DE2645838A1

DE2645838A1 - Verfahren und vorrichtung zum wickeln von mehreren baendern auf einen zylindrischen koerper grosser laenge

Info

Publication number: DE2645838A1
Application number: DE19762645838
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: SBV
Current assignee: SBV
Priority date: 1975-10-14
Filing date: 1976-10-11
Publication date: 1977-04-21
Also published as: CA1054588A; DE2645838C3; IT1071632B; DE2645838B2; JPS5255742A; JPS5443092B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Wickeln von mehreren Bändern auf
einen zylindrischen Körper großer Länge Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Wickeln von mehreren Bändern auf einen zylindrischen Körper großer Länge.
Es ist üblich, zylindrische Körper, z.B. unter Innendruck stehende Rohrleitungen, durch Wicklungen aus Bändern, z.B. Drähten oder Stahlbändern, zu verstärken. Die bandagierten Rohrleitungen können hierdurch bei einem Betriebsdruck verwendet werden, der deutlich über dem Druck liegt, bei dem dasselbe Rohr ohne Bandagierung verwendet werden könnte. So beschreibt die FR-PS 1 564 764 ein Herstellungsverfahren für einen Rotationsbehälter, das darin besteht, auf einen Rotationskörper ein Metalldraht zu wickeln, dessen Elastizitätsgröße größer als diejenige des Körpers ist, und die Anordnung unter einen Innendruck zu setzen, der das tiberschreiten der Elastizitätsgrenze des Körpers ermöglicht, ohne diejenige des Metalldrahts zu überschreiten. Hierbei bleibt die durch die dauernde Verformung des Rotationskörpers erzielte Bandagierung bestehen, wenn der Innendruck beseitigt wird.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Draht unter einer Spannung aufgewickelt, die gerade ausreicht, eine gute Anbringung des Drahts auf der zylindrischen Wand sicherzustellen. Es ist aber bei anderen Verfahren auch möglich, den Draht unter einer Spannung aufzuwickeln, die die unmittelbare Herstellung der gegewünschten Bandagierung ermögrlicht, ohne den zylindrischen Körper einer vorhergehenden Ausweitung zu unterwerfen.
Die Bandagierung kann erzielt werden entweder durch aneinanderstoßende oder nicht aneinanderstoßende Ringe, von denen jeder aus übereinanderliegenden, um das Rohr gewickelten Windungen mit der Steigung Null besteht, und zwar in mehreren Lagen von Bändern, z.B. aus Bandstahl, die übereinanderliegen und gegebenenfalls überkreuzt sind, wobei jede Lage schraubenförmig gewickelt wird.
Wenn der zylindrische Körper eine Rohrleitung, etwa eine Pipeline, ist, die aus endseitig zusammengebauten Rohren besteht, kann die Bandagierung entweder am einzelnen Rohr oder kontinuierlich erfolgen.
Wenn die Bandagierung am einzelnen Rohr ausgeführt wird, muß sie in einem bestimmten Abstand von jedem Ende des Rohrs beendet werden, damit das aufeinanderfolgende Aneinanderfügen der Rohre durch Schweißen ausgeführt werden kann.
Es ist daher von Bedeutung, das Wickeln von Bändern auf einen geschweißten Rohrstrang am eigentlichen Ort auszuführen, an dem die Rohrleitung angebracht wird. In diesem Fall hängen die Unterbrechungen der Bandagierung von der Länge des gewickelten Bands ab. Diese Länge wird durch die Herstellungsmöglichkeiten in der Fabrik oder durch Mittel zum Transportieren und Anbringen an der Maschine eingeschränkt.
Das kontinuierliche Wickeln von Bändern auf eine Rohrleitung stellt jedoch Probleme, die dadurch bedingt sind, daß das gewickelte Band einer minimalen Spannung unterworfen werden muß, damit wenigstens eine gute Anbringung dieses Bands am Körper erzielt wird, selbst wenn die Bandagierungsspannung nicht während des Wickelns aufgebracht wird. Aufgrund der am Umfang des Körpers ausgeübten Kraft läuft dieser Gefahr, sich zu verformen und muß daher gehalten werden. Daher sind die bisher verwendeten Maschinen sehr groß und schwer. Andererseits bleibt die Rohrleitung sogar nach der Verlegung Kräften ausgesetzt, die bestrebt sind, sie zu verdrehen. Wenn sich die Rohrleitung verformt, was insbesondere bei untergetauchten Rohrleitungen möglich ist, kann sich das Bandagierungsband vom zylindrischen Körper an bestimmten Stellen lösen, was eine Gefahr der Beschädigung des Rohrs bildet.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Wickelverfahrens für Bänder, das die Gefahr des Verdrehens des Rohrs vermeidet.
Die Erfindung umfaßt ebenfalls eine Wickelvorrichtung, die dank den Besonderheiten des Verfahrens, verhältnismäßig leicht und einfach sein kann.
Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß Wicklungen gleichzeitig und in entgegengesetztem Sinn in zwei im Abstand befindlichen Zonen ausgeführt werden, wobei jede Zone wenigstens zwei Bänder empfängt, die gleichsinnig aufgewickelt werden und so am Körper, vorzugsweise an einer Rohrleitung, angebracht werden, daß die resultierenden Zugkräfte an den Bändern gleich Null sind.
Die Vorrichtung zum Aufwickeln nach der Erfindung zeichnet sich aus durch ein Gestell, durch zwei im Abstand angeordnete Drehkränze, von denen jeder den Körper in einer zu dessen Achse senkrechten Ebene umgibt, und durch eine Einrichtung zum gleichzeitigen Antreiben der Drehkränze im entgegengesetzten Sinn, wobei jeder Drehkranz mehrere für Bänder vorgesehene Vorratsspulen trägt, die am Drehkranz auf regelmäßig längs dessen Umfang verteilten Achsen drehbar gelagert sind.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens nach der Erfindung; Fig. 2 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens; Fig. 3 eine Ansicht III-III von Fig. 2; Fig. 4 eine Detail einer Anbauvorrichtung zum Vorbiegen der Bänder; Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt einer Anlage zum Wickeln von unter Spannung stehenden Bändern; Fig. 6 einen Querschnitt der in Fig. 5 gezeigten Anlage; Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Regelkette für die Spannungen an den Bändern; Fig. 8 eine Detailansicht IV-IV in Fig. 7.
