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Vorrichtung zum Herstellen einer Nut entlang der Rückseite einer zwischen
zwei aneinanderstoßenden Metallplatten angebrachten Sturnpfschweißnaht Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen einer Nut entlang der Rückseite einer zwischen
zwei aneinanderstoßenden Metallplatten angebrachten Stumpfschweißnaht.
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Bei der Verbindung zweier Stahlplatten durch Schweißung ist es üblich,
die miteinander zu verschweißenden Plattenkanten abzuschrägen. Die Abachrägung ist
dabei nur so grob, daß jeweils noch eine kleine senkrechte Kantenfläche st.ehenbleibt,
Vor der Schweißung werden die beiden Platten so aneinandergelegt, daß die genannten
senkrechten Kantenflächen aneinander anstoßen und die Abschrägungen mindestens eine
V-förmige Nut bilden, in welche Schweißmetall. ei.ngebracht und mit, den abfreschragten
Kanten verschmolzen wird.
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Die aneinanderanstoßenden, stehengebliebenen senkrechten Kantenfiäcnen
an der Unterseite der Schweißnaht stellen wegen der fehlenden Verschmelzung zwischen
ihnen eine mögliche Schwachstelle dar. Zur Beseitigung dieser Schwachstelle ist
es bekannt, von der nicht geschweißten Seite bzw. der Rückseite des Werkstückes
her so viel Metall herauszunehmen, bis man auf die schon ausgeführte Schweißnaht
stößt.
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Danach wird in die so gebildete Nut neues Schweißmetall eingebracht,
welches sowohl mit dem bei der Herstellung der ersten Schweißnaht, eingeschweißten
Material als auch mit den frisch gebildeten Kantenflächen des Grundwerkstoffes verschmolzen
wird.
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Das Abtragen der unerwünschten Stoßflächen erfolgt gewöhnlich durch
Lichtbogenschneiden oder Brennschneiden.
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Bei diesem Vorgang ergeben sich unvollkommene Bearbeitungsflächen,d
ie normalerweise zur Beseitigung der Fehler noch von Hand nachgearbeitet werden
müssen. Dieses mit Handarbeit verbundene Schneidverfahren ist zeitraubend und teuer.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs dargelegten Art zu schaffen, mit welcher eine saubere Nut mit bestimmter
Querschnittsform herstellbar ist.
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Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Vorrichtung durch
eine motorgetriebene, um einen Schwenkzapfen schwenkbar und entlang ihrer Drehachse
verschieblich angeordnete Schleifscheibe und durch Mittel gekennzeichnet, welche
die Schleifscheibe gegen die Schweißnaht drängen, so daß die Schleifscheibe, während
sich die vorrichtung entlang der Schweißnaht bewegt, eine Nut mit im wesentlichen
gleichförmigem Querschnitt einschleifto Bevorzugte Aus führungs formen und Ausgestaltungen
der Erfindung bilden Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen
beispielsweise näher beschrieben.
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In den Zeichnungen stellen dar: Die Fig. 1bis 6 schrittweise die Herstellung
einer Längsschweißnaht, die sich besonders für die Herstellung einer Nut an der
Schweißnahtrückseite mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignet Figo 7 eine
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung# und Figo 8 eine Seitenansicht
einer weiteren Aus führungs form der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders nützlich zur Sicherstellung
der Integrität der Schweißnähte bei der Herstellung hohler, rohrförmiger Teile aus
Stahlplatten, Aus solchen rohrförmigen Teilen werden beispielsweise die Stützen
von Ölfördertürmen gebaut. Die Dicke der dazu verwendeten Stahlplatten liegt normalerweise
im Bereich zwischen 16 mm und 70 mm. Der erste Schritt bei der Fertigung eines Rohrabschnittes
ist
die Vorbereitung der miteinander zu verschweißenden Kanten.
