DE2604876C3 - Schweißmaschine mit einem Spannfutter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schweißmaschine mit einem Spannfutter zur Aufnahme eines Flansches während des Schweißvorganges, mit am Spannfutter beweglich angeordneten Spannbacken, zwischen denen der Flansch gehalten ist.

Beim Anschweißen von Flanschen an Rohre ist es erforderlich, daß Flansch und Rohr während des Schweißvorganges in einer Flucht liegen. Während das Rohr in der Regel auf Rollenböcken aufliegt, wird der Flansch von einem Spannfutter gehalten. Durch verfahren des Flansches und/oder des Rohres wird dabei letzteres in den Flansch hineingeschoben. In dieser Position erfolgt zunächst eine Heftschweißung, d. h. Flansch und Rohr werden mittels mehrerer über den Umfang verteilt angeordneten Schweißpunkte aneinandergeheftet. Nach diesem Anheften wird der Flansch aus dem Spannfutter gelöst und der Schweißvorgang durch Drehen des Rohres durchgeführt.

Die zum Spannen der Flansche in der Schweißmaschine verwendeten Spannfutter sind üblicher Bauart und werden beispielsweise seit langem bei Drehbänken eingesetzt. Das Spannen des Flansches erfolgt bisher in zeitraubender Weise mittels eines Schlüssels, durch den die Spannbacken im Futter radial bewegt werden, bis sie den Flansch erfassen und dieser somit am Spannfutter festgeklemmt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, an einer Schweißmaschine ein Spannfutter für Flansche aller Größe vorzusehen, mit dem ein schnelles und damit zeitsparendes Spannen und Lösen der Flansche möglich ist, welches in seiner Bauweise relativ klein gehalten und darüber hinaus auch nicht störanfällig ist.

Zur Lösung der genannten Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Spannbacken mit einer Manschette verbunden sind, die über ein Betätigungselement innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches um ihre Längsachse drehbar ist.

Von Vorteil ist es hierbei, wenn die Spannbacken mittels Bolzen verschwenkbar im Spannfutterkörper gelagert sind, und daß an der, einem jeden Spannbacken abgekehrten Seite des Bolzens ein mit der Manschette kämmendes Zahnrad angeordnet ist.

Durch die Drehbewegung der Manschette um ihre Längsachse werden somit in vorteilhafter Weise die mit dem Zahnkranz der Manschette kämmenden Zahnräder der Spannbacken um ein bestimmes Maß gedreht, wodurch die Spannbacken von ihrer Ausgangs- in die Spannstcllung und umgekehrt verschwenkt werden. Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung des Spannfutters ist ein gleichmäßiges und -zeitiges sowie vor

allem schnelles, automatisches Spannen (und Lösen) des Flansches am Spannfutter gewährleistet.

Mittels des erfindungsgemäßen Spannfutters ist es in vorteilhafter Weise möglich, auch Flansche unterschiedlicher Größe an entsprechend große Rohr? anzuordnen.

In diesem Zusammenhang wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß den Spannbacken jeweils eine an der Stirnseite des Spannfutterkörpeis befestigte Schräge zugeordnet ist

Von Vorteil ist es hierbei, wenn das äußere, der Längsachse abgewandte Ende der Schräge um ein vorgegebenes Maß mehr aus der Stirnfläche des Spannfulterkörpers herausragt, als das innere Ende der Schräge.

An diesen Schrägen, an welchen gemäß einem weiteren Erfindungsvorschlag die Spannbacken stelig anliegen, werden die sich um ihre Drehbolzen verschwenkenden Spannbacken in vorteilhafter Weise axial bewegt Das heißt die Spannbacken bewegen sich im Verlaufe ihrer Schwenkbewegung um ein geringes Maß aus dem Spannfutterkörper heraus (bei der Verschwenkung nach außen). Auf diese Weise wird je nach Stellung der Spannbacken ein unterschiedlich großer Rückstand zwischen Flansch und Rohr erhalten, wie dies später noch genauer erläutert werden wird.

Gemäß der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß im Spannfutterkörper wenigstens ein die Manschette in eine Drehbewegung versetzendes Betätigungselement angeordnet ist.

Von besonderem Vorteil ist es hierbei, wenn als Betätigungselement für die Manschette ein Spannzylinder vorgesehen ist und daß ferner gemäß einem weiteren Erfindungsvorschlag der Spannzylinder eine entgegen der Wirkung einer Feder verschiebbare Zahnstange aufweist, welche mit der Manschette kämmt.

