DE2645838B2 - Vorrichtung zum Aufwickeln von mehreren Verstärkungsbändern auf einen zylindrischen Körper großer Länge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufwickeln von mehreren Verstärkungsbändern auf einen zylindrischen Körper großer Länge und großen Durchmessers, insbesondere Rohrleitungen wie Pipelines, mit einem Gestell, zwei im Abstand voneinander angeordneten Drehkränzen, von denen jeder den Körper in einer zu dessen Achse rechtwinkligen Ebene umgibt, und mit einer 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.

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 564764 ein Herstellungsverfahren für einen Rotationsbehälter, das darin besteht, auf einen Rotationskörper einen Metalldraht unter Spannung aufzuwickeln, dessen Elastizität größer als diejenige des Körpers ist, und die Anordnung unter einen Innendruck zu setzen, der das Überschreiten der Elastizitätsgrenze des Körpers er-

ft5 möglicht, ohne diejenige des Metalldrahts zu überschreiten. Hierbei bleibt die durch die dauernde Verformung des Rotationskörpers erzielte Bandagierung bestehen, wenn der Innendruck heseitigt wird.

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Wenn der zylindrische Körper eine Rohrleitung, derselben Spannung ausgeführt. So empfängt bei dem

wie eine Pipeline, ist, die aus endseitig zusammenge- in Fig. 1 gezeigten Beispiel jede Zone A oder B zwei

bauten Rohren besteht, kann die Bandagierung ent- Wicklungen. Die auf eine Rohrleitung 1 zu wickeln-

weder am einzelnen Rohr oder kontinuierlich erfol- den Bänder werden auf Spulen 21, 22 in der Zone A

gen. Wenn die Bandagierung am einzelnen Rohr s und auf Spulen 23, 24 in der Zone B angebracht,

ausgeführt wird, muß sie in einem bestimmten Ab- Diese Spulen sind so angeordnet, daß die Bänder beim

stand von jedem Ende des Rohrs beendet werden, Abwickeln an paarweise diametral gegenüberliegen-

damit das aufeinanderfolgende Aneinanderfügen der den Stellen mit der Rohrleitung 1 in Berührung kom-

Rohre durch Schweißen ausgeführt werden kann. men.

Es ist dah*;r von Bedeutung, das Wickeln von Bän- io Überdies werden die Spulen 21, 22 in einem be-

dern auf einen geschweißten Rohrstrang am Ort aus- stimmten Sinn gewickelt, z. B. längs dem Pfeil a in

zuführen, an dem die Rohrleitung montiert wird. In der Zone A um die Mitte 01 der Rohrleitung und im

diesem Fall hängen dk Unterbrechungen der Banda- entgegengesetzten Sinn b in der Zone B um die Mitte

gierung von der Länge des gewickelten Bandes ab. 02 der Rohrleitung. Die Anordnung ist auf einem Ge-

Diese Länge wird durch die Herstellungsmöglichkei- is stell 3 angebracht, das sich parallel zur Achse der

ten in der Fabrik oder durch Mittel zum Transportie- Rohrleitung, z. B. mittels Rollorganen 32 mit einer

ren und Anbringen an der Maschine eingeschränkt. Geschwindigkeit V verschieben kann.

Das kontinuierliche Wickeln von Bändern auf eine Wie oben angegeben, können die auf die Bänder Rohrleitung stellt jedoch Probleme, die dadurch be- ausgeübten Spannungen groß sein, wenn eine unmitdingt sind, daß das gewickelte Band einer minimalen 20 telbare Bandagierung gewünscht wird, oder können Spannung unterworfen werden muß, damit wenigstens weniger hoch sein, wenn lediglich eine gute Anbrineine gute Anbringung dieses Bandes am Rohr erzielt gung der Bänder auf der zylindrischen Wand gesucht wird, selbst wenn die Bandagierungsspannung nicht wird. Wenn jedoch die Spannung an beiden Bändern während des Wickeins aufgebracht wird. Aufgrund gleich groß ist, wird die Wicklung unabhängig von der der am Umfang des Rohres ausgeübten Kraft läuft 25 Größe dieser Spannung keinerlei Biegung in die dieses Gefahr, sich zu verformen und muß daher ge- Rohrleitung einleiten, die allein einem reinen Drehhalten werden. Die bisher verwendeten Maschinen moment unterworfen ist, da die Bänder an diametral sind sehr groß und schwer. Andererseits bleibt die gegenüberliegenden Stellen auf die Wand aufgebracht Rohrleitung sogar nach der Verlegung Kräften ausge- werden,
setzt, die bestrebt sind, sie zu verdrehen. 30 Da die Wicklungen in den beiden Zonen A und