Figur 1 zeigt das Prinzip der Erfindung.
Die Wicklungen werden in zwei im Abstand befindlichen Ebenen A und B ausgeführt.
In jeder Zone werden wenigstens zwei Wicklungen im gleichen Sinn und unter derselben Spannung ausgeführt. So empfängt bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel jede Zone A oder B zwei Wicklungen.
Die auf eine Rohrleitung 1 zu wickelnden Bänder werden auf Spulen 21, 22 in der Zone A und auf Spulen 23, 24 in der Zone B angebracht. Diese Spulen sind so angeordnet, daß die Bänder beim Abwickeln an paarweise diametral gegenüberliegenden Stellen mit der Rohrleitung 1 in Berührung kommen.
Überdies werden die Spulen 21, 22 in einem bestimmten Sinn gewickelt, z.B. längs dem Pfeil a in der Zone A um die Mitte 01 der Rohrleitung und im entgegengesetzten Sinn b in der Zone B um die Mitte 02 der Rohrleitung. Die Anordnung ist auf einem Gestell 3 angebracht, das sich parallel zur Achse der Rohrleitung, z.B. mittels Rollorganen 32 mit einer Geschwindigkeit V verschieben kann.
Wie oben angegeben, können die auf die Bänder ausgeübten Spannungen groß sein, wenn eine unmittelbare Bandagierung gewünscht wird, oder können weniger hoch sein, wenn lediglich eine gute Anbringung der Bänder auf der zylindrischen Wand gesucht wird.
Wenn jedoch die Spannung an beiden Bändern gleich groß ist, wird die Wicklung unabhängig von der Größe dieser Spannung keinerlei Biegung in die Rohrleitung einleiten, die allein einem reinen Drehmoment unterworfen ist, da die Bänder an diametral gegenüberliegenden Stellen auf die Wand aufgebracht werden.
Da die Wicklungen in den beiden Zonen A und B in entgegengesetzten Richtungen ausgeführt werden, sind die auf der Rohrleitung in den beiden Ebenen ausgeübten Drehmomente ebenfalls entgegengesetzt, wenn die Spannungen an den Bändern gleich sind. Da sich die beiden Drehmomente ausgleichen, ist allein der zwischen den beiden Wickelzonen befindliche Teil der Rohrleitung Torsionsbeanspruchungen ausgesetzt, wobei die stromauf und stromab gelegenen Teile im Gleichgewicht sind.
Dank der Erfindung muß die Rohrleitung nicht gehalten werden und kann die Wicklung viel leichter an der Baustelle kontinuierlich ausgeführt werden. In diesem Fall, z.B. bei einer untergetauchten Rohrleitung, ist es möglich, die Rohre auf einem Ponton stumpf zu schweißen und gleichzeitig die Bänder je nach der Herstellung zu wickeln.
Andererseits nimmt die Wickelvorrichtung ihrerseits ausgeglichene Kräfte auf, und kann sich daher unmittelbar auf dem Rohr abstützen, da sie nicht Gefahr läuft, sich um dieses zu drehen.
Beim vorhergehenden Beispiel werden zwei Bänder in jeder Zone und unter gleichen Spannungen aufgewickelt. Es ist aber offensichtlich möglich, die Anzahl der Bänder, ihre Verteilung um die Rohrleitung und ihre Spannungen so zu wählen, daß ein Teil der resultierenden Zugkräfte an den Bändern in der Weise Null ist, daß die Rohrleitung in dieser Zone einem reinen Drehmoment unterworfen ist, und daß andererseits die in den beiden Zonen ausgeübten Drehmomente entgegengesetzt sind. Dies ist ein einfaches statisches Problem.
So könnte in jeder Zone eine gerade Zahl von Bändern aufgewickelt werden, die sich an paarweise diametral gegenüberliegenden Stellen an die Rohrleitung legen, wobei die Zugkräfte an jedem Paar gleich wären.
Dasselbe Ergebnis wird jedoch erzielt beim Abwickeln einer beliebigen Anzahl von gleichen Kräften unterworfenen Bändern, wenn die Anlegestellen gleichmäßig am Umfang der Rohrleitung verteilt sind. Dies ist zum Beispiel bei drei Bändern der Fall, die sich an um 1200 im Winkel versetzten Stellen an die Rohrleitung anlegen.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel bewegt sich das Gestell 3 gegenüber der Rohrleitung mit einer Geschwindigkeit V in der Weise, daß eine schraubenförmige Wicklung ausgeführt wird, wobei zwischen benachbarten Bändern ein Spiel besteht, das von der Teilung der Schraubenlinie und von der Bandbreite abhängt. Hierbei wird die Teilung ihrerseits von der Translationsgeschwindigkeit V und von der Wickelgeschwindigkeit bestimmt, Es ist offensichtlich möglich, die Wickelvorrichtung gegenüber der Rohrleitung oder umgekehrt zu verschieben, da die Verschiebungen relativ sind.
Es können aber auch Wicklungen mit der Teilung Null ausgeführt werden zur Bildung einer Reihe von Spulen, von denen die einen neben den anderen ohne oder mit merklichem Spiel zwischen aufeinanderfolgenden Spulen angebracht sind. Man könnte z.B. ein Stahlband oder einen Draht mit abgeflachtem Querschnitt in übereinanderliegenden Lagen gegebenenfalls innerhalb einer Rinne wickeln, die das Rohr so umgibt, daß die Bänder gewickelt gehalten werden.
Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist beispielsweise in Fig. 2 und 3 gezeigt.
Die Vorrichtung enthält im wesentlichen ein Gestell, das aus zwei miteinander durch Längsträger 31 verbundenen Platten 30 besteht. Die Anordnung ist längs der Rohrleitung 1 mittels Rolle organen 32 verschiebbar angebracht, die drehbar an den Längsträgern 30 befestigt und gegenüber der Rohrleitung radial ausgerichtet sind.
