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Vorrichtung zum Abtragen der Schweißraupe am
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Außenumfang von stumpf: geschweißten Rohren
Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Abtragen der Schweißraupe am Außenumfang von stumpf
geschweißten Rohren, umfassend ein Grundgestell zur Halterung eines Abtragwerkzeuges
und einer Antriebsvorrichtung für dieses, wobei die Vorrichtung mit Hilfe von das
zu bearbeitende Rohr umspannenden Ketten, die in Eingriff mit von der Antriebseinrichtung
angetriebenen Kettenrädern stehen, selbsttätig entlang der Schweißnaht bewegbar
ist und beiderseits der Schweißnaht auf den Rohrumfang aufsetzbare Führungsrollen
aufweist.
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Eine derartige Vorrichtung dient dazu, Schweißnähte so zu glätten,
daß sie einer Ultraschaliuberprüfung zugänglich sind. Eine von der Firma Wachs hergestellte
Vorrichtung der vorstehend genannten Art verwendet eine Bandschleifmaschine als
Abtragwerkzeug. Abgesehen von ihrem hohen Gewicht, die eine Handhabung durch eine
einzelne Person an der Baustelle schwierig macht, würde diese Maschine ihren Zweck
erfüllen, wenn die miteinander zu verschweißenden Rohre stets exakt denselben Durchmesser
hätten und genau koaxial miteinander verschweißt würden. In der Praxis ist dies
jedoch nicht immer der Fall, so daß die Umfangsflächen der miteinander verschweißten
Rohre beiderseits der Schweißnaht gegeneinander versetzt sein können. Dies führt
dazu, daß die Schleifbandebene gegenüber der gemeinsamen Rohrachse geneigt ist und
auch geneigt sein muß, um die Schweißraupe abtragen zu können.
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Dabei ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, daß bei völligem Abtragen
der Schweißraupe das Schleifband in das Rohrmater ia 1 neben der Schweißnaht einschneidet.
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Will man dies vermeiden, bleibt ein Rest der Schweißraupe stehen.
Im erstcn Il'a#l wird das kohr beschädigt
und im zweiten Fall wird
eine U#traschalluntersuchung schwierig oder unmöglich. Ein weiterer Nachteil der
bekannten Vorrichtung besteht darin, daß die Bandschleifeinrichtung eine relativ
große Baulänge der Vorrichtung erfordert und damit einen relativ großen Mindestdurchmesser
der bearbeitbaren Rohre voraussetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach zu handhabende
Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die einfach im Aufbau ist und
dennoch das Abtragen der Schweißraupe in einem einzigen Arbeitsgang so gestattet,
daß das Abtragwerkzeug weder in das Rohrmaterial neben der Schweißnaht einschneidet
noch Reste der Schweißraupe stehen läßt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Abtragwerkzeug
von einem walzenförmigen Fräskopf mit einer der Schweißraupenbreite mindestens annähernd
entsprechenden axialen Ausdehnung seiner Fräsfläche gebildet ist, daß zwei vordere
Führungsrollen - in Vorschubrichtung der Vorrichtung betrachtet - vor dem Fräskopf
an dem Grundgestell parallel zur Fräskopfachse verstellbar gelagert sind und daß
- in Vorschubrichtung betrachtet - hinter dem Fräskopf hintere Führungsrollen an
einem Träger gelagert sind, der um eine im wesentlichen in Vorschubrichtung weisende
Schwenkachse schwenkbar an dem Grundgestell gelagert ist.
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Der Fräskopf benötigt wesentlich weniger Platz als eine Bandschleifmaschine
und erlaubt das vollständige Abfräsen der Schweißraupe in einem einzigen Durchgang
mit relativ hoher Vorschubgeschwindigkeit. Die
Anordnung der vorderen
Führungsrollen erlaubt es, die Führungsrollen so einzustellen, da sie eng beiderseits
der Schweißraupe laufen. Ergibt sich nun ein Höhenunterschied zwischen den Umfangsflächen
beiderseits der Schweißnaht, so kippt das die Führungsrollen und den Fräskopf tragende
Grundgestell so, daß - in einem die Rohrachse und die Fräserachse enthaltenden Schnitt
betrachtet - die Fräserachse parallel zu einer die beiden Rohroberflächen verbindenden
Linie verläuft. Dies wäre nicht der Fall, wenn die beiden vorderen Führungsrollen
in größerem Abstand von der Schweißnaht verlaufen würden. In Verbindung mit der
entsprechenden Bemessung der Fräsfläche gewährleistet diese Maßnahme, daß die Schweißraupe
vollständig abgetragen wird, ohne das die Gefahr besteht, daß der Fräskopf in das
Material links und rechts von der Schweißnaht einschneidet. Da sich der gegenseitige
Versatz der Umfangsflächen der miteinander verschweißten Rohre über den Umfang der
Rohre hin ändert und somit der an den vorderen Führungsrollen auftretende Flächenversatz
an den hinteren Führungsrollen nicht oder nicht in der gleichen Größe gegeben ist,
bestünde die Gefahr, daß beim Kippen des Grundgestelles aufgrund der Stellung der
vorderen Führungsrollen eine der hinteren Führungsrollen in der Luft hängt und damit
die für das präzise Arbeiten der Vorrichtung erforderliche Führung auf dem Rohrumfang
verloren ginge. Diese Schwierigkeit wird durch die Lagerung der hinteren Führungsrollen
an dem um die Schwenkachse schwenkbaren Träger beseitigt. Diese Lagerung gewährleistet,
daß unabhängig von einem Kippen des Grundgestelles die hinteren Führungsrollen stets
auf dem jeweiligen Rohrumfang laufen.