Die Längsbewegung der Zahnstange des Spannzylinders, hervorgerufen durch eine hydraulische Druckkraft, wird also in eine Drehbewegung der Manschette umgewandelt, durch die wiederum die Verschwenkung der Spannbacken erfolgt.

Insbesondere, wenn größere Spannkräfte aufgewendet werden müssen, ist es weiterhin von Vorteil wenn im Spannfutterkörper zwei Spannzylinder angeordnet sind, welche gemeinsam zur Betätigung der Manschette dienen.

Schließlich ist es noch von Vorteil, wenn in einem der Spannbacken ein Steuerfühler vorgesehen ist. Durch diesen Steuerfühler wird festgestellt, ob das anzuschweißende Rohr im Flansch steckt und dabei gleichzeitig auch am Spannbacken anliegt und somit eine exakte Anschweißung gewährleistet ist.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt des erfindungsgemäßen Spannfutters,

Fig.2 eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in Fig. 1,

Fig.3 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 1,

F i g. 4 eine Seitenansicht von rechts in F i g. 1,

Fig.5 eine Schnittansicht entlang der Linie D-D in Fi g. 4,

Fig. 6,7 eine schematische Anordnung von Flansch und Rohr.

In Fig. ! ist eine Halbschnittansicht des erfindungsgemäßen Spannfutters 10 dargestellt, welches zur Aufnahme und zum Spannen eines Flansches 12 dieni, der an ein Rohr 13 angeschweißt wird.

Das Spannfutter weist auf seiner Stirnseite 11 drei in gleichem gegenseitigen Abstand zueinander und auf dem gleichen Teilkreis angeordnete Öffnungen 14 auf. in welchen Bolzen 16 drehbar gelagert sind.

An den aus den Öffnungen 14 herausragenden Enden der Bolzen 16, ist jeweils ein Soannbacken 18 angeordnet, an dessen freiem Ende die eigentliche Spannpratze 20 vorgesehen ist. Das erfindungsgemäße Spannfutter 10 besitzt, wie F i g. 4 zeigt, drei Spannbakken 18, deren Pratzen 20 in der inneren Endstellung der Backen formschlüssig aneinanderliegen.

Die Verschwenkung der Spannbacken 18 in ihre Klemmstellung erfolgt im Uhrzeigersinn, wie dies durch den Pfeil »p« in F i g. 4 angedeutet ist.

An der Stirnseite 11 des Spannfutters 10 sind Stege 22 angeordnet, an welchen der zu spannende Flansch zur Anlage kommt.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist das innere Ende eines jeden Bolzens 16 mit einem Zahnrad 24 ausgestattet (vgl. hierzu auch Fig.2). Alle drei Zahnräder 24 kämmen mit einem Zahnkranz 26, der von einer Manschette 28 aufgenommen ist, welche ihrerseits drehbar auf einer im Innern des eigentlichen Spannfutterkörpers 34 angeordneten Hülse 30 gelagert ist. Beidseitig der Manschette 28 angeordnete Körperflächen 32 des Spannfutterkörpers 34 verhindern, daß während der Drehbewegung eine axiale Verschiebung der Manschette 28 auf der Hülse 30 erfolgt.

Wie insbesondere aus F i g. 3 ersichtlich, sind im Spannfutterkörper 34 zwei Querbohrungen 36 angeordnet, die in gleicher Ebene und parallel zueinander verlaufen und deren Längsachsen 37 rechtwinkelig zur Längsachse 38 der Manschette 28 gerichtet sind.

Jede der beiden Querbohrungen 36 dient zur Aufnahme und Führung eines Betätigungselementes 40 durch welches in noch zu beschreibender Weise eine Drehbewegung der Manschette 28 vorgenommen wird.

Das Betätigungselement, im nachstehenden als Spannzylinder 40 bezeichnet, besteht aus einer in dei Querbohrung 36 verschieblich angeordneten Zahnstange 42, deren Zähne mit dem Zahnkranz 26 der Manschette 28 kämmen. In eine Längsöffnung 49 im Führungskörper 48 des Spannzylinders 40, welcher mit der Zahnstange 42 einen integralen Bestandteil bildet, ragt mit seinem einen Ende ein Bolzen 44, dessen anderes Ende von einem die Querbohrung 36 verschließenden Lagerdeckel 46 gehalten ist.

