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    公开号:WO1986005430A1
    申请号:PCT/EP1986/000131
    申请日:1986-03-11
    公开日:1986-09-25
    发明作者:Klaus Tesch
    申请人:Klaus Tesch；
    IPC主号:B23K37-00
    专利说明:
    [0001] Vorrichtung zum gegenseitigen Zentrieren und Spannen von zwei miteinander zu verschweißenden Rohrkörpern
    [0002] Beschreibung
    [0003] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum gegensei¬ tigen Zentrieren und Spannen von zwei miteinander zu ver¬ schweißenden, eine runde Bohrung aufweisenden Werkstücken, die für jedes der Werkstücke beiderseits eines mit Schutzgaszufüh¬ rung versehenen Schweißbereichs eine Spanneinheit aufweist, die wenigstens eine Umfangsreihe von in einer Spann-Nut ent¬ haltenen Spanngliedern aufweist, die durch gegenseitige axiale Näherung bzw. Entfernung der Flanken der Spann-Nut radial nach außen spannbar bzw. nach innen entspannbar sind und eine' nach außen weisende Spannfläche für den Kontakt mit der Bohrungs¬ fläche des Werkstücks sowie in Umfangsrichtung voneinander Abstand aufweisen.
    [0004] Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-A 27 08 040) enthält jede der Spann-Nuten eine Mehrzahl von speziell ge¬ formten Spannkeilen, die ihrerseits an ihrer dem Rohrumfang zugewendeten Außenfläche einen Spannschuh tragen, der sich großflächig an die zu spannende Rohrinnenfläche anlegen kann. Die Spannkeile werden mittels einer Anzahl von in Umfangsrich¬ tung verlaufenden Zugfedern innerhalb der Spann-Nuten gehal¬ ten. Die Spann-Nuten werden einerseits von einer fest angeord¬ neten Nutwand und andererseits von einem hydraulischen Kolben gebildet, der zum Spannen der Spannkeile durch Druckmittelbe¬ aufschlagung relativ zur Nutwand axial verschoben werden kann. Obwohl die bekannte Spannvorrichtung für ein Laserschweißver¬ fahren bestimmt ist und die Spannschuhe daher vergleichsweise sicher sind vor Beschädigung mit Rücksicht auf ihre Bean¬ spruchung durch die Spannkräfte und die Wärmebelastung, sind die Spannkeile und Spannschuhe der bekannten Vorrichtung recht grob ausgeführt. Dies hat zwar den Nachteil, daß die gesamte Konstruktion verhältnismäßig schwer ausfällt; jedoch wird sie zum Teil auch als vorteilhaft angesehen, weil sie die Wärmeab¬ fuhr erleichtert (Automation 1977, S.59), wobei die Spann¬ schuhe zu diesem Zweck auch noch mit besonderen Kühlkanälen versehen sein können (US-A 4 387 845). - Ein weiterer Nachteil der großteiligen Ausführung der Spannschuhe besteht darin, daß sie die vollständige Entfernung der atmosphärischen Luft durch das dem Schweißbereich zugeführte Schutzgas erschweren. - An¬ gestrebt wird bei den bekannten Vorrichtungen eine so genau zentrierte Führung der Spannglieder, so daß diese eine ver¬ formte Rohrfläche zylindrisch ausrichten können. Je geringer die Zahl der Spannglieder ist, um so beschränkter sind aber die Möglichkeiten einer genau zentrierten Bewegungsführung.
    [0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrich¬ tung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach auf¬ gebaut und variabel und zuverlässig anwendbar ist, wobei eine hinreichende Kühlung und bei mäßigem Schutzgasverbrauch eine zuverlässige SauerstoffVerdrängung sichergestellt sein soll. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die axiale Ausdehnung der in großer Zahl mit geringem gegenseitigen Abstand aufgereihten Spannglieder größer ist als die Breite ihrer Spannflächen in Umfangsrichtung.
