DE3510251A1

DE3510251A1 - Vorrichtung zum innenseitigen verspannen von roehren

Info

Publication number: DE3510251A1
Application number: DE19853510251
Authority: DE
Inventors: Haruki Tokio/Tokyo Okamoto
Original assignee: OKAMOTO KOGYO KK
Current assignee: OKAMOTO KOGYO KK
Priority date: 1984-03-31
Filing date: 1985-03-21
Publication date: 1985-10-10
Also published as: AU3966185A; AU580986B2; GB2156468A; GB8506728D0; JPS6333955B2; GB2156468B; JPS60210391A; CA1269825A

Description

Henkel, Feiler, Hänzel & Partner ' Patentanwälte

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OKA - 601

Vorrichtung zum innenseitigen Verspannen von Röhren

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum innenseitigen Verspannen von durch Stumpfschweißung miteinander zu verbindenden Röhren mittleren Durchmessers, um jeweils zwei Röhren von der Innenseite her in gegenseitiger Ausrichtung zu halten.

Zur Gewährleistung eines einwandfreien Stumpfschweißens von Röhren ist es vor dem Schweißvorgang erforderlich, die Schweißrille oder -fuge einwandfrei auszubilden, einen zweckmäßigen Rillenabstand einzuhalten und ein genaues Zentrieren zur Minimierung einer Nichtübereinstimmung zwischen den beiden (Innen-)Flächen in der Rille sicherzustellen. Diesen Bedingungen wurde bisher im allgemeinen auf die im folgenden beschriebene Weise entsprochen. Im Fall von Rohren oder Röhren mittleren Durchmessers (Außendurchmesser etwa 50,8 - 508 mm) werden zunächst gemäß Fig. la etwa drei bis acht rechteckige Bleche b an einer der zu verbindenden Röhren a und a' um deren Umfang herum auf Abstände verteilt durch Schweißen angeheftet, so daß ihre freien Enden über die Stirnfläche c der Röhre hinausragen; sodann wird gemäß Fig. Ib die andere Röhre a¹ in den von den freien Enden der Bleche b umrissenen Ringraum eingesetzt. Auf diese Weise werden die Röhren mit zweckmäßigem Abstand zwischen ihren Enden bzw. Stirnflächen und konzentrisch zueinander ausgerichtet, so daß die Nichtübereinstimmung zwischen den Innenflächen in der Rille auf ein Mindestmaß verringert wird. In diesem Zustand werden die freien (nicht angehefteten) Enden der rechteckigen Bleche b mittels Heftschweißung an der Röhre a¹ befestigt, um damit die Röhren für den Schweißvorgang in einwandfreier gegenseitiger Ausrichtung zu halten. Dieses einfach erscheinende Verfahren ist jedoch mit den Mängeln behaftet, daß ein hohes Maß an (handwerklichem)

Können für die Einhaltung einer genau festgelegten Schweißrille oder -fuge nötig ist, daß die rechteckigen Bleche ein durchgehendes Schweißen um den Gesamtumfang der Rille herum verhindern, daß die Schweißarbeit sorgfältig ausgeführt werden muß und dabei Schweißfehler auftreten können, daß nach dem Abnehmen der angehefteten rechteckigen Bleche um die geschweißte Röhre herum Schweißfehler (Fehlstellen) entstehen und daß die rechteckigen Bleche nicht wiederverwendet werden können, was eine Materialvergeudung bedeutet.