Der Bolzen 44 dient weiterhin zur Aufnahme und Führung einer Druckfeder 52, deren eines Ende am Lagerdeckel 46 und deren anderes Ende an einer Wandung der Längsöffnung 49 anliegt. Durch den Druck der Feder 52 nehmen die beiden Spannzylinder 40, die in Fig.3 dargestellte Lage ein, in welcher auch die Spannbacken 18 ihre innere Endstellung einnehmen (vgl. hierzu F i g. 4).

Das der Druckfeder 52 abgewandte Ende des Führungskörpers 48, ist an seiner Stirnseite mit einem Dichtring 54 ausgestattet, durch den ein Eindringen des Druckmediums (Hydrauliköl) in den Kammerbereich 54 der Querbohrung 36 verhindert wird, in welchem Bolzen 44 und Druckfeder 52, sowie vor allem die Zahnstange 42 vorgesehen sind.

Die vom Druckmedium beaufschlagte Kammer 58 sieht über eine Versorgungsbohrung 60 im Lagerdeckel 46 mit einer (nicht dargestellten) Driickmcdiumquellc in

Verbindung, durch welche die Betätigung der Spann/\- linder 40 erfolgt.

Wie weiterhin aus I-" i g. 4 ersichtlich, sind an der Stirnseite 11 des Spannfutters tO drei Schrägen 62 befestigt. Die Schrägen weisen eine leicht gekrümmte Langform auf und sind so den jeweiligen Spannbacken 18 zugeordnet, daß deren Rückseite 64 (der Stirnseite 11 zugekehrt) in jeder Schwenkstellung der Spannbacke in Wirkverbindung mit der entsprechenden Schräge 62 steht.

Wie ferner die Fig. 1 und 2 zeigen, sind in den Zahnrädern 24, welche die Verschwenkung der Spannbacken 18 bewirken, zwei Bohrungen 66 vorgesehen. In jeder dieser Bohrungen ist eine Druckfeder 68 vorgesehen, die mit ihrem freien, aus der Bohrung herausragenden Ende sich an einer Innenwandung 70 abstützt. Diese Innenwandung 70 des Spannfutterkörpers 34 unterteilt die Öffnung 14 in einen kleineren Abschnitt 14a, in welchem der Bolzen 16 drehbar gelagert ist und in einen größeren Abschnitt 146, der zur Aufnahme des Zahnrades 24 dient.

Durch die paarweise in jedem Zahnrad 24 vorgesehenen Druckfedern ist gewährleistet, daß der Spannbakken 18 (in Fig. 1) stets nach links gedrückt wird und dabei immer mit seiner Rückseite 64 an der Schräge 62 anliegt.

Die Schrägen 62 haben die Form einer schiefen Ebene, wobei der innere, der Längsachse 38 zugewandte Schrägenbereich beispielsweise zwei Millimeter aus der Stirnseite 11 hervorsteht; der äußere Schrägenbereich beispielsweise vier Millimeter herausragt. Die Steigerung beträgt demnach im Ausführungsbeispiel zwei Millimeter. Dieser Anstieg (von 2 auf 4 mm) erfolgt nicht stufenförmig sondern kontinuierlich.

In der äußeren Schwenk- oder Klemmstellung der Spannbacken 18 sind diese im Vergleich zu ihrer inneren Klemmstellung demnach um zwei Millimeter nach rechts (Fig. 1) durch die Schräge 62 bewegt worden. Der Zweck dieser axialen Verstellbarkeit der Spannbakken in bezug auf das Spannfutter 10 wird später noch näher erläutert.

Wie aus der Fig. 5 zu entnehmen, ist in einem der Spannbacken 18, und zwar in der Spannpratze 20 ein Steuerfühler 72 eingebaut. Dieser Steuerfühler besteht aus einem Mikroschalter 74 und einem aus der Spannpratze 20 herausragenden Fühler 76. Der Steuerfühler wird durch das an den Flansch anzuschweißende Rohr 13 betätigt und signalisiert, daß einmal das Rohr im Flansch steckt und andererseits das Rohr auch am Spannbacken anliegt.

Mittels des erfindungsgemäßen, anhand der Zeichnung vorstehend beschriebenen Spannfutters ist es möglich, schnell und unproblematisch Flansche zu spannen, welche an ein Rohr geschweißt werden. Von wesentlichem Vorteil ist es hierbei, daß dieses Spannfutter für Flansche unterschiedlicher Größe geeignet ist (bezogen auf die Nennweite der anzuschweißenden Rohre von NW 25—250 mm), ohne daß eine Umrüstung am Spannfutter selbst vorgenommen werden muß.