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Vorzugsweise weist der Fräser einen zylindrischen
Mittelabschnitt
mit einer der Schweißraupenbreite entsprechenden axialen Ausdehnung und beiderseits
desselben jeweils einen sich axial nach außen verjüngenden Randabschnitt auf. Ein
derartiger Fräser kann durch das Anschleifen der Randbereiche eines zylindrischen
Walzenfräsers hergestellt werden. Der Verjüngungswinkel beträgt vorzugsweise ca.
2-4 gegenüber der Fräserachse. Dadurch wird vermieden, daß auch bei einem axial
über die Breite der Schweißraupe hinausragenden Fräser bei einem Randversatz der
miteinander verschweißten Rohre ein Einschneiden in das Rohrmaterial stattfinden
kann.
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Vorzugsweise besteht der Fräskopf aus zwei gleichen Teilfräsern, die
jedoch unterschiecßlichen Drall,d.h.
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also einen Rechtsdrall bzw. Linksdrall aufweisen und so angeordnet
sind, daß die beim Fräsen auftretenden Einzelaxialkräfte gegeneinander und jeweils
nach außen gerichtet sind. Diese Anordnung wirkt einem eventuellen Bestreben der
Maschine entgegen, aus der Spur, d.h. von der Schweißnaht wegzulaufen.
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Die Vorrichtung wird automatisch immer wieder in den mittleren Bereich
der Scheißraupe zurückgeführt.
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Um die Vorrichtung bei Rohren unterschiedlichen Durchmessers verwenden
zu können, ist der Fräskopf vorzugsweise an einem ersten Rahmen des Grundgestells
gelagert, der an einem die vorderen und hinteren Führungsrollen tragenden zweiten
Rahmen des Grundgestells höhenverstellbar geführt ist. Theoretisch ist damit der
kleinst: Durchmesser r-der zu z u bcci rbe i tendcn Rohre durch den Umfangsabstand
der vorderen und hinterpen Führungsrol 1 en voneinander gegeben.
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Da die Antriebseinrichtung sowohl den Fräser als auch
die
Kettenräder für den Vorschub antreiben soll, umfaßt sie zweckmäßigerweise einen
Motor und zwei Getriebe, wobei der Motor zusammen mit dem Getriebe zum Antrieb des
Fräskopfes an dem ersten Rahmen und das Vorschubgetriebe an dem zweiten Rahmen angeordnet
sind. Die Antriebsverbindung zwischen dem Motor und dem Vorschubgetriebe erfolgt
dabei vorzugsweise über eine Kette oder einen Riemen, der eine Relativbewegung zwischen
Motor und Vorschubgetriebe beim Verstellen des ersten Rahmens gegenüber dem zweiten
Rahmen zuläßt.
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Die vorderen Führungsrollen sind vorzugsweise unabhängig voneinander
verstellbar, so daß sie nach dem Ansetzen der Maschine an das zu bearbeitende Rohr
exakt auf die Schweißraupenbreite einstellbar sind.
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Um eine stabile Führung der Vorrichtung an dem Rohr zu gewährleisten,
ist der gegenseitige Abstand der hinteren Führungsrollen vorzugsweise größer als
der maximale gegenseitige Abstand der vorderen Führungsrollen gewählt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch auf einfache Weise zur
Vorbereitung von Schweißnähten verwendet werden. Hierzu wird vorgeschlagen, daß
die Fräserwelle seitlich über eine der Ketten hinaus verlängert und mit einem Formfräser
verbindbar ist, dessen Gestalt je nach der gewünschten Schweißnahtform gewählt wird.