Im Hinblick auf diese Gegebenenheiten sind bereits verschiedene abnehmbare Vorrichtungen zum von außen her erfolgenden Verspannen der zu verbindenden Röhren als Ersatz für die rechteckigen Bleche entwickelt worden. Diese Vorrichtungen sind jedoch sämtlich mit dem Nachteil behaftet, daß die zum Verspannen und Verbinden der Röhren dienenden Teile die Führung der Schweißelektrode einschränken, so daß ein durchgehendes Schweißen um den Gesamtumfang der Schweißrille oder -fuge sehr schwierig wird und daher dieselben Mangel wie bei Verwendung der rechteckigen Bleche gegeben sind und zudem die einwandfreie Ausrichtung der Innenflächen in der Rille nicht immer erreicht werden kann. Derartige Vorrichtungen werden demzufolge nicht in größerem Umfang eingesetzt. Für Röhren großen Durchmessers zur Herstellung von Rohrleitungen (Pipelines) usw. werden andererseits auch Innen-Spannvorrichtungen angewandt, welche die zu verbindenden Röhren von ihrer Innenseite her festzuhalten bzw. zu verspannen vermögen. Derartige Vorrichtungen besitzen aber einen komplizierten Aufbau und große Abmessungen, und sie sind, abgesehen vom Kostenfaktor, nur schwierig für die Verwendung bei Röhren mittleren Durchmessers zu verkleinern. Selbst

wenn eine solche Verkleinerung möglich ist, bleiben dabei noch zahlreiche Probleme zu lösen, z.B. bezüglich der Feineinstellung der Spannpositionen. 5

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Innen-Spannvorrichtung, die sehr wirtschaftlich aufgebaut ist und zweckmäßig für (das Verspannen von) Röhren mittleren Durchmessers benutzt werden kann. 10

Diese Aufgabe wird durch die im beigefügten Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die zu verbindenden Röhren von ihrer Innenseite her verspannt oder unterstützt, indem mehrere etwa im Mittelbereich eines Hohlkörpers vorgesehene Spannstücke gegen die Röhren ausgefahren werden. Hierdurch werden die Vorteile gewährleistet, daß das Schweißen ununterbrochen um den Gesamtumfang der Schweißrille oder -fuge herum erfolgen kann, die Schweißarbeiten erleichtert werden, Schweißfehler kaum vorkommen und ohne weiteres eine automatische Schweißmaschine eingesetzt werden kann.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. la und Ib schematische Darstellungen einer

bisherigen Anordnung,

Fig. 2a bis 2c eine Stirnseitenansicht einer Spannvorrichtung gemäß der Erfindung, einen Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 2a bzw.

einen Schnitt längs der Linie Y-Y in Fig. 2b,

Fig. 3a bis 3c Schnittansichten zur Verdeutlichung
der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
5

Fig. 4a bis 4c perspektivische Darstellungen zur
Veranschaulichung von Beispielen für den
Positioniermechanismus gemäß der Erfindung.

Die Fig. la und Ib sind eingangs bereits erläutert
worden.

In den Fig. 3a bis 3c sind mit 1 und I¹ zwei zu verbindende Röhren und mit 2 ein in den Röhren 1, 1'

!5 verschiebbarer Hohlkörper bezeichnet. Letzterer kann auf noch zu beschreibende Weise eine kugelige, ovale, vielflächige, zylindrische oder sonstige Gestalt besitzen, sofern er nur in den Röhren 1, I¹ verschiebbar ist. Längs der Mittelachse des Hohlkörpers 2 erstreckt sich eine Leitstange 3, und an beiden Seiten des Hohlkörpers 2 sind in diesem Druckkammern 5 und 5¹ vorgesehen, in denen jeweils ein verschiebbar auf der Leitstange 3 geführter manschetten- oder ringförmiger Kolben 4 bzw. 4¹ angeordnet ist. An der einen Seite des Hohlkörpers 2 sind den Druckkammern 5 und 5¹ zugeordnete Druckmittelzulässe 6 bzw. 6' vorgesehen, wobei die auf der gegenüberliegenden Seite befindliche Druckkammer 5¹ und der (zugeordnete) Druckmittelzulaß 6' über eine in der Leitstange 3 ausgebildete Druckmittel-Leitung 7 miteinander kommunizieren. Weiterhin sind um den Hohlkörper 2 herum etwa in seinem Mittelbereich mehrere den betreffenden Enden der zu verschweißenden Röhren 1, I¹ entsprechende bzw. zugeordnete, durch die Kolben 4 bzw. 4¹ betätigbare, zurückzieh- oder einfahrbare Spannstücke 8 bzw. 8' angeordnet. Dabei verbinden Betätigungs-Lenker 9 und 9¹ die Kolben 4 bzw. 4' mit

den Spannstücken 8 bzw. 8¹. Der Mechanismus zum Betätigen der Spannstücke 8, 8' mittels der Kolben 4 bzw. 4' kann anstelle dieser Lenker 9 bzw. 9¹ auch Steuerkurven oder Nocken aufweisen.

