpfschweißen sehr nahe; und dies ohne Vorrichtung zum Zentrieren. Ferner entfallen scharfe Stirnkanten. Diese abgesetzte V-Zentrierung wird bei Hohldrehkörperenden aus Stahl vorzugsweise erst für Wanddicken, die größer als etwa 1,5 mm sind, angewendet.
• Sehr vorteilhaft ist eine Ausführung, bei der diese Kegelstumpfmantelflächen von den Innenumfängen der Hohldrehkörperenden über einen Teil der dortigen Wanddicke bis zu gleichen Durchmessern reichen und die anschließenden, übrigen Stirnflächen senkrecht zu den Außenumfängen der Hohldrehkörperenden verlaufen und ebenfalls aneinanderpassen. Hier gibt es außen zwar noch eine einzige scharfe Stirnkante, jedoch entfällt eine bei einem Elektronenstrahlschweißen vom Schweißbad eventuell nicht erfaßbare Kante im Innern der Wand. Der Elektronenstrahl wird hier auf die äußere Fuge gerichtet. Weiterhin kann durch diesen senkrechten Verlauf das Schweißbad besser ausgasen, wie beim genannten Stumpfschweißen.
• tberhaupt kommt man auch mit dieser Bauart schweißtechnisch bzw.
• festigkeitsmäßig diesem Stumpfschweißen sehr nahe, und dies wiederum ohne Vorrichtung zum Zentrieren.
• Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Herstellen des erfindungsgemäßen Zentriermittels, gemäß der eine Meßuhr am Schaft eines Axialandrehmeißels vor dessen Schneide einen Radialtaster aufweist, mit Hilfe dessen die Radiallage des Axialandrehmeißels gegenüber dem Hohldrehkörperende einstellbar ist. Die Radiallage dieses Drehmeißels ist hier also vorteilhafterweise unabhängig von der Größe des Innen- oder Außendurchmessers der anzudrehenden Stirnseite des Hohldrehkörperendes und nur auf die Wanddicke bezogen einstellbar.
• Die Erfindung wird insbesondere bei Hohldrehkörpern angewendet, die zu einem Behälter, besonders für eine Flüssigkeit -oder ein Gas, aber auch z.B. für Festtreibstoff, verschweißt werden sollen. Ein solcher Behälter kann vollständig mit kunst stof fgetränkt en Easersträngen zur Aufnahme eines Drucks der Flüssigkeit bzw. des Gases umwickelt werden. Der eigentliche Behälter dient im wesentlichen nur zur dichtenden Aufnahme der Flüssigkeit bzw. des Gases und nimmt also kaum Behälterinnendruck auf.
• Die achssenkrechte Zentrier- und Schweißebene kann, insbesondere bei einem Behälter, so gelegt sein, daß sie sich in einem gewölbten Gebiet befindet. Auch in diesen Fällen kann die Erfindung angewendet werden. Die genannten Kegelstumpfmantelflächen liegen dabei so, daß das axiale Aneinanderpassen möglich ist; genannte übrige Stirnflächen können z.B. senkrecht zu den Umfängen der Hohldrehkörperenden im Zentriergebiet oder z.B. achssenkrecht verlaufen. Dies alles gilt aber auch ganz allgemein bei Hohldrehkörpern, bei denen die Erfindung angewendet wird.
• In der Zeichnung sind in Fig. 1 bis 6 und 8 Ausführungsbeispiele des Zentriermittels gemäß der Erfindung jeweils in einem die Hohldrehkörperenden zeigenden Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch zwei Hohldrehkörper dargestellt. Die Hohldrehkörperenden sind über ihre Stirnflächen axial gegeneinandergedrückt dargestellt.
• Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen des Zentriermittels.
• Fig. 9 bis 11 zeigen mögliche Behälterarten, für die die Erfindung angewendet werden kann.
• In Fig. 3 bis 6 und 8 ist die jeweilige ideelle Achse der beiden Hohldrehkörper der Einfachheit halber weggelassen, aber so gedacht, wie sie gemäß Fig. 1 und 2 liegt. Gemäß Fig. 1 bis 6 und 8 sind jeweils der Innenumfang und der Außenumfang der beiden ohldrehkörperenden zylindrisch, jeweils die Wanddicken a der beiden Hohldrehkörperenden gleich groß und jeweils die Werkstoffe der beiden Hohldrehkörperenden und überhaupt der beiden Hohldrehkörper dieselben. Gemäß Fig. 1 bis 6 sind jeweils die Außendurchmesser der beiden Hohldrehkörperenden gleich groß (z.B. Goo mm).
• Gemäß Fig. 1 bestehen die beiden Hohldrehkörperenden, deren ideelle Achse wie auch gemäß Fig. 2 mit 1o bezeichnet ist, aus Stahl oder aus Leichtmetall. Ihre Wanddicke a beträgt 1,6 mm. Jedes Sohldrehkörperende 11 bzw. 12ist stirnseitig mit einer einzigen, koaxialen, vom Innenumfang 13 bis zum Außenumfang 14 des Hohldrehkörperendes reichenden Kegelstumpfmantelfläche 15 bzw. 16 versehen. Die Kegelstumpfmantelflächen 15 und 16 liegen aneinander. Der Kegelöffnungswinkel 0< jeder der beiden Kegelstumpfmantelflächen beträgt 120°.
• Gemäß Fig. 2 und 5 bestehen die beiden Hohldrehkörperenden aus Stahl. Ihre Wanddicke a beträgt 2,4 mm. Eine V-Nut und ein V-Vorsprung, die jeweils am (Fig. 2) bzw. zwischen (Fig. 5) den Emfängen 13 und 14 ansetzen, bilden vier koaxiale Kegelstumpfmantelflächen 17, 18 und 19, 20, die jeweils symmetrisch zu der die halbe Wanddicke a/2 kennzeichnenden Mittellinie 21 liegen und die jeweils aneinanderliegen. Der Kegelöffnungswinkel 0< der Kegelstumpfmantelflächen 17, 19 und 18, 20 und der V-Öffnungswinkel p betragen jeweils 12o0 (Fig. 2) bzw. 900 (Fig. 5)-Fig. 3bis 5 : Gemäß Fig. 3 bestehen die beiden Hohldrehkörperenden wiederum aus Stahl oder Leichtmetall. Ihre Wanddicke a beträgt o,8 mm.
• Alles weitere verhält sich so wie gemäß Fig. 2, nur daß p = 900 ist.
• Gemäß Fig. 4 bestehen die beiden Hohldrehkörperenden aus Leichtmetall. Ihre Wanddicke a beträgt 1,6 mm. Alles weitere verhält sich ebenfalls so wie gemäß Fig. 2, nur daß# P = 1oo0 ist.
• Gemäß Fig. 5 bestehen die beiden Hohldrehkörperenden aus Stahl.
• Die Kegelstumpfmantelflächen setzen å jeweils auf einem Viertel (a/4) der Wanddicke a an. An sie schließen sich Stirnflächen 22., 23 und 24, 25 an, die senkrecht zu den Umfängen 13 und 14 verlaufen und ebenfalls aneinanderliegen.
• Gemäß Fig. 6 bestehen die Hohldrehkörperenden aus Stahl. Ihre Wanddicke a beträgt 2,4 mm. Es reichen zwei erfindungsgemäße Kegelstumpfmantelflächen 26 und 28 vom Innenumfang 13 bis zur Mittellinie 21. An diese Flächen 26 und 28 schließen sich Stirnflächen 27 und 29 an, die senkrecht zu den Umfängen 13 und 14 verlaufen und ebenfalls aneinanderliegen. Der halbe Eegelöffnungswinkel i/2 beträgt 600. Ein Elektronenstrahl, der durch einen Pfeil 30 angedeutet ist, ist auf die Fuge 31 gerichtet.
• Gemäß Fig. 7 sitzt fest auf einer Achse 39 eine Scheibe 40, auf die ein Hohldrehkörper 41 aufgeschrumpft ist. Mit 42 ist die ideelle Achse der Achse 39 bezeichnet, die auch die ideelle Achse des Hohldrehkörpers 41 ist. Diese Einheit ist über die Achse 39 in eine Drehbank eingespannt, von der nur die Körnerspitze 38 der Reitnagelpinole dargestellt ist. Die ideelle Achse 42 ist die Drehachse. Mittels einer Spannplatte 45 ist ein Drehmeißel zum axialen Andrehen eines Vorsprungs gemäß Fig. 2 (Formmeißel oder Formstahl) über seinen Schaft 32 auf einem nicht dargestellten Schritten (Support) der Drehbank fest eingespannt. Am Schaft 32 ist ein abgewinkelter Halter 34 befestigt, an dem eine Meßuhr 35 befestigt ist. Ein Radialtaster 36 der Meßuhr 35 endet mit einer Tastfläche 33 vor der Schneide 37 des Drehmeißels. Die Schneide 37 weist eine v-förmige Schneidnut 43 und eine ebensolche Hilfsschneidnut 44 auf.
• Zuerst wird der Radialtaster 36 radial so eingestellt, daß seine Tastfläche 33 mit dem Grund (Spitze) der Schneidnut 43 axial fluchtet. Dieser Stellung entspricht eine Zeigerausgangsstellung der Meßuhr 35. Dann wird der Drehmeißel bei Anlage der Tastlläche 33 am Außenumfang 14 des Hohldrehkörpers 41 so weit radial verfahren, bis die Meßuhr 35 die halbe Wanddicke a/2 anzeigt, wodurch dann der Schneidnutgrund radial auf halber Wanddicke a/2 steht und nun durch axiales Verfahren des Drehmeißels der genannte Vorsprung angedreht werden kann. Vor diesem Andrehen wird der Radialtaster 36 vom Außenumfang 14 zurückgeholt.
• Mit dieser Vorrichtung und diesem Verfahren wird auch zur Herstellung der Nut gemäß Fig. 2 gearbeitet, nur daß dann ein Eormmeißel mit einem Schneidvorsprung. verwendet wird.
• Durch diese Vorrichtung und dieses Verfahren umgeht man eine Bestimmung bzw. Messung- des Innen- oder Außendurchmessers des Eohldrehkörpers, die oft fehlerhaft wäre. Die genannte Art des Einstellen der Radiallage des Drehmeißels bringt gegenüber einer Handeinstellung Zeitersparnis und gestattet eine direkte Kontrolle der gewünschten Radiallage des Drehmeißels.
• Mit dieser Vorrichtung, diesem Verfahren und denselben beiden Formmeißeln können auch der Vorsprung und die Nut gemäß Fig. 8 hergestellt werden, wo die beiden Hohldrehkörperenden gleicher Wanddicke a zwar ein und dieselbe ideelle Achse 10 X aber etwas verschieden große Durchmesser aufweisen, was z.B. Fertigungsungenauigkeiten sein können. Hier wird der betreffende Drehmeißel nicht über die halbe Wanddicke a/2, sondern um die Strecke c bzw.
• d radial verfahren.
• Der Behälter gemäß Fig. 9 besteht aus zwei Hohldrehkörpern, von denen jeder ein Hohlzylinder mit einer Hohlhalbkugel (Polkappe) am Axialende ist. Die achssenkrechte Zentrier- und Schweißebene ist mit 46 bezeichnet.
• Der Behälter gemäß Fig. 1o besteht aus einem Hohlzylinder mit je einer Hohlhalbkugelschicht an jedem Axialende und aus zwei Hohlhalbkugelabschnitten (Polkappen). Die beiden achssenkrechten Zentrier- und Schweißebenen sind mit 7 und 48 bezeichnet Sie befinden sich jeweils im gewölbten Gebiet und nicht in einem zylindrischen wie gemäß Fig. 9. - Auch können die Hohlhalbkugelschichten entfallen und die Polkappen Hohlhalbkugeln sein. Die dann zugehörigen achssenkrechten Zentrier- und Schweißebenen sind mit 49 und 50 bezeichnet.
• Der Behälter gemäß Fig. 11 besteht aus zwei Hohlhalbkugeln. Die achssenkrechte Zentrier- und Schweißebene ist mit 51 bezeichnet.
• An die Stelle von hohlhalbkugeligen Axialabachlüssen eines Behälters können Hohlhalbsphäroide treten.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Mittel zum Zentrieren von Hohldrehkörpern, die dünnwandig aufeinanderzu verlaufen und über ihre dortigen dünnwandigen Enden stirnseitig durch Schweißen, insbesondere Elektronenstrahlschweißen, miteinander verbunden werden sollen, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Hohldrehkörperenden stirnseitig mit koaxialen, aneinanderpassenden Kegelstumpfmantelflächen versehen sind.

2. Zentriermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kegelstumpfmantelflächen (17 bis 20) durch eine v-förmige Nut und einen v-förmigen Vorsprung gebildet sind, die jeweils an den beiden Umfängen (13, 14) des Hohldrehkörperendes ansetzen.

3. Zentriermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kegelstumpfmantelflächen durch eine v-förmige Nut und einen v-förmigen Vorsprung gebildet sind, die jeweils zwischen den beiden Umfängen (13, 14) des Hohldrehkörperendes ansetzen, und die übrigen Stirnflächen (22 bis 25) senkrecht zu den Smfängen (13, 14) der Hohldrehkörperenden verlaufen und ebenfalls aneinanderpassen.

4. Zentriermittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Hohldrehkörperenden aus Stahl der V-Öffnungswinkel (71#) für Wanddicken (a), die größer als etwa 1 mm sind, etwa 120Q für Wanddicken (a), die kleiner als etwa 1 mm sind, höchstens etwa 1200 beträgt.

5. Zentriermittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Hohldrehkörperenden aus Nichteisenmetall der V-Öffnungswinkel (fi) für Wanddicken (a), die größer als etwa 1 mm sind, etwa 90° bis etwa 1200 steigend, für Wanddicken (a), die kleiner als etwa 1 mm sind, etwa 9o° beträgt.

6. Zentriermittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es bei Hohldrehkörperenden aus Stahl erst für dortige Wanddicken (a), die größer als etwa 1,5 mm sind, angewendet wird.

7. Zentriermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kegelstumpfmantelflächen (26, 28) von den Inneniiinfängen (13) der Hohldrehkörperenden über einen Teil der dortigen Wanddicke (a) bis zu gleichen Durchmessern (Mittellinie 21) reichen und die anschließenden, übrigen Stirnflächen (27, 29) senkrecht zu den Außenumfängen (14) ) der Hohldrehkörperenden verlaufen und ebenfalls aneinanderpassen.

8. Vorrichtung zum#Herstellen des Zentriermittels nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßuhr (35) am Schaft (32) eines Axialandrehmeißels vor dessen Schneide (37) einen Radialtaster (36, 33) aufweist, mit hilfe dessen die Radiallage des Axialandrehmeißels gegenüber dem Hohldrehkörperende einstellbar ist.