    [0006] In Abkehr von den bisherigen Konstruktionsprinzipien werden die einzelnen Spannglieder nicht in kleiner Zahl großteilig ausgeführt, sondern umgekehrt in großer Zahl kleinteilig. Da sie in Umfangsrichtung nur eine geringe Ausdehnung haben und insbesondere ihre Kontaktfläche mit der Rohrinnenfläche in Umfangsrichtung klein ist, sind auch die Störeinflüsse, die einerseits vom Schweißbereich und andererseits als thermische Beanspruchung von der Rohrinnenfläche her auf sie eindringen, gering gehalten im Vergleich mit der Kühlwirkung des Schutz¬ gases, die deshalb sehr intensiv ist, weil die axiale Ausdeh¬ nung der Spannglieder vergleichsweise groß ist und daher eine große Kühlfläche zur Verfügung gestellt wird. Die kleinen Spannglieder wirken bei der Verdrängung des Luftsauerstoffs durch das Schutzgas nicht als Barrieren, sondern in ihrer Vielzahl in Verbindung mit den zwischen ihnen befindlichen kleinen Durchgangsquerschnitten eher wie ein gleichmäßiger Drosselwiderstand, der die gleichmäßige Sauerstoffverdrängung begünstigt, wobei infloge der geringen Ausdehnung der Spann¬ glieder die Bildung von Taschen verhindert wird, in denen sich Luftεauerstoffreste halten könnten, und Barrieren vermieden werden, die den SpülVorgang hindern könnten. Dabei findet durch den Spülgasdurchsatz nicht nur eine gleichmäßige Kühlung der Spannglieder, sondern auch der Rohrinnenflache statt. Die kleine Ausdehnung der Spannglieder in Umfangsrichtung erlaubt es auch, sie in Radialrichtung klein zu gestalten, so daß die Oberfläche des sie tragenden Haltekörpers sehr nahe an die Rohrinnenfläche heranrückt, was den Kühleffekt günstig beein¬ flußt. Zweckmäßigerweise sind die Spannflächen der Spannglieder im wesentlichen punktförmig, was durch eine gewölbte Außenfläche derselben erreicht werden kann. Dadurch wird der Wärmetrans¬ port von der Rohrinnenfläche auf die Spannglieder und damit deren Überhitzungsgefahr verringert. Bei einer besonders vor¬ teilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Reihe von Spanngliedern von einer Feder mit einer Vielzahl von jeweils etwa in Längsrichtung angeordneten Scheiben oder Windungen gebildet. Dafür eignet sich in erster Linie eine einfache Schraubenfeder, obwohl auch eine Mäanderfeder oder dergleichen geeignet sein mag. Eine Schraubenfeder hat sich deshalb als besonders vorteilhaft erwiesen, weil sie ein sehr einfaches . und preiswertes Bauteil ist, das klar definierte Fuhrungs- und Spannflächen sowohl im Zusammenwirken mit den Führungsflächen der Spann-Nut als auch mit der Rohrinnenflache aufweist. Sie kann leicht montiert und ausgewechselt werden, indem sie ein¬ fach von außen über den Haltekörper gestreift wird. Ihre punktförmige Kontaktfläche zur Rohrinnenflächen schützt sie vor Überhitzung, wobei sie gleichzeitig dem Schutzgas eine große Kühlfäche darbietet. Bei geringem Windungsabεtand wirkt jeder Durchtrittsquerschnitt als Strömungεwiderstand, wodurch ein gedrosselter und trotzdem völlig gleichmäßiger Schutzgas¬ durchsatz über den gesamten Umfang erzielt wird. Störungen durch anhaftende Partikel treten selten auf, weil sie sich wegen der Kleinheit der mit der Rohrinnenfläche zusammen¬ wirkenden Spannflächen und der Nachgiebigkeit der Federwin¬ dungen beim Spannen leicht wegdrücken lassen. Die große Anzahl der von den Windungen gebildeten Spannglieder wirkt stati¬ stisch völlig gleichmäßig, so daß eine ausgezeichnete Ausrun¬ dung auch verformter Rohrquerschnitte erzielt wird. Ein großer Vorteil der Erfindung besteht auch darin, daß sich die Federn leicht auswechseln lassen, und zwar auch am Ort der Benutzung. Dies gilt nicht nur bei Beschädigung, sondern er¬ möglicht auch die Verwendung von Federn unterschiedlichen Windungsdurchmessern zum Ausgleich von Durchmessertoleranzen der Werkstücke. So kann beispielsweise der Durchmesserbereich für den eine bestimmte Vorrichtung geeignet ist, durch Verwen¬ dung dickerer Federn ausgeweitet werden. Ein Federwechsel kann auch dann erwünscht sein, wenn das Material der Werkstücke nur mit bestimmtem Federmaterial in Berührung kommen soll.
