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Kennwort: Selbstzentrierung
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Zentrier- und Drehvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Zentrierung und Drehung eines in einer Schweißmaschine mit einem Flansch zu
verschweißenden Rohres.
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In sog. Rohrschweißmaschinen werden an die Enden eines Rohres Flansche
angeschweißt. Hierbei ist es erforderlich, daß Rohr und Flansch in einer gemeinsamen
Drehachse zu liegen kommen. Während der Flansch von einem Spannfutter in Schweißposition
gehalten ist, wird das Rohr von Stützen aufgenommen, die in vertikaler Richtung
verstellbar sind, wie dies beispielsweise die US-PS 2 753 826 zeigt. Durch die Verstellung
der Stützen wird das anzuscweißende Rohr so lange vertikal bewegt, bis dessen Drehachse
mit der des Flansches fluchtet.
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Vorrichtungen zur Unterstützung und zum Zentrieren von Rohren bezüglich
des Flansches gehören zum Stand der Technik, wie dies auch weiterhin die DT-OS 2
505 666 zeigt.
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Bei all diesen bekannten Vorrichtungen bleibt es dem Geschick des
Bedienungspersonals Überlassen, in welcher Zeitspanne und mit welcher Genauigkeit
die gegenseitige Ausrichtung. von Flansch und Rohr in der Schweißmaschine erfolgt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zentriervorrichtwlg
zu schaffen, mittels welcher das an den Flansch anzuschweis-Sende Rohr stets automatisch
in die richtige Schweißposition bezüglich des Flansches gelangt und sich in dieser
exakten Zentrierstellung unter Ausgleich von Rohrovalitäten und Verformungen um
seine Achse drehen läßt.
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Zur Lösung der genannten Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
daß die Vorrichtung aus zwei horizontal einander
gegenüberliegend
vorgesehenen-und einem vertikalen Steuerschlitten besteht, welche derart verstellbar
angeordnet sind, daß das Rohr in Schweißstellung stets zur Drehachse des Flansches
zentriert ist.
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Gemäß der Erfindung ist hierbei vorgesehen, daß die durch den jeweiligen
~Angriffspunkt am Rohr verlaufenden Längsachsen der Steuerschlitten sich mit der
Drehachse des Flansches schneiden.
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Um eine gleichmäßige Bewegung der Steuerschlitten für das Zentrieren
des Rohres in Bezug auf die Drehachse des Flansches zu erreichen, wird erfindungsgemäß
weiterhin vorgeschlagen, daß dem Steuerschlitten ein gemeinsamer Verstellantrieb
zugeordnet ist.
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Durch die erfindungsgemäße Zentriervorrichtung erfolgt in vorteilhafter
Weise eine selbsttätige Ausrichtung des Rohres bezüglich des anzuschweißenden Flansches.
Es ist hierbei lediglich erforderlich, das Rohr in die Schweißmaschine einzulegen
und dann den Verstellantrieb der Zentriervorrichtung einzuschalten. Die anschließend
erfolgende Ausrichtung, derart, daß die * Rohrlängsachse des Flansches fluchten,
erfolgt dann vorteilhaft von selbst. Unabhängig vom Rohrdurchmesser ist durch die
erfindungsgemäße Vorrichtung stets die Ausrichtung des Rohres zum Flansch gewährleistet,
ohne daß seitens der Bedienungskraft irgendwelche Manipulationen notwendig sind.
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Darüberhinaus erfolgt erfindungsgemäß - neben der Zentrierung des
Rohres - auch eine Drehung mit der gleichen Vorrichtung, wobei entsprechend dem
Erfindungsvorschlag das Rohrstützelement eines der Steuerschlitten als ein Antriebsrad
ausgebildet ist, welches mit einem zweiten Antrieb verbunden ist.
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Weitere Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den übrigen
Unteransprüchen.
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* und die Drehachse
Die nachstehende Beschreibung#einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der beiliegenden
Zeichnung der weiteren Erläuterung.
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Es zeigen Fig. 1 in vereinfachter Darstellung eine Rohrschweißmaschine;
Fig.2 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Zentriervorrichtungsanlage entlang
der Linie A - A in Fig. 3; Fig.3 eine Ansicht von rechts der Fig. 2; Fig.4 eine
Ansicht von links der Fig.2 und Fig.5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in vereinfacht'er Darstellung.