Gemäß Fig. 3 hat jede Platte die Form eines C, das die Rohrleitung teilweise umgibt, und sind die Rollorgane 32 wenigstens am oberen Teil des Gestells und an den Seiten so angeordnet, daß sie das Gestell gegenüber der Rohrleitung völlig halten und zentrieren.
Jede Platte 30 trägt einen Drehkranz 33, der drehbar auf einer kreisförmigen Rollbahn gelagert ist, die auf dem Umfang der Platte 30 vorgesehen und an der Achse 10 der Rohrleitung zentriert ist.
So kann die Rollbahn aus drei Paaren von Rollen 34 (Fig. 3) gebildet werden, die an der Mitte und an den Enden der Platte an um 1200 im Winkel versetzten Stellen so angeordnet sind, daß sie den Drehkranz 33 gegenüber der Achse 10 gut zentrieren. Die Achsen jedes Paars von Rollen 34 bilden vorzugsweise ein V, das die Längszentrierung des Drehkranzes 33 gegenüber der Platte sicherstellt, vgl. Fig. 2.
Jede Platte trägt ebenfalls ein Antriebsrad 35, das in eine Verzahnung 36 eingreift, die längs der Innenwand des entsprechenden Drehkranzes 33 so eingearbeitet ist, daß das Antriebsrad 35 die Drehung des Drehkranzes 33 um die Achse 10 steuert.
Die entsprechend auf den beiden im Abstand befindlichen Platten 30 angebrachten Antriebsräder werden in entgegengesetztem Sinn durch einen Motor M über schematisch in Fig. 2 dargestellte kinematische Ketten lngetrieben.
Die auf das Rohr 1 zu wickelnden Bänder werden auf Spulen 21-24 angeordnet, die in Paaren auf den beiden im Abstand befindlichen Drehkränzen 33 angebracht sind. Die Achse jeder Spule wird über einen Arm 25 an einem am Drehkranz 33 befestigten Ausleger 27 getragen, wobei der Arm 25 an einer zur Längsachse 10 der Rohrleitung senkrechten Achse 26 angelenkt ist. Die Neigung des Arms 25 und folglich der entsprechenden Spule gegenüber der Achse 10 kann gemäß der Teilung der Schraubenlinie, z.B. durch eine mechanische Hubvorrichtung 28 geregelt werden, die sich am Drehkranz 33 und am Ende des Arms 25 abstützt.
Beim Verschieben des Wagens in Längsrichtung gegenüber der Rohrleitung und beim gleichzeitigen Steuern der Drehung der Drehkränze 33 in entgegengesetztem Sinn erfolgt das Wickeln zweier Paare von Bändern längs einer Schraubenlinie, deren Teilung von der Translationsgeschwindigkeit gegenüber der Wickelgeschwindigkeit abhängt. Die Neigung der die Spule tragenden Arme 25 ermöglicht eine gute Anbringung des Bands auf der Rohrleitung im wesentlichen dann, wenn das Band eine verhältnismäßig große Breite wie im Fall eines Stahlbands hat. Somit ist im Fall einer Wicklung mit aneinanderstoßenden Windungen die Neigung i der Schraubenlinie gegenüber einem Querschnitt eines Rohrs so, daß p = l/cosi, wobei p die Teilung der Schraubenlinie und 1 die Breite des Stahlbands ist.
Die relative Verschiebung der Wickelvorrichtung gegenüber der Rohrleitung kann durch eines der Tragräder 320 des Wagens ausgeführt werden, wobei dieses Rad über eine in Fig. 2 schematisch gezeigte mechanische Transmission 37 mit einem Antrieb versehen wird. Die Drehung-der beiden Drehkränze im entgegengesetzten Sinn wird durch ein ebenfalls vom Motor M angetriebenes Umkehrgetriebe 38 erhalten, während eine Kupplung das Lösen des Motors vom Antrieb der Drehkränze ermöglicht. Die Zentrierrollen 32 werden vorzugsweise an den Längsträgern 31 so um zur Längsachse 10 senkrechten Achsen gelagert, daß ein Lenkrad 39 mit seinem Gestänge die Korrektur eines eventuellen Abtriebs des Wagens ermöglicht.
Dieses Gestänge wirkt nur auf die zentralen Räder, wobei die mit den seitlichen Längsträgern verbundenen seitlichen Führungsräder die "Schlingerbewegung" behindern.
Das Wickeln von Bändern nach dem Verfahren und durch die eben beschriebene Vorrichtung erfolgt im Fall von vier gekreuzten Bändern auf folgende Weise: Es wird zuerst der Anfang der ersten Lage eingehängt, die durch zwei von Spulen des vorderen Drehturms stammenden aneinanderstoßenden Stahlbändern gebildet wird und an der Rohrleitung an diametral gegenüberliegenden Stellen anliegt. Die Neigung der Spulen wird so geregelt, daß die Bändern aneinanderstoßen.
Die Vorrichtung wird dann in Betrieb gesetzt und um eine Länge verschoben, die gleich dem Mittelabstand der beiden vorderen und hinteren Drehkränze ist.
Nach dem Stillstand der Maschine wird eine zweite Stahlbandlage eingehängt, die ebenfalls durch zwei aneinanderstoßende Bänder gebildet wird, die auf den am hinteren Drehkranz befestigten Spulen aufgewickelt werden.
Die Vorrichtung wird erneut in Betrieb gesetzt und es wird gleichzeitig der Längsvorschub und die Drehung der Drehkränze bei Geschwindigkeiten gesteuert, die zueinander so geregelt werden, daß die Bänder in einer Schraubenlinie mit einer Teilung gewikkelt werden, die beim dargestellten Beispiel der Breite eines Bands entspricht. Die Bänder stoßen dann aneinander an. Die Vorrichtung wird auf diese Weise längs der Rohrleitung vorwärts bewegt bis die Spulen beinahe ganz abgewickelt sind und wird dann angehalten. Es wird das Stahlband abgeschnitten, nachdem die Enden des die erste Lage bildenden Bands durch irgendeine Einrichtung befestigt wurden, die hier nicht beschrieben wird.