Zu Beginn des Schweißvorganges sind die Spannbakken 18 in ihrer inneren Endstellung (Fig.4), wobei gleichzeitig die beiden Spannzylinder 40, die in F i g. 3 dargestellte Lage einnehmen. Der Flansch 12 wird nun zur Anlage an die Stege 22 des Spannfutters 10 gebracht und dabei gleichzeitig ausgerichtet Durch Einschalten der (nicht dargestellten) Druckmediumquelle werden über die Versorgungsbohrungen 60 die beiden Kammern 58 dnickbcaufschkigt. so daß die Führiingskörper 48 entgegen der Wirkung der Feder 52 nach links (in F i g. 3: unten) bzw. nach rechts (in F i g. 3: oben) bewegi werden. Durch die Zahnstangen 42 wird die Manschette ·-, 26 in Pfeilrichtung »F« gedreht. Diese Drehbewegung wird auf die drei mit der Manschette 26 kämmenden Zahnräder 24 übertragen, denen dadurch in Fi g. 3 eine im Gegenuhrzeigersinn verlaufende Drehbewegung vermittelt wird. Durch die Zahnräder 24 werden die mil id ihnen verbundenen Spannbacken 18 gleichsinnig au* ihrer inneren Endstellung in Pfeilrichtung »P« nach außen verschwenkt (Fig.4). Auf diesem Verschwcnkweg gelangen die Spannpratzen 20 mit ihren äußeren abgerundeten Spannflächen in Kontakt mit dct Innenfläche des Flansches 12, so daß dieser dadurch an Spannfutter festgespannt wird.

Nach dem Spannen des Flansches 12 wird da; anzuschweißende Rohr 13 herangefahren, und zwar se weit, bis es mit seiner Stirnfläche 78 an der Spannbacken 18 zur Anlage kommt. Dabei wird der ir einer der Spannbacken 18 vorgesehenen Sleuerfühlei 72 durch Eindrücken seines Fühlers 76 betätigt. Diese; Steuerfühler-Signal wird an die Schweißmaschinen· steuereinrichtung weitergegeben und signalisiert, daC Flansch und Rohr in der richtigen Schweißpositior zueinander angeordnet sind.

Nur kann durch Heranfahren der Schweißbrennei der erste Heftpunkt zur Verbindung von Flansch unc Rohr angebracht werden. Rohr und Flansch werder

jo dann zur Anbringung eines zweiten oder auch noch dritten Heftpunktes gemeinsam gedreht; dies kanr beispielsweise durch das Spannfutter erfolgen. Nach dem Anheften des Flansches an das Rohr wird das Spannfutter gelöst und der Flansch wird nun vom Rohi

j5 getragen, welches dann für den eigentlichen Schweiß Vorgang um seine Längsachse entsprechend dei Schweißgeschwindigkeit gedreht wird.

Wie bereits zuvorerwähnt, ist es mit dem erfindungsgemäßen Spannfutter möglich, Flansche und Rohre unterschiedlicher Durchmesser miteinander zu verbinden. Das Spannfutter gemäß dem Ausführungsbeispie ist geeignet für die Rohre mit einer Nennweite NWvor 25—250 mm. Maßgebend für eine exakte Schweißverbindung zwischen Flansch und Rohr ist der sogenannte Rückstand »R«, ein Maß das angibt, um wievie Millimeter der Flansch 12 gegenüber dem Rohr 13 vorsteht (vgl. hierzu die F i g. 6 und 7).

Dieser Rückstand »R« ist notwendig, um eine Innenschweißnaht »S« beim späteren Schweißer zwischen Flansch und Rohr zu legen.

Je nach Größe des Rohres ergibt sich ein änderet Rückstand »R«, wie dies in der nachstehenden Tabelle ir Form eines Ausführungsbeispieles veranschaulicht ist.

Rohr NW
(mm)

Rückstand R
(mm)

MaB A
(mm)

25- 40

50-100

100-250

Dieser Rückstand »R« stellt sich, aufgrund der Schrägen 62 beim Verschwenken der Spannbacken 1Ϊ von innen nach außen automatisch ein, da diese (18) ja stets mit ihrer Rückseite 64 an der Schräge 62 anliegen und dadurch auf ihrem Verschwenlcweg zwangsläufig gegen die Wirkung der Federn 68 in F i g. 1 nach rechts

also aus dem Spannfutterkörper 34 herausgezogen werden. Da aber der Flansch 12 stets an den Stegen 22 des Spannfutters und weiterhin das Rohr 13 dann mit seiner Stirnfläche 78 am Spannbacken anliegt, vergrößert sich somit der Absland zwischen den Stegen 22 und der Stirnfläche 78. Dieser Abstand ist aber nichts anderes als der Rückstand »R« in den Fig. 6 und 7.