    [0007] Jedoch kommen auch andere Ausführungen der Spannglieder in Be¬ tracht, beispielsweise in der Gestalt von Scheiben, die ohne oder mit nur geringem Abstand voneinander auf einen Feder¬ strang aufgereiht sind. Auch Kugeln, die im wesentlichen ohne Abstand voneinander aufgereiht sind, sind verwendbar, obgleich diese aufgrund ihrer Gestalt verhältnismäßig große Durch¬ trittsquerschnitte zwischen sich freigeben, die oftmals uner¬ wünscht sind. Die Verwendung von Kugeln als Spannglieder ist an sich bekannt (DE-C 32 33 796), allerdings nur in verhält¬ nismäßig kleiner Zahl mit großen Zwischenabständen über den Umfang.
    [0008] Über die Weite der Zwischenräume kann allgemein gesagt werden, daß diese so gering sein soll, daß eine Drosselwirkung für das Schutzgas mit einem den Zutritt von Luftsauerstoff erschweren¬ den Druckabfall erzielt wird, wobei andererseits die Durch¬ trittsquerschnitte möglichst gleichmäßig über den gesamten Um¬ fang verteilt sein sollen. Im allgemeinen soll die Weite der Zwischenräume geringer sein als die Umfangsbreite der Spann¬ glieder. Bei Verwendung einer Schraubenfeder können deren Win¬ dungen an der Innenseite zweckmäßigerweise nahezu aneinander liegen. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann diejenige Nut¬ wand, die dem Schweißbereich zugewandt ist, radial derart weit vorragend ausgebildet sein, daß die Spannglieder von ihr weit¬ gehend abgeschirmt werden. Sie besitzt zu diesem Zweck einen Außendurchmesser, der nur wenige Prozent geringer ist als der lichte Durchmesser der Werkstückbohrung.
    [0009] Zweckmäßigerweise weist wenigstens eine der beiden Spannein¬ heiten zwei Spanngliederreihen in axialem Abstand voneinander auf, um nicht nur eine Zentrierung, sondern auch eine axiale Ausrichtung des zu spannenden Rohrteils zur erzielen.
    [0010] Der konstruktive Aufbau wird besonders einfach, wenn die Spann-Nuten durch Ringe gebildet werden, die teilweise ver¬ schiebbar und durch Buchsen verbunden, auf einem Haltekörper ' sitzen, der dabei' auch den Nutgrund der Spann-Nuten bilden kann. Zu derselben Spanneinheit gehörende Nutwände können aus dem Haltekörper zu gemeinsamer Betätigung verschiebbar sein. Zu verschiedenen Spanneinheiten gehörende Nutwände können hingegen fest am Haltekörper angeordnet sein, wobei dieser zweckmäßigerweise im Wege der Antriebskraft angeordnet ist, damit nur eine Antriebsbewegung zum Antrieb beider Spannein¬ heiten erforderlich ist. Nach einem weiteren Merkmal der Er¬ findung können beide Spanneinheiten trotz des Vorhandenseins von nur einem Antrieb gesondert voneinander betätigt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß alle Spann-Nuten der beiden Spanneinheiten in bezug auf den Antrieb hintereinander ge¬ schaltet sind und parallel zu den Spann-Nuten einer der Spanneinheiten eine der Antriebskraft entgegenwirkende Feder vorgesehen ist. Diese Feder bewirkt, daß bei anfänglicher Betätigung des Antriebs die ihr zugeordnete Spanneinheit einstweilen von der Antriebskraft entlastet bleibt, so daß nur die andere Spanneinheit gespannt wird. Dies ermöglicht es, durch langsames Einsetzen des Antriebs die beiden Spannein¬ heiten stufenweise nacheinander zur Einwirkung zu bringen, um zunächst in Ruhe eines der beiden zu spannenden Werkstücken und später erst das andere spannen zu können. Wenn ein druck¬ mittelbetätigter Antrieb verwendet wird, kann ein Schalter vorgesehen sein, der die Beaufschlagung des Antriebs mit einem mittleren Druck ermöglicht, dessen Größe zwar zum Spannen der einen Spanneinheit, nicht aber zum Überwinden der der anderen Spanneinheit zugeordneten Feder ausreicht, so daß auf diese Weise die Spannvorrichtung so eingestellt werden kann, daß lediglich eine ihrer beiden Spanneinrichtungen aktiviert ist.