Wenn sich die Rohrleitung verformt, was insbeson- B in entgegengesetzen Richtungen ausgeführt wer-

dere bei untergetauchten Rohrleitungen möglich ist, den, sind die auf der Rohrleitung in den beiden Ebe-

kann sich das Bandagierungsband an bestimmten nen ausgeübten Drehmomente ebenfalls entgegenge-

Stellen lösen, was eine Gefahr der Beschädigung des setzt, wenn die Spannungen an den Bändern gleich

Rohrs bildet. 35 sind. Da sich die beiden Drehmomente ausgleichen,

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vor- ist allein der zwischen den beiden Wickelzonen berichtung zum Aufwickeln von Verstärkungsbändern, findliche Teil der Rohrleitung Torsionsbeanspruwobei die Gefahr des Verdrehens des Rohrs vermie- chungen ausgesetzt, wobei die stromauf und stromab den wird, und die Wickelvorrichtung verhältnismäßig gelegenen Teile im Gleichgewicht sind,
leicht und einfach ist. 40 Dank der Erfindung muß die Rohrleitung nicht ge-

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß zur halten werden und kann die Wicklung viel leichter

Erzielung einer gleichmäßigen Spannung der abge- an der Baustelle kontinuierlich ausgeführt werden. In

wickelten Bänder beim Aufwickelvorgang eine Rege- diesem Fall, 7. B. bei einer untergetauchten Rohrlei-

lung der Abwickelgeschwindigkeit einer jeden Vor- tung, ist es möglich, die Rohre auf einem Ponton

ratsspule vorgesehen ist. 45 stumpf zu schweißen und gleichzeitig die Bänder je

Weitere zweckmäßige Merkmale sind in den Un- nach der Herstellung zu wickeln,

teransprüchen gekennzeichnet. Andererseits nimmt die Wickelvorrichtung ihrer-

Die Erfindung wird anhand von Figuren beschrie- seits ausgeglichene Kräfte auf, und kann sich daher

ben. Es zeigt unmittelbar auf dem Rohr abstützen, da sie nicht Ge-

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfah- 50 fahr läuft, sich um dieses zu drehen,

rens nach der Erfindung, Beim vorhergehenden Beispiel werden zwei Bän-

Fi g. 2 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum der in jeder Zone und unter gleichen Spannungen auf-

Durchführcn des Verfahrens, gewickelt. Es ist aber offensichtlich möglich, die An-

Fig. 3 eine Ansicht IH-III von Fig. 2, zahl der Bänder, ihre Verteilung um die Rohrleitung

Fig. 4 ein Detail einer Anbauvorrichtung zum 55 und ihre Spannungen so zu wählen, daß ein Teil der

Vorbiegen der Bänder, resultierenden Zugkräfte an den Bändern in der Weise

Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt einer An- Null ist, daß die Rohrleitungen in dieser Zone einem

lage zum Wickeln von unter Spannung stehenden reinen Drehmoment unterworfen ist, und daß ande-

Bändern, rerseits die in den beiden Zonen ausgeübten Drehmo-

Fig. 6 einen Querschnitt der in Fig. 5 gezeigten 60 mente entgegengesetzt sind. Dies ist ein einfaches sta-

Anlage, tisches Problem.

Fi g. 7 eine schematische Ansicht einer Regelkette So könnte in jeder Zone eine gerade Zahl von Bän-

für die Spannungen an den Bändern, dem aufgewickelt werden, die sich an paarweise dia-

Fig. 8 eine Detailansicht IV-IV in Fig. 7. inetral gegenüberliegenden Stellen an die Rohrleitung

Fig. 1 zeigt das Prinzip der Erfindung. Die Wick- 65 legen, wobei die Zugkräfte an jedem Paar gleich wä-

lungen werden in zwei im Abstand befindlichen Ebe- ren.

nen A und B ausgeführt. Ii* jeder Zone werden we- Dasselbe Ergebnis wird jedoch erzielt beim Abwik-

nigstens zwei Wicklungen im gleichen Sinn und unter kein einer beliebigen Anzahl von gleichen Kräften up-

