JP7000432B2 - 管状の構成部材を分離するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に洋上建造物または橋梁建造物の形の支持構造物を構成するために適しかつ両側で開いた管端部を備える管長手方向延在長さを有している管状の構成部材を分離するためのシステムおよび方法に関する。

関連技術
従来のエネルギ生成システムを離脱する傾向が高まるなかで、再生可能エネルギ源を開発する努力は変わらずに続いている。このエネルギの変遷の目標を達成するために、洋上ウィンドタービンは電力生成要求に大いに寄与すると期待されている。結果として、現在開発されているウィンドタービンの出力は徐々に増大している。このプロセスにおいて達成されたハブ高さと、屋外の洋上領域において必須かつ好適なシステムの造設とは、ジャケット、トリパイル、トライポッドと呼ばれる形の開いた基礎構造を必要とする。ジャケットコンセプトは、既にそれ自体がオイル産業およびガス産業において有効であると証明されており、その開いた格子構造は、モノパイル構造に対して４０％から５０％の重量に関する利点を有している。この場合、造設コストの大部分は、管と管との結合部を成す溶接接合部として構成された管接合部の製造に関連している。ウィンドタービンおよびコンバータプラットフォームのための基礎構造用のジャケット基礎は、このような接合部を特に多数必要とする。ハブ高さが増すにつれて累積する造設コストも増大するので、将来的には、このような種類の基礎構造のためにコストを減じる製造プロセスを実施することが必要となる。さらに、通常は互いに極めて離れている新しい造設地を絶え間なく開発するという観点から、建設ロジスティックスに関する問題はますます差し迫ったものとなる。

典型的にはベース管と、接続する少なくとも１つの管継手（ソケット）とから成る管接合部は、鋼構造において交差する管の標準的な接続エレメントであり、ラティスマスト構造、橋梁および上述のジャケット、トライポッド、トリパイルのような開いた構造において多数使用されている。ジャケット構造および種々異なる構造設計の種々異なるタイプに基づいて、管接合部は典型的にはX形、Y形、K形およびダブルK形の構造形式で使用されている。これらの構造形式において、接合部は、接続角度、管継手の位置、薄板厚さおよび管直径において互いに異なっているので、極めて大量の種々異なる接合部タイプを唯１つの開いた構造体において使用することができる。

管継手の切断、つまり接続すべき両管継手の周壁面を互いに接触させることができる、適切に選択された共通断面を形成することによる管継手の事前製造は、現行の先行技術によれば完全に機械化されたガス切断装置を使用して実施される。１mから３mである典型的な管直径寸法のために、管継手は手動の溶接によってベース管に接続される。現在に至るまで、管継手の切断と管接合部の溶接とを組み合わせて１つの包括的な解決手段を成すシステムは、存在していない。

管の切断のためには、完全に機械化された解決手段が存在する。この解決手段は、電動支援により、切断すべき、もしくは局所的に分離すべき管を水平方向の回転軸線を中心として回転させることができるクランプもしくは支承装置を提供している。少なくとも１つのリニア軸線に沿って両方向に変位可能な分離工具は、水平方向に取り付けられた管セグメントのための回転可能な支持を提供するクランプ装置の空間的に傍らに取り付けられていて、管セグメントの周壁面に沿ったこの分離工具の移動は、水平方向に支持された管セグメントの回転運動に重ねられるので、管セグメントは、規定可能な分離曲線に沿って分離される。

このような完全に機械化された管切断システムは、たとえば欧州特許第００８２２７４号明細書、独国特許発明第３４３９４３１号明細書、独国特許発明２４３０５１３号明細書ならびに旧東ドイツ国経済特許第１５０５６４号明細書において提案されている。上述のシステムコンセプトに基づく公知の管切断システムは、このシステムが占める極めて大きな組立てスペースならびに設備の極めて大きい重量に基づいて、固定された位置でのシステム設置に制限する必要があり、別の製造現場へのその配備は、極めて大きな手間に結びついている。加工すべき管セグメントの回転可能な組付けと、分離工具の回転可能な組付けとは、互いに機械的に分離されているので、２つのシステム構成部材は、空間的に極めて正確に配置されなければならない。別の欠点は、いわゆる「不良部分」と呼ばれる、管セグメントから分離された部分の取扱いに関する。この「不良部分」は、単に管セグメントから脱落するか、または一貫性なく制御された形式で搬出される。したがって、たとえば良好部分と不良部分との間で相対運動が開始した時点または２つの部分が互いに最終的に分離する時点は、たとえば構成部材の熱負荷、重力作用等のような複数の影響要因の相互作用に基づいて最終的に特定することができない。このことは、切断品質の局所的に限定された低下ならびにシステム構成要素の損傷さらには切断すべき管セグメント自体の損傷をももたらしてしまう。

適切なサイズに切断され、クランプ装置内に回転可能に支持された良好部分を、その水平方向の位置から、ベース管に接合する後続のプロセスにとって適している鉛直方向の位置へと変位するためにかけなければならない多大な取扱い手間も不都合であるとみなすべきである。したがって、適切なサイズに切断された管セグメントは、まずクレーンシステムまたは適切な耐荷重容量を有する類似の操作設備によって鉛直方向の位置へと搬送しなければならず、次いでベース管上の位置へと搬送される。このことは、２つのプロセス工程の間の再緊締、つまり相応する機械的なアンカ点の変更を必要とし、このことも付加的な取扱い手間となる。

独国特許出願公開第１０２００６００４３５８号明細書は、バーナヘッドを用いて管を熱により分離するための方法および装置に関する。この方法および装置では、管クランプ兼回転装置は使用されていない。管は、管が水平方向の位置にあるときに適切なサイズに切断されるが、切断は管の内側から実施され、切断輪郭に沿った分離・溶接バーナの周方向の運動は、切断バーナシステム自体により実施される。その他の点では、公知の装置は、システム設置、不良部分の分離および大きな取扱い手間に関して同じ欠点を全て有している。

国際公開第２０１３／０７２０１６号は、構成部材、特に洋上構造体を建造するための管を溶接しかつ切断するための方法および装置を提案している。切断および／または溶接装置は、ベース管に直接に取付け可能な複数のリニアガイドを備え、このリニアガイドのそれぞれに１つの分離溶接工具が両方向で変位可能な形式で取り付けられている。分離または切断輪郭に沿った軌道点への到達可能性およびアクセシビリティは、分離および溶接工具を支持するマニピュレータユニットの動作範囲ならびに組立て空間にかなり依存する。マニピュレータユニットは、通常は産業ロボットの形を有している。マニピュレータの動作範囲の拡大はしばしば、組立て空間要求の拡大ならびに分離および／または溶接工具の動的な支持部のより大きな総重量をもたらす。このことは自体は、管に直接に取り付けられたレールリニアガイドの耐荷重容量に直接に作用する。しかしながら公知の分離・溶接装置では、ベース管の周壁面に沿った局所的な開口を加工することしか可能ではない。管全周を巡って通過する管切断は、公知の装置では可能ではない。

独国特許出願公開第１０２００７０１５０７１号明細書は、管状および平坦なワークを切断し溶接するためのモジュール式の自動化された機械を提案している。この機械は、７つの空間軸を中心として運動可能な機構を有している。この機構には、加工工具が取り付けられている。機械は、コンパクトに設計されており、室内に懸架され得るので、並進的に移動することができる。

独国特許出願公開第１０２０１３０１８４１７号明細書は、管成形材切断機を開示している。この管成形材切断機では、水平方向に取り付けられた管を加工することが可能である。このためには、機械は、鉛直方向に運動可能なロボットアームを有している。このロボットアームは、アーム端部に取り付けられた切断工具を備えている。加工すべき管は、並進式かつ回転式のコンベヤ機構によって切断工具の加工領域へと搬送される。

発明の概要
本発明の根底を成す課題は、特に洋上建造物または橋梁建造物の形の支持構造物を構成するために適している管状の構成部材を切断するためのシステムを改良して、管継手を高い精度で極めて正確に適切なサイズに切断することができ、この切断を、任意の配備現場における使用のために過度の搬送手間および設置手間なしに移動可能である分離装置によって達成することができるようにすることである。管状の構成部材が分離工具によって予め規定された分離軌道に沿って切断されるべき品質および精度は著しく改善することが望ましい。さらに、予備組立てのために、つまり管セグメントの適切なサイズへの切断ならびに適切なサイズに切断された管セグメントをそれに応じて用意されたベース管に合わせて接続するために要求される全てのプロセス工学的な観点における手間の減少のための条件を形成することも重要である。

本発明の根底を成す課題の解決手段は、請求項１に記載されている。請求項１２の対象は、管状の構成部材を分離するための本解決手段による方法である。本発明の思想を有利に発展させる特徴は従属請求項の対象であり、以下の説明において特に図示された実施の形態に関して説明される。

本解決手段によるシステムは、特に洋上建造物または橋梁建造物の形の支持構造物を形成するために適しかつ両側で開いた管端部を備える管長手方向延在長さを有している管状の構成部材を分離するためのシステムであって、可動の搬送モジュールを有している。この可動の搬送モジュールは、種々異なる管直径に適合可能である管クランプ装置を備える受取りプラットフォームを有している。管クランプ装置は、鉛直方向に配向されている構成部材の下側の第１の管端部が管クランプ装置と取外し可能かつ固定的に係合可能であるように、管状の構成部材を受けかつ安定的に取り付けるように設計されている。

さらに、分離装置が設けられている。この分離装置は、鉛直方向で上昇可能かつ降下可能であるように、かつ好適には空間的に自由に位置決め可能であるように支持構造体上に取り付けられている。支持構造体は、有利には、一種の格子状の上部構造の形式で、またはクレーン状の支持アームの形で実施されていてよく、この支持構造体上には分離溶接アセンブリが鉛直方向で可動に、好適には空間的に自由に位置決め可能であるように取り付けられている。好適には、支持構造体は、組立て可能かつ分解可能であるように構成されているので、支持構造体の展開は１つの箇所に制限されず、必要に応じて陸上または水上に支持された製造現場において建設かつ解体することができる。当然ながら、支持フレームまたはクレーン装置の形の既に現場に存在する資源も支持構造体のために使用することができる。

さらに分離装置は、可動の搬送モジュール上に鉛直方向に載置された管状の構成部材の上側の第２の管端部に取外し可能かつ確実に固定するための取付け装置を有している。このためには、取付け装置は上側の管端部に係合し、これにより管状の構成部材の内壁のみに作用するクランプ力を加えることにより自己センタリング式の形状結合式の結合部を形成する。この形状結合式の結合部は、さらに支持構造体から懸架されている分離溶接アセンブリによって管状の構成部材全体を上昇させ、かつこの管状の構成部材を適切に位置決めすることができるように、十分に強くかつ安定的である。

最終的には、取付け装置には間接的または直接的に、好適にはたとえば鉛直方向の関節アームロボットの形式の６軸の開放リンク機構の形、しかし少なくとも３軸のリンク機構の形のマニピュレータユニットが取り付けられている。このマニピュレータユニットの自由に位置決め可能なマニピュレータ端部には分離工具が取り付けられている。

確実に固定された状態において、マニピュレータユニットを介して接続されている、上側の管端部上に載置された取付け装置と分離溶接工具は、管状の構成部材と固定的に規定された空間関係にある。つまり、管状の構成部材と分離溶接アセンブリには、１つの共通の座標システムが対応している。この共通の座標システム内で、分離工具は、予め規定された軌道に沿って正確に管状の構成部材に対して相対的にガイド可能である。この軌道は、管状の構成部材の半径方向外側にあり、管状の構成部材を２つの別個の構成部材部分に分離することができる分離ラインに対応する。通常、構成部材分離の結果として生じる、分離溶接アセンブリの取付け装置が固定されている上側の構成部材部分は、良好部分に相当し、可動の搬送モジュール上に載置された下側の構成部材部分は、搬出されるべき不良部分に相当する。

好適には低床車両または可動の積載ユニットにより操作可能な装置として実施された可動の搬送モジュールの受取りプラットフォームとの取外し可能かつ固定的な接続部を、管状の構成部材に形成するためには、管クランプ装置は、受取りプラットフォームに沿って可動かつロック可能であるように取り付けられている少なくとも２つのクランプブロックを有している。受取りプラットフォーム上に間接的または直接的に支持されている鉛直方向に配向された管状の構成部材の内側に設けられたこれらのクランプブロックは、管状の構成部材の内壁に沿って均等に分布されていて、かつ内壁に向かって半径方向外方に向けられた緊締力を作用させながら、管状の構成部材に係合可能であるように配置されかつ構成されている。択一的にまたは付加的には、これらのクランプブロックは、受取りプラットフォーム上に間接的または直接的に支持されている鉛直方向に配向された管状の構成部材の半径方向外側に設けられていてよく、管状の構成部材の外壁に沿って均等に分布されていて、かつ外壁に向かって半径方向内方に向けられた緊締力を作用させながら、管状の構成部材に係合可能である。

クランプブロックは、好適にはニューマチック、ハイドロリックまたは電動モータによる力によって、受取りプラットフォーム上に載置された鉛直方向に配向された管状の構成部材の内壁および／または外壁に対して支持される。好適には、このような種類の３つ、４つまたはそれ以上のクランプブロックが設けられており、これにより数メートルの高さに及ぶこともある管状の構成部材の、可動の搬送モジュール上での確実かつ堅固な載置を保証することができる。

好適な実施の形態では、それぞれ受取りプラットフォームに沿って双方向に可動または移動可能であるように配置された各クランプブロックは、鉛直方向に調整可能なサポート構造体を有している。このサポート構造体は、各個別のクランプブロックの各サポート構造体が下側の管端部の円周状の端縁に局所的に係合可能であるように構成されかつ配置されている。このためには、サポート構造体は、好適にはフォーク形であり、この形式により管状の構成部材の下側の端縁を局所的または部分的に取り囲んでいる。各個別のサポート構造体の独立した鉛直方向の変位可能性により、管状の構成部材を、任意の形状の端面輪郭で終端している管縁部を有する下側の管端部で受けかつ支持することが可能である。これに関するさらなる詳細は、具体的な実施の形態に関する説明から判る。

別の好適な実施の形態では、可動の搬送ユニットの受取りプラットフォーム上には、管クランプ装置の他に、鉛直方向に移動可能なサポートユニットも取り付けられている。このサポートユニットは好適には少なくとも２つの、好適には３つ、４つまたはそれ以上のクランプブロックの間で中間もしくは中心的に配置されている。鉛直方向に移動可能なサポートユニットは、好適には望遠鏡式に延長可能であるように設計されており、上側の受止めもしくは支持プラットフォームを有している。この受止めプラットフォーム上には、少なくとも取付け装置と管状の構成部材の間で堅固な結合部が存在する場合に、分離装置が載置される。鉛直方向に移動可能なサポートユニット上での分離装置の空間的に固定された支持は、分離装置の安定的かつ空間的に固定された位置決めを、特に分離工具によって管状の構成部材が２つの別個の構成部材部分に切断される時点でも、保証する。鉛直方向に移動可能なサポートユニットは、分離された上側の構成部材部分が規定されずに下側の構成部材部分上に支持されるか、またはこの下側の構成部材部分を損傷することを回避するために働く。むしろ、上側の構成部材部分は、分離装置に堅固に固定されているので、分離溶接プロセスにおいて形成された分離ラインによる分離後にさえ、空間的に不動であり、下側の構成部材部分から離隔したままである。

分離の完了後に、上側の構成部材部分は、支持構造体に取り付けられた分離装置により搬送モジュールから持ち上げられ、かつたとえば中間的な保管のために、または適切に支持されかつそれに応じて事前に設けられたベース管に接合するための溶接作業における別の加工のために、任意の箇所へと搬送されてよい。同様に、可動の搬送モジュール上に載置された下側の構成部材部分も搬出されるか、処分されるか、または再利用することができる。

分離装置が鉛直方向にしか変位されない場合、不良部分を支持する可動の搬送モジュールは離れるので、良好部分を受け取るために好適には同一の構造の可動の第２の搬送モジュールを使用することができる。

分離装置の好適な態様のより詳細な説明は好適な実施の形態に関連した以下の説明から判る。

管状の構成部材を分離するための本解決手段によるシステムは、管状の構成部材の分離およびそれに続く特に洋上建造物または橋梁建造物の形の支持構造物の設計および形成のための新規の方法を可能にする。この新規の方法は、第１の工程において管状の構成部材を管長手方向延在長さが鉛直方向に配向されるように可動の搬送モジュールの受取りプラットフォーム上に配置し、これにより、管状の構成部材が製造平面に沿って可動かつ自由に位置決め可能であることを特徴としている。

支持構造体は、製造平面上に立つように取り付けられており、たとえば支持骨組みの形または一種のクレーンシステムとして実施されている。この支持構造体の上には、分離装置が、少なくとも鉛直方向で上昇可能かつ降下可能であるように、好適には空間的に自由に位置決め可能であるように配置されている。「空間的に自由に位置決め可能」という用語は、互いに垂直方向に向けられた３つの空間軸に沿った分離装置の変位を意味している。その後に、管状の構成部材と分離装置とは、搬送プラットフォームにより互いに対して相対的に整列され、これにより分離装置は、搬送プラットフォーム上に鉛直方向で載置された管状の構成部材の上側の管端部上へと鉛直方向に降下させられて、上側の管端部において管状の構成部材に形状結合式の接続部を形成しながら固定的かつ取外し可能に接続される。

分離装置と管状の構成部材との間に空間的に固定された接続部が形成された後に、分離装置に取り付けられた少なくとも１つの分離工具によって、管状の構成部材は予め規定された分離曲線に沿って分離され、これにより下側の構成部材部分および上側の構成部材部分の形の分離された構成部材部分を得ることができる。

分離のプロセスは、分離工具が半径方向外側で管状の構成部材に配置され、分離曲線に沿って管状の構成部材の周囲をガイドされるように実施される。

分離プロセス中または分離プロセス後に上側の構成部材部分が下側の構成部材部分に対して相対的に傾き、かつ／または少なくとも、２つの構成部材部分の間で生じる分離ラインの距離だけ沈んで、これにより形成された切断輪郭を損傷することを阻止するために、分離装置と、この分離装置に形状結合式および力結合式に接続された上側の構成部材部分とは、管状の構成部材とは別個に可動の搬送モジュールに対してサポートされ、これにより上側の構成部材部分が規定されていない形式で沈むことを防止する。

完全な分離後に、上側の構成部材部分は、自由に位置決め可能な分離溶接アセンブリにより上昇させられ、かつ適切な箇所へ移動される。可動の搬送モジュール上に載置する下側の構成部材部分は、同様の形式で除去され、処分されるかまたは再利用される。

管状の構成部材における分離タスクの実施の他に、本解決手段によるシステムは、有利な形式で、この点において構成部材の手直しのためにも役立つ。分離工具を対応して研磨工具に交換することにより、研磨作業を、たとえば溶接止端部、特に構成部材の基材と溶接シームとの間の移行部において、好適には切欠き作用を減少させるためのキャップパスの溶接止端部を研磨し、ひいては動的負荷に対する溶接結合部の抵抗を高めるために実施することができる。同様に、たとえば溶接シーム内の欠陥等を取り除くためにルートおよびフィラービードを加工するための研磨のプロセスを行うことも可能である。

発明の簡単な説明
以下に本発明を、一般的な発明思想を制限することなしに、図面を参照しながら本発明の実施の形態を用いて例示的に説明する。

本解決手段によるシステムの概観図である。 可動の搬送システムを示す図である。 管状の構成部材に取り付けられた分離溶接アセンブリを説明するために詳細に図示した詳細な概観図である。 システム全体を示す図である。 ａ）からｄ）は、管状の構成部材への分離溶接プロセスの実施を表す一連の流れを示す図である。

発明を実現する方法、産業適用性
図１は、管状の構成部材１を分離するための本解決手段によるシステムを概略的に示す斜視図である。管状の構成部材１は、図１では真っ直ぐな鋼製の円筒体であり、可動の搬送モジュール３の、水平方向に配向された受取りプラットフォーム２上に支持されている。搬送モジュール３は、製造平面Eに沿って自由に移動する。図面に示された可動の搬送モジュール３は、好適には低床搬送車両である。択一的には、可動の搬送モジュール３を、製造平面内で運転可能なキャリア機能または装置を備える別の荷物運搬車両の形で形成することも可能である。

さらに本解決手段によるシステムは、可動の搬送モジュール３とも、管状の構成部材１とも別個の分離装置４を有している。この分離装置４は、加工準備もしくは加工設定のために、懸架アセンブリ５により、好適にはケーブルウィンチを介して少なくとも鉛直方向で上昇可能かつ降下可能となるように支持構造体６に支持されている。図１に図示された著しく概略的な懸架アセンブリ５は、分離モジュール４と荷役用の支持構造体６との間の機械的な結合部のあらゆる可能な形式を示していると理解することができる。支持構造体６は、製造平面E上で本質的に安定的に補強された格子状フレームとして形成することができる。同様に、分離装置４の重量を定置または可動のクレーンシステムにより支持することも可能である。このクレーンシステムは、さらに分離装置４の鉛直方向の運動、好適には空間的に自由な位置決めも可能にする。

搬送モジュール３および少なくとも鉛直方向で可変に位置決め可能な分離装置４により製造平面Eに沿った管状の構成部材１の可動の位置決め可能性を与えることによって、管状の構成部材１および分離装置４を鉛直方向でオーバラップした位置に搬送することが可能である。この位置では、分離装置４が、鉛直に配向された管状の構成部材１の、開放した上側の管端部７の方向に鉛直方向で降下させられる。

分離装置４は、取付け装置８を有している。この取付け装置８は、分離装置４の支持プレートアセンブリ９の下に配置されていて、管状の構成部材１の内部へと入り込むのに対して、支持プレートアセンブリ９は、端面で途切れている円形の上側の管端部７上に支持される。

分離装置４は、取付け装置８を介した形状結合式の接続によって管状の構成部材１の内壁に取外し可能かつ固定的に接続される。

支持プレートアセンブリ９の周縁部に沿って、２つのリニア装置１０が取り付けられている。これらのリニア装置１０は、分離装置４が管状の構成部材１に固定されているときに、鉛直方向で下方および上方に変位可能であるように取り付けられている。各リニアユニット１０の下端部には、少なくとも３軸のリンク機構、好適には６軸の開放リンク機構、たとえば鉛直方向の関節アームロボットのような形のマニピュレータユニット１１が取り付けられている。この関節アームロボットのマニピュレータ端部には、分離工具１２が設けられている。

リニアユニット１０は、各々に取り付けられたマニピュレータユニット１１および分離工具１２とともに支持プレートアセンブリ９を中心として回転可能であるように、ひいては、管状の構成部材１の外周の周りを回転可能であるように、取り付けられている。

２つの分離工具１２を設けることによって、分離プロセスの継続時間を半分にすることができる。このことは、特に肉厚の大きい管状の構成部材１を分離すべき場合に著しく有利である。

各分離工具１２にプロセスガスを供給するためには、図１に図示された実施の形態は、少なくとも１つの供給モジュール１３を備えている。この供給モジュール１３は、切断プロセスに関連する全ての構成要素、たとえば制御ユニットと、電源ユニットと、少なくともプロセスガスを含む、分離溶接プロセスのために要求される材料のための少なくとも１つのリザーバとを含んでいる。

図２は、可動の搬送モジュール３の構成の実施の形態を図示している。可動の基部は、好適には低床車両の形で提供されている。この低床車両は、平坦な水平方向の受取りプラットフォーム２を有している。この受取りプラットフォーム２に管クランプ装置１４が取り付けられている。管クランプ装置１４は、図４に示した実施の形態では、４つのクランプブロック１５を有している。個別のクランプブロック１５のそれぞれは、リニア軸線１５’に沿って可動に、かつ受取りプラットフォーム２に対して相対的にロック可能である。管状の構成部材１の取外し可能かつ固定的な取付けのためには、クランプブロック１５は、プレス力を作用させながら管状の構成部材１の内壁に平坦に押し当てられ、この内壁に対して支持される。個別のクランプブロック１５をその移動軸線１５’に沿って変位させ、これによって、可動の搬送モジュール３における取付けのために管状の構成部材１への緊締力を形成するために、個別のクランプブロック１５は電動モータ式、ニューマチック式またはハイドロリック式に変位可能であるように取り付けられている。

付加的に、各個別のクランプブロック１５は、鉛直方向に変位可能なサポート構造体１６を有している。このサポート構造体１６は、好適にはフォーク形で、管端部の管縁部構造を局所的に取り囲みかつ収容するために役立つ。

最終的に、可動の搬送モジュール３は、受止めプラットフォーム１７’を備える、鉛直方向に移動可能なサポートユニット１７を有している。この受止めプラットフォーム１７’は、分離切断装置４を受け止めかつ支持するために働く。これにより、その高さを個別に調整可能な受止めプラットフォーム１７’は、管状の構成部材の周縁部に沿った所望の切断輪郭の形成中および形成後に、分離切断装置が降下することを阻止する。好適には、サポートユニット１７は、受止めプラットフォーム１７’の鉛直方向の高さ調整のためにスピンドル駆動式の入れ子状に形成された支持メカニズムを有している。

図３は、管状の構成部材１に確実に固定された分離切断装置４の概略図を示している。管状の構成部材１の上端部でのみ分離切断装置４を確実に取外し可能かつ固定的に支持するために、管の内部に突入した取付け装置８は、モータ駆動式のクランプジョー８’を有している。このクランプジョー８’は、管状の構成部材１の内壁に半径方向で押し付けられ、取付け装置８、ひいては分離切断装置４全体を管状の構成部材１に対して中心的に固定する。全体的に、取付け装置８は、３つ、４つまたはそれ以上のこのようなクランプジョー８’を有している。取付け装置８の下端部に設けられた、自由に回転可能であるように取り付けられたローラ８’’によって、取付け装置８を管状の構成部材１の上側の管端部内により容易にかつ損傷なしに導入することが可能となる。

支持プレートアセンブリ９は、下側の支持プレート９’を有している。支持プレート９’は、管状の構成部材１の上端部と直接的に端面で接触する。下側の支持プレート９’に対して回転可能であるキャリアリングモジュール９’’が設けられていて、このキャリアリングモジュール９’’は、モータにより回転軸線Dを中心として駆動される。キャリアリングモジュール９’’には、保持装置１８を介してリニアユニット１０がそれぞれ固定されて接続されていて、分離装置４が、鉛直方向に配向された管状の構成部材１に固定された状態にある場合に、鉛直軸線に一致するリニア軸線Lに沿ってモータにより移動可能である。リニアユニット１０の下端部には、マニピュレータユニット１１が取り付けられている。マニピュレータユニット１１のマニピュレータ端部には、分離工具１２が、空間的に自由に位置決め可能であるように取り付けられている。

図３に示された実施の形態では、リニアユニット１０の上端部にも下端部にも、同様の供給モジュール１３が設けられていて、これにより分離運転を制御して動力支援式に実施することができる。

図４による描写では、分離溶接アセンブリ４が、管状の構成部材１の上側の管端部７に堅固に固定されている状態が図示されている。図４に示された事例では、分離装置４は、接続手段５’を介して、キャリアモジュール１９に取り付けられている。このキャリアモジュール１９上では、以下で説明するように、分離プロセスのために必要な供給構成要素が収容されている。キャリアモジュール１９は、懸架アセンブリ５を介して支持構造体６に接続されている。

懸架アセンブリ５および接続手段５’は、図４に印された互いに垂直に配向された空間方向x，y，zに沿って分離装置４を空間的な制限なしに位置決めすることができることを保証する。懸架アセンブリ５は、有利にはモジュールキャリア１９と、このモジュールキャリア１９に接続手段５’を介して連結された分離装置４とをガイドしかつ／または位置決めするために、レール懸架アセンブリを介して支持構造体６に接続されていて、上述のx方向およびy方向に沿った懸架アセンブリ５の変位を可能にする。鉛直方向のz軸に沿って分離装置４を空間的に位置決めするためには、幾つかを挙げてみると、伸縮機構、シリンダストロークユニット、スピンドル駆動装置、コントロールワイヤ駆動装置が、接続手段５’の形成に適した装置である。

モジュールキャリア１９上には、分離プロセスにとって必要なロジスティック構成要素および供給モジュール１３が収容されている。ロジスティック構成要素および供給モジュール１３は、各分離工具１２のための制御ユニットおよび電源ユニットならびにプロセスガスのためのリザーバを有している。モジュールキャリア１９上に配置された供給モジュール１３へのエネルギ供給ならびに対応する制御信号の伝送は、好適には外部の供給ケーブル２０を介して行われる。この供給ケーブル２０は、モジュールキャリア１９の領域において中心的に配置されたスリップリング連結部（図示せず）を介して連結されている。必要に応じて、別の外部の供給ライン２１が設けられている。この供給ライン２１を介してプロセスガスが供給される。モジュールキャリア１９上に収容された供給モジュール１３へのプロセスガスの接続も、流体密なスリップリング連結部（図示せず）を介して確保されている。このことは、外部のエネルギ源およびたとえばガス容器の形のガスリザーバを製造平面Eの領域内で容易にアクセス可能な箇所に保管しかつ適切に使用することを可能にする。

最終的に、供給モジュール１３と、リニアユニット１０の上端部に設けられた付随する接続ユニット２２との間には、フレキシブルな接続ライン２３が設けられていて、この接続ライン２３は、分離工具１２にエネルギと分離プロセスのために必要となるプロセスガスとを供給するために働く。

接続ライン２３が捩れて、損傷してしまうことを回避するためには、キャリアリングモジュール９’’により可能にされた、分離工具１２の、管状の構成部材１の長手方向軸線を中心とした回転可能な取付けにより、モジュールキャリア１９上に配置された供給モジュール１３を分離工具１２の回転運動と同じように管長手方向軸線を中心として回転させることが必要である。

分離工具１２の特殊な構成を除くその他の全ての点では、上述の分離装置４は、本出願の時点では公開されていない特許出願であるＰＣＴ／ＥＰ２０１６／０５５６２３およびＤＥ１０２０１５２０６０４４．６に詳細に説明されている。上述の両出願において説明された溶接アセンブリは、溶接工具を用いて２つの管継手を接合するために使用される。上掲の明細書で説明された溶接工具を除いて、構造設計は、本出願の一部として開示された分離装置と同一である。これに関して、上述の２つの特許明細書の開示内容は、包括的に参照される。

図５aから図５dは、連続したイメージの形で、本解決手段によるシステムを用いた管状の構成部材を分離するプロセスを示す。

図５aに示されたプロセス状態には、可動の搬送モジュール３に管状の構成部材１を乗せる工程が先行し、管状の構成部材１が既に可動の搬送モジュール３上に鉛直方向の配向で取外し可能に固定的に取り付けられており、分離装置４は、管状の構成部材の上側の管端部上に載置されて取付け装置により空間的に規定された形で管状の構成部材１に固定されている。このためには、管状の構成部材１がたとえばクレーン装置（図示せず）により、搬送モジュール３の受取りプラットフォーム２上の管クランプ装置に向かい合って位置決めされ、かつ降下させられる。上で説明したように、管状の構成部材１は、管クランプ装置により可動の搬送モジュールに確実に固定されている。可動の搬送モジュール３を分離装置４に対して相対的に位置決めすることも必要である。さらに、適切な形式で分離装置４を、可動の搬送モジュール３上に載置した管状の構成部材１に同軸的にセンタリングし、それに応じて分離装置４を降下させることが重要である。

分離装置４は、たとえばケーブルウィンチの形の、図５には図示されていない懸架アセンブリによって上側の管端部上に降下させられる。この場合、分離溶接アセンブリ４は、図２に関して説明された受止めプラットフォーム１７’上に支持された形式で支承されるようになる。管状の構成部材１に対して相対的な位置で分離溶接アセンブリ４をロックしかつ固定するためには、図３に関して説明されたクランプジョー８’が半径方向外方に向かって移動させられる。

管状の構成部材１上で分離装置４が正確に固定された後に、分離プロセスが実施される。分離プロセスでは、分離工具１２が管状の構成部材１の外側の周壁面の円周の周りで、予め規定された分離軌道２４に沿って移動させられる（図４の破線も参照）。軌道または切断すべき輪郭の複雑さに応じて、分離工具１２は分離軌道２４を幾度も通過しなければならないことがある。

分離プロセスの終了後に、分離装置４および上側の構成部材部分１oは、懸架アセンブリにより上昇させられる。下側の構成部材部分１uは、可動の搬送モジュール３上に留まり、適切に搬出され、かつ再利用のために戻すことができる（これに関しては図５bを参照）。

図５cは、上側の構成部材部分１oの降下を示している。この構成部材部分１oの下側の管端部は、予め規定された分離軌道に相当し、したがって当初の円形形状とは異なる下側の端面縁部輪郭を有している。鉛直方向に調整可能なサポート構造体１６が、端面縁部輪郭に合わせて個別に鉛直方向で変位させられるので、上側の構成部材部分１oの下側の端面縁部は、フォーク形のサポート構造体１６内に局所的に嵌合し、これにより、上側の構成部材部分１oの鉛直方向で安定した支持を保証することができる。

図５dに図示された連続する工程では、分離装置４の取付け装置が解除され、上側の管端部７から取り外されている。分離装置４と管状の構成部材１oとの間で鉛直方向の必要な分離が達成された後に、構成部材１oは、可動の搬送モジュール３により個別に搬出される。

管状の構成部材を分離するための本解決手段によるシステムにより、あらゆる直径およびあらゆる初期長さを備える管状の構成部材におけるあらゆる切断タスクを実施することが可能である。特に、輪郭切断を実施し、管接合部を形成するためにさらに加工されるべき管および／または管継手に溶接シームの準備をすることが可能となる。

空間的に位置決め可能な分離装置と共に可動の搬送モジュールを使用することにより、コンパクトで可動な完全システムが形成される。この完全システムは少ない手間であらゆる製造箇所において設置することができ、かつそこで運転させることができる。システム設備を建設現場において運転することも十分に可能である。さらに、溶接工具と、キャリアリングモジュール９’’に設けられた、マニピュレータ１１および溶接工具に組み合わされた別のリニアユニット１０の装置とを分離工具と同様に交換することによって、上で説明した分離プロセスのためのシステムを、２つの管状の構成部材を接合するために使用することも可能である。

可動の搬送モジュール上に鉛直方向で載置しているベース管において分離軌道を相応に設定することによって、ベース管の周壁面に局所的な孔を形成することも可能である。しかし、このためには、ベース管から分離されたセグメントを、適切に構成された付加的な保持装置により支持することが重要であり、これによりベース管における切断輪郭の損傷を回避することができる。このような保持装置は、好適には、ベース管の内部で鉛直方向に移動可能なサポートユニット１７の領域に設けられていることが望ましい。

別の好適な実施の形態では、分離装置および搬送モジュールの両方に測定器が取り付けられている。この測定器は、分離プロセスの前に分離軌道を検出し、分離プロセス中に分離すべき管状の構成部材の輪郭の調整を最適化するために使用することができる。さらに、分離品質ならびに分離軌道の寸法精度が検査される。このためには、好適には非接触式センサが、好適にはマニピュレータユニット１０の端部に、かつ／または管クランプ装置１４の領域に取り付けられている。これにより、分離プロセスをオンラインで監視することが可能となり、これにより、必要な補正を現場で実施することができる。

実際の分離プロセス前に管状の構成部材を非接触式に検出するための測定器は、主に構成部材自体の幾何学形状の正確な特定を実施するために役立つ。したがって、しばしば円形ではなく、たとえば楕円形の管横断面を備える管が、接合プロセス中に接合されなければならない。このためには、このような管の接合輪郭を適切に設計することが重要である。楕円形の横断面の管タイプだけではないが、主にこのような管タイプにおいて、横断面幾何学形状は理想寸法からずれるので、分離プロセス中に、数値的な標準軌道の特定により切断輪郭が形成される。この数値的な標準軌道に沿って、分離工具が変位させられる。このことは後に、後から管が接合される場合に許容することのできないギャップサイズのずれをもたらす。このようなギャップサイズのずれの影響に対抗するために、加工すべき管セグメントは分離作業前に極めて正確に測定される。このことは、周壁面に規定された切欠きが加工されるべきベース管のためにも、管端部がベース管の切欠きの円周輪郭に正確に適合された、分離軌道により特定されている接合輪郭を備えていなければならない管継手のためにも適用される。したがって正確な分離軌道の特定は、いずれの場合も測定器により検出された実際に測定された管幾何学形状に基づいて実施される。

１ 管状の構成部材
２ 受取りプラットフォーム
３ 可動の搬送モジュール
４ 分離装置
５ 懸架アセンブリ
５’ 接続手段
６ 支持構造体
７ 上側の管端部
８ 取付け装置
８’ クランプジョー
８’’ ローラ
９ 支持プレートアセンブリ
９’ 下側の支持プレート
９’’ キャリアリングモジュール
１０ リニアユニット
１１ マニピュレータ
１２ 分離工具
１３ 供給モジュール
１４ 管クランプ装置
１５ クランプブロック
１５’ リニア軸線
１６ 鉛直方向に調整可能なサポート構造体
１７ 鉛直方向に移動可能なサポートユニット
１７’ 受止めプラットフォーム
１８ 保持装置
１９ モジュールキャリア
２０ 供給ケーブル
２１ プロセスガス供給ライン
２２ 接続ユニット
２３ 接続ライン
２４ 分離軌道
E 製造平面、床
D 回転軸線
x，y，z 互いに垂直方向に配向された空間軸
L リニア軸線

Claims (16)

1. 特に洋上建造物または橋梁建造物の形の支持構造物を構成するために適しかつ両側で開いた管端部を備える管長手方向延在長さを有している管状の構成部材を分離するためのシステムであって、
   可動の搬送モジュールであって、
   種々異なる管直径に適合可能な管クランプ装置を備える受取りプラットフォームを有し、前記管クランプ装置は、鉛直方向に配向されている前記管状の構成部材の第１の管端部が前記管クランプ装置と取外し可能かつ固定的に係合可能であるように前記管状の構成部材を受けかつ安定的に取り付けるように設計されている、可動の搬送モジュールと、
   分離装置であって、
   少なくとも上昇可能かつ降下可能であるように支持構造体に取り付けられ、
   前記可動の搬送モジュール上に鉛直に載置されて前記管クランプ装置に固定的に係合している前記管状の構成部材の前記第１の管端部とは反対の側の第２の管端部に取外し可能かつ確実に固定するための取付け装置を有し、かつ
   前記取付け装置に間接的または直接的に取り付けられ自由に位置決め可能なマニピュレータ端部を備える少なくとも１つのマニピュレータユニットを有し、前記マニピュレータ端部に分離工具が取り付けられ、該分離工具は前記管状の構成部材の半径方向外側で予め規定された軌道に沿って前記管状の構成部材に対して相対的にガイド可能である、分離装置と、
   を備える管状の構成部材を分離するためのシステム。
2. 前記管クランプ装置は、前記受取りプラットフォームに沿って可動かつロック可能に取り付けられた少なくとも２つのクランプブロックを有し、前記受取りプラットフォーム上に間接的または直接的に支持されている鉛直方向に配向された前記管状の構成部材の内側および／または外側の前記クランプブロックは、前記管状の構成部材の内壁または外壁に沿って均等に分布されかつ前記内壁および／または前記外壁に向かって半径方向外方および／または内方に向けられた緊締力を作用させながら前記管状の構成部材に係合可能であるように配置されかつ構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記クランプブロックは、鉛直方向に調整可能なサポート構造体をそれぞれ有し、該サポート構造体は、各個別のクランプブロックの各々の前記サポート構造体が鉛直方向に配向された前記管状の構成部材に合わせて下側の管端部の端縁に沿った局所的なサポート領域にそれぞれ係合可能であるように構成されかつ配置されている、請求項２に記載のシステム。
4. 各々の前記サポート構造体は、フォーク形の受け構造体を有している、請求項３に記載のシステム。
5. 前記受取りプラットフォーム上に鉛直方向に移動可能なサポートユニットが取り付けられ、該サポートユニット上に前記取付け装置と前記管状の構成部材との間で確実な結合部が存在している状態において前記分離装置が支持されている、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記可動の搬送モジュールは、低床搬送車両、可動の積載ユニットまたは荷物を運搬する別の台座車両もしくは製造平面内で運転可能な装置あるいはベースプラットフォームとして実施されている、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記分離装置の前記取付け装置は、受取りプラットフォーム上で鉛直方向に位置決め可能である前記管状の構成部材の上端部の軸方向の端面内に少なくとも部分的に挿入可能であるクランプモジュールを有し、該クランプモジュールは、前記管状の構成部材の部分である管内壁に対する取外し可能かつ確実な取付けのために設計されかつ前記クランプモジュール上に回転可能に取り付けられたキャリアリングモジュールを有し、該キャリアリングモジュールは、前記クランプモジュールの固定された状態において前記管状の構成部材の前記上端部を越えて軸方向で突出し管長手方向軸線を中心として前記キャリアリングモジュールを回転駆動するためのサーボモータに駆動可能に接続され、これにより前記キャリアリングモジュールは、前記管長手方向軸線を中心として無限に回転可能であるように取り付けられている、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 前記キャリアリングモジュールに少なくとも１つのリニア支持構造体が取り付けられ、該リニア支持構造体は、アクチュエータにより前記受取りプラットフォーム上で鉛直方向に位置決め可能な前記管状の構成部材の前記管長手方向軸線に対して平行に双方向で変位可能に取り付けられている、請求項７に記載のシステム。
9. 前記マニピュレータユニットは、少なくとも３軸のリンク機構、しかし好適には鉛直方向の関節アームロボットの形の６軸の開放リンク機構であり、前記リニア支持構造体の１つの端部に取り付けられている、請求項８に記載のシステム。
10. 供給モジュールが設けられ、該供給モジュールには、制御ユニットと、電源ユニットと、少なくともプロセスガスを含む分離プロセスのために要求される材料のための少なくとも１つのリザーバと、の少なくとも１つの構成要素が取り付けられ、
    前記少なくとも１つの構成要素は、接続ラインを介して前記分離工具に接続され、
    前記供給モジュールは、前記管長手方向軸線を中心とした前記切断工具の無制限の回転を可能にする前記管長手方向軸線を中心とした前記分離工具の運動に対して同期的な回転運動を与えるために回転可能に取り付けられ、
    前記供給モジュールは、前記分離工具とは別個に形成された支持構造体に少なくとも１つの平面に沿って自由に位置決め可能であるような形で連結されているか、または前記供給モジュールは、前記キャリアリングモジュールに接続されている、請求項７から請求項９のいずれか一項に記載のシステム。
11. 前記分離装置上にかつ／または前記可動の搬送モジュール上に少なくとも１つの非接触式の測定センサが配置され、該測定センサにより、前記分離プロセスの輪郭および／または分離すべき前記管状の構成部材の輪郭が検出可能であり、かつ前記プロセス自体が監視可能かつオーバーライド可能である、請求項１０に記載のシステム。
12. 特に洋上建造物または橋梁建造物の形の支持構造物を構成するために適しかつ両側で開いた管端部を備える管長手方向延在長さを有している管状の構成部材を、分離曲線の設定により前記管状の構成部材の外壁に沿ってガイドされて該管状の構成部材を分断することができる分離工具により分離するための方法であって、
    前記管状の構成部材を管長手方向延在長さが鉛直方向に配向されるように可動の搬送モジュール上に配置し、
    少なくとも鉛直方向に上昇可能かつ降下可能であるように支持構造体に取り付けられた分離装置に対して前記管状の構成部材を位置決めし、
    前記搬送モジュール上に鉛直方向に載置された前記管状の構成部材の上側の管端部上に前記分離装置を設置しかつ固定し、
    下側の構成部材部分と上側の構成部材部分との形で互いに分離された構成部材部分を得るために、前記分離装置により前記分離曲線に沿って前記管状の構成部材を分離し、
    前記分離装置により前記上側の構成部材部分を持ち上げかつ搬出し、
    前記可動の搬送モジュール上に支持された前記下側の構成部材部分を搬出する、
    各工程を有していることを特徴とする、管状の構成部材を分離するための方法。
13. 少なくとも前記分離のプロセス中に、前記分離装置を前記管状の構成部材とは別個に前記可動の搬送モジュールに対してサポートする、請求項１２に記載の方法。
14. 前記分離を、半径方向外側で前記管状の構成部材に配置されかつ前記分離曲線に沿って前記管状の構成部材の周囲でガイドされる少なくとも１つの分離工具により実施する、請求項１２または請求項１３に記載の方法。
15. 前記分離のプロセスの前にかつ／または前記分離のプロセス中に分離すべき前記管状の構成部材を非接触に検出し、前記分離プロセスを監視し、必要な場合には現場で補正を実施する、請求項１２から請求項１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 研磨プロセスにおいて管状の構成部材を手直しするための請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のシステムの使用であって、
    前記マニピュレータ端部に取り付けられている前記分離工具を研磨工具と取り替え、前記分離装置が、加工すべき前記管状の構成部材上に載置されている状態で前記管状の構成部材の半径方向外側の周壁面を加工するように係合させる、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のシステムの使用。

Images