Fi g. b zeigt schematisch die Stellung der Spannbakken im Falle des Ansehweißens eines Rohres mit einer N W von 40 mm, wobei sich zwischen Flansch und Rohr ein Rückstand »R« von fünf Millimetern ergibt. Das Maß »A« zeigt den Abstand des Spannbackens 18 von der Stirnseite U des Spannfutters und beträgt im Ausführungsbeispiel zwei Millimeter.

F i g. 7 zeigt hingegen die Stellung der Spannbacken

für ein Rohr NlV 150 mm. In diesem Fall beträgt der Rückstand »R« nun sieben Millimeter. Es ist weiterhin ersichtlich, daß im Vergleich zur F i g. 6, der Spannbakken 18 durch die Schräge 62 weiter aus dem Spannfutterkörper 34 herausgezogen wurde, nämlich um zwei Millimeter. Dementsprechend beträgt das MaIJ »A« nun vier Millimeter.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Spannfutters ist es — wie erwähnt — in vorteilhafter Weise möglich, schnell und vor allem selbsttätig Flansche an Rohre unterschiedlicher Nennweiten anzuordnen, ohne daß dabei ein zeitraubendes Umrüsten des Spannfutters erforderlich ist, da die Ermittlung des jeweils richtigen Rückslandes »R« durch das Spannfutter während des Klcmmvorganges selbst vorgenommen wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Schweißmaschine mit einem Spannfutter zur Aufnahme eines Flansches während eines Schweiß-Vorganges, mit am Spannfutter beweglich angeordneten Spannbacken, zwischen denen der Flansch gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken (18) mit einer Manschette (28) verbunden sind, die Ober ein Betätigungselement (42) innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches um ihre Längsachse (38) drehbar isL

2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken (18) mittels Bolzen (16) verschwenkbar im Spannfutterkörper (34) gelagert sind, und daß an der einem jeden Spannbacken (18) abgekehrten Seite des Bolzens (16) ein mit der Manschette (28) käminendes Zahnrad (24) angeordnet ist.

3. Spannfutter nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Spannfutters (10) und die Längsachse (38) der Manschette (28) fluchten.

4. Spannfutter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Spannbacken (18) jeweils eine an der Stirnseite (11) des Spannfutterkörpers (34) befestigte Schräge (62) zugeordnet ist.

5. Spannfutter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schräge (62) innerhalb des Schwenkbereiches eines Spannbackens (18) vorgesehen ist.

6. Spannfutter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere der Längsachse (38) abgewandte Ende der Schräge (62), um ein vorgegebenes Maß (A) mehr aus der Stirnfläche (11) des Spannfutterkörpers (34) herausragt, als das innere Ende der Schräge (62).

7. Spannfutter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken (18) stetig an der Schräge (62) anliegen.

8. Spannfutter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken (18) im Spannfutterkörper (34) axial verschiebbar gelagert sind und mittels einer Druckfeder (68) an der Schräge (62) anliegen.

9. Spannfutter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Spannfutterkörper (34) wenigstens ein die Manschette (28) in eine Drehbewegung versetzendes Betätigungselement angeordnet ist.

10. Spannfutter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Betätigungselement für die Manschette (28) ein Spannzylinder (40) vorgesehen ist.

11. Spannfutter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannzylinder (40) von einer Feder (52) in seiner Ruhestellung gehalten ist und in dieser Stellung die Spannbacken (18) gleichfalls in ihrer Ruhestellung vorgesehen sind.

12. Spannfutter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Spannzylinder (40) eine entgegen der Wirkung der Feder (52) verschiebbare Zahnstange (42) angeordnet ist t5 und diese Zahnstange (42) mit der Manschette (28) kämmt.

13. Spannfutter nach einem der voranstehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (42) an einen Führungskörper (48) angeordnet ist und dieser Führungskörper (48) hydraulisch verschiebbar ausgebildet ist

14. Spannfutter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Spannfutterkörper (34) zwei Spannzylinder (40) angeordnet sind, welche gemeinsam zur Betätigung der Manschette (28) dienen.

15. Spannfutter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Spannbacken (18) ein Steuerfühler (72) vorgesehen ist.