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terworfenen Bändern, wenn die Anlegestellen gleich- leger 27 getragen, wobei der Arm 25 an einer zur

mäßig am Umfang der Rohrleitung verteilt sind. Dies Längsachse 10 der Rohrleitung senkrechten Achse 26

ist zum Beispiel bei drei Bändern der Fall, die sich angelegt ist. Die Neigung des Arms 25 und folglich

an um 120° im Winkel versetzten Stellen an die Rohr- der entsprechenden Spule gegenüber der Achse 10

leitung anlegen. s kann gemäß der Teilung der Schraubenlinie, z. B.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel bewegt sich durch eine mechanische Hubvorrichtung 28 geregelt

das Gestell 3 gegenüber der Rohrleitung mit einer werden, die sich am Drehkranz 33 und am Ende des

Geschwindigkeit V in der Weise, daß eine schrauben- Arms 25 abstützt.

förmige Wicklung ausgeführt wird, wobei zwischen Beim Verschieben des Wagens in Längsrichtung benachbarten Bändern ein Spiel besteht, das von der io gegenüber der Rohrleitung und beim gleichzeitigen Teilung der Schraubenlinie und von der Bandbreite Steuern der Drehung der Drehkränze 33 in entgegenabhängt. Hierbei wird die Teilung ihrerseits von der gesetztem Sinn erfolgt das Wickeln zweier Paare von Translationsgeschwindigkeit V und der Wickeige- Bändern längs einer Schraubenlinie, deren Teilung schwindigkeit bestimmt. von der Translationsgeschwindigkeit gegenüber der

Es ist offensichtlich möglich, die Wickelvorrichtung is Wickelgeschwindigkeit abhängt. Die Neigung der die gegenüber der Rohrleitung oder umgekehrt zu ver- Spule tragenden Arme 25 ermöglicht eine gute Anschieben, da die Verschiebungen relativ sind. bringung des Bands auf der Rohrleitung im wesentli-

Es können aber auch Wicklungen mit der Teilung chen dann, wenn das Band eine verhältnismäßig große

Null ausgeführt werden zur Bildung einer Reihe von Breite wie im Fall eines Stahlbands hat. Somit ist im

Spulen, von denen die einen neben den anderen ohne 20 Fall einer Wicklung mit aneinanderstoßenden Win-

oder mit merklichem Spiel zwischen aufeinanderfol- düngen der Neigung 1 der Schraubenlinie gegenüber

genden Spulen angebracht sind. Man könnte z. B. ein einem Querschnitteines Rohrs so, daß ρ = //cosi, wo-

Stahlband oder einen Draht mit abgeflachtem Quer- bei ρ die Teilung der Schraubenlinie und / die Breite

schnitt in übereinanderliegenden Lagen gegebenen- des Stahlbandes ist.

falls innerhalb einer Rinne wickeln, die das Rohr so 25 Die relative Verschiebung der Wickelvorrichtung

umgibt, daß die Bänder gewickelt gehalten werden. gegenüber der Rohrleitung kann durch eines der

Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens Tragräder 320 des Wagens ausgeführt werden, wobei

ist beispielsweise in Fig. 2 und 3 gezeigt. dieses Rad über eine in Fig. 2 schematisch gezeigte

Die Vorrichtung enthält im wesentlichen ein Ge- mechanische Transmission 37 mit einem Antrieb verstell, das aus zwei miteinander durch Längsträger 31 30 sehen wird. Die Drehung der beiden Drehkränze im verbundenen Platten 30 besteht. Die Anordnung ist entgegengesetzten Sinn wird durch ein ebenfalls vom längs der Rohrleitung 1 mittels Rollorganen 32 ver- Motor M angetriebenes Umkehrgetriebe 38 erhak. schiebbar angebracht, die drehbar an den Längsträ- während eine Kupplung das Lösen des Motors vom gern 30 befestigt und gegenüber der Rohrleitung ra- Antrieb der Drehkränze ermöglicht. Die Zentrierroldial ausgerichtet sind. 35 len 32 werden vorzugsweise an den Längsträgern 31

Gemäß Fig. 3 hat jede Platte die Form eines C, so um zur Längsachse 10 senkrechten Achsen gela-

das die Rohrleitung teilweise umgibt, und sind die gert, daß ein Lenkrad 39 mit seinem Gestänge die

Rollorgane 32 wenigstens am oberen Teil des Gestells Korrektur eines eventuellen Abtriebs des Wagens er-

und an den Seiten so angeordnet, daß sie das Gestell möglicht.

gegenüber der Rohrleitung völlig halten und zentrie- 40 Dieses Gestänge wirkt nur auf die zentralen Räder,

ren. wobei die mit den seitlichen Längsträgern verbunde-

Jede Platte 30 trägt einen Drehkranz 33, der dreh- nen seitlichen Führungsräder die »Schlingerbewe-

bar auf einer kreisförmigen Rollbahn gelagert ist, die gung« behindern.

