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Trennmaschine für einen sich drehenden und axial vorschiebenden Rohrstrang
Die Erfindung bezieht sich auf eine Trennmaschine für einen sich drehenden und axial vorschiebenden Rohrstrang, bestehend aus einem auf zum Rohrstrang parallelen Schienen verfahrbaren Wagen, der mittels beiderseits der Schnittebene sitzenden, motorisch angetriebene Ketten od. dgl. aufweisenden Spannvorrichtungen mit dem Rohrstrang gekuppelt werden kann und der eine Trennscheibe mit Antriebsmotor trägt.
Fliegend angeordnete Trennmaschinen zum Abstechen von Rohrschüssen von einem sich drehenden und axial verschiebenden schraubenlinienförmig geschweissten Rohrstrang, die mit geeigneten Spannvorrichtungen mit dem Rohrstrang gekuppelt werden, sind seit längerem bekannt. Bekannt ist auch, dass die Trennmaschine durch motorisch angetriebene Bänder oder Ketten mit dem Rohrstrang gekuppelt wird, und dass der Wagen eine Trennscheibe mit Antriebsmotor, beispielsweise ein Fräsaggregat, trägt. Diese Ausführungen haben jedoch den Nachteil, dass die von der Trennscheibe herrührende Schnittkraft ein Drehmoment auf den Rohrstrang ausübt, das bis zum Schweisspunkt rückwirken und am Schweisspunkt Störungen verursachen kann. Ähnlich können sich im Augenblick des Ankuppeln Geschwindigkeitsunterschiede zwischen Rohrstrang und Wagen bzw.
Winkelgeschwindigkeitsunterschiede zwischen dem Rohrstrang und den umlaufendenSpannelementen bemerkbar machen. Diesem Umstand kommt besondere Bedeutung zu bei hochfrequenzgeschweissten Rohren, bei welcher Art der Schweissung die zu verbindenden Flächen ohne Zuführung zusätzlichen Schweissgutes dicht aneinandergefügt werden müssen.
Die Erfindung setzt sich zum Ziel, diesen Nachteil zu beseitigen und eine Trennmaschine der eingangs angeführten Art zu schaffen, welche keine schädlichen Rückwirkungen, weder in Kräften noch in Drehmomenten, auf den Rohrstrang ausübt, so dass am Schweisspunkt keine Störungen auftreten können.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass sowohl die Spannvorrichtungen als auch die Trennscheibe mit Antriebsmotor in einem gegenüber dem motorisch angetriebenen Fahrgestell des Wagens um die Rohrachse verdrehbaren und in Richtung der Rohrachse verschiebbaren Kranzrahmen untergebracht sind, und dass der Kranzrahmen mit Anschlagorganen versehen ist, denen am Fahrgestell den Gleichlauf zwischen Rohr und Ketten bzw. zwischen Rohr und Wagenbewerkstelligendeelektrische Kon- takte zugeordnet sind.
Der Kranzrahmen kann beispielsweise kreisbogenförmige Führungsleisten erhalten, welche in am Fahrgestell drehbar und in Richtung der Rohrachse verschiebbare Rollen eingreifen. Eine andere Lösung besteht darin, dass der Kranzrahmen mittels Lenkerpaaren, deren Enden in Kugelpfannen gelagert sind, am Fahrgestell aufgehängt ist.
Das nach aussen kraft-und drehmomentenfreiesystem hat zusätzlich den Vorteil, dass man mit einfachen nachgiebigen Zuleitungen für elektrische und erforderlichenfalls hydraulische Energie auskommt.
Es sind weder Schleifringe noch elektrohydraulische Spannsysteme auf dem Kranz erforderlich.
Das Prinzip einer rückwirkungsfreien Trennmaschine geht aus der im folgenden zu beschreibenden
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schematischen Darstellung und aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles hervor.
Fig. 1 lässt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Trennmaschine erkennen, Fig. 2 zeigt zugehörig die Lagerung der verschiebbaren Tragrollen, Fig. 3 gibt einen Überblick über eine praktische Ausführung, in axialer Richtung gesehen, Fig. 4 ist die Ansicht dieser Maschine quer zur Rohrachse, und Fig. 5 schliesslich vermittelt schematisch eine Alternativlösung für die Lagerung des Kranzrahmens auf dem Wagen.
In Fig. 1 ist --1-- ein massiver Kranz, der sich auf Tragrollen --2-- frei drehen kann. Diese laufen in Tragböcken-3-, die auf einem Fahrgestell --4-- befestigt sind. --5-- sind Laufräder, die das Gewicht der kompletten Maschine auf Fahrschienen --18-- übertragen ; die Trennmaschine kann auf den Fahrschienen-18-- verfahren werden.
Im Inneren des Kranzes --1-- ist beispielsweise eine Fräseinheit befestigt, deren Fräser --6-- in Lagern eines Bockes-7-läuft. Der Antriebsmotor für den Fräser --6-- ist im Interesse besserer Deutlichkeit nicht gezeichnet. Weiters ist im Inneren des Kranzes --6-- der Drehantrieb mit Gehäuse - und Kettenrad --9-- angebracht; wieder ist der Antriebsmotor der Klarheit halber weggelassen. Als Beispiel für Spannbänder sind im vorliegenden Fall Ketten --10-- gewählt, die das Rohr --11-und das Kettenrad --9-- umschlingen. Der Antriebsmotor für das Kettenrad --9-- ist in seiner leicht abfallenden Charakteristik so eingestellt, dass er die Eigenverluste des Antriebssystems deckt.
Der Fräseinheit gegenüber findet sich Gegengewicht --8--, dessen Lage und Grösse so bemessen wird, dass der
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sind. Damit ist die Ruhelage des Systems gegeben. Am unteren Scheitelpunkt trägt der Kranz-l- eine Leiste --12--, die bei Verdrehen des Kranzes an Kontakte-13, 14- anschlägt ; diese Kontakte sind am Fahrgestell befestigt und steuern den Antriebsmotor des Fahrantriebes.
In Fig. 2 ist eine Tragrolle --2- in der Seitenansicht dargestellt. Die Tragrolle --2-- läuft mit ihrer Welle in auf dem Fahrgestell --4-- befestigten Tragböcken --3--. Sie hat axial Spiel. Verschiebt sich der Kranz --1-- axial gegenüber dem Fahrgestell --4--, beispielsweise durch Geschwindigkeitsunterschiede, dann läuft die Achse der Tragrolle --2-- an elektrischen am Fahrgestell-4-- befestigten Kontakten --16 bzw. 17-an ; diese Kontakte wieder steuern den Motor des nicht gezeichneten die Laufräder 5-- antreibenden Fahrantriebes auf synchronen Lauf.
Fig. 3 ist die Achsansicht einer nach den erfindungsgemässen Merkmalen gebauten Trennmaschine, beispielsweise zum spanabhebenden Trennen mittels eines Fräsers.
Aus konstruktiven Gründen ist der Kranzrahmen als Schweisskonstruktion ausgeführt, bestehend aus einem Grundrahmen --21--, Stehern --23-- und einem oberen Querträger --24--. Der Grundrahmen - hat kreisbogenförmig begrenzte tragleisten --2--, die in eine Öffnung des Fahrgestelles --25-eintauchen und sich auf an der Innenseite des Fahrgestelles --25-- angebrachten Tragrollen --26-- stützen. Das Fahrgestell -25-- ist auf Laufräder --27-- abgestützt ; mit den Laufrädern -- 27 -- kann die Trennmaschine auf den Fahrschienen --28-- axial verfahren werden.
Der Grundrahmen --21- trägt auf einer Seite einen Bock -31--, auf dessen oben liegenden Führungen ein Fräsaggregat --33-- radial gegen die Rohrachse zugestellt werden kann. Für die Zustellung bedient man sich eines hydraulischen Zylinders-32--. Auf der gegenüberliegenden Seite findet sich ebenfalls ein Tragbock --31-- mit Schlittenführungen, auf dem entweder eine zweite Fräseinheit --37--, oder eine zusätzliche Gegendruckrolle aufgebaut wird. Sind zwei Fräsaggregate vorgesehen, so gleichen sich deren Gewichte in bezug auf die Rohrachse aus ; bei Verwendung eines einzelnen Fräsaggregates werden auf dem gegenüberliegenden Bock Gegengewichte angebracht, welche ihrerseits den Gewichtsausgleich besorgen.
Zum Spannen des Rohrstranges --52 bzw. 51-- und Kuppeln dienen Spannbänder --53--. In Fig. 3 ist die Lage der Spannelemente für den kleinsten Rohrdurchmesser voll ausgezogen ; strichliert ist die Lage beim grössten Rohrdurchmesser angedeutet. Im Leerlauf hängen die Spannbänder nach einer Seilkurve durch, dem Rohrstrang freien Durchgang gebend. Zum Spannen werden Spannhebel --43--, wel- che durchhydraulische Zylinder-44-eingeschwenktwerden, verwendet. Mit Hilfe von Führungsrollen - 46, 47-wird erreicht, dass das Rohr jedesmal, bei kleinem wie bei grossem Rohrdurchmesser, in grossem Winkel umschlungen wird.
Die Spannhebel --43-- und die hydraulischen Zylinder --44-- mit ihrem Auflagebock sitzen auf einer Brücke-41-, die an Führungsleisten-42-der --42-- der Steher --23-- verschoben werden können. Die Höhenlage der Brücke --41-- ist dem jeweiligen Rohrdurchmesser entsprechend einzustellen. Nach Einjustierung auf die richtige Höhe wird die Brücke --41-- mit den stehern --42-verspannt. Um Unterschiede in der Umschlingungslänge bei den verschiedenen Rohrdurchmessern auszu-
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gleichen, werden die Spannbänder über Umlenkrollen --40- geführt, die ebenfalls auf der Brücke - 41- befestigt sind. Hingegen sind die Antriebsräder --39- im oberen Querträger --24- gelagert, auf dem auch das Antriebsaggregat --38- sitzt.
Es genügt im Prinzip ein Antriebsrad --39-, doch kann es zweckmässig sein, symmetrisch angeordnete Antriebsräder-39-vorzusehen.
Mit dieser Konstruktion wird der Vorteil erreicht, dass beim Umstellen von einem Rohrdurchmesser auf einen andern weder Spannglieder noch Antriebsglieder ausgewechselt werden müssen ; es ist lediglich die Höhenlage der Brücke-41-zu verändern.
Da die untere Scheitellinie bei allen Rohrdurchmessern immer auf gleicher Höhe steht, werden die in Holmen --480-- gelagerten lafräder --27-- ausfahrbar gemacht. Damit kann bei Umstellung auf einen andern Rohrdurchmesser die Trennmaschine so gehoben werden, dass die untere Scheitellinie auf gleicher Höhe bleibt. Ungeachtet dieser Höhenverstellung steht die Achse des Messerkopfes bzw. stehen die Achsen der Messerköpfe immer auf Höhe der jeweiligen Rohrachse.
Die Spannbänder-53-drücken das Rohr gegen Gegenhalter --54-, die mit vorgespannten Fe- dern-55-ausgestattet sind und durch einen hydraulischen Zylinder -56-- zugestellt werden.
Der sich auf den Tragrollen --26-- frei drehende Grundrahmen --21-- trägt am unteren Ende eine Anschlagleiste-61-, welcher zwei auf dem Fahrrahmen-25-sitzende Kontakte-62, 63- zugeordnet sind. Es kann zweckmässig sein, die Nullage des Grundrahmens --21-- durch vorgespannte Federn --64 und 65-- genau zu bestimmen.
In analoger Weise wird nach Fig. 4 der auf eine Fahrachse wirkende Fahrantrieb --73-- durch auf dem Fahrgestell sitzende Kontakte-67 und 68-- gesteuert, welche von einer in Tragböcken --66- axial verschiebbaren Tragrolle--26-betätigt werden.
Im entspannten Zustand steht die Trennmaschine. Dann kann das sich drehende und vorschiebende Rohr frei durch die Trennmaschine laufen ; zur Unterstützung ist eingangs-und ausgangsseitig ein auf den jeweiligen Rohrdurchmesser einstellbares Rollenpaar-71, 72-vorgesehen. Die Antriebsmotoren für den Fahrantrieb --73- und den Drehantrieb --38-- sind mit abfallender Charakteristik ausgeführt.
Bei der Rohrtrennfräsmaschine nach Fig. 5 ist der als geschweisstes Gestell-80-ausgeführte Kranzrahmen über Lenker --82, 83-- am Fahrgestell --81-- aufgehängt, Die Achsen der Lenker sind zueinander geneigt, sie schneiden sich in der Rohrachse. Die Länge der Lenker ist so gewählt, dass beim Verdrehen des Kranzes eine geringe Rückstellkraft entsteht, die den Kranz in die Nullage zurückzudrücken bemüht ist. Da die untere Scheitellinie des Rohrstranges bei jedem Rohrdurchmesser auf gleicher Höhe liegen soll, befinden sich die Rohrachsen auf verschiedenen Höhen.
Dennoch kann die Forderung nach sich in der jeweiligen Rohrachse schneidenden Lenkerachsen erfüllt werden, wenndieoberen am Fahrgestell gelagerten Aufhängepunkte gegensinnig, beispielsweise durch Zahnsegmente-84, 85--, deren Schwenkpunkte mit den unteren Aufhängepunkten zusammenfallen und die durch eine Schneckenwelle -86-- gegenläufig geschwenkt werden, verstellt werden können. Diese Bauform bietet sogar den grossen Vorteil, dass die Höhenverstellung des Kranzes entfallen kann. Die Führung der Spannbänder ist sinngemäss anzupassen.
Die Gelenke der Lenker --82, 83-- sind als Kugelgelenke ausgebildet und erlauben damit auch eine axiale Relativbewegung des Gestelles --80-- gegenüber dem Fahrrahmen-81-. Neigt man die durch Lenkerpaar --82 bzw. 83-- gebildeten Ebenen so zueinander, dass sie sich in einer durch den Schwerpunkt gelegten Normalebene schneiden, dann erhält man auch für diese Relativbewegungen Rückstellkräfte, und es ist das Gestell --80-- (d.i. der Kranzrahmen) in beiden möglichen Bewegungsrichtungen stabilisiert. Lässt man die durch die Lenkerpaare bestimmten Ebenen sich auf Höhe der Rohrachse schneiden, so erreicht man eine stabilisierte Einpunktaufhängung.
Die Wirkungsweise ist folgende : Der feinstufig regelbare Antriebsmotor des Drehantriebes wird auf mit der Rohrdrehzahl synchrone Umlaufgeschwindigkeit einreguliert ; er hat im gekuppelten Zustand die Eigenverluste aller Antriebsglieder zu decken. Dann herrscht zwischen Kranzrahmen und Rohrstrang Gleichgewicht, und der auf dem Wagen frei schwenkbare Kranzrahmen bleibt in Ruhe. Tritt nun indem aus Rohrstrang und Kranzrahmen bestehenden System eine zusätzliche Kraft oder ein Drehmoment auf, so wird die Reaktionskraft bzw. das Reaktionsmoment den Kranz zu verdrehen suchen. Schon bei kleinem Drehwinkel schlägt der Kranzrahmen an einen elektrischen Kontakt an, der den Antriebsmotor in seinem abgegebenen Drehmoment derartig nachreguliert, dass wieder Gleichgewicht zwischen Kranz und Rohr hergestellt wird.
Analoges geht vor, wenn sich etwa die Winkelgeschwindigkeit des Rohrstranges selbst ändern sollte. Stets wird der Antriebsmotor zusätzlich oder vermindernd auftretende Kräfte bzw. Drehmomente kompensieren und wieder den Gleichgewichtszustand bewirken. Alle Regelvorgänge spielen sich innerhalb des aus dem Kranz und dem Rohrstrang bestehenden Systems ab. Der Rohrstrang wird damit vollständig, d. h. praktisch ausreichend bis zur Ansprechgrenze der Regelorgane,
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freigehalten von äusseren Kräften oder Drehmomenten.
In analoger Weise wird das Auftreten einer zusätzlichen axialen Kraft oder einer Änderung der Geschwindigkeit des Rohrstranges kompensiert. Ähnlich wie beim Drehantrieb wird dies dadurch gesteuert, dass sich der Kranzrahmen gegenüber dem Fahrgestell axial etwas verschieben kann. Die relative Bewegung zwischen Kranzrahmen und Fahrgestell wird zum Nachsteuern des feinstufig regelbaren Antriebsmotors für den Fahrantrieb ausgenutzt.
Selbstverständlich sind verschiedene Abänderungen des beschriebenenAusfühmngsbeispielesmöglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können statt der Spannbänder auchhydraulisch radial zugestellte Spannrollen verwendet werden, von denen nicht alle angetrieben werdenmüssen. Auch ist eine Paarung von Spannbändern und Spannrollen möglich, ebenso wie es zweckmässig sein kann, den Rohrstrang beiderseits der Schnittebene in je zwei Ebenen zu spannen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Trennmaschine für einen sich drehenden und axial vorschiebenden Rohrstrang, bestehend aus einem auf zum Rohrstrang parallelen Schienen verfahrbaren Wagen, der mittels beiderseits der Schnittebene sitzenden, motorisch angetriebene Ketten od. dgl. aufweisenden Spannvorrichtungen mit dem Rohrstrang kuppelbar ist und eine Trennscheibe mit Antriebsmotor trägt, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Spannvorrichtungen (10,53) als auch die Trennscheibe (6, 35) mit Antriebsmotor in einem gegenüber dem motorisch angetriebenen Fahrgestell (4,25, 81) des Wagens um die Rohrachse verdrehbaren und in Richtung der Rohrachse verschiebbaren Kranzrahmen (1, 21,80) untergebracht sind, welcher mit Anschlagorganen (12) versehen ist, denen am Fahrgestell befestigte, den Gleichlauf zwischen Rohr (11,52) und Ketten bzw.
zwischen Rohr und Wagen bewerkstelligende elektrische Kontakte (13, 14,16, 17) zugeordnet sind.