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Aufgrund ihres einfachen Aufbaues kann das Gewicht der Vorrichtung
so gering gehalten werden, daß sie von einer Person ohne Mühe gehandhabt werden
kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung
anhand
eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schematische Seitenansicht
der erf indungsgemäßen Vorrichtung in Richtung der Achse des zu bearbeitenden Rohres
betrachtet, Figur 2 eine schematische Teilfrontansicht der Vorrichtung in Richtung
des Pfeiles A in Figur 1, Figur 3 eine schematische Draufsicht auf die erfindungsgemäße
Vorrichtung, Figur 4 eine schematische Darstellung der Fräserwelle mit dem Fräskopf
und einem Formfräser und Figur 5 eine schematische Frontansicht des Fräsers und
der Führungsrollen beim Abtragen einer Schweißraupe mit einem Versatz der Rohrumfangsflächen
beiderseits der Schweißraupe.
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In der Figur 1 erkennt man eine allgemein mit 10 bezeichnete Vorrichtung
zum Abtragen der Schweißraupe am Außenumfang von stumpf geschweißten Rohren, die
in der Figur 1 durch einen Kreisbogen 12 angedeutet sind. Die Vorrichtung umfaßt
ein Grundgestell 14 mit einem äußeren Rahmen 16 und einem inneren Rahmen 18, der
in dem äußeren Rahmen 16 höhenverstellbar geführt ist. Hierzu sind an dem äußeren
Rahmen 16 vertikale Schwalbenschwanznuten 20 (Figur 3) ausgebildet, in denen der
innere Rahmen 18 mit an ihm ausgebildeten Schwalbenschwanzfedern 22 vertikal verschiebbar
geführt ist. Die Höhenverstellung des inneren Rahmens 18 an dem äußeren Rahmen 16
erfolgt mit Hilfe einer mit dem inneren Rahmen 18 verbundenen Stellschraube 24,
die in einen oberen Querholm 26 des äußeren Rahmens 16 eingeschraubt ist. Mit Hilfe
von Klemmstücken 28, die jeweils mit Hilfe einer Klemmschraube 30 verstellbar sind,
wird der innere Rahmen 18 an dem äußeren Rahmen 16
in den Schwalbenschwanzführungen
20, 22 Lestgeklemmt, so daß die beiden Rahmen 16 und 18 starr miteinander verbindbar
sind.
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An dem inneren Rahmen 18 ist ein Antriebsmotor 32 befestigt, dessen
Ausgangswelle über ein Ritzel 36 ein Zwischenzahnrad 38 antreibt, das mit der Verzahnung
40 einer Fräserwelle 42 kämmt. Letztere ist in dem inneren Rahmen 18 so drehbar
gelagert, daß ihre Achse im wesentlichen parallel zur Achse des zu bearbeitenden
Rohres und senkrecht zur Vorschubrichtung der Vorrichtung verläuft. An ihrem inneren
Ende trägt die Fräserwelle einen Fräskopf 44, der anhand der Figur 4 noch näher
erläutert werden soll. An ihrem äußeren Ende kann die Fräserwelle 42 mit einem Formfräser
46 verbunden werden, der ebenfalls später noch anhand der Figur 4 näher erläutert
wird.
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Der äußere Rahmen 16 trägt vordere und hintere Führungsrollen 48 bzw.
50. Die vorderen Führungsrollen 48 sind jeweils in einer Stütze 52 gelagert, deren
oberes Ende in einer Schwalbenschwanzführung 54 verschiebbar geführt ist, so daß
die Führungsrollen parallel zur Fräserachse aufeinander zu oder voneinander weg
verstellbar sind. Um die Führungsrollen in einer gewählten Stellung feststellen
zu können, umfaßt die Schwalbenschwanzführung 54 eine fest mit dem äußeren Rahmen
16 verbundene Leiste 56 und eine an dieser mit Hilfe von Stellschrauben 58 festklemmbare
Leiste 60 (siehe auch Figur 2) Die hinteren Führungsrollen 50 sind an einem Träger
62 gelagert, der seinerseits mittels eines Gelenkbolzens 64 an der Rückseite des
äußeren Rahmens 16 um eine Achse schwenkbar gelagert ist, die parallel zu der durch
den
Pfeil P angegebenen Vorschubrichtung der Vorrichtung gerichtet
ist. Der Zweck dieser Maßnahme wird später noch bei der Erläuterung der Funktionsweise
der Vorrichtung klar.
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Der Vorschub der Vorrichtungerfolgt vom Antriebsmotor 32 her über
ein Reduziergetriebe 66, das an der rückwärtigen Seite des äußeren Rahmens 16 befestigt
ist.