_auf dem Umfang der Platte 30 vorgesehen und an der Das Wickeln von Bändern nach dem Verfahren und

Achse lft-der Rohrleitung zentriert ist. 45 durch die eben beschriebene Vorrichtung erfolgt im

So kann die Rollbahn aus drei Paaren von Rollen Fall von vier gekreuzten Bändern auf folgende Weise:

34 (Fig. 3) gebildet werden, die an der Mitte und an Es wird zuerst der Anfang der ersten Lage einge-

den Enden an um 120° im Winkel versetzten Stellen hängt, die durch zwei von Spulen des vorderen Dreh-

so angeordnet sind, daß sie den Drehkranz 33 gegen- turms stammenden aneinanderstoßenden Stahlbän-

über der Achse 10 gut zentrieren. Die Achsen jedes 50 dem gebildet wird und an der Rohrleitung an

Paars von Rollen 34 bilden vorzugsweise ein V, das diametral gegenüberliegenden Stellen anliegt. Die

die Längszentrierung des Drehkranzes 33 gegenüber Neigung der Spulen wird so geregelt, daß die Bändern

der Platte sicherstellt, vgl. Fig. 2. aneinanderstoßen.

Jede Platte trägt ebenfalls ein Antriebsrad 35, das Die Vorrichtung wird dann in Betrieb gesetzt und in eine Verzahnung 36 eingreift, die längs der Innen- 55 um eine Länge verschoben, die gleich dem Mittelabwand des entsprechenden Drehkranzes 33 so eingear- stand der beiden vorderen und hinteren Drehkränze beitet ist, daß das Antriebsrad 35 die Drehung des ist.
Drehkranzes 33 um die Achse 10 steuert. Nach dem Stillstand der Maschine wird eine zweite

Die entsprechend auf den beiden im Abstand be- Stahlbandlage eingehängt, die ebenfalls durch zwei

Endlichen Platten 30 angebrachten Antriebsräder 60 aneinanderstoßende Bänder gebildet wird, die auf der

werden in entgegengesetztem Sinn durch einen Mo- am hinteren Drehkranz befestigten Spulen aufgewik-

tor M über schematisch in Fig. 2 dargestellte kine- kelt werden,

matische Ketten angetrieben. Die Vorrichtung wird erneut in Betrieb gesetzt unc

Die auf das Rohr 1 zu wickelnden Bänder werden es wird gleichzeitig der Längsvorschub und die Dre-

auf Spulen 21-24 angeordnet, die in Paaren auf den 65 hung der Drehkränze bei Geschwindigkeiten gesteu-

beiden im Abstand befindlichen Drehkränzen 33 an- ert, die zueinander so geregelt werden, daß die Bändet

gebracht sind. Die Achse jeder Spule wird über einen in einer Schraubenlinie mit einer Teilung gewickel

Arm 25 an einem am Drehkranz 33 befestigten Aus- werden, die beim dargestellten Beispiel der Breite ei·

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nes Bands entspricht. Die Bänder stoßen dann anein- tung 5 und der Anbringungsstelle an der Rohrleitung 'jj!

ander an. Die Vorrichtung wird auf diese Weise längs wird das Stahlband gespannt. Jedoch überschreitet ^!!!.

der Rohrleitung vorwärts bewegt bis die Spulen diese Spannung aufgrund der Krümmung nicht die ;?'

beinahe ganz abgewickelt sind und wird dann ange- Elastizitätsgrenze des Stahlbands, das daher nicht für If]

halten. Es wird das Stahlband abgeschnitten, nachdem 5 dauernd gerade gerichtet wird. if

die Enden des die erste Lage bildenden Bands durch Selbstverständlich können die Rollen 50,51,52 mit

irgendeine Einrichtung befestigt wurden, die hier Hartgummi oder Kunststoff überzogen werden, um %

nicht beschrieben wird. Es wird dann ein Vorschub das Beschädigen des Überzugs des Stahlbands zu ver-

um eine dem Mittenabstand der Drehkränze gleiche meiden. U

Länge ausgeführt und es werden die Bänder der zwei- 10 Es sei darauf hingewiesen, daß das Vorbiegen die ']

ten Lage nach dem Einhängen ihrer Enden in der glei- Gefahr des Abwickeins des Stahlbands für den Fall ||

chen Art wie vorher abgeschnitten. vermeidet, daß dieses reißt. |i

Wie oben angegeben, ist das Verfahren unabhängig Es ist möglich, daß die durch die Vorbiegevorrich- §§

von der Spannung der Bänder anwendbar, je nachdem tung bedingte Bremsung eine ausreichende Zugkraft j§