    [0011] Zweck besserer Kühlung kann für den Haltekörper ein Kühlflüs- εigkeitskreislauf vorgesehen sein.
    [0012] Da für beide Spanneinheiten derselbe Druckmittelantrieb ver¬ wendet wird und der Druckmittelverbrauch daher vergleichsweise gering ist, kann nach der Erfindung Schutzgas als Druckmittel für den Antrieb verwendet werden, was den Vorteil hat, daß im Falle einer Leckage des Antriebszylinders kein Schaden durch zur Schweißstelle gelangendes, fremdes Druckmittel geschehen kann, und daß die Anordnung durch Einsparung einer weiteren Mediumszufuhr leichter und einfacher wird.
    [0013] Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die vorteilhafte Ausführungεbeispiele veranschaulicht. Darin zeigen:
    [0014] Fig. 1 bis 3 Längsschnitte durch drei unterschiedliche
    [0015] Ausführungsformen der Vorrichtung, Fig. 4 eine von radial außen auf eine Spann-Nut und die darin enthaltene Feder gesehene, perspek¬ tivische, vergrößerte Ansicht,
    [0016] Fig. 5 einen Schnitt mit Blickrichtung in Umfangs¬ richtung durch die Anordnung gemäß Fig. 4 und
    [0017] Fig. 6 die Seitenansicht von einer Reihe von schei¬ benförmigen Spanngliedern.
    [0018] Die in Fig. 1 dargestellte Spannvorrichtung dient dazu, die Rohrenden 1 und 2 im Bereich ihrer Stoßstelle fest und genau miteinander fluchtend zu εpannen, so daß sie mittels einer automatischen Rundschweißmaschine von außen problemlos mit¬ einander verschweißt werden können. Ein wichtiges Anwendungs¬ gebiet ist beispielsweise die Herstellung von Rohrpostlei¬ tungen, bei denen sehr hohe Anforderungen an die Fluchtge¬ nauigkeit der Rohrwände zur Vermeidung von störenden Absätzen oder Stufen gestellt werden.
    [0019] Auf der Kolbenstange 6 ist ein Kolben 4 fest angeordnet, der innerhalb eines Zylinders 15 mit dessen Endwand 16 einen Zylinderraum 17 einschließt. Am Umfang ist der Kolben 4 mittels einer Dichtung 5 gegenüber dem Zylinder 15 abgedich¬ tet. Die Zylinderendwand 16 ist gegenüber der darin verschieb¬ baren Kolbenstange 6 mittels einer Dichtung 12 abgedichtet. Das andere Ende des Zylinders 15 ist durch eine Scheibe 18 geschloεsen, die eine Führungsnabe 19 für die Kolbenstange 6 enthält.
    [0020] Die Kolbenstange ist rohrförmig, am linken Ende geschlossen und am rechten Ende offen ausgeführt. Durch ihren Hohlraum ist eine Leitung 20 zu einer in der Zeichnung unmittelbar links neben dem Kolben 4 in der Kolbenstange liegenden Öffnung 7 geführt, durch die der Arbeitsraum 17 mit Druckmittel zur Betätigung der Spannvorrichtung beaufschlagt werden kann.
    [0021] In der Zeichnung links von der Kolbenzylindereinrichtung iεt der Haltekörper 21 angeordnet, der im weεentlichen als Hohl- zylinder ausgebildet ist, der an seinem rechten Ende mittels einer Dichtungs- und Führungsbuchse 12a und in Abstand davon mittels eines Paars von Fuhrungs- und Dichtungsbuchsen 12b axial verschiebbar und koaxial auf der Kolbenstange 6 gelagert ist. Die Dichtungsbuchsen 12a und 12b schließen innerhalb des Haltekörpers einen Kühlmittelraum 22 ein, der über eine Kühl¬ mittelzuführungsleitung 23 und eine Kühlmittelabführungslei¬ tung 24, die innerhalb des Hohlraums der Kolbenstange 6 gele¬ gen sind, mit einem Kühlmedium, beispielsweise Waεεer, durch- εpült werden kann.