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Die Eingangswelle 68 des Getriebes wird über einen nicht näher erläuterten
Riemen- oder Kettentrieb 70 mit dem anderen Ende der Ausgangswelle 34 des Antriebsmotors
32 verbunden. Die Ausyangswelle 72 des Getriebes 66 trägt auf ihren beiden Enden
beiderseits des Getriebes 66 jeweils ein Kettenrad 74, das jeweils mit einer Spannkette
76 in Eingriff steht. Diese umschlingt das zu bearbeitende Rohr, wie dies in Figur
1 angedeutet ist. Die Spannkette 76 ist ferner über ein Kettenspannrad 78 geführt,
das jeweils am unteren Ende eines Kettenspanners 80 frei drehbar gelagert ist. Dieser
Kettenspanner 80 ist an einem starr mit dem äußeren Rahmen 16 verbundenen Lagerbock
82 um eine parallel zur Fräserachse gerichtete Schwenkachse 84 schwenkbar gelagert
und kann mit Hilfe einer Stelleinrichtung 86 im Sinne einer Spannung der Kette oder
eines Lockerns der Kette verschwenkt werden. Die Stelieinrichtung umfaßt einen mit
dem äußeren Rahmen 16 verbundenen Bolzen 88, eine auf dem Bolzen verschiebbare Muffe
90 und ein auf einen äußeren Gewindeabschnitt des Bolzens 88 aufschraubbares Stellrad
92, das über i)ruckfedern,z.B. Tellerfedern 94 einen Druck auf die Muffe O und damit
auf das obere Ende des das Kettcnspannrcld Üragenden .lebe]s 80 ausübt.
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Wird das Stellrad 92 im Sinne einer Annäherung an den äußeren Rahmen
16 verdreht, so wird der Hebel 80 im Gegenuhrzeigersinn (in der Figur 1 betrachtet)
ver-
schwenkt , wobei durch die gegenläufiqe Bewegung des an ihm
gelagerten Kettenrade die jewc-ilige Kette 76 gespannt wird. Ein Entspannen er Yei
qt hei umgekehrtem Ablauf der Bewegungen. Wercl(n die Ant:i-#iebskettenräder 74
angetrieben, so bewegt sich die gesamte Vorrichtung in Richtung des Pfeil es P auf
der Rohroberfläche. entlang einer Schweißnaht, während gleichzeitig der Fräskopf
die Schweißraupe, d.h. den über den Rohrumfang überstehenden Teil der Schweißnaht
abfräst.
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Der Fräskopf und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sollen nun anhand der Figuren 4 und 5 erläutert werden. Figur 4 zeigt in einer schematischen
Darstellung wiederum die Fräskopfwelle 42, an deren rechtem Ende (in der Figur 4)
der Fräskopf 44 befestigt ist. Er besteht aus zwei AbschnItten 96 und 98, die Fräszähne
mit entgegengesetzter Pfeilung bzw.
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einen Rechts- oder Linksdrall aufweisen und derart miteinander kombiniert
sind, daß die entstehenden Einzelaxialkräfte der Fräser nach außen gerichtet sind.
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Dadurch wird sicherge'#tel lt, daß der Fräser bei eventuellen Abweichungen
immer wieder in die Mitte der Schweißraupe 100 zurückqezogen wird und somit nicht
aus der Spur laufen kann.
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In Figur 4 erkennt man, daß der Fräser einen zylindrischen Mittelabschnitt
102 aufweist, an den sich beiderseits kegelstumpfförmige Abschnitte 104 mit axial
nach außen abnehmendem Durchmesser anschließen.
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Der Konuswinkel # beträgt zweckmäßigerweise zwischen 2° und 4°. Die
Kegelstumpfflächen erhält man durch Abschleifen eines zylindrischen Walzenfräsers.
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Die axiale Ausdehnung des zylindrischen Mittelabschnittes 102 entspricht
mindestens annähernd der
Breite der Schweißraupe 100. Die Schweißnahtbreite
hängt im wesentlichen von der Wanddicke der miteinander zu verbindenden Rohre und
der Schweißfugenform ab. Sollte eine andere Schweißnahtbreite auftreten, müßten
entsprechend angeschliffene Fräsköpfe verwendet werden.