ob die resultierende der Zugkräfte der in ein und der- 15 am Band sicherstellt und daß die Bremsung der Spule

selben Zone gewickelten Bänder gleich Null ist, wobei weggelassen werden kann, insbesondere wenn ledig- j|'

die Rohrleitung in dieser Zone einem reinen Drehmo- Hch eine gute Anbringung des Stahlbands an der

ment ausgesetzt ist. Wenn die Zugkraft groß ist, muß Rohrleitung gesucht wird. |i

eine Regeleinrichtung für die Spannung in der Weise Wenn auch nicht in der Zeichnung gezeigt, kann ||

verwendet werden, daß die oben angegebenen Wik- 20 jede Spule mit einer Vorbiegevorrichtung vereinigt fä

kelbedingungen eingehalten werden. Wenn die auf werden, die offensichtlich von anderer Bauweise als §j

das Band ausgeübte Spannung nur die Aufgabe hat, die oben beschriebene sein kann. ^f

eine gute Anbringung des Bands auf der Rohrleitung Die beschriebene Anlage ermöglicht das Wickeln ||

sicherzustellen, kann dies durch einfaches Bremsen von Bändern unter einer verhältnismäßig geringen i

des Abwickeins der Spulen erhalten werden, wobei 25 Spannung. §

das Bremsmoment vorzugsweise am Radius der Stahl- Wenn jedoch die Spannungen groß sein müssen, j

bandspule geregelt wird. ist es schwierig, diese durch einfaches Bremsen des _?,

Ein Bremssystem ist beispielsweise in Fig. 3 darge- Abwickeins der Spulen zu steuern, insbesondere auf- ΐ!

stellt. Es enthält eine Klemmbacke für eine mit der grund der Erhitzung der Bremsen und auch dadurch,

Nabe der Stahlbandspule verbundene Scheibe 40. Die 30 daß sich das Bremsmoment in Abhängigkeit vom

Klemmbacke 4 wird hydraulisch mit einem Druck be- Durchmesser jeder Spule verändern muß, d. h. von

tätigt, der dem Radius der noch aufgewickelt geblie- der auf jeder Spule aufgewickel verbleibenden Draht-

benen Stahlbandspule proportional ist. Hierzu wird menge.

eine auf einem Hebel 52 angebrachte Rolle 41 mittels Wenn nun die Windungen keinen genau gleichen einer Feder auf das Stahlband gedrückt, wobei der 35 Spannungen unterworfen sind, besteht nach Inbe-Hebel 42 unter dem Öldruck beispielsweise unter triebnahme des Rohrs die Gefahr, daß sich die Span-Zwischenschaltung eines nicht gezeigten Nockens nung zwischen den Drähten verteilt und dabei Unordwirkt, dessen Profil die Erzeugung der gewünschten nung herbeiführt, etwa Überdeckungen der Drähte. Proportionalität ermöglicht. Es ist daher erforderlich, die Spannungen der Bänder

Es sind selbstverständlich auch äquivalente Vor- 40 im Verlauf des Wickeins so zu steuern, daß sie etwa

richtungen denkbar. konstant gehalten werden.

Wenn andererseits das auf die Rohrleitung gewik- Die in Fig. 5 bis 8 gezeigte Anlage ermöglicht das

kelte Band eine gewisse Steifheit hat, insbesondere Wickeln von Bändern auf eine Rohrleitung unter

beim Wickeln eines Stahlbands, ist es nützlich, zwi- ziemlich großen Spannungen, die durch im folgenden

sehen der Spule und der Rohrleitung über eine sehe- 45 zu beschreibende besondere Vorrichtungen dauernd

matisch in Fig. 4 gezeigte Vorbiegevorrichtung zu gesteuert werden,

verfügen. Die in Fig. 5 im Längsschnitt und in Fig. 6 im

Die Vorbiegevorrichtung ist eine kleine Biegema- Querschnitt schematisch gezeigte Vorrichtung weist

schine mit drei Rollen, die an einem an der Achse ein Gestell 6 auf, das durch Rollorgane 61 auf zur

der Lieferspule 21 (und 22, 23, 24) befestigten Trä- 50 Längsachse der Rohrleitung parallelen Schienen 62

ger 5 angebracht sind. Diese Vorrichtung weist daher verschiebbar ist. Die Verschiebung wird durch den

eine feste Rolle 50 auf, die sich frei um eine am Trä- Hauptmotor M über eine nicht gezeigte kinematische

ger 5 befestigte Achse dreht, und weist zwei Rollen Kette gesteuert, die ein Antriebsrad 63 antreibt, das