    [0022] Das Paar von Dichtungs- und Führungsbuchsen 12b schließt einen Ringraum 25 ein, der über eine oder mehrere Bohrungen 26, mit dem Hohlraum der Kolbenstange 6 ständig in Verbindung steht. Außerdem führen mehrere Bohrungen 27 von dem Ringraum 25 radial nach außen zu einem Ringraum 28, der im Außenumfang des Haltekörpers gebildet ist und der zwecks Vergleichmäßigung der Zuströmung ein ringsum laufendes Lochblech 29 enthalten kann. Wenn der Kolbenεtangenhohlraum mit Schutzgas beaufschlagt wird, kann durch die Bohrungen 26 und 27 dem Schweißbereich 9 Schutzgas zugeführt werden.
    [0023] Beiderseits des Ringsraums 28 erheben sich auf der Zylinder¬ oberfläche des Haltekörpers zwei Ringvorsprünge 30, 31, die auf ihrer dem Ringraum abgewandten Seite konische Flanken bilden. Daran schließt sich jeweils ein zylindrischer Ab¬ schnitt an. Auf dem linken Ende der Kolbenstange 6 sitzt fest ein Teller 32 mit Kragen 33, der passend über den linken zylindrischen Abschnitt des Haltekörpers 21 greift und eine konische Flanke bildet, die der konischen Flanke des Ringvorsprungε 30 gegen¬ überliegt und gegenεinnig geneigt ist. Die beiden Flanken schließen eine Spann-Nut 36 zur Aufnahme einer ringförmig geschlossenen Schraubenfeder 3 ein, die eine gewisse Zugvor¬ spannung enthält, so daß sie stets in die Stellung geringster Umfangslänge εtrebt. Die Windungen dieεer Feder bilden die Spannglieder und liegen nahezu aneinander an.
    [0024] Jenseits des Ringraums 28 ist auf dem zylindrischen Abschnitt des Haltekörpers eine Buchse 40 verschiebbar angeordnet τ die an beiden Stirnseiten durch konische Flanken begrenzt ist. Die in der Zeichnung links dargestellte konische Flanke schließt mit der Flanke des Ringvorsprungs 31 eine Spann-Nut 39 mit Schraubenfeder 3 ein, die der Spann-Nut 36 gleicht. Die andere Flanke ist an der Bildung einer Spann-Nut 42 für eine Schrau¬ benfeder 3 beteiligt, die auf der anderen Seite von einer ko¬ nischen Flanke begrenzt wird, die an einem hohlzylindrischen Ansatz 44 deε Zylinderε 15 angeordnet ist, der über den Außen¬ umfang des Haltekörpers 21 greift.
    [0025] Zwischen dem Haltekörper 21 und dem Teller 32 einerseits und dem Haltekörper 21 und dem Flansch 16 des Zylinders 15 ande¬ rerseits sind axial wirkende Druckfedern 13a bzw. 13b als Rückstellfedern angeordnet, wobei die Feder 13a eine größere Druckkraft als die Feder 13b entwickelt.
    [0026] An das rechte, offene Ende der Kolbenstange 6 ist ein Schlauch 10 fest und dicht angeschlossen, der für die Zuführung des Schutzgases dient und ein Leitungsbündel 11 enthält, nämlich die Kühlmediumsleitungen 23 und 24 sowie im Falle der geson¬ derten Zuführung des Druckmediums für dieses eine Leitung 20.
    [0027] Die Spann-Nut 36 mit den zugehörigen Teilen bildet eine Spanneinheit für das Rohr- oder Bogenstück 2 , während die Spann-Nuten 39, 42 zu der dem Rohrstück 1 zugeordneten Spanneinheit gehören.
    [0028] Die Vorrichtung wird in folgender Weise verwendet. Im entspannten Zustand der Vorrichtung liegen die Federn 3 innerhalb der sie aufnehmenden Spann-Nuten. Ihr Außendurch- meεεer ist kleiner als der Innendurchmesser der Rohrstücke 1 und 2. Die Vorrichtung kann daher an die vorgesehene Stelle gebracht werden, so daß die Schweißstelle vor dem Ringraum 28 liegt.