Der durch die beispielhaft dargestellten Betätigungs-Lenker 9, 9¹ gebildete Mechanismus ist nachstehend im einzelnen erläutert. Gemäß Fig. 2 dienen vom Spannstück 8¹ und vom Kolben 4¹ abstehende Verbindungs- oder Schwenkbolzen 22' bzw. 23' zur Verbindung des Spannstücks 8' und des Kolbens 4' mit dem Lenker 9'. Diese Schwenkbolzen 22', 23* sind mit Spiel in Bohrungen 24' bzw. 25' in den beiden Enden des Lenkers 9" eingesetzt. An den betreffenden Seiten von Spannstück 8' und Kolben 4' sind Anlageflächen 26' bzw. 27' ausgebildet, an die sich die beiden Enden des Lenkers 9' bei ihrer Längs- und Radialbewegung anlegen können. Dabei werden durch den Lenker 9¹ über die Anlageflächen 26', 27' Kräfte vom Kolben 4' auf das Spannstück 8' übertragen. Durch diese Ausgestaltung können Schaden an den Schwenkbolzen 22', 23' vermieden werden, weil auf letztere bei der Betätigung keine große Kraft einwirkt, während der Andruck der Spannstücke 8, 8' gegen die Innenflächen der Röhren 1, 1' dennoch vergrößert werden kann. Die beschriebene Ausgestaltung stellt jedoch lediglich ein vorzugsweises Beispiel dar; wenn die Schwenkbolzen 22', 23' kräftig genug ausgebildet sind, sind der lose Sitz und die Anlageflächen nicht unbedingt erforderlich.

Rückholfedern 10, 10' dienen zum Rückstellen der Spannstücke 8 bzw. 8' in Rückzieh- oder Einfahrrichtung. Für denselben Zweck können jedoch auch anstelle der dargestellten einfach wirkenden Kolben 4, 4' doppelt wirkende, druckmittelbetätigte Kolben be-

nutzt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Hohlkörper 2 aus zwei mittels Schraubbolzen 11 fest miteinander verbundenen Körperhälften gebildet, doch kann er auch auf andere zweckmäßige Weise ausgebildet sein. Beispielsweise wird die Leitstange 3 bei der dargestellten Ausführungsform durch zwei von den jeweiligen Mittelbereichen der Körperhälften (nach innen) ragende Leitstangenabschnitte gebildet, doch kann auch, wie in gestrichelten Linien angedeutet, eine ununterbrochene Leitstange in die beiden Körperhälften eingeschraubt sein.

Im folgenden sind Bedienung und Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf die dargestellte Ausführungsform beschrieben.

Zunächst werden die Enden von mit einer Arbeitsdruckmittelquelle 12 verbundenen Druckmittel(zufuhr)-Schläuchen 13, 13' durch die Röhre 1, d.h. die eine der beiden zu verbindenden Röhren 1 und I¹, von ihrem Anschlußende (junction end) her hindurchgezogen und mit den betreffenden Druckmittelzulässen 6 bzw. 6' an der einen Seite des Hohlkörpers 2 verbunden. Das Arbeitsdruckmittel kann dabei ein Gas, wie gasförmiger Stickstoff oder gasförmiges CO« , oder eine Flüssigkeit, wie Wasser oder Öl, sein. Die Druckmittelquelle 12 kann, wie dargestellt, aus einem Druckmittelbehälter 12, einer Pumpe 15 und Ventilen 16 und 17 oder aus einer anderen geeigneten Anordnung bestehen. Das Verfahren zum Anschließen der Enden der Schläuche 13, 13' an die Druckmittelzulässe 6 bzw. 6¹ ist ebenfalls wahlfrei.