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Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung eine Rohrschwoißmaschi ne
10 mit einar ortsfesten und einer verschiebbaren Schweißeinrichtung 12 bzw. 14.
Bedingt durch die Verschiebung der Einrichtung 14 ist es möglich, an Rohre 16 mit
unterschiedlicher Länge Flansche 18 anzuschweißen.
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Die Fansche 18 werden von einem drehbaren Spannfutter gehalten, während
das Rohr 16 von der erfindungsgemäßen Zentriervorrichtung 24 (im Ausführungsbeispiel
der Fig. 1 zwei Stück) aufgenommen wird.
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Jeder Schweißeinrichtung 12, 14 ist ein Schweißbrenner 22 zugeordnet,
so daß ein gleichzeitiges Anschweißen der Flansche 18 an die beiden Enden des Rohres
16 möglich ist.
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Die in Fig.1 nur schematisch dargestellte Zentriervorrichtung zur
Unterstützung, Ausrichtung und Drehung des Rohres 16, ist in den Fig. 2 - 4 im Detail
offenbart. Hauptbestandteil der Vorrichtung 24 ist ein Rahmen 26, an dem die wesentlichen
Aggregate angeordnet sind.
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Wie e#sichtlich, ist an einer unteren Querplatte 28 des Rahmens 26
ein Getriebemotor 30 mit Winkelgetriebe angeflanscht. Die Abtriebswelle 32 des Motors
30 ist mittels einer Kupplung 34 mit einer Kugelrollspindel 36 verbunden, die sich,
wie Fig.2 zeigt, vertikal nach oben erstreckt.
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Das obere freie Ende der Kugelrollspindel 36 steht über eine weitere
Kupplung 38 mit der Eingangswelle 40 eines Verteilergetriebes 42 in Verbindung.
Das Verteilergetriebe 42 hat -wie insbesondere die Fig. 4 zeigt - zwei horizontal
einander gegenüberliegend angeordnete Ausgangswellen 44, die jeweils über eine Kupplung
46 mit einer Kugelrollspindel 48 bzw. 50 verbunden sind.
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Wie aus Fig. 2 zu entnehmen, ist das Verteilergetriebe 42 an der in
Fig. 4 dargestellten Vorderseite des plattenförmigen Rahmen 26 befestigt, derart,
daß die vertikale~ und die horizontal#Kugelrollspindeln 36 bzw. 48, 50 im Abstand
zum Rahmen 26 angeordnet sind.
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Auf jeder der Kugelrollspindeln 36, 38, 50 ist eine Verstellmutter
52 angeordnet, welche je nach Drehsinn der Spindeln nach oben oder unten (Spindel
36) bzw. nach links oder rechts (Spindeln 48, 50 ) bewegbar sind.
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Die beiden in horizontaler Bewegungsrichtung (auf den Kugelrollspindeln
48, 50) angeordneten Verstellmuttern 52 sind mit einem Steuerschlitten 54 bzw. 56
verbunden, welche auf der den Kugelrcllspindeln 48, 50 gegenüberliegenden Seite
des Rahmens 26 angeordnet sind (vgl. hierzu FiGs 3)
An dieser Rah:nenseite
sind je zwei Führungsbolzen 58, GO angeordnet, welche zur gleitverschieblichen Aufnahme
der Steuerschlitten 54 bzw. 56 dienen.
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Die Verbindung der auf einander gegenüberliegenden Seiten des Rahmens
26 angeordneten Verstellmutter 52 und Steuerschlitten 54 (56), erfolgt über einen
Bolzen 62, der durch eine Längsöffnung 64 im Rahmen 26 hindurchragt.
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Am oberen Ende des Steuerschlittens 54 ist eine fingerförmige Platte
66 befestigt, an deren, dem Rohr 16 zugekehrten Ende eine Stützrolle 68 gelagert
ist.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist die Platte 66 fest mit dem Steuerschlitten
54 verbunden. Der Steuerschlitten 56 hingegen (in Fig.3 links) trägt einen sog.
Hilfsschlitten 70, der seinerseits von einem Führungsbolzenpaar72, welches vom Steuerschlitten
56 gehalten ist, gleitverschieblich aufgenommen wird. Zwischen den beiden, die Führungsbolzen
72 aufnehmenden Bohrungen des Hilfsschlittens 70 ist eine weitere Bohrung 74 angeordnet,
welche zur Aufnahme einer Druckfeder 76 dient.