    [0029] Wenn der Arbeitsraum 17 der Kolbenzylindereinrichtung 4 , 15 mit Druckmittel 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 werden die Spann-Nuten 39, 42 enger, wodurch die in' ihnen gehaltenen Federn in der gestrichelt angedeuteten Weise nach außen gepreßt werden, bis sie in Anlage an den Innenum¬ fang des Rohrs 1 gelangen und die Spannvorrichtung dadurch innerhalb dieses Rohres zumindest vorläufig zentrieren und festhalten. Dabei achtet man darauf, daß die zu verschweißende Stirnkante des Rohrstücks 1 mittig vor dem Ringraum 28 zu liegen kommt. Die Kraft der Feder 13a ist so gewählt, daß in diesem Zustand die im Bereich der Nut 36 gebildete Spannein¬ heit noch nicht in Funktion tritt, so daß das Rohr 2 noch justiert werden kann. Anschließend wird der Druck im Arbeits- räum 17 gesteigert, so daß auch die Feder 13a zusammengedrückt wird und die Spann-Nut 36 der linken Spanneinheit verengt wird und die darin befindliche Schraubenfeder 3 in die gestrichelte Stellung nach außen gepreßt wird, bis auch das Rohr 2 zen¬ triert und gespannt ist. Dabei führt die Feder, wie aus ihrer unterschiedlichen Lage in durchgezogener und gestrichelter Stellung hervorgeht, auch eine axiale Bewegungskomponente durch, die zu einem Gegeneinanderspannen der Stoßflächen der Rohre genutzt werden kann.
    [0030] Sobald die Spannvorrichtung sich im fertig gespannten Zustand befindet, wird Schutzgas zugeführt, das die atmosphärische Luft auε dem Ringraum 28 und somit aus dem Schweißbereich 9 verdrängt. Die Anordnung ist nun bereit für die automatische Verschweißung des Rohrstoßes von außen her. Zur Vermeidung von Überhitzung der Vorrichtung kann dabei der Halteteil 21 durch Zuführung von Kühlmedium zu dem Kühlmediumsraum 22 gekühlt werden.
    [0031] Fig. 2 zeigt eine Spannvorrichtung zum Zusammenspannen eines Rohrstücks 50 mit einem Flansch 51. Solche Teile, die den unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Teilen gleichen, tragen gleiche Bezugεziffern.
    [0032] Innerhalb deε pneumatischen Zylinders 15 ist zwischen einem Kolben 4 und einer festen Zylinderwand 16 ein Arbeitsraum 17 gebildet. Der Kolben ist auf der in der Zeichnung rechts er¬ scheinenden Seite mit einem Rohr 34 fest verbunden, das am Ende eine Steckerbuchse 35 für den Anschluß eines Druckgas- schlauchs aufweist, wobei die Zufuhr des Druckgases mittels einer nicht dargestellten Einrichtung steuerbar ist. Ferner iεt mit dem Kolben 4 die Kolbenstange 6 fest verbunden, die sich hauptεächlich auf der in der Zeichnung linken Seite des Kolbenε 4 erstreckt und mit dem Innenraum des Rohrs 34 in Verbindung steht und bei 7 eine seitliche Öffnung in den Ar¬ beitsraum 17 aufweist zur Zufuhr von Druckgas zwecks Betäti¬ gung der Spannvorrichtung.
    [0033] Der Zylinder 15 ist fest mit einer Platte 37 verbunden, die im folgenden als Anschlagplatte bezeichnet ist, weil sie einen Anschlag für die Positionierung des zu verschweißenden Flanεchteilε 51 bildet. Sie trägt auf ihrer vom Zylinder 15 abgewandten Seite einen zylindrischen Kragen 38. Die Kolben- εtange 6 ist durch die Anschlagplatte 37 und den Kragen 38 koaxial und in Längsrichtung beweglich hindurchgeführt. An ihrem Ende ist sie mit einem Teller 32 fest verbunden, der einen Kragen 33 aufweist. Zwischen den beiden Kragen 33 und 38 ist ein zylindrischer Haltekörper 21 angeordnet, der in den Bohrungen dieεer Kragen geführt εein kann. Zusätzlich oder statt dessen kann er auch mittels Dichtungs- und Führungs¬ buchsen 12a und 12b in den Naben seiner Stirnwände längsbe¬ weglich auf der Kolbenstange 6 geführt sein. Durch eine Feder 13b ist er an dem Boden des Kragens 38 abgestützt.