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Die parallelen Kantenflächen einer Metallplatte 2 erhalten mittels
einer nicht dargestellten Dreifach-Brennschneidmaschine oder auf andere Weise die
dargestellte Form, Der erste Schneidbrenner wird normalerweise zum Herstellen einer
ersten Schrägfläche 4 verwendet, der zweite Schneidbrenner dient der Herstellung
einer zu den Hauptflächen 8 der Platte 2 senkrechten Kantenfläche 6 und der dritte
Schneidbrenner dient der Herstellung einer zweiten Schrägfläche 10. Die beiden Schrägflächen
4 und 10 können unter dem gleichen Winkel oder unter verschiedenen Winkeln zur jeweils
angrenzenden Hauptfläche 8 der Platte 2 geneigt sein. Bei der dargestellten Platte
sind die beiden Neigungswinkel verschieden.
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Danach wird die Platte 2 in eine Kreisform gebogen, so daß die beiden
senkrechten Kantenflächen 6 aneinander anstoßen. Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich,
daß die schrägen Kantenflächen 4 und 10 miteinander eine Nut 12 an der gewölbten
Außenfläche und eine Nut 14 an der Innenfläche des sich ergebenden Rohrabschnitts
16 bilden, welche jeweils eine V-artige Querschnittsform haben.
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Nach dem Biegen wird in aufeinanderfolgenden Durchläufen
Schweißmaterial
mittels einer geeigneten Schweißvorrichtung in die innere Nut 14 eingeschweißt,
Diese Schweißung erfolgt normalerweise derart, daß sich die Nut 14 an der untersten
Stelle des Rohrabschnitts 16 liegt und sich die Schweißvorrichtung innerhalb des
Rohrabschnitts 16 über der Nut befindet. Obwohl soviele Durchgänge wie notwendig
stattfinden können, wird in der folgenden Beschreibung zweckmäßigerweise nur von
einer einzigen Einschweißung 18 gesprochen, Vor dem Anschleifen der Schweißnahtrückseite
wird der Rohrabschnitt 16 um 1800 gedreht, d.h. so weit, bis sich die Nut 12 an
der Oberseite des Rohrabschnittes 16 befindet. Danach werden mittels der erfindungsgemäßen
Vorrichtung die Stoßflächen 6 und die angrenzenden Bereiche des Grundwerkstoffes
und des eingeschweißten Materials 18 abgeschliffen. Dazu findet eine Schleifscheibe
20 Anwendung, die das in Fig. 4 dargestellte Profil aufweist. Die Schleifscheibe
20 wird in Richtung des in Fig. 4 eingezeichneten Pfeiles abwärts gedrückt und gleichzeitig
entlang den Stoßflächen 6 und der Schweißnaht 18 bewegt. Die tatsächliche Schleiftiefe
bestimmt sich nach der Geschwindigkeit, mit welcher mittels der Schleifscheibe Metall
abgetragen werden
kann, Es ist sehr unwahrscheinlich, daß in e#nem
eine,m e Durch lauf ausreichend viel Metall abgetragen werden kann, weshalb so viele
Dirnchiäufe der Schleifscheibe stattfinden, wie zur Herstellung einer Nut 22 notwendig
sind, wie sie in Fige 5 dargestellt ist. Nachdem die Nut mit dieser Querschnittsform
hergestellt worden ist, hat die Schleifscheibe so viel Grundwerkstoff und eingeschweißtes
Material abgetragen, daß eine breite Nut -gebildet ist, in welche weiteres Schweißmaterial
zwecks Herstellung einer einwandfrei verschmolzenen Schwei ßnaht einges chweißt
werden kann, Nach dem Scbleifvorgang wird mittels eines geeigneten Verfahrens in
der erforderlichen Anzahl von Durchlaufen weiteres Schweißmaterial zur Herstellung
einer zweiten Schweißnaht 24 eingeschweißt, Wegen der vorangegangenen Vorbereitung
der Nut 22 und der angrenzenden Schrägflächen 4 ist diese zweite Einschweißung durch
Verschmelzung mit den Randflächen des Grundwerkstoffes und mit der ersten Einschweißung
18 fest verbunden, Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung
ist in den Fig. 7 und 8 der Zeichnungen dargestellt.
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Die in Fig. 7 dargestellte Vorrichtung ist an einem Ende eines horizontal
verschiebbaren Armes 26 angebracht, welcher mittels einer vertikal verschieblichen
Haltevorrichtung 72 an einer Säule 74 angeordnet ist. Die Säule 74 steht auf einer
Grundplatte 76. An ihrem oberen Ende trägt die Säule einen Elektromotor 78, der
zwei Kettenräder treibt, über welche zwei parallele Ketten 80 laufen. Ein Ende jeder
Kette i.st mit der Haltevorrichtung 72 verbunden, während das andere Ende jeder
Kette über das zugehörige Kettenrad in das Innere der Säule 74 hineingeführt und
mit einem Gegengewicht verbunden ist. Diese Anordnung ermöglicht die Höhenverstellung
des Armes 26 innerhalb eines großen Bereiches.
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An einer Seitenfläche des Armes 26 ist eine Zahnstange 82 befestigt,
die mit einem Ritzel in der Haltevorrichtung 72 in Eingriff steht. Das Ritzel ist
mittels eines Elektromotors in der Haltevorrichtung 72 antreibbar.
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Der Motor wird von einer Bedienungsperson gesteuert, die sich vorzugsweise
in der Nähe der Metallabtragevorrichtung befindet und sich mit dieser bewegt, indem
sie beispielsweise auf einer nicht dargestellten Plattform liegt, die auf einer
Seite der Schleifscheibe 20 angeordnet und am Ende des Armes 26 befestigt ist, so
daß die Schleifspäne
in ausreichendem Abstand an der Bedienungsperson
vorbeifliegen.
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Die Konstruktion der Schleifvorrichtung selbst ist in Fig. 8 mehr
im einzelnen dargestellt.
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Der Rohrabschnitt 16, welcher mittels der Vorrichtung bearbeitet
wird, ist auf üblichen motorgetriebenen Rollen 88 gelagert. Dadurch ist es möglich,
den Rohrabschnitt 16 zum Schweißen so zu positionieren, daß die aneinanderstoßenden,
miteinander zu verschweißenden Kanten unten in der Mitte liegen, so daß sie vom
Inneren des Rohrabschnittes a,us verschweißt werden können, und danach um 1800 zu
drehen, so daß die Schweißnaht oben in der Mitte zu liegen kommt, wo der Schleifvorgang
stattfindet.
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Mit der Schweißnaht fluchtend sind Anlauf- und Ab auf platten 90
angeordnet. Diese Platten 90 sind an die Stirnseiten des Rohrabschnittes 16 angeschweißt
und ihre Oberflächen sind mit der Außenfläche des Rohrabschnitts bündig.
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Dadurch kann die Schleifscheibe schon auf die geeignete Schleiftiefe
eingestellt werden, bevor sie mit dem Rohrabschnitt 16 in Berührung kommt, und diese
Schleiftiefe
kann über die gesamte Länge der Schweißnaht mittels
der Stützrolle 48 beibehalten werden, welche sich am Anfang und am Ende jedes Schleifscheibendurchlaufes
auf der Anlaufplat.te bzw, Abiaufplatte abstützt.
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Vom Arm 26 ragt ein Bügel 28 weg, der mittels eines Verbindungsvorrichtung
30 mit senkrechter Achse mit einem gekrümmten Mi.igel 32 befestigt ist, welch letzterer
an seinem unteren Ende einen bolzen 34 trägt, Die Verbindungevorrichtung 30 ist
so ausgebildet, daß der Bügel 32 und die von diesem getragene Anordnung um die vertikale
Achse schwenkbar ist. Mittels in der Zeichnung nicht dargestellten Vorrichtungen
kann der Bügel 32 in zwei Stellungen arretiert werden, die rechtwinklig zueinander
gelegen sind, In der dargestellten üblichen Stellung verläuft die Achse des Tragbolzens
34 senkrecht zur Verschiebungsrichtung des Armes 26 und diese Stellung wird deshalb
zum Abtragen von Metall von der Rückseite einer Längsschweißnaht benützt.