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Die Feder 76 liegt mit ihrem einen Ende am Boden der Bohrung 74 an,
wogegen das andere Federende sich an einem Steg 78 des Steuerschlittens 56 abstützt.
Durch diese Feder wird der Hilfsschlitten 70 stets um ein vorgegebenes Maß, z.B.
3 mm, aus seiner Klemmposition, für einen noch zu beschreibenden Zweck herausgeschoben.
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Dem relativ zum Steuerschlitten 56 gegen die Kraft der Feder 76 bewegbaren
Hilfsschlitten 70 ist ein Steuernocken 80 zugeordnet, welcher in Wirkverbindung
mit einem Endschalter 82 gelangt.
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Wie aus den Fig. 3 und 4 zu entnehmen, sind die beiden Steuerschlitten
54, 56 so am Rahmen 26 angeordnet, daß die von der Platte 66 bzw. vom Hilfsschlitten
70 getragenen Stützrollen 68 in gleicher horizontaler Ebene und entlang einer mit
dem Bezugszeichen 84 gekennzeichneten Längsachse bewegbar sind.
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Dadurch ist gewährleistet, daß die aufeinander zu beweglichen Stützrollen
68 exakt gegenüberliegend am Rohr 16 anliegen.
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Wie ferner noch ersichtlich, schneidet die Längsachse 84(=Bei wegungsachse
der beiden Steuerschlitten 54, 56) eine dritte vertikal verlaufende Längsachse 86,
welche einem dritten Steuerschlitten 88 zugeordnet ist. Die beiden Längsachsen 84,
86 schneiden sich in einem gmeinsamen Punkt 90, durch den gleichzeitig aber auch
die gemeinsame Drehachse 92 von Rohr 16, Flansch 18 und Spannfutter 20 hindurchgeht.
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Der vertikal sich auf- und abbawegende Steuerschlitten 88 ist über
die Verstellmutter 52 mit derjenigen Kugelrollspindel 36 verbunden,welche die Verbindung
des Getriebemotors 30 mit dem Verteilergetriebe 42 herstellt. Wie Fig. 2 zeigt,
ist an der Verstellmutter 52 ein sich durch die im Rahmen 26 vorgesehene Vertikalöffnung
94 erstreckender Bolzen 96 befestigt, der in eine Aufnahme 98 des vertikalen Steuerschlittens
88 eingreift.
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Zwci scitlich am vertikalen Abschnitt des Rahmens 26 vorhandene Führungsbolzen
100 dienen dabei zur gleitverschieblichn Aufnahme des Steuerschlittens 88, der auf
diesem (100) mittels zweier Führungskörper 102 gelagert ist.
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Wie Fig.4 zeigt, ist an der vertikalen Verstellmutter 52 ein Führungsprofil
106 befestigt, in dem zwei Stalernocken 108 verschiebbar gelagert sind. Mit dem
Steuernocken 108 wirkt ein Endschalter 110 zusammen, der seinerseits am Rahmen 26
befestigt ist. Durch diesen Endschalter wird der Getriebemotor 30 geschaltet, so
daß dadurch je nach Stellung der Steuernocken 110 die Steuerschlitten 54, 56, 88
mehr oder weniger weit verfahren werden.
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An der Unterseite der Aufnahme 98 ist ein zweiter Antrieb 104 angeflanscht,
dessen Antriebsritzel112 mit dem Zahnrad 114 einer vertikal angeordneten und im
Steuerschlitten 88 gelagerten Welle 116 kämmt. Auch das obere Ende dieser Welle
ist mit einem Zahnrad 114 ausgestattet, welches mit einem das Antriebsrad 118 für
das Rohr 16 über eine Welle 120 antreibenden Zahnrad 122 in Eingriff steht.
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Durch den Motor 104 und über die Getriebeverbindung 112, 114, 116,
120, 122 wird somit das Antriebsrad 118 in Rotation versetzt, so daß dadurch das
auf diesem aufliegende Rohr 16 (während des Schweißvorganges) um seine Drehachse
92 gedreht werden kann.
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Nachdem bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Rohrschweißmaschine
10 in den beiden Spannfuttern 20 jeweils ein Flansch 18 eingespannt ist, wird das
anzuschwoißende Rohr 16 zwischen den beiden gegeneinander verstellbaren Schweißeinrichtungen
12, 14 und zwar auf einer prismenförmigen, ortsfest am Rahmen 26 angeordneten Rohrauflage
124 abgelegt.