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Solange die Umfangsflächen der miteinander verbundenen Rohe exakt
miteinander fluchten, entstanden auch bei der bisher bekannten Vorrichtung keine
Schwierigkeiten. Anders liegt jedoch der Fall7 wenn wie in Figur 5 angedeutet, die
Umfangsflächen 106 bzw. 108 der miteinander verbundenen Rohre radial gegeneinander
versetzt sind. Um auch in diesem Fall die Schweißraupe 100 vollständig abtragen
zu können, muß die Fräsfläche entsprechend dem zylindrischen Abschnitt 102 des Fräskopfes
44 so gerichtet werden, daß sie parallel zu der Fläche 110 verläuft, welche die
beiden Umfangsflächen 106 und 108 nach dem Abtragen der Schweißraupe 100 miteinander
verbindet.
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Diese Ausrichtung des Fräskopfes wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dadurch erreicht, daß die vorderen Führungsrollen unmittelbar beiderseits der Schweißraupe
100 laufen und daß die Breite des zylindrischen Abschnittes 102 des Fräskopfes 44
annähernd gleich der Breite der Schweißraupe 100 ist. Würden die vorderen Führungsrollen
in einem größeren Abstand von der Schweißraupe 100 auf dem Rohrumfang 106 bzw. 108
aufsetzen, wiv dies durch strichpunktierte Linien in der Figur 5 angedeutet ist,
so ware die gemeinsame Rollenachse urid damit rlUCIl die Achse des Fräskopfes nicht
mtwhr parallel zu der der zu zu bildenden Fläche 110 ausgericElt(t. Dies würde dazu
führen, daß entweder der Fräskopf in die Umgangsfläche 106 oder 108 einschneidet
oder ein Rest der Schweißraupe stehen bleibt. Man erkennt ferner, daß die seitlich
über die Schweißraupe 100 hinausragenden konischen Abschnitte 104 des
Fräskopfes
44 dafür sorgen, daß der Fräskopf auch bei einem Höhenversatz der aneinander grenzenden
Rohre bzw. Umfangsflächen dieser Rohre, wie dies in Figur 5 dargestellt ist, nicht
in eine der Umfangsflächen einschneidet.
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Um die vorderen Führungsrollen 48 möglichst nah an die Schweißraupe
100 heranführen zu können, ist ihre Lauffläche durch eine ballige Form möglichst
schmal gehalten, wie man dies insbesondere in Figur 2 erkennt. Um zu verhindern,
daß der Lauf der Führungsrollen 48 durch Schweißspritzer und dgl. gestört wird,
ist an der Stütze 52 jeweils eine Art Meißel 112 angeordnet (Figur 1), der mit seiner
Meißelhaäbe auf der Rohroberfläche entlang gleitet und dabei Schweiß spritzer abkratzt
oder abschert.
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Da bei der in der Figur 4 dargestellten Stellung der Vorrichtung das
gesamte Grundgestell 14 zusammen mit dem Fräser und der Antriebsvorrichtung gegenüber
der Rohrachse geneigt wird, hinge bei einer starren Lagerung der hinteren Führungsrollen
50 eine dieser Rollen in der Luft, wenn der gegenseitige Höhenversatz der Umfangsflächen
der miteinander verbundenen Rohre im Bereich der vorderen ührungsrollen von dem
im Bereich der hinteren Führungsrollen verschieden ist. Dies wird durch die gelenkige
Lagerung des Trägers 62 an dem äußeren Rahmen 16 vermieden. Der Gelenkbolzen ist
dabei in seiner Höhe so angeordnet, daß bei Schrägstellung des Fräsers ein seitliches
Auslenken von Fräser, Rollen und Kettenrädern für den Vorschub aus der neutralen
Lage so klein wie möglich ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auf einfachste Weise auch zu
Vorbereitung von Schweißnähten herangezogen werden mit Hilfe des Formfräsers 46,
der auf das über die Kette hinaus verlängerte Ende der Fräserwelle 42 aufgesetzt
ist. Dabei kann ein Formfräser sowohl für Tu]pen- wie für V-- Nähte mit und
ohne Steg,
nur für eine Seit der gleicheitig für beide Flanken
verwendet werden. Auch können mit diesen Formfräsern Reparaturstellen ausgearbeitet
werden.
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Durch eine hier nicht näher dargestellte Zusatzeinrichtung kann die
gefräste Fläche sowie ein Bereich von mehr als 100 mm neben der Schweißnaht geschwabbelt
werden, um die für eine Ultraschallprüfung ausreichenden Bedingungen ohne manuelle
Arbeit zu erreichen.
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Es ist noch Du erqänzen , daß für die Schnil rung und Kühlung des
Fräsers Led des zu i--earbejten'en Materials eine Sprähfilmschrnierung in nicht
dargestellter Weise eingesetzt wird, die hohe Schnittgeschwindigkeiten und Standzeiten
ermöglicht, wobei jedoch eine Verunreinigung der Umgebung vermieden wird. 5 10 1
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