Nach dem Anschließen der Schläuche 13, 13' an den Hohlkörper 2 wird dieser in einer vorbestimmten Stellung in der Röhre an seiner betreffenden Seite,

d.h. in der Röhre 1 beim dargestellten Beispiel, angeordnet, und Druckmittel wird vom Schlauch 13 her über den Druckmittelzulaß 6 zur Druckkammer 5 geleitet. Infolgedessen verschiebt sich der Kolben 4 bei der dargestellten Ausführungsform nach rechts gegen die Kraft der Rückholfeder 10, so daß die Lenker 9 die Spannstücke 8 in Andruckberührung mit der Innenfläche der Röhre 1 ausfahren. Daraufhin ist der Hohlkörper 2 gemäß Fig. 3a (in der Röhre 1) festgelegt. Hierauf wird die andere Röhre I¹ in eine vorbestimmte Stellung an der anderen Seite des Hohlkörpers 2 gebracht, worauf Druckmittel durch den Schlauch 13' über den Druckmittelzulaß 6' und die Leitung 7 in die Druckkammer 5' eingeführt wird. Der Kolben 4¹ verschiebt sich mithin gegen die Kraft der Rückholfeder 10' nach links, so daß die Lenker 9¹ die Spannstücke 8' in Andruckberührung gegen die Innenfläche der Röhre 1' ausfahren. Demzufolge wird gemäß Fig. 3b die Röhre 1' vom Hohlkörper 2 unterstützt oder getragen. Die beiden Röhren 1, 1' sind somit auf beiden Seiten des Hohlkörpers 2 so verspannt, daß ihre Enden oder Stirnflächen eine vorbestimmte Lagenbeziehung zueinander einnehmen. In diesem verspannten Zustand kann das Schweißen um den Gesamtumfang der Schweißrille oder -fuge herum erfolgen. Beim beschriebenen Vorgang können zweckmäßige Lehren (jigs) zur Festlegung der Röhren 1, 1' in vorbestimmter gegenseitiger Lagenbeziehung gegen den Hohlkörper 2 benutzt werden. Beispielsweise sind gemäß Fig. 4a in Bohrungen 19 (im Hohlkörper 2) Stäbe 18 einsetzbar, während gemäß Fig. 4b (halbringförmige) Scheiben 20 in eine um den Hohlkörper 2 umlaufende Nut 21 einsetzbar sind, wobei diese Stäbe 18 bzw. Scheiben 20 als Lehren für den Abstand zwischen den Röhren 1, 1' und zur Vereinfachung ihrer gegenseitigen Anordnung dienen können. Nach dem Fest-

legen der Röhren 1, 1' in ihrer vorgesehenen Lagenbeziehung können die Stäbe 18 bzw. die Scheiben 19 entfernt werden, so daß die Schweißarbeiten hierdurch nicht behindert werden.

Da die Röhren 1, 1' unter Festlegung einer Schweißrille oder -fuge (weld groove) von ihrer Innenseite her verspannt werden, ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung ein einfaches durchgehendes Schweißen um den Gesamtumfang der Röhren, ohne weiteres auch mittels einer automatischen Schweißmaschine, unter Vermeidung von Schweißfehlern.

Nach Durchführung der Schweißung wird beispielsweise das Ventil 17 geöffnet, so daß die Kolben 4, 4¹ durch die Rückholfedern 10 bzw. 10' zurückgeschoben werden und das Druckmittel aus den Druckkammern 5, 5' ausgetrieben wird. Dabei werden auch die Betätigungs-Lenker 9, 9' zurückbewegt, so daß die Spannstücke 8, bzw. 8' zurückgezogen bzw. eingefahren werden. Gemäß Fig. 3c ist der Hohlkörper 2 sodann von den Röhren 1, 1' getrennt, und er kann in diesem Zustand mittels eines nicht dargestellten Drahtzugs oder der Schläuche 13, 13' über das Ende der Röhre 1 oder durch eine andere entsprechende Öffnung herausgezogen werden. Wenn der Hohlkörper 2 dabei kugelig ausgebildet ist,
kann er nicht nur durch eine gerade Röhre, sondern auch durch eine gebogene Röhre, etwa ein Kniestück, zügig hindurchgezogen und leicht herausgeholt werden. Die dargestellte Ausführungsform ist mithin nicht nur für das Stumpfschweißen an geraden Röhren, sondern auch an einer geraden Röhre und z.B. einem Kniestück, jeweils eines mittleren Durchmessers, als Innen-Spannvorrichtung äußerst zweckmäßig.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, mit welcher miteinander zu verbindende Röhren mit Hilfe mehrerer aus

/in

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einem Mittelbereich des Hohlkörpers ausfahrbarer Spannstücke von der Innenseite her verspannbar sind, bietet somit die Vorteile, daß die Röhren durchgehend um den Gesamtumfang einer Schweißrille oder -fuge herum geschweißt werden können, daß Schweißarbeiten und Bedienung einfach sind, daß Schweißfehler kaum auftreten können und daß ohne weiteres mit einer automatischen Schweißmaschine gearbeitet werden kann. Da insbesondere die Druckmittelzulässe für die auf gegenüberliegenden Seiten des Hohlkörpers vorgesehenen Druckkammern an ein und derselben Seite des Hohlkörpers angeordnet sind, wobei das Druckmittel über die in der Leitstange ausgebildete Leitung zur Druckkammer an der gegenüberliegenden Seite geführt werden kann, ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung ein einfaches Arbeiten mit den an die Druckmittelzulässe angeschlossenen Druckmittel-Schläuchen unter Vermeidung der Nachteile einer An-Ordnung, bei welcher die Druckmittelzulässe auf gegenüberliegenden Seiten vorgesehen sind und bei welcher die jeweils angeschlossenen Schläuche aus den jeweiligen offenen Enden der Röhren herausgeführt und mit zwei getrennten Pumpen usw. verbunden werden müssen, so daß diese Schläuche entsprechend lang und schwierig zu handhaben sind. Erfindungsgemäß kann ohne weiteres eine Flüssigkeit, wie Wasser oder Öl, als Druckmittel benutzt werden; in diesem Fall läßt sich die Bewegung der Kolben feinfühlig steuern, so daß eine zuverlässige Wirkung mit einfacher und zuverlässiger Verspannung gewährleistet wird. Da zudem die. Kolben durch die Leitstange geführt sind, wird ein Hängenbleiben der Kolben in einer Schiefstellung sicher vermieden.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum innenseitigen Verspannen von Röhren, gekennzeichnet durch eine Leitstange (3), die sich längs der Mittelachse eines in den betreffenden, zu verbindenden Röhren (1, I¹) verschiebbaren Hohlkörpers (2) erstreckt, in gegenüberliegenden Seiten des Hohlkörpers (2) vorgesehene Druckkammer (5, 5¹) mit je einem verschiebbar auf der Leitstange (3) geführten, manschetten- oder ringförmigen Kolben (4, 4'), in der einen Seite des Hohlkörpers (2) vorgesehene, den betreffenden Druckkammern (5, 5¹) zugeordnete Druckmittelanschlüsse (6, 6'), eine die Leitstange (3) durchsetzende Druckmittel-Leitung (7) zur Verbindung der auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten Druckkammer (5¹) mit dem einen Druckmittelzulaß (6¹) und mehrere etwa im Mittelbereich des Hohlkörpers (2) um diesen herum angeordnete, den zu verschweißenden Enden der Röhren (1, I¹) entsprechend zugeordnete, zurückziehbare bzw. einfahrbare und durch die Kolben (4, 4¹) betätigbare Spannstücke (8, 8¹)·

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (2) eine kugelige Gestalt besitzt.
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