51, 52 auf, die durch Verschieben ihrer Achsen in in eine zu den Schienen 62 parallele Zahnstange 64

Langslöchern am Träger 5 regelbar sind und sich frei 55 eingreift,

um ihre Achsen drehen können. Das Gestell 6 ist an seinen Enden mit zwei Kränzen

Am Austritt der Lieferspule tritt das Stahlband da- 60 und 60' versehen, die zur Rohrleitung koaxial sind

her in den von den Rollen 50,51,52 und den Träger 5 und diese in einem bestimmten Abstand umgeben. Je-

gebildeten Käfig ein und tritt wieder aus, um sich auf der Kranz 60 (60') ist an seinem Innenumfang mit

das zu bandagierende Rohr zu wickeln. 60 einer durch Rollen 600 (600') gebildeten Rollbahn

Die Regelung der Rollen ermöglicht die Über- versehen. Diese Rollen tragen einen Drehkranz 7, der schreitung der Elastizitätsgrenze des Stahlbands in der sich somit innerhalb des Kranzes 60 (60') drehen Weise, daß diesem eine dauernde Verformung gege- kann. Am Drehkranz 7 sind an diametral gegenüberben wird, die eine Krümmung aufweist, die nur wenig liegenden Stellen die Achsen zweier Vorratsspulen 21 kleiner als der Durchmesser des Rohrs ist, wodurch 65 und 22 für Bandstahl befestigt. Am anderen Dreheine hervorragende Anbringung an der Rohrleitung 1 kranz T, der sich seinerseits innerhalb des am anderen garantiert wird. ' Ende des Wagens 6 angeordneten Kranzes 60' dreht,

Zwischen dem Austritt aus der Vorbiegevorrich- 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 Abwickeins 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 18 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 Hilfsmotoren 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, ίο 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 um 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 aufgewikkelte 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:

P₁ = TX V,

wobei T die Spannung des Drahts und V die Aufwikkelgeschwindigkeit ist.

Die zur Welle der angetriebenen Spule 21 gelieferte Leistung P₂ beträgt:
P₂=T(V-V),

wobei ν 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 ρ beträgt:

P = P_x-P₂=Tv.

Diese Leistung ^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 Durchmesserveränderung.

Da der zylindrische Körper und die Spule im allge-

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meinen unterschiedliche Durchmesser haben, ist zum nungsdetektor 43, der ein Potentiometer qder bei-

Verhindern der Leistung des Motors 650 zwischen den spielsweise ein kapazitives System sein kann. Der

Motor M und dem Getriebe 71 ein Untersetzungsge- Spannungsdetektor 43 überträgt seine Angaben über

triebe 72 angeordnet. Dieses Untersetzungsgetriebe auf dem Kollektor 45 schleifende Bürsten 44 auf einen

soll den Durchmesserunterschied zwischen der Spule 5 Regler 46 bekannter Bauart. Der Regler 46 korrigiert

und dem zylindrischen Körper so kompensieren, daß dann die Abwickelgeschwindigkeit der Spule 22 durch

die Leistung des Motors 650 nur der zum elastischen Einwirken auf den das Differential 66 steuernden

Dehnen des Drahts erforderlichen theoretischen Lei- Hilfsmotor 660 zum Vermindern des Fehlers zwischen

stung und den Radiusveränderungen des auf dem der tatsächlichen Spannung des Stahlbands und der

körper und auf der Spule aufgewickelten Stahlbands io theoretischen Spannung.

entspricht, und zwar je nach dem Aufwickeln auf dem Jeder Hilfsmotor 650,660,650', 660' wird auf ana-

Körper und dem Abwickeln von der Spule. löge Weise von einem Regler gesteuert, der die Ab-

Jedoch steuert der Drehkranz 7 ebenfalls das Auf- Wickelgeschwindigkeiten der Spulen 21 bis 24 in der wickeln auf den Körper 1 des sich von der Spule 22 Weise steuert, daß die Spannungen an den Stahlbänabwickelnden Stahlbands. Die Abwickelgeschwindig- is dem konstant gehalten werden,
keit des Stahlbands kann, wie im folgenden angege- Die oben in einer einfachen Ausführungsform beben, durch das Differential 66 und den Hilfsmotor schriebene Anlage wird auf folgende Weise in Betrieb 660 gesteuert werden, der einen die Spannung des gesetzt.
Drahts beendigenden Differenzbetrieb einführt. Sind die Enden der Stahlbänder am zylindrischen