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während dieser Rohrzuführung befinden sich die Steuerschlitten 54,
56, 88 in ihrer zurückgezogenen Ausgangsstellung, wobei das Antriebsrad 118 keine
Verbindung mit dem Rohr 16 hat. Durch Einschalten des Getriebemotors 30 wird nun
über die dadurch angetriebene Kugelrollspindel 36 das Verteilergetriebe 42 betätigt,
so daß die mit diesem verbundenen Kugelrcllspindeln 48, 50 in Rotation versetzt
werden. Die gleichförmige Drehbewegung der drei Kugelrollspindeln 36, 48 und 50
bewirkt enne Axialbewegung der von diesen geführten Verstellmuttern 52, so daß dadurch
die Steuerschlitten 54, 56 in horizontaler Richtung (Längsachse 84) un der Steuerschlitten
88 in vertikaler Richtung (Längsachse 86) aufeinander zu bewegt werden. Durch die
Vertikalbewegung des Steuerschlittens 88 wird dabei das von der Auflage 124 getragene
Rohr 16 zusammen mit dieser nach oben bewegt.
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Das Rohr 16 liegt bis ZU diesem Zeitpunkt etwas seitlich von der oberen
Peripherie des Antriebsrades 118 auf der Auflage 124.
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Durch die sich aufeinander zu bewegenden Steuerschlitten 54, 56 wird
dann das Rohr 16 zentriert und gelangt dabei automatisch aus dieser seitlichen Lage
zentrisch zur Längsachse 86 und dabei auf das Antriebsrad 118, d.h. auf dessen obere
Peripherie, so daß somit das Rohr von der es bisher tragenden Auflage 124 frei kommt
und jetzt nur noch auf dem Antriebsrad 118 liegt
Bedingt durch
den gleichmäßigen Verschub greifen die Steuerschlitten 54, 56 mit ihren Stützrollen
68 fast gleichzeitig am Rohr 16 an und zentrieren dieses dadurch exakt zum anzuschweißenden
Flansch, d.h. die Drehachse 92 des Rohres fällt mit der Drehachse des Flansches
(Spannfutter) zusammen.
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Wenn zuvor erwähnt wurde, daß die Stützrollqnfast gleichzeitig am
Rohr zur Anlage kommen, ist dies dadurch bedingt, daß der Steuerschlitten 54 mit
seinem Hilfsschlitten 70 eine kurze Zeitspanne früher in Kontakt mit dem Rohr gelangt,
als der Steuerschlitten 54 mit seiner starren, die Stützrolle 68 tragenden Platte
66.
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Wenn nun der Hilfsschlitten 70 mit der Stützrolle 68 zur Anlage am
Rohr 16 kommt, so wird dieser - bei weiterem Schlittenvorschub -entgegen der Wirkung
der Druckfeder 76 relativ gegenüber dem ihn tragenden Steuerschlitten 56 verschoben,
und zwar so weit, bis der am Hilfsschlitten 70 befestigte Steuernocken 80 den am
Steuerschlitten 56 angeordneten Endschalter 82 betätigt.
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Ober den nockenbetätigten Endschalter 82 wird der Motor 30 abgeschaltet,
da nunmehr das zwischen den Steuerschlitten 54, 56 (70) und 88 angeordnete Rohr
16 ausgerichtet ist und dieses(16) sowie der Flansch 18 nun eine gemeinsame Drehachse
92 aufweisen.
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Nach erfolgter Betätigung des Endschalters 82, d.h. wenn alle Achsen
84, 86 und 92 sich im Punkt 90 schneiden undder Getriebemotor 30 ausgeschaltet ist,
wird nun für die Dauer des sich nun ansc:lließenden Schweißzyklusses der Endschalter
82 außer Funktion gesetzt. Bei der Drehung des Rohres 16 während des Schweißvorganges
kann der Hilfsschlitten 70 nun, bedingt durch seine Federvorspannung die Rohrovalitäten
und -verformungen in waagrechter Richtung im Bereich von beispielsweise + 3 mm abfahren.
Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das sich drehende Rohr unabhängig von seinem
ovalitätsbedingten "momentanen Durchmesser" in waagrechter Ebene zwischen den Schlitten
54, 56 (70) stets eingespannt ist.