Es wird dann ein Vorschub um eine dem Mittenabstand der Drehkränze gleiche Länge ausgeführt und es werden die Bänder der zweiten Lage nach dem Einhängen ihrer ,Enden in der gleichen Art wie vorher abgeschnitten.
Wie oben angegeben, ist das Verfahren unabhängig von der Spannung der Bänder anwendbar, je nachdem ob die resultierende der Zugkräfte der in ein und derselben Zone gewickelten Bänder gleich Null ist, wobei die Rohrleitung in dieser Zone einem reinen Drehmoment ausgesetzt ist. Wenn die Zugkraft groß ist, muß eine Regeleinrichtung für die Spannung in der Weise verwendet werden, daß die oben angegebenen Wickelbedingungen eingehalten werden. Wenn die auf das Band ausgeübte Spannung nur die Aufgabe hat, eine gute Anbringung des Bands auf der Rohrleitung sicherzustellen, kann dies durch einfaches Bremsendes Abwickelns der Spulen erhalten werden, wobei das Bremsmoment vorzugsweise am Radius der Stahlbandspule geregelt wird.
Ein Bremssystem ist beispielsweise in Fig. 5~dargestellt. Es enthält eine Klemmbacke für eine mit der Nabe der Stahlbandspule verbundene Scheibe 40. Die Klemmbacke 4 wird hydraulisch mit einem Druck betätigt, der dem Radius der noch aufgewickelt. gebliebenen Stahlbandspule proportional ist. Hierzu wird eine auf einem Hebel 52 angebrachte Rolle 41 mittels einer Feder auf das Stahlband gedrückt, wobei der Hebel 42 unter dem Öldruck beispielsweise unter Zwischenschaltung eines nicht gezeigten Nockens wirkt, dessen Profil die Erzeugung der gewünschten Proportionalität ermöglicht.
Es sind selbstverständlich auch äquivalente Vorrichtungel denk bar.
Wenn andererseits das auf die Rohrleitung gewickelte Band eine gewisse Steifheit hat, insbesondere beim Wickeln eines Stahlbands, ist es nützlich, zwischen der Spule und der Rohrleitung über eine schematisch in Fig. 4 gezeigte Vorbiegevorrichtung zu verfügen.
Die Vorbiegevorrichtung ist eine kleine Biegemaschine mit drei Rollen, die an einem an der Achse der Lieferspule 21 (und 22, 23, 24) befestigten Träger 5 angebracht sind. Diese Vorrichtung weist daher eine feste Rolle 50 auf, die sich frei um eine am Träger 5 befestigte Achse dreht, und weist zwei Rollen 51, 52 auf, die durch Verschieben ihrer Achsen in Langlöchern am Träger 5 regelbar sind und sich frei um ihre Achsen drehen können.
Am Austritt der Lieferspule tritt das Stahlband daher in den von den Rollen 50, 51, 52 und den Träger 5 gebildeten Käfig ein und tritt wieder aus, um sich auf das zu bandagierende Rohr zu wickeln.
Die Regelung der Rollen ermöglicht die Überschreitung der Elastizitätsgrenze des Stahlbands in der Weise, daß diesem eine dauernde Verformung gegeben wird, die eine Krümmung aufweist, die nur wenig kleiner als der Durchmesser des Rohrs ist, wodurch eine hervorragende Anbringung an der Rohrleitung 1 garantiert wird.
Zwischen dem Austritt aus der Vorbiegevorrichtung 5 und der Anbringungsstelle an der Rohrleitung wird das Stahlband gespannt.
Jedoch überschreitet diese Spannung aufgrund der Krümmung nicht die Elastizitätsgrenze des Stahlbands, das daher nicht für dauernd gerade gerichtet wird.
Selbstverständlich können die Rollen 50, 51, 52 mit Hartgummi oder Kunststoff überzogen werden, um das Beschädigen des Überzugs des Stahlbands zu vermeiden.
Es sei darauf hingewiesen, daß das Vorbiegen die Gefahr des Abwickelns des Stahlbands für den Fall vermeidet, daß dieses reißt.
Es ist möglich, daß die durch die Vorbiegevorrichtung bedingte Bremsung eine ausreichende Zugkraft am Band sicherstellt und daß die Bremsung der Spule weggelassen werden kann, insbesondere wenn lediglich eine gute Anbringung des Stahlbands an der Rohrleitung gesucht wird.
Wenn auch nicht in der Zeichnung gezeigt, kann jede Spule mit einer Vorbiegevorrichtung vereinigt werden, die offensichtlich von anderer Bauweise als die oben beschriebene sein kann.
Die beschriebene Anlage ermöglicht das Wickeln von Bändern unter einer verhältnismäßig geringen Spannung.
Wenn jedoch die Spannungen groß sein müssen, ist es schwierig, diese durch einfaches Bremsen des Abwickelns der Spulen zu steuern, insbesondere aufgrund der Erhitzung der Bremsen und auch dadurch, daß sich das Bremsmoment in Abhängigkeit vom Durchmesser jeder Spule verändern muß, d.h. von der auf jeder Spule aufgewickelt verbleibenden Drahtmenge.
Wenn nun die Windungen keinen genau gleichen Spannungen unterworfen sind, besteht nach Inbetriebnahme des Rohrs die Gefahr, daß sich die Spannung zwischen den Drähten verteilt und dabei Unordnung herbeiführt, etwa Überdeckungen der Drähte. Es ist daher erforderlich, die Spannungen der Bändern im Verlauf des Wickelns so zu steuern, daß sie etwa konstant gehalten werden.
Die in Fig. 5 bis 8 gezeigte Anlage ermöglicht das Wickeln von Bändern auf eine Rohrleitung unter ziemlich großen Spannungen, die durch im folgenden zu beschreibende besondere Vorrichtungen dauernd gesteuert werden.