Somit können die sich von den Spulen 21 und 22 20 Körper 1 befestigt und ist dieser festgelegt, werden abwickelnden Stahlbänder unter gleichen Spannun- die Hilfsmotoren zur Herstellung der Anfangsspangen aufgewickelt werden, die durch die Hilfsmotoren nungen in Betrieb gesetzt, wobei die Drehkränze 7 650 und 660 dauernd gesteuert werden, woraus sich und T festgelegt sind. Die Stahlbänder dehnen sich am Körper 1 ein reines Drehmoment ohne Biegung elastisch um einen gewissen Abstand, der dem Mitergibt. 25 tenabstand des Körpers 1 und der Spulen entspricht,

Alles oben beschriebene kann aber bei der zweiten zu dem ein gewisser auf jeder Spule gespannter Bogen

sich drehenden Anordnung angewendet werden, die hinzukommt.

in den Kranz 60' eingebaut ist und die Wicklung der Danach wird der die Drehung der Drehkränze

auf den Spulen 23 und 24 enthaltenen Stahlbänder steuernde Hauptmotor M langsam in Betrieb gesetzt,

steuert, deren Spannungen von den auf die Differen- 30 Die Regelkreise für die Spannung steuern die Rich-

tiale 65' und 66' wirkenden Hilfsmotoren 650' und tung und die Drehzahl der Hilfsmotoren in der Weise,

660' gesteuert wird. daß die Spannung auf dem gewählten Wert gehalten

Auf diese Weise steuert der Hauptmotor M gleich- wird. Jeder Motor 650, 660 liefert nur die Leistung

zeitig das Wickeln von vier Stahlbändern in zwei im (Bremsleistung), die bei der in Betracht kommenden

Abstand befindlichen Ebenen, während die Spannun- 35 Spannung der elastischen Verformung des Stahlbands

gen von den Hilfsmotoren 650, 660, 650', 660' dau- entspricht,

ernd gesteuert werden. Auf diese Weise werden die Stahlbänder bei gleich

Diese Anordnung gewährleistet nicht nur das unter großen gesteuerten Spannungen dauernd geliefert und

Spannung setzen der Stahlbänder, sondern ermöglicht unterliegt der zylindrische Körper 1, der in zwei im

ebenfalls eine sehr einfache Ausführung der Regelung 40 Abstand befindlichen Ebenen entgegengesetzt gleich

der Spannungen. großen Drehmomenten ausgesetzt ist, keiner Biegung.

Die Vorrichtung für die Spannungsregelung des Somit ermöglicht die Vorrichtung nach der Erfin-

sich von der Spule 22 abwickelnden Stahlbands ist dung das kontinuierliche Wickeln mehrerer Bänder

beispielsweise in Fig. 6 und in größerem Detail in auf eine Rohrleitung sogar unter einer ziemlich hohen

Fig. 7 und 8 dargestellt. 45 Spannung und gewährleistet überdies die Steuerung

Diese Vorrichtung enthält im wesentlichen ein Er- der Spannungen der Bänder im Verlauf des Wickeins

mittlungsorgan 43 für die Spannung des Stahlbands. in der Weise, daß die Rohrleitung keiner Torsion un-

Dieses Ermittlungsorgan überträgt seine Angaben terworfen ist.

über Kohlen, die auf einem auf dem Kranz 60 befe- Die Anzahl der aufgewickelten Stahlbänder ist of-

stigten Kollektor 45 gleiten, auf einen Regler 46, der 50 fensichtlich nicht auf vier begrenzt. Jeder Drehkranz

auf den Hilfsmotor 660 wirkt, um die Abwickelge- kann mehr als zwei regelmäßig um die Achse verteilte

schwindigkeit der Spule 22 so zu regeln, daß die Span- Spulen tragen. In diesem Fall müßte jedoch die An-

nung des Stahlbands konstant gehalten wird. zahl der ineinander geschachtelten Drehkränze ver-

Zur klareren Darstellung wurden aus Fig. 7 her- mehrt werden, wenn ein individuelles Steuern der

ausgelöst: die Spule 22, deren Achse auf dem mit der 55 Spannung jedes Stahlbands gewünscht wird.

Verzahnung 70 verbundenen Drehkranz 7 befestigt Tatsächlich könnte bei einer vereinfachten Ausfüh-

ist, dessen Drehung vom Antriebsrad 71 gesteuert rungsform das Abwickeln aller auf ein und demselben

wird, und der Drehkranz 9 für die Steuerung des Ab- Drehkranz angebrachten Spulen durch einen einzigen

rollens der Spule mittels der Verzahnung 92, die in Drehkranz gesteuert werden, der mit einem verzahn-

das auf der Achse der Spule 22 vertikale Antriebsrad 60 ten Drehkranz versehen ist, in den die auf den Achsen

93 eingreift. Das Organ 43 für die Ermittlung der jeder Spulen verteilten Antriebsräder eingreifen wür-

Spannung des Stahlbandes ist als Beispiel schematisch den. Hierfür mußten Spulen verwendet werden, die

in Fig. 4 dargestellt und kann eine Rolle 431 enthal- zu Beginn genau denselben Durchmesser des aufge-

ten, die am Ende eines Hebels angebracht ist, der am wickelten Stahlbands haben. Dann würde ein einziges

Drehkranz 7 angelenkt und von einer Feder 432 be- 65 von einem Hilfsmotor gesteuertes Differential ausrei-

aufschlagt wird, damit die Rolle 431 auf das sich von chen zum Steuern der Spannungen in einer Wickel-

der Spule 22 abwickelnde Stahlband gedruckt wird. ebene.

Der die Rolle 431 tragenden Arm steuert den Span- Wie oben angegeben, können Wicklungen mit ver-

änderlicher Teilung, mit aneinanderstoßenden oder nicht aiieinanderstoSenden Windungen und sogar mit einer Teilung gleich Null hergestellt werden, wenn die Ausführung der Bandagierung mittels im Abstand befindlicher Ringe gewünscht 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 un< Rohr verschoben werden, da die Bewegungen π sind.

Überdies findet die Erfindung Anwendung

nur beim Bandagieren von Rohrleitungen, da auch auf einen Rotationskörper und insbesonder eine Rohrleitung Bänder eines langgestreckter Zeugnisses mit einem anderen Ziel als der Verstär der Wand wickeln kann, z. B. um die Leitung m

ίο nem Schutzüberzug zu bedecken.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Aufwickeln von mehreren Verstärkungsbändern auf einen zylindrischen Körper großer Länge und großen Durchmessers, insbesondere Rohrleitungen wie Pipelines, mit einem Gestell, zwei im Abstand voneinander angeordneten Drehkränzen, von denen jeder den Körper in einer zu dessen Achse rechtwinkligen Ebene umgibt, und mit einer 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, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer gleichmäßigen Spannung der abgewikkelten Bänder beim Aufwickelvorgang eine Regelung der Abwickelgeschwindigkeit einer jeden Vorratsspule vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Vorratsspule (21) ein Steuermittel (650) für die Änderung der Abwikkelgeschwindigkeit vorgesehen ist, das aus der Rotation des Drehkranzes (33), der die Spule (21) trägt, einem Geber (43) für die Spannung in dem abgewickelten Band und einem Regler (46) seine Impulse erhält, um die Abwickelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der ermittelten Spannung zu regeln.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb für die Drehkränze (33, 33') im entgegengesetzten Sinn von einem Hauptmotor (M) bewirkt wird, wobei die Abwickelgeschwindigkeit jeder Vorratsspule von einem Differential (65) kontrolliert wird, dessen Eingang vom Hauptmotor (M) angetrieben wird, während sein Ausgang das Abwickeln der Spule steuert und dessen anderer Ausgang von einem Hilfsmotor (650) angetrieben wird, durch den eine unterschiedliche Regelung der Abwickelgeschwindigkeit der Vorratsspule ermöglicht wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hauptmotor (M) und jeder Spule (21-24) ein Untersetzungsgetriebe (72) für den Ausgleich der Durchmesserunterschiede zwischen der Spule und dem zylindrischen Körper (1) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei zwei Drehkränze für die Achsen der Spulen über Rollen auf je einem festen Kranz angeordnet sind, der den Körper umgibt und vom Hauptmotor angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwickeln jeder Spule (21-24) durch ein Antriebsrad (83,93) gesteuert wird, das auf der Achse der Spr.le (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 Drehkranz (60) für die Spulen angeordnet ist, wobei der Drehkranz (8, 8') von einem mit einem Ausgang eines Differentials (65) verbundenen Untersetzungsgetriebe (81) angetrieben wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Drehkranz (33, 33') wenigstens zwei Spulen (21, 22) trägt, deren

Achsen am Drehkranz 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 Abwickeins und der Drehkränze (33, 33') für die Spulen unterschiedliche Durchmesser haben und ineinander geschachtelt 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.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell (3) zwei Platten (30, 30', 60, 60') aufweist, die im Abstand angeordnet und untereinander durch Längsträger (31) verbunden sind, wobei jede Platte (30,30') um den Körper (1) eine Rollbahn für einen Drehkranz (33) bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, 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.