DE8507555U1

DE8507555U1 - Spannkörper zum gegenseitigen Ausrichten und Spannen der Enden eines Rohrpaars

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Publication number: DE8507555U1
Application number: DE19858507555
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-03-14
Filing date: 1985-03-14
Publication date: 1985-06-13
Also published as: JPS62502321A; JPH0445278B2

Description

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Glawe, Delfs, Moll & Partner - ρ 11465/85 - Seite 4

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannkörper zum gegenseitigen Ausrichten und Spannen der Enden eines Rohrpaars mittels von einem Haltekörper radial auswärts geführten Spanngliedern.

Ein solcher Spannkörper findet beispielsweise Anwendung zum gegenseitigen Ausrichten und Spannen von miteinander zu verschweißenden Rohrenden. Eine bekannte Ausführung weist innerhalb des Haltekörpers eine Vielzahl radialer Schlitze auf, in denen Lamellen geführt sind, die durch eine Spanneinrichtung radial auswärts geführt werden können. Dies ist aufwendig und hat Funktionsmängel.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannkörper der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine einfache Bau- und Funktionsweise hat und leicht anzuwenden ist. Ferner soll er besondere Eignung besitzen für die Anwendung bei der Verschweißung von Rohrenden.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß an dem Haltekörper mindestens zwei Zentrier- und Spanneinheiten vorgesehen sind, die die jeweils eine Umfangsnut umfassen, deren Flanken, von denen mindestens eine konisch ausgebildet ist, axial einander näherbar bzw. voneinander entfernbar sind und zwischen sich eine Reihe von Spanngliedern einschließen.

Die Spannglieder werden vorzugsweise von den Windungen einer in der Nut liegenden, geschlossenen Schraubenfeder gebildet, da dies ein besonders einfaches und wirkungsvolles Bauelement ist. Statt dessen können die Spannglieder auch von Einzelkörpern gebildet sein, jeweils über Gleitflächen mit den Nutflanken zusammenwirken und untereinander 1Λ sehr günstiger Weise durch einen Verbindungsdraht verbunden sein, der vorteilhafterweise eine ümfangskontraktion zum Zurückführen der Spannglieder in einen radial weiter innenliegenden Stern ausübt. Solche Spannglieder können beispielsweise die Form von Kugeln haben oder von trapezförmigen Klötzchen, deren Schrägflächen an den Flanken anliegen. Solche Klötzchen können auch einstückig in der Art einer Mäanderfeder miteinander verbunden sein, indem ein Ring mit trapezförmiger Quer-Schnittsgestalt wechselnd von beiden Seiten her axial eingeschnitten ist. Ein solcher Ring bildet eine Mäanderfeder und kann sich, wenn seine Ruhe-Umfangslänge geringer ist als die im Spreizzustand, aufgrund seiner Eigenelasti-

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! zität aus dem Spreizzustand zurückziehen.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist zumindest eine der beiden einander nächstgelegenen, an dem Haltekörper vorgesehenen Nutflanken zu der anderen hin geneigt. •vl Diese Neigung der am Haltekörper vorgesehenen Flanke hat

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uaiiiJ. xvii aux. J. <_> j-y c: , uau JCUCO UCXl-CtIl lauiax CtUaWCiI-UU ZU fpannzwecken geführte Spannglied nicht nur eine Radialbewegung, sondern auch eine Axialbewegung jeweils zu der

V anderen Spanneinheit hin durchführt. Das bedeutet, daß

J die Reihe der Spannglieder nicht nur eine radiale Spannung

auf den damit zusammenwirkenden inneren Rohrumfang ausübt, sondern auch eine axiale,durch die die miteinander zu verbindenden Rohrenden gegeneinander gespannt werden. Denn die beiden Reihen von Spanngliedern haben im radial ausgeweiteten Zustand einen geringeren axialen Abstand voneinander als im zusammengezogenen. Diese Wirkung kommt unabhängig davon zustande, ob die jeweils anderen, nicht an dem Haltekörper vorgesehenen Nutflanken geneigt sind oder nicht, im allgemeinen werden solche Ausführungen bevorzugt, bei denen auch sie geneigt sind, nämlich gegensinnig.

Zweckmäßigerweise ist in axialem Abstand von den Zentrier- und Spanneinheiten eine Hilfszentrierung vorgesehen, die mit der ihr näher gelegenen Zentrier- und Spanneinheit für genau axial fluchtende Anordnung des Spannkörpers sorgt, wenn dieser zunächst in einem Rohrende gespannt wird, bevor das andere angesetzt ist. Diese Hilfszentrierung kann denselben Aufbau wie die anderen Zentrier- und Spanneinheiten besitzen; jedoch kann sie auch von anderer Art sein, zumal von ihr keine so hohe Zentrier- und Spannqualität verlangt werden muß wie von den anderen.

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Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung kann zwischen den beiden Zentrier- und Spanneinheiten ein Ringraum mit Schutzgasanschluß vorgesehen sein. Den Begriff Ringraum erfüllt in diesem Zusammenhang jede Anordnung, die es gescattet, das Schutzgas von einer Schutzgaszuleitung dem gesamten Umfangsbereich innerhalb der stoßstelle der zu verbindenden Rohrenden zuzuführen. Zweckmäßigerweise schließen dabei die Spannglieder jeder den Schutzgas-Ringraum einschließenden Reihen zwischen sich einen begrenzten Durchschlagsquerschnitt ein. so daß bei jeder Spanngliederreihe eine Vielzahl von Durchlässen über den Umfang verteilt ist, die dafür sorgen, daß der zuvor zwischen ihnen anwesende Sauerstoff durch das Schutzgas gleichmäßig und zuverlässig verdrängt werden kann. Die Begrenztheit der Durchlaßquerschnitte ergibt dabei eine gewisse Drosselwirkung, die es gestattet, in dem Ringraum einen geringfügigen Schutzgasüberdruck herbeizuführen, der vorübergehend oder dauernd Sicherheit gegen den Wiedereintritt von Sauerstoff bietet.

Die einander nächstgelegenen Flanken der beiden Zentrier- und Spanneinheiten sind zweckmäßigerweise fest am IEiItekörper gebildet, während die beiden äußeren Flanken beweglich ausgebildet sind und mit Kolben bzw. Zylindern einer Kolbenzylindereinrichtung zu ihrer Steuerung verbunden sind. Wenn auch eine Hilfszentrierung vorgesehen ist, ist zweck** mäßigerweise eine der beiden äußeren Flanken über einen axial beweglichen Ring, der auch an der Bildung der Hilfszentrierung beteiligt ist, mit der Kolbenzylindereinrichtung verbunden, so daß die Hilfszentrierung gleichzeitig mit der zugehörigen Zentrier- und Spanneinheit gesteuert wird.

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Zu einer kompakten und baulich einfachen Einheit gelangt man dann, wenn der Haltekörper auf der Kolbenstange und die die beweglichen Flanken bildenden Teile auf dem .Hältekörper geführt sind. Die Kolbenstange bildet dabei einen die gesamte Anordnung zusammenhaltenden Anker. Sie kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung Zu- und ggf. Abfüb-rkanäle für Schutzgas, Betätigungsmedium und/oder ggf. weiterd Medien enthalten.

Der Haltekörper kann einen Kühlmittelraum enthalten, dem das Kühlmedium durch die Kolbenstange zuführbar ist. Unter den Begriff Kühlmittelraum fallen in diesem Zusammenhang auch Kühlmittelkanäle. Die Anordnung eines Kühlmittelraums in dem Haltekörper steht insofern in einem funktionellen Zusammenhang mit der Ausbildung der Zentrier- und Spanneinheiten als Spanngliederreihen, als letztere mit sehr geringem radialen Raumbedarf hergestellt werden können, so daß die Wärmeabfuhrquerschnitte des Haltekörpers beliebig nahe an die Außenfläche des Spannkörpers herangeführt werden und in gutem wärmeabführenden Kontakt mit den Spanngliedern steht.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel in einem schematischen Längsschnitt veranschaulicht.

Der im folgenden beschriebene Spannkörper dient dazu, die Rohrenden 1 und 2 im Bereich ihrer Stoßstelle fest und genau miteinander fluchtend zu verspannen, so daß sie mittels einer automatischen Rundschweißmaschine von außen problemlos miteinander verschweißt werden können. Ein

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wichtiges Anwendungsgebiet ist beispielsweise die Herstellung von RDhrpostleitungen/ bei denen sehr hohe Anforderungen an die Fluchtgenauigkeit der Rohrwände zur Vermeidung von störenden Absätzen oder Stufen gestellt werden. Vielfach wird die Vorrichtung wesentlich kleiner ausgeführt werden₇ als sie der Deutlichkeit halber in der Zeichnung dargestellt ist.

Auf der Kolbenstange 6 sitzt ein Kolben 4 mit der Umfangsdichtung 5 innerhalb eines Zylinders 15, mit dessen Endwand 16, die durch eine Dichtung 12 gegenüber der Kolbenstange 6 abgedichtet ist, der Kolben einen Zylinderraum 17 einschließt. Das andere Ende des Zylinders 15 ist durch ein<; Scheibe 18 geschlossen, die eine Führungsnabe 19 für die Kolbenstange 6 enthält.

Die Kolbenstange ist rohrförmig am linken Ende geschlossen und am rechten Ende offen ausgeführt. Durch ihren Hohlraum ist eine Leitung 20 zu einer unmittelbar links neben dem Kolben 4 in der Kolbenstange liegenden öffnung geführt, durch die der Arbeitsraum 17 mit Druckmedium zur Betätigung des Spannkörpers beaufschlagt werden kann.

In der Zeichnung links von der Kolbenzylinderreinrichtung sitzt auf der Kolbenstange 6 der Haltekörper 21, der im wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildet ist, der an seinem rechten Ende über einen Dichtungs- und Führungsring 12a und in Abstand von seinem linken Ende über ein Paar von Führungs- und Dichtungsringen 12b axial verschiebbar und koaxial auf der Kolbenstange 6 sitzt. Die Dichtungsringe 12a und 12b schließen miteinander einen Kühl-

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aittelraum 22 ein, der über eine Kühlmittelzuführungsleitung 23 und eine Kühlmittelabführungsleitung 24 mit einem Kühlmedium, beispielsweise Wasser, beaufschlagt und durchspült werden kann, die innerhalb des Hohlraums der Kolbenstange 6 gelegen sind.

Das Paar von Dichtungs- und Führungsringen 12b schließt einen Ringraum 25 ein, der über eine oder mehrere Boh^- rungen 26 mit dem Hohlraum der Kolbenstange 6 ständig in Verbindung steht. Außerdem filhren mehrere Bohrungen von dem Ringraum 25 radial nach außen zu einem Ringraum 28, der zwecks Vergleichmäßigung der Zuströmung ein ringsum laufendes Lochblech 29 enthalten kann. Wenn der Kolbenstangenhohlraum mit Schutzgas beaufschlagt wird, kann durch diese Anordnung dem Ringraum 28 Schutzgas zugeführt werden.

Beiderseits des Ringraums 28 erheben sich auf der Zylinderjberflache des Ifaltekörpers zwei Ringvorsprünge 30, 31, die auf ihrer dem Ringraum abgewandten Seite konische Flanken bilden mit einander nach außen, zueinander zugeneigter Flankenrichtung. Daran schließt sich jeweils ein zylindrischer Abschnitt an.

Auf dem linken Ende der Kolbenstange 6 sitzt fest ein Teller 32 mit Kragen 33, der passend über den linken Zylinderansatz des Haltekörpers 21 greift und eine konische Flanke 34 bildet, die der ihr an dem Ringansatz gebildeten Flanke 35 unter Einschluß einer Nut 36 gegenüberliegt und gegensinnig geneigt ist. Die Nut 36 enthält eine ringförmig geschlossene Spiralfeder 3, die

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eine gewisse Zugvorspannung enthalten kann, so daß sie stets in die Stellung geringster Umfangslänge strebt.

Jenseits des Ringraums 28 ist zwischen Flanken 3 7 und eine Nut 39 mit Ringfeder 3 gebildet, die der zuvor beschriebenen gleicht. Dabei ist die Flanke 38 an einem Ringteii 4ö angeordnet, der axial auf dem Zylinderumfang des Haltekörpers 21 beweglich geführt 1st und an seinem anderen Ende gleichfalls eine geneigte Flanke 41 aufweist, die an der Bildung einer Nut 4 2 für eine Ringfeder 3 beteiligt ist, die auf der anderen Seite von einer Flanke begrenzt wird, die von einem hohlz;</lindrischen Ansatz an dem Zylinder 15 angeordnet ist, wobei der Ansatz 44 über den Außenumfang des Haltekörpers 21 greift.

Zwischen dem Haltekörper 21 und dem Teller 32 einerseits und dem Haltekörper 21 und dem Flansch 16 des Zylinders andererseits sind axial wirkende Druckfedern 13a bzw. 13b als Rückstellfedern angeordnet.

An das rechte, offene Ende der Kolbenstange 6 ist ein Schlauch 10 fest und dicht angeschlossen, der für die Zuführung des Schutzgases dient und die Zuleitungen zu den Druck- und Kühlmediumsleitungen 20, 23 und 24 enthält.

In dem dargestellten entspannten Zustand kann der Spannkörper durch Zug um Zug an dem Schlauch 10 innerhalb einer Rohrleitung an die ihm zugedachte Stelle gebracht bzw. von dieser wieder entfernt werden.

Die Vorrichtung arbeitet in folgender Weise, wobei voraus-

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gesetzt wird, daß die Feder 13a größere Druckkraft als die Feder 13b entwickelt.

Wenn der Arbeitsraum 17 der Kolbenzylindereinrichtung 4,15 mit Druckmedium beaufschlagt wird, so wird die Kolbenstange 6 gegenüber dem Zylinder 15 nach rechts bewegt, wodurch vom linken Ende der Kolbenstange her über den Teller 32, die Feder 13a und den Haltekörper 21 die Feder 13b zusammengedrückt wird, während sich der Haltekörper 21 dem Zylinder 15 nähert. Dabei nähern sich auch die Flankenpaare 37, 38 und 41, 43, wodurch die zwischen ihnen gehaltenen Ringfedern in der gestrichelt angedeuteten Weise nach außen gepreßt werden, bis sie in Anlage am Innenumfang des Rohrs 1 gelangen und den Spannkörper dadurch innerhalb dieses Rohr zumindest vorläufig zentrieren und festhalten. Die Kraft der Feder 13a ist so gewählt, daß in diesem Zustand die im Bereich der Nut 36 gebildete Spanneinheit noch nicht in Funktion tritt, so daß das Rohr 2 noch justiert werden kann. Anschließend wird der Druck im Arbeitsraum 17 gesteigert, so daß auch die Feder 13a zusammengedrückt wird und die Flanken 34, 35 der linken Spanneinheit einander angenähert werden und die zwischen ihnen befindliche Ringfeder 3 in die gestrichelte Stellung nach außen gepreßt wird, bis auch das Rohr 2 zentriert und gespannt wird. Dabei führt, wie aus der unterschiedlichen Lage der Ringfeder in durchgezogener und gestrichelter Stellung hervorgeht, die Ringfeder auch eine axiale Bewegungskomponente durch, die gewünschtenfalls zu einem Gegeneinanderspannen der Stoßflächen der Rohre genutzt werden kann.

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Sobald der Spannkörper sich im fertig gespannten Zustand befindet, wird Schutzgas zugeführt, das die atmosphärische Luft aus dem Ringraum 28 und somit aus dem Schweißbereich auf dessen Innenseite verdrängt. Die Anordnung ist nun bereit für die automatische Verschweißung des Rohrstoßes von außen her. Zur Vermeidung von überhitzung des Spannkörpers und seiner Teile kann dabei der Halteteil 21 durch Zuführung von Kühlmedium in dem Kühlmediumsraum 22 gekühlt werden.

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Claims

1. Spannkörper zum gegenseitigen Ausrichten und Spannen der Enden eines Rohrpaars mittels von einem Haltekörper radial auswärts geführten Spanngliedern, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Haltekörper (21) mindestens zwei Zentrier- und Spanneinheiten (34,35,36,3; 37,38, 39,3) vorgesehen sind, die jeweils eine ümfangsnut (36, 39) umfassen, deren Flanken (34,30; 37,38), von denen jeweils mindestens eine konisch ausgebildet ist, axial einander näherbar bzw. voneinander entfernbar sind und zwischen sich eine Reihe von Spanngliedern (3) einschließen.

2. Spannkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand der beiden Reihen von Spanri-

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gliedern (3) im radial ausgevreiteten Zustand geringer als im zusammengezogenen ist.

3. Spannkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden einander
nächstgelegenen, an dem Haltekörper (21) vorgesehenen Nutflanken (35,37) zu der anderen hin geneic-·.. ist.

4. Spannkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannglieder (3) von den
Windungen einer geschlossenen Schraubenfeder gebildet
sind.

5. Spannkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannglieder von den Längsgliedern einer Mäanderfeder gebildet sind.

6. Spannkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne, getrennte Spannglieder
durch eine Ringfeder verbunden sind.

7. Spannkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in axialem Abstand von den Zentrier- und Spanneinheiten eine Hilfszentrierung (41,42,43,3)
vorgesehen ist.

8. Spannkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen beiden Zentrier- und Spannfcinheiten (34,35,36; 37,38,39) ein Ringraum (28) mit Schutzgasanschluß vorgesehen ist.

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9. Spannkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannglieder (3) jeder Reihe zwischen sich einen begrenzten Durchlaßquerschnitt einschließen.

10. Spannkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörper (21) die einander nächstgelegenen Flanken (35,37) der beiden Zentrier- und Spanneinheiten bildet, während die beiden äußeren Flanken (34,38) mit Kolben (4) bzw. Zylinder (15) einer Kolbenzylindereinrichtung verbunden sind.

11. Spannkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden äußeren Flanken (38) über einen axial beweglichen Ring (40), der auch an der Bildung der Hilfszentrierung (41,42,43) beteiligt ist, mit der Kolbenzylindereinrichtung (4,15) verbunden ist.

12. Spannkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörper (21) auf der Kolbenstange (6) und die die beweglichen Flanken (34, 38) bildenden Teile (33,40) auf dem Haltekörper (21) geführt sind.

13. Spannkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (6) Zu- und Abführkanäle (20,23,24,26) für Schutzgas, Betätigungsmedium und/oder ggf. weitere Medien enthält.

14. Spannkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörper (21) einen Kühlmittelraum (22) und die Kolbenstange (6) wenigstens einen Kühlmittelzufuhrkanal (23) enthält.