Die in Fig. 5 im Längsschnitt und in Fig. 6 im Querschnitt schematisch gezeigte Vorrichtung weist ein Gestell 6 auf, das durch Rollorgane 61 auf zur Längsachse der Rohrleitung parallelen Schienen 62 verschiebbar ist. Die Verschiebung wird durch den Hauptmotor M über eine nicht gezeigte kinematische Kette gesteuert, die ein Antriebsrad 63 antreibt, das in eine zu den Schienen 62 parallele Zahnstange 64 eingreift.
Das Gestell 6 ist an seinen Enden mit zwei Kränzen 60 und 60' versehen, die zur Rohrleitung koaxial sind und diese in einem bestimmten Abstand umgeben. Jeder Kranz 60 (60') ist an seinem Innenumfang mit einer durch Rollen 600 (600') gebildeten Rollbahn versehen. Diese Rollen tragen einen Drehkranz 7, der sich somit innerhalb des Kranzes 60 (60') drehen kann. Am Drehkranz 7 sind an diametral gegenüberliegenden Stellen die Achsen zweier Vorratsspulen 21 und 22 für Bandstahl befestigt. Am anderen Drehkranz 7', der sich seinerseits innerhalb des am anderen Ende des Wagens 6 angeordneten Kranzes 60' dreht, sind die Achsen der beiden anderen Spulen 23 und 24 befestigt.
Jeder Drehkranz 7 und 7' ist mit einer Verzahnung 70, 70' versehen, die mit einem Zahnrad 71, 71' in Eingriff steht.
Der Hauptmotor M treibt die Antriebsräder 71 und 71' über Untersetzungsgetriebe 72, 72' im entgegengesetzten Sinn an. Da die vorderen und hinteren Wicklungen im entgegengesetzten Sinn erfolgen und die Stahlbandspannungen identisch sind, ist das an der Anordnung der Vorrichtung erzeugte resultierende Drehmoment gleich Null. Es wird somit das Wickeln der Bänder auf die Rohrleitung 1 durch Drehen der Spulen um die Rohrleitung gesteuert.
Wenn die Spannung des auf die Rohrleitung 1 gewickelten Stahlbands nicht groß zu sein braucht, kann sie durch einfaches Bremsen des Abwickelns der Spulen erhalten werden, wie im französischen Hauptpatent angegeben. Im vorliegenden Fall kann jedoch die Spannung groß sein und wird daher erfindungsgemäß durch Hilfsmotoren und Differentiale erzeugt.
Hierzu ist der Innenumfang des Drehkranzes 7 mit einer aus Rollen 700 gebildeten Rollbahn versehen. Auf diesen Rollen dreht sich ein Drehkranz 8 mit geringerem Durchmesser. Am Innenumfang des Drehkranzes 8 ist ebenfalls eine Rollbahn aus Rollen 800 angeordnet, auf denen ein Drehkranz 9 abrollt.
Somit befinden sich innerhalb jedes festen Kranzes 60 drei ineinandergeschachtelte und aufeinander abrollende Drehkränze.
Die Vorrichtung, insbesondere die mit Antriebsverzahnungen versehenen Drehkränze 7, 8, 9, ist in Fig. 5 zur Vereinfachung der Darstellung sehr schematisch dargestellt. Dies gilt besonders für die Antriebsgetriebe, die Differentiale und die Hilfsmotoren.
Die die tatsächliche Vorrichtung darstellenden Zeichnungen wären unnötig kompliziert.
Die ebenfalls schematische Fig. 6 weist drei teilweise Querschnitte längs unterschiedlichen Ebenen auf. Die Fig. 6a zeigt im Schnitt längs A (Fig. 5) die Anordnung des Kranzes 60 und der ineinandergeschachtelten Drehkränze 7, 8, 9. Die Fig. 6b zeigt im Schnitt längs B (Fig. 5) den Antriebsmechanismus 92, 93 der Spule 22. Die Fig. 6c zeigt im Schnitt längs C (Fig. 5) den Antriebsmechanismus 90, 91 des Drehkranzes 9.
Wie im folgenden gezeigt, wird die Drehung jedes Drehkranzes gesondert gesteuert.
Der Drehkranz 8 weist auf einer Seite, im allgemeinen zur Innenseite der Vorrichtung gerichtet, eine Verzahnung 80 auf, die in ein Antriebsrad 81 eingreift. In gleicher Weise ist der Drehkranz 9 mit einer Verzahnung 90 versehen, die in ein Antriebsrad 91 eingreift.
Jedes Antriebsrad 81 und 91 (und die Antriebsräder 81, 91 der entsprechenden Drehkränze auf der anderen Seite der Vorrichtung) werden durch Wellen 92, 91 über Differentiale 65, 66 (65', 66') angetrieben, deren Planetenräder ihrerseits von HilMsmotoren 650, 660 angetrieben werden.
Die Wellen 82 und 92 werden über eine kinematische Kette 67 vom Hauptmotor M angetrieben.
Da die Reibungen vernachlässigbar sind, treibt der Motor M dank der oben beschriebenen Anordnung die Drehkränze 7, 8, 9 (7', 8', 9') um die Längsachse der Rohrleitung an, wobei die Hilfsmotoren 650 und 660 die Drehzahlen der Drehkränze 8 bzw. 9 über Differentiale 65 bzw. 66 steuern.
Jeder Drehkranz 8 oder 9 steuert die Drehung einer der Spulen 21 bzw. 22 um seine Achse, während die Drehkränze 8 und 9' die Drehung der Spulen 23 bzw. 24 steuern. Hierzu sind die Drehkränze 8 und 9 senkrecht zur Außenseite der Vorrichtung jeweils mit einer Verzahnung 82, 92 versehen, die in ein Antriebsrad 83 bzw.
93 eingreift, wobei jedes Antriebsrad auf der Welle einer Spule 21 bzw. 22 verkeilt ist.
Durch richtige Wahl der Durchmesser der Verzahnungen 80, 82, 90, 92 und der Antriebsräder 81, 83, 91, 93 sowie der Merkmale der Differentiale 65, 66 und des Getriebes 67 kann unter Lösung eines einfachen kinematischen Problems in der Weise vorgegangen werden, daß die Spulen 21 und 22 eine Abwickelgeschwindigkeit haben, die der Aufwickelgeschwindigkeit auf die Rohrleitung 1 entspricht.
Es sei zum Beispiel die Spule 21 betrachtet, deren Achse am Drehkranz 7 befestigt ist und die ihrerseits vom Antriebsrad 83 um sich selbst gedreht wird, das in den vom Differential 65 angetriebenen Drehkranz 8 eingreift.
Wenn der Hilfsmotor 650 stillsteht, ist der Planetenträger des Differentials 65 blockiert und bewirkt die Inbetriebsetzung des Hauptmotors M die Drehung der Drehkränze 8 und 7. Die kinematischen Verhältnisse sind so gewählt, daß der Draht oder das Stahlband sich von der Spule 21 abwickelt und sich ohne Spannung auf dem Körper 1 aufwickelt, wenn die Spannung bei Inbetriebsetzung gleich Null ist.
Man läßt dann den Hilfsmotor 650 in einer Richtung drehen, die auf das Differential 65 so wirkt, daß die Drehzahl des Drehkranzes 9 vermindert und folglich das Abwickeln der Spule 21 gebremst wird, deren Achse durch die Drehung des Drehkranzes 7 stets um den Körper 1 herum angetrieben wird. Der aufgewickelte Draht spannt sich dann, wobei der Drehkranz 7 antreibt, während die Spule 21 angetrieben wird.
Die zum Antreiben des Drehkranzes 7 erforderliche Leistung P1 beträgt: P T x V, wobei T die Spannung des Drahts und V die Aufwickelgeschwindigkeit ist.
Die zur Welle der angetriebenen Spule 21 gelieferte Leistung P2 beträgt: P2 = T (V -wobei v die Verminderung der Geschwindigkeit der angetriebenen Spule ist, erzeugt durch das Differential 5 durch die Inbetriebnahme des Hilfsmotors 660.
Die vom Motor M gelieferte Leistung p beträgt: p = P1 - P2 = T v.
Diese Leistung p entspricht der Arbeit je Zeiteinheit, die zum elastischen Dehnen des Drahts erforderlich ist.
Die vom Hilfsmotor 650 gelieferte Leistung ist gleich Tv.
Wenn es keine Reibung gäbe, gäbe es praktisch keine Leistung zu liefern. Es wird, abgesehen von der Reibung, nur die zum unter Spannung setzen erforderliche Leistung geliefert.
In der Praxis ist in Rechnung zu stellen: die Durchmesserzunahme der Wicklung auf dem zylindrischen Körper 1 bei einer Zunahme der Dicke aufgrund der Überlagerung von Schichten, und umgekehrt die Durchmesserverminderung der Spule 21, wenn sie ihren Draht (oder ihr Stahlband) abgibt.
Der Hilfsmotor 650 kompensiert daher über das Differential 65 die Drahtdehnung und die Durchmesserveränderungen.
Da der zylindrische Körper und die Spule im allgemeinen unterschiedliöhe Durchmesser haben, ist zum Vermindern der Leistung des Motors 650 zwischen den Motor M und dem Getriebe 71 ein Untersetzungsgetriebe 72 angeordnet. Dieses Untersetzungsgetriebe soll den Durchmesserunterschied zwischen der Spule und dem zylindrischen Körper so kompensieren, daß die Leistung des Motors 650 nur der zum elastischen Dehnen des Drahts erforderlichen theoretischen Leistung und den Radiusveränderungen des auf dem Körper und auf der Spule aufgewickelten Stahlbands entspricht, und zwar je nach dem Aufwickeln auf dem Körper und dem Abwickeln von der Spule.
Jedoch steuert der Drehkranz 7 ebenfalls das Aufwickeln auf den Körper 1 des sich von der Spule 22 abwickelnden Stahlbands. Die Abwickelgeschwindigkeit des Stahlbands kann, wie im folgenden angegeben, durch das Differential 66 und den Hilfsmotor 660 gesteuert werden, der einen die Spannung des Drahts beendigenden Differenzantrieb einführt.
Somit können die sich von den- Spulen 21 und 22 abwickelnden Stahlbänder unter gleichen Spannungen aufgewickelt werden, die durch die Hilfsmotoren 650 und 660 dauernd gesteuert werden, woraus sich am Körper 1 ein reines Drehmoment ohne Biegung ergibt.
Alles oben beschriebene kann aber bei der zweiten sich drehenden Anordnung angewendet werden, die in den Kranz 60' eingebaut ist und die Wicklung der auf den Spulen 23 und 24 enthaltenen Stahlbänder steuert, deren Spannungen von den auf die Differentiale 65' und 66' wirkenden Hilfsmotoren 650' und 660' gesteuert wird.
Auf diese Weise steuert der Hauptmotor M gleichzeitig das Wikkeln von vier Stahlbändern in zwei im Abstand befindlichen Ebenen, während die Spannungen von den Hilfsmotoren 650, 660, 650', 660' dauernd gesteuert werden.
Diese Anordnung gewährleistet nicht nur das unter Spannung setzen der Stahlbänder, sondern ermöglicht ebenfalls imine sehr einfache Ausführung der Regelung der Spannungen.
Die Vorrichtung für die Spannungsregelung des sich von der Spule 22 abwickelnden Stahlbands ist beispielsweise in Fig. 6 und in größerem Detail in Fig. 7 und 8 dargestellt.
Diese Vorrichtung enthält im wesentlichen ein Ermittlungsorgan 43 für die Spannung des Stahlbands. Dieses Ermittlungsorgan überträgt seine Angaben über Kohlen, die auf einem auf dem Kranz 60 befestigten Kollektor 45 gleiten, auf einen Regler 46, der auf den Hilfsmotor 660 wirkt, um die Abwickelgeschwindigkeit der Spule 22 so zu regeln, daß die Spannung des Stahlbands konstant gehalten wird.
Zur klareren Darstellung wurden aus Fig. 7 herausgelöst: die Spule 22, deren Achse auf dem mit der Verzahnung 70 verbundenen Drehkranz 7 befestigt ist, dessen Drehung vom Antriebsrad 71 gesteuert wird, und der Drehkranz 9 für die Steuerung des Abrollens der Spule mittels der Verzahnung 92, die in das auf der Achse der Spule 22 verkeilte Antriebsrad 93 eingreift. Das Organ 43 für die Ermittlung der Spannung des Stahlbands ist als Beispiel schematisch in Fig. 4 dargestellt und kann eine Rolle 431 enthalten, die am Ende eines Hebels angebracht ist, der am Drehkranz 7 angelenkt und von einer Feder 432 beaufschlagt wird, damit die Rolle 431 auf das sich von der Spule 22 abwickelnde Stahlband gedrückt wird. Der die Rolle 431 tragende Arm steuert den Spannungsdetektor 43, der ein Potentiometer oder beispielsweise ein kapazitives System sein kann. Der Spannungsdetektor 43 überträgt seine Angaben über auf dem Kollektor 45 schleifende Bürsten 44 auf einen Regler 46 bekannter Bauart. Der Regler 46 korrigiert dann die Abwickelgeschwindigkeit der Spule 22 durch Einwirken auf den das Differential 66 steuernden Hilfsmotor 660 zum Vermindern des Fehlers zwischen der tatsächlichen Spannung des Stahlbands und der theoretischen Spannung.
Jeder Hilfsmotor 650, 660, 650', 660' wird auf analoge Weise von einem Regler gesteuert, der die Abwickelgeschwindigkeiten der Spulen 21 bis 24 in der Weise steuert, daß die Spannungen an den Stahlbändern konstant gehalten werden.
Die oben in einer einfachen Ausführungsform beschriebene Anlage wird auf folgende Weise in Betrieb gesetzt.
Sind die Enden der Stahlbänder am zylindrischen Körper 1 befestigt und ist dieser festgelegt, werden die Hilfsmotoren zur Herstellung der Anfangsspannungen in Betrieb gesetzt, wobei die Drehkränze 7 und 7' festgelegt sind. Die Stahlbänder dehnen sich elastisch um einen gewissen Abstand, der dem Mittenabstand des Körpers 1 und der Spulen entspricht, zu dem ein gewisser auf jeder Spule gespannter Bogen hinzukommt.
Danach wird der die Drehung der Drehkränze steuernde Hauptmotor M langsam in Betrieb gesetzt. Die Regelkreise für die Spannung steuern die Richtung und die Drehzahl der Hilfsmotoren in der Weise, daß die Spannung auf dem gewählten Wert gehalten wird.
Jeder Motor 650, 660 liefert nur die Leistung (Bremsleistung), die bei der in Betracht kommenden Spannung der elastischen Verformung des Stahlbands entspricht.
Auf diese Weise werden die Stahlbänder bei gleich großen gesteuerten Spannungen dauernd geliefert und unterliegt der zylindrische Körper 1, der in zwei im Abstand befindlichen Ebenen entgegengesetzten gleich großen Drehmomenten ausgesetzt ist, keiner Biegung.
Somit ermöglicht die Vorrichtung nach der Erfindung das kontinuierliche Wickeln mehrerer Bänder auf eine Rohrleitung sogar unter einer ziemlich hohen Spannung und gewährleistet überdies die Steuerung der Spannungen der Bänder im Verlauf des Wickelns in der Weise, daß die Rohrleitung keiner Torsion unterworfen ist.
Die Anzahl der aufgewickelten Stahlbänder ist offensichtlich nicht auf vier begrenzt. Jeder Drehkranz kann mehr als zwei regelmäßig um die Achse verteilte Spulen tragen. In diesem Fall müßte jedoch die Anzahl der ineinander geschachtelten Drehkränze vermehrt werden, wenn ein individuelles Steuern der Spannung jedes Stahlbands gewünscht wird.
Tatsächlich könnte bei einer vereinfachten Ausführungsform das Abwickeln aller auf ein und demselben Drehkranz angebrachten Spulen durch einen einzigen Drehkranz gesteuert werden, der mit einem verzahnten Drehkranz versehen ist, in den die auf den Achsen jeder Spule verteilten Antriebsräder eingreifen würden.
Hierfür müßten Spulen verwendet werden, die zu Beginn genau denselben Durchmesser des aufgewickelten Stahlbands haben. Dann würde ein einziges von einem Hilfsmotor gesteuertes Differential ausreichen zum Steuern -der Spannungen in einer Wickelebene.
Wie oben angegeben, können Wicklungen mit veränderlicher Teilung, mit aneinanderstoßenden oder~nicht aneinanderstoßenden Windungen und sogar mit einer Teilung gleich Null hergestellt werden, wenn die Ausführung der Bandagierung mittels im Abstand befindlicher Ringe gewunscht wird, von denen jeder aus mehreren übereinanderliegenden Stahlbandlagen besteht.
Andererseits kann der Vorschub der Wickelvorrichtung entlang der Rohrleitung durch irgendeine beliebige Einrichtung erzielt werden und könnte überdies eine feste Vorrichtung verwendet und das Rohr verschoben werden, da die Bewegungen relativ sind.
Überdies findet die Erfindung Anwendung nicht nur beim Bandagieren von Rohrleitungen, da man auch auf einen Rotationskörper und insbesondere auf eine Rohrleitung Bänder eines langgestreckten Erzeugnisses mit einem anderen Ziel als der Verstärkung der Wand wickeln kann, z.B. um die Leitung mit einem Schutzüberzug zu bedecken.

Claims

Patentanspruche Verfahren zum Wickeln von mehreren Bändern auf einen zylindrischen Körper großer Länge, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß Wicklungen gleichzeitig und in entgegengesetztem Sinn in zwei im Abstand befindlichen Zonen ausgeführt werden, wobei å ede Zone wenigstens zwei Bänder empfängt, die gleichsinnig aufgewickelt werden und so am Körper, vorzugsweise an einer Rohrleitung, angebracht werden, daß die resultierende der Zugkräfte an den Bändern gleich Null ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß å ede Zone eine Anzahl von Paaren von Bändern empfängt die paarweise an diametral gegenüberliegenden Stellen auf dem Körper angebracht werden, wobei die Bänder jedes Paars gleichen Zugkräften unterworfen sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zone n Bänder empfängt, die gleichen Zugkräften unterworfen sind und am Körper an n Stellen angebracht werden, die regelmäßig am Umfang des Körpers verteilt sind.
4. Vorrichtung zum Wickeln von mehreren Bändern auf einen zylindrischen Körper großer Länge, g e -k e n n z e i c h n e t durch ein Gestell (3), durch zwei im Abstand angeordnete Drehkränze (33), von denen jeder den Körper (1), vorzugsweise eine Rohrleitung, in einer zu dessen Achse senkrechten Ebene umgibt, und-durch eine Einrichtung (38) zum gleichzeitigen Antreiben der Drehkränze (33) im entgegengesetzten Sinn, wobei jeder Drehkranz (33) mehrere für Bänder vorgesehene Vorratsspulen (21-24) trägt, die am Drehkranz (33) auf regelmäßig längs dessen Umfang verteilten Achsen drehbar gelagert sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkranz eine gerade Anzahl von Vorratsspulen (21-24) trägt, die auf bezüglich der Achse des Körpers (1) paarweise diametral gegenüberliegenden Achsen drehbar gelagert sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung (25, 28) für die Neigung jeder Achse der Spulen (21-24) bezüglich der Achse des Körpers (1).
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell (3) zwei Platten (30, 30') aufweist, die im Abstand angeordnet und untereinander durch Längsträger (31) verbunden sind, wobei jede Platte (30, 30') den Körper (1) wenigstens teilweise umgibt und entlang dem Körper (1) mit Zentrier- oder Rollorganen (32) versehen ist, wobei jede Platte (30, 30') um den Körper (1) eine Rollbahn für einen Drehkranz (33) bildet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Platte (30, 30') an ihrem Umfang wenigstens drei Roll- und Zentrierorgane (34) für einen die Anordnung außen umgebenden Drehkranz (33) trägt, wobei die Rollorgane (34) regelmäßig um die Achse des Körpers (1) verteilt sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Drehkranzes (33) mit einem Zahnkranz (36) versehen ist, in den wenigstens ein Antriebsrad (35) eingreift, das an der Platte (30, 30') befestigt ist und um eine zur Achse des Körpers (1) parallele Achse angetrieben wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine auskuppelbare Einrichtung (37, 38) für die gleichzeitige Steuerung der Verschiebung der Vorrichtung entlang der Achse des zylindrischen Körpers (1) und der Drehung der Drehkränze (33) um diese Achse.
11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung zum gleichzeitigen Drehen der Drehkränze (33) im entgegengesetzten Sinn ein Hauptantriebsorgan (M) ist, das einen Eingang wenigstens eines Differentials (65) antreibt, dessen Ausgang das Abwickeln der Spulen (21-24) steuert und dessen anderer Eingang von einem Nebenantriebsorgan (650) angetrieben wird, das eine Differenzsteuerung für die Regelung der Abwickeldrehzahl der Spulen (21-24) herstellt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwickeln jeder Spule (21-24) von einem Differential (65, 66, 65', 66') gesteuert wird, wobei jedes Differential einen Differenzsteuerungseingang hat, der von einem Nebenantriebsorgan (650, 660, 650', 660') angetrieben wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hauptantriebsmotor (M) und jeder Spule (21-24) ein Untersetzungsgetriebe (72) für den Ausgleich der Durchmesserunterschiede zwischen der Spule und dem zylindrischen Körper (1) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei zwei Tragdrehkränze für die Achsen der Spulen über Rollen auf je einem festen Kranz angeordnet sind, der den Körper umgibt und vom Hauptantriebsmotor angetrieben wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Abwickeln jeder Spule (21-24) durch ein Antriebsrad (83, 93) gesteuert wird, das auf der Achse der Spule (21-24) verkeilt ist und in eine kreisförmige Verzahnung (82, 92) eingreift, die an einem Drehkranz (8, 8') eingearbeitet ist, der drehbar und koaxial auf dem Tragdrehkranz (7, 7') für die Spulen angeordnet ist, wobei der Drehkranz (8, 8') von einem mit einem Ausgang eines Differentials (65) verbundenen Untersetzungsgetriebe (81) angetrieben wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Tragdrehkranz (7, 7') wenigstens zwei Spulen (21, 22) trägt, deren Achsen am Tragdrehkranz (7, 7') an regelmässig um die Achse des zylindrischen Körpers (1) verteilten Stellen befestigt sind, und daß das Abwickeln jeder Spule (21-24) von einem mit einer Verzahnung (82, 92, 82', 92') versehenen Drehkranz (8, 9, 8', 9') gesteuert wird, der in ein Antriebsrad (83, 93, 83', 93') eingreift, das auf der Achse der Spule verkeilt ist und von einem Untersetzungsgetriebe (81, 91, 81', 91') angetrieben wird, das mit dem Ausgang eines Differentials (65, 66, 65, 66') verbunden ist, wobei die Drehkränze (8, 9, 8', 9') für die Steuerung des Abwickelns und der Tragdrehkränze (7, 7') für die Spulen unterschiedliche Durchmesser haben und ineinandergeschachtelt sind, wobei sich jeder Drehkranz auf einer an einem anderen Drehkranz befindlichen Rollbahn dreht und sich der Drehkranz mit dem größten Durchmesser am festen Kranz (60, 60') befindet.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Spule vorgesehen ist: eine Einrichtung (43) zum Ermitteln der Spannung des Bands und ein Regler (46), dessen Eingang Informationen über die ermittelte Spannung empfängt und dessen Ausgang nach Vergleichen der ermittelten Spannung mit der gewünschten Spannung einen Steuerbefehl für das Abwickeln der Spule zu einem Hilfsmotor (650, 660) sendet.