    [0034] Auf dem Haltekörper 21 ist eine zylindrische Hülse 40 geführt, deren verdickte, stirnseitige Enden konische Flanken bilden. Entsprechend konisch ist auch die Stirnflanke des Kragens 33, die der konischen Flanke der Hülse 40 gegenübersteht und mit dieser eine Spann-Nut 36 einschließt, in der eine ringförmig geschloεsene Schraubenfeder 3 angeordnet ist, deren einzelne Wendeln die Spannglieder bilden.
    [0035] Während die Hülse 40 auf dem Haltekörper 21 in Längsrichtung beweglich iεt, iεt die ebenfalls auf dem Träger angeordnete Hülse 40' in Axialrichtung fest mit diesem verbunden. Auch die Hüle 40' bildet an ihren verdickten Enden RingvorSprünge 30, 31 mit konischen Flanken, von denen die eine der Flanke der Hülse 40 gegenübersteht und mit dieser eine Spann-Nut 39 für eine Schraubenfeder 3 einεchließt, während die andere einer entsprechend konisch geformten Flanke eines axial beweglich auf dem Umfang des Haltekörpers 21 angeordneten Rings 41 gegenübersteht und mit diesem eine Spann-Nut 42 für eine Schraubenfeder 3 einschließt. Der Ring 41 weist im entspannten Zustand der Anordnung, der in der Figur dargestellt ist, Spiel gegenüber dem Stirnende des Kragens 38 auf.
    [0036] Eine Bohrung 27 ist in dem Haltekörper 21 und der Hülse 40* zwischen den Ringvorεprüngen 30 und 31 vorgesehen. Ferner ist eine Bohrung 26 -in der Kolbenstange 6 im Bereich des Halte- kδrpers 21 angeordnet. Durch diese Bohrungen kann das Schutz¬ gas, das übrigens auch als Druckmedium für den Zylinderraum 17 verwendet wird, in den Schweißbereich 9 der zu spannenden Rohrstücke 50, 51 austreten.
    [0037] Die Spann-Nuten 36 und 39 mit den zugehörigen Teilen bilden eine Spanneinheit für das Rohrstück 50, während die Spann-Nut 42 mit den ihr zugehörigen Teilen eine zweite Spanneinheit für den Flanschteil 51 bildet.
    [0038] Die Vorrichtung arbeitet wie folgt.
    [0039] Im dargestellten, entspannten Zustand können die Rohrstücke 50, 51 auf die Spannvorrichtung in der dargestellten Weise aufgesetzt werden. Wird nun Druckgas mit einem ersten Druck mittlerer Größe von beispielsweise 5 bar über den Anschluß 35 zugeführt, so bewegt sich die Kolbenstange 6 nach rechts in der Zeichnung, wobei Druckkräfte von dem Kragen 33 über die Spann-Nut 36, die Schraubenfeder 3, die Hülse 40, die Spann-Nut 39 und die darin enthaltene Schraubenfeder 3, die Hülse 40', den Haltekδrper 21 und die Buchse 12a auf die Feder 13b übertragen werden, die so bemessen ist, daß sie sich bis zu diesem Druck mittlerer Größe praktisch starr verhält oder sich jedenfalls nicht mehr zusammendrücken läßt, als es der Größe des Spiels zwischen den Teilen 38 und 40 entspricht. Dies bedeutet, daß bis zu dieser Druckgrenze lediglich die Schraubenfedern in den Spann-Nuten 36 und 39, durch deren konische Flanken nach außen gepreßt werden, um das Rohrstück 50 auszurichten und zu spannen. Es kann so in aller Ruhe dafür gesorgt werden, daß εich die zu verschweißende Stirnfläche dieses Rohrstückε genau in der Mitte des durch die Ringvor¬ sprünge 30, 31 eingeschlossenen Schweißbereichs befindet. An¬ schließend läßt man den Druck weiter anwachsen, so daß die Fe¬ der 14 zusammengepreßt wird. Es findet dann eine axiale Rela¬ tivbewegung zwischen der Anschlagplatte 37 und dem inzwischen gespannten Rohrstück 50 in dem Sinne statt, daß der Flansch 51 gegen das Rohrstück 50 geschoben wird. Sobald das Spiel neben dem Ring 41 überwunden ist, wird von dem Kragen 38 der Ring 41 beaufschlagt und wird die Schraubenfeder 3 in der Spann-Nut 42 nach außen gedrückt, wodurch der Flansch 51 zentriert und ge¬ spannt wird.