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An dieser Stelle ist noch zu erwähnen, daß der Endschalter 82 einstellbar
am Steuerschlitten 56 befestigt ist. Durch die Verstellmöglichkeit des Endschalters
82 kann somit der Anpassungsbereich des Hilfsschlittens 70 (im Ausführungsbeispiel
t 3 mm) an die jeweiligen Rohrovalitäten angepaßt, d.h. vergrößert oder verkleinert
werden.
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Bedingt durch die Größe des Rohres (hier: Durchmesser) greifen die
Stützrollen 68 früher oder später am Rohr an und zentrieren dieses somit im Zusammenwirken
mit dem Antriebsrad 118 stets genau zum Flansch aus.
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Der Hilfsschlitten 70 hat in erster Linie eine Steuerfunktion, d.h.
mit seinem Zurückschieben in die Endstellung aus seiner federbedingten, vorgeschobenen
Position, hat dessen Stützrolle 68 den gleichen Abstand zum Punkt 90 (Schnittpunkt
der Längsachsen 84, 86), wie die in Fig. 3 rechte Stützrolle des Steuerschlittens
54.
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Nach dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Zentrieren des
Rohres 16 wird der Antrieb 104 eingeschaltet, so daß durch das Antriebsrad 118 das
Rohr 16 mit Schweißgeschwindigkeit gedreht wird.
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Nach erfolgter Schweißung wird der Antrieb 104 ab- und der Motor 30
eingeschaltet, jedoch mit anderer Drehrichtung, so daß die Steuerschlitten 54, 56
und 88 in ihre Ausgangsstellung zurückbewegt werden. Um hierbei zu verhindern, daß-falls
Rohre kleineren Durchmessers verschweißt werden - die Steuerschlitten jedes Mal
in ihre Ausgangsstellung zurückfahren müssen, wird der Steuernocken 108 am Führungsprofil
106 (Fig.4) so eingestellt, daß bereits nach kurzem Rückweg der Verstellmutter 52
der Endschalter 110 betätigt sowie der Getriebemotor 30 ausgeschaltet wird und dadurch
die Steuerschlitten 54, 56 und 88 auf "halbem Wege" in einer Zwischenstellung verharren,
aus der sie dann in ihre Zentrierstellung beim nächsten Rohr wieder nach vorne bewegt
werden.
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Es ist also vorteilhaft nicht erforderlich, daß die Steuerschlitten
stets in ihre Ausgangsstellung zurückbewegt werden, sondern bei durchmesserkleineren
Rohren reichen Zwischenstellungen aus. In Fig. 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform
der vorstehend beschriebenen Zentriervorrichtung dagestellt. Wie ersichtlich; werden
die beiden Steuerschlitten 54, 56 gemäß den Fig. 2 - 4 durch zwei im Maschinenrahmen
120 der Schweißmaschine 10 verschwenkbar gelagerte Hebelarme 122, 124 ersetzt. Der
dritte Steuerschlitten 88 sowie der Verstellantrieb 30, 32, 42, 528 wie in der vorstehenden
Ausführungsform deutlich beschrieben, bleibt hier unverändert.
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An dem einen freien Ende des Hebelarmes 122 ist ein als Hilfsschlitten
fungierender kleiner Hebelarm 126 versch-wenkbar gelagert und wird an diesem (122)
mittels der Feder 76 in Richtung Rohr 16 gedrängt, so daß der kleinere Hebelarm
126 gegenüber dem ihn tragenden Hebelarm 122 etwas vorsteht. (vgl. Fig.5).
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Beim Einschalten des Getriebemotors 30 werden der vertikale Steterschlitten
88 und über das Verteilergetriebe42 die an den Hebelarm 122, 124 verschiebbar und
gelenkig gelagerten, von den Spindeln36 geführten Versteilmuttern 52 aufeinander
zu bewegt, so daß die Hebelarme 122, 124 in die Schließstellung verschwenken, #~
vgl. hierzu die Pfeile "S" in Fig. 5. Beim Anschlagen des Hilfsarmes 126 (zu vergleichen
mit dem Hilfsschlitten 70 der Fig.
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2 -4) an das Rohr 16 wird dieser gegen die Feder 76 nach hinten gedrücktund
betätigt dabei den Endschalter 88, so daß dadurch der Getriebemotor 30 abgeschaltet
wird. Das zwischen den Hebelarmen 122 (126) und 124 festgeklemmte Rohr 16 ist damit
auch zentrisch ausgerichtet. Der eigentliche Schweißvorgang kann beginnen.
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L e e r s e i t e