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In der anderen verriegelbaren Stellung verläuft der Tragbolzen 34
parallel zur normalen Bewegungsrichtung des Armes 26, jedoch wird der Arm 26 nicht
verschoben, wenn sich der Tragbolzen und die Schleifscheibe 20 in dieser Stellung
befinden. Diese letztere Stellung ermöglicht
den Einsatz der Vorrichtung
zum Abtragen von Metall von der Rückseite einer Umfangsschweißnaht bei rohrförmigen
Werkstücken. In diesem Falle wird der Arm 26 feststehend in einer Lage gehalten,
in welcher die Schleifscheibe 20 mit der an der Rückseite der ersten Schweißnaht
18 liegenden V-förmigen Nut ausgerichtet ist. Dann wird das rohrförmige Werkstück
mittels der Rollen 88 gedreht, wobei die Drehzahl so gewählt ist, daß die Vorschubgeschwindigkeit
im wesentlichen gleich wie beim Schleifen von Längsschweißnähten ist.
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Auf dem Tragbolzen 34 ist ein Arm 36 schwenkbar befestigt, welcher
ein Gleitlager 38 trägt. Das Lager 38 ist so ausgebildet, daß der bewegliche Teil
des Lagers parallel zur Achse des Bolzens 34 verschieblich ist. Der bewegliche Teil
des Lagers 38 ist mit einer allgemein mit 40 bezeichneten Anordnung verbunden, an
deren einem Ende Mittel zur Befestigung der Schleifscheibe 20 vorgesehen sind und
welche an ihrem anderen Ende einen Elektromotor 42 trägt. Der Motor 42 treibt die
Schleifscheibe 20 über zwei oder mehr Keilriemen 21 an. Aus der Zeichnung ist ersichtlich,
daß die Wirkungslinie des Schwerpunkts der Anordnung 40 in der Zeichnung links am
Bolzen 34 vorbeiläuft, so daß der Arm 36 infolge der Schwerkraft
im
Gegenuhrzeigersinn vorgespannt ist Ohne Arretierung drängt das Gewicht der Anordnung
40 die Schleifscheibe 20 in Berührung mit dem Werkstück 16.
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Die Eindringtiefe der Schleifscheibe 20 in das Werkstück 16 wird
von der Stützrolle festgelegt, die sich neben dem untersten Teil der Schleifscheibe
20 befindet und sich auf der Außenseite des Werkstücks 16 abstützt. Die Rolle 44
ist auf einem Ende eines Hebels 46 gelagert, dessen Drehpunkt der Bolzen 34 bildet.
An seinem von der Rolle 44 entfernten Ende weist der Hebel 46 einen gekröpften Fortsatz
48 auf, dessen Zweck nachstehend noch erklärt wird.
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Vom Arm 36 ragt ein weiterer gekröpfter Fortsatz 50 weg.
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Am äußeren Ende des Fortsatzes 48 des Hebels 46 ist eine Hülse 52
winkelbeweglich angeordnet. In dieser Hülse 52 ist ein nicht mit Gewinde versehener
Teil einer Stange 54 drehbar gelagert, an deren einem Ende ein Handrad 56 befestigt
ist, Das andere Ende der Stange 54 ist mit Gewinde versehen und wirkt mit einer
nur schematisch dargestellten Mutter 5.8 zusammen, die am äußeren Ende des
Fortsatzes
50 des Armes 36 befestigt ist. Es ist einzusehen, daß, wenn das Handrad 56 gedreht
wird, der Abstand zwischen der Hülse 52 und der Mutter 58 verändert wird.
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Dadurch ergibt sich ebenfalls eine Änderung des Abstands des tiefesten
Punktes des Schleifscheibenumfangs und des tiefsten Punkts des Umfangs der Rolle
44, Da die absolute Stellung der Rolle 44 durch ihre Berührung mit dem.Werkstück
16 bestimmt ist, wirkt sich die Drehung des Handrads 56 in einer Änderung der Eindringtiefe
der Schleifscheibe 20 in das Werkstück 16 aus.
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In den Fortsatz 118 des Hebels -46 ist eine Schraube 60 eingeschraubt,
die mit einem Handrad 62 versehen ist.
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Diese Schraube 60 kann in-åeder gewünschten Stellung mittels einer
Kontermutter 64 festgestellt werden. Das andere Ende der Schraube 60 stützt sich
an einem am Bügel 32 befestigten Anschlag 66 ab. Diese mittels der Schraube 60 einstellbare
Anschlagvorrichtung begrenzt das Maß, um welches die Anordnung 40 unter der Wirkung
der Schwerkraft um den Bolzen 34 schwenkbar ist. Diese Anschlagvorrichtung ist wirksam,
wenn die Vorrichtung vom Werkstück 16 abgehoben wird, so daß die Rolle 1111 die
Stellung der Anordnung 110 nicht mehr steuern kann.
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Wie es in der Industrie üblich ist-, ist die Schleif-'
scheibe
20 mit einem Schutzblech 68 versehen, aus welchem nur der unterste Teil der Schleifscheibe
20 vorragt, Gemäß der Darstellung trägt das Schutzblech 60 eine allgemein mit 70
bezeichnete Vorrichtung, mittels welcher eine teilweise abgenützte Schleifscheibe
zwecks Wiederherstellung des gewünschten Schleifscheibenprofils wieder hergerichtet
werden kann, Die Diamantwerkzeuge der Vorrichtung 70 können gewünschtenfalls durch
nicht dargestellte, geeignet geformte Öffnungen des Schutzblechs 68 mit der Schleifscheibe
20 in Berührung gebracht werden.
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Obwohl dies in Fig. 8 nicht dargestellt ist, ist das Gleitlager 38
so ausgebildet, daß sein beweglicher Teil und mit ihm die Anordnung 40 um eine Strecke
von 25 mm verschiebbar ist. Der bewegliche Teil des Gleitlagers ist mittels zweier
einander entgegenwirkender Druckfedern in Richtung einer in der Mitte dieses Bewegungsbereiches
gelegenen Stelle vorgespannt Die beiden Druckfedern stützen sich jeweils einerseits
an einer feststehenden Gegenfläche und andererseits an dem beweglichen Lagerteil
ab. Die Federn sind so bemessen,.
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daß die gesamte Anordnung 40 durch die Berührung der Schleifscheibe
20 mit der Oberfläche der Nut 22 aus ihrer Mittelstellung heraus verschiebbar ist.
Diese
Bewegungsmöglichkeit der Schleifscheibe 20 ist wichtig, damit
die Schleifscheibe der Schweißnaht auch dann folgen kann, wenn zwischen der Schweißnaht
und der Achse des Armes 26 ein kleiner Versatz vorhanden ist, und außerdem können
Abweichungen in der Geradlinigkeit der Nut 22 berücksichtigt werden.
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Es sind auch nicht gezeichnete Mittel vorgesehen, mittels welcher
die Stellung des Armes 36 auf dem Bolzen 34 manuell in Grenzen einstellbar ist.
Dadurch kann die Vorrichtung anfänglich so voreingestellt werden, daß der Mittelpunkt
des Verschiebungsbereiches des Gleitlagers 38 nach der Mitte der auszuschleifenden
V-förmigen Nut 22 ausgerichtet ist. Nach dieser manuellen Voreinstellung des Armes
36 auf dem Bolzen 34 werden irgendwelche Abweichungen von der Geradlinigkeit oder
der Parallelität mit Bezug auf die aus zus chleifende Nut von dem Gleitlager selbsttätig
ausgeglichen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird normalerweise so betrieben,
daß sie entlang der Schweißnaht hin-und herbewegt wird, daß in aufeinanderfolgenden
gegenläufigen Durchläufen Metall abgetragen wird. Jedoch liegt es im Ermessen der
Bedienungsperson, die Vorrichtung so
zu bedienen, daß immer nur
in der gleichen Vorschubrichtung Metall abgetragen wird und die Vorrichtung. zwischen
den einzelnen Durchläufen im Leerlauf zurückgefahren wird0 Wärend den Arbeitsdurchläufen
kann die Schleifscheibe entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn gedreht
werden. Normaerweise wird diejenige Drehrichtung bevorzugt, bei welcher die Schleifspäne
in Richtung von der Säule 74 weg geschleudert werden. Damit soll sichergestellt
werden, daß die Schleifspäne die bearbeiteten Flächen auf der Säule, auf welchen
die Rollen der den Arm 26 tragenden Haltevorrichtung laufen, nicht verschmutzt oder
beschädigt werden, Die Drehrichtung der Schleifscheibe relativ zur Vorschubrichtung
ist ebenfalls wichtig. Der Grund liegt darin, daß, wenn die Drehrichtung der Schleifscheibe
und die Vorschubrichtung gleichläufig sind, die Schleifscheibe dazu neigt, die von
ihr abgeschliffene schräge Fläche am Werkstück "hinaufzuklettern" und dies zu übermäßigen
Beanspruchungen der Schleifscheibe führen kann. Unter besonders ungünstigen Umständen
können die auf die Schleifscheibe wirkenden Beanspruchungen infolge der Neigung
der Schleifscheibe, aus der Nut herauszuklettern, zu einem Bruch der Schleifscheibe
führen.
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Vorzugsweise wird deshalb die Drehrichtung der Schleifscheibe
so
gewählt, daß die Schleifspäne in Vorschubrichtung nach vorne ausgeworfen werden,
so daß die genannte Neigung der Schleifscheibe nicht besteht.
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Es ist ersichtlich, daß diese Wahl der Drehrichtung der Schleifscheibe
der bevorzugten Richtung des Arbeitsdurchlaufes widersprechen kann. Es liegt deshalb
im Rahmen der Erfindung, die Drehrichtung der Schleifscheibe umsteuerbar zu machen,
so daß sie stets in der mit Bezug auf die Richtung des jeweiligen Arbeitsdurchlaufes
günstigen Richtung drehbar ist, insbesondere wenn aufeinanderfolgende Arbeitsdurchläufe
in entgegengesetzten Richtungen stattfinden. Bei dieser Zweiwege-Bearbeitung mit
wechselnder Drehrichtung der Schleifscheibe ist die Vorrichtung normalerweise mit
mindestens einem Schutzschild versehen, gegen welchen die Schleifspäne geschleudert
werden, so daß sie nicht auf die Säule 74 auftreffen können. Normalerweise sind
zwei derartige Schutzvorrichtungen vorgesehen, damit die Schleifspäne nicht in die
Werkstatt hineingeschleudert werden und andere Arbeitskräfte behindern, Die wechselnde
Drehrichtung der Schleifscheibe ist mittels geeigneter Mittel herstellbar, beispielsweise
durch Zwischenschalten eines Umkehrgetriebes in den Antrieb der Keilriemen oder
durch Vertauschen zweier Phasen bei einem Dreiphasenmotor.
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Unabhängig von der Drehrichtung der Schleifscheibe 20 wird diese
mit einer solchen Drehzahl gedreht, daß sich eine Umfangsgeschwindigkeit von etwa
48-m/s ergibt.
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Diese Umfangsgeschwindigkeit ist normalerweise die maximale Umfangsgeschwindigkeit
in unbelastetem Zustand, die ür kunstharzgebundene Schleifscheiben zulässig ist.
Es ist klar, daß diese Geschwindigkeit unter Last bei Berührung der Schleifscheibe
mit dem Werkstück normalerweise vermindert ist.