    [0040] Am Ende dieses Vorgangs sind die Rohrstücke 50, 51 zentriert und liegen ihre Stirnflächen unter Spannung aneinander, wobei sie von Schutzgas umspült werden.
    [0041] Es ist erkennbar, daß diese Vorrichtung äußerst einfach aufge¬ baut ist und mit einfachsten Steuermitteln lediglich mit Schutzgas als Steuermedium als SchweißSpannvorrichtung betrie¬ ben werden kann. Dabei sind die dem Schweißbereich 9 benach¬ barten Schraubenfedern 3 durch die RingvorSprünge 30, 31 vom Schweißbereich abgeschirmt und durch weitgehenden Einschluß in kühle Teile der Spannvorrichtung sowie durch gleichmäßige Druckströmung des Schutzgases gut gekühlt, während die Wärme von den bearbeiteten Rohrstücken 50, 51 nur langsam infolge der punktförmig reduzierten Kontaktflächen zu ihnen geleitet wird.
    [0042] Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 gleicht derjenigen gemäß Fig. 2 mit dem Unterschied, daß statt nur einer Spann-Nut 42 der dort für den Flanεch 51 vorgesehen war, eine Anordnung von zwei Spann-Nuten 42 und 42a tritt, zwischen denen eine auf dem Haltekörper 21 verschiebbare Hülse angeordnet ist, so daß der rechte Rohrteil nicht nur zentriert, sondern auch fluchtge¬ recht ausgerichtet wird. Es entfällt auch die Anschlagplatte 37. Statt dessen sind zwei Gleitringe 43 vorgesehen, die aus einem Kunstoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten bestehen und radial außen etwas weiter vorragen als die die Spann-Nuten bildenden RingvorSprünge. Diese Gleitringe erleichtern das Verschieben der Spannvorrichtung innerhalb einer geschlossenen Rohrleitung.
    [0043] Die Feder 13b ist auf der dem Zylinder 15 abgewandten Seite des Haltekδrpers 21 angeordnet. Dies hat zur Folge, daß die dem Zylinder 15 fernere Spanneinheit, zu der die Spann-Nuten 36 und 39 gehören, εpäter gespannt wird als die dem Zylinder 15 nähere Spanneinheit mit den Spann-Nuten 42 und 42a. Selbst- verεtändlich eignet εich dieεe Vorrichtung nur für das Spannen geradlinig gestreckter Rohrstücke. Falls auf der einen Seite der Schweißstelle auch Rohrbögen vorkommen, so müßte die in Fig. 3 links erscheinende Spanneinheit gekürzt mit nur einer Spann-Nut ausgeführt werden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Fig. 4 und 5 veranschaulichen in schräg radial von außen nach innen gerichteter Blickrichtung sowie in Umfangsrichtung zwei Windungen 56 einer Schraubenfeder 3, die zwischen den koni¬ schen Flanken 52, 53 einer Spann-Nut 36 gehalten sind und je ein Spannglied repräsentieren. Da sie aus im Querschnitt run¬ den Drähten gebogen sind, haben sie eine gewölbte, nach außen weisende Oberfläche, die mit der Bohrungsfläche der zu span¬ nenden Werkεtücke lediglich Punktkontakt eingeht, wie dies durch sehr kleine Spannflächen 54 in der Zeichnung angedeutet ist, Die Ausmaße dieser Spannflächen sind wesentlich kleiner als die axiale Ausdehnung 58 der einzelnen Windungen, so daß der zwischen ihnen durch den sehr kleinen Zwischenabstand 57 hindurchstreichende Schutzgasstrom 55 an den einzelnen Win¬ dungen eine Kühlfläche vorfindet, die vielfach größer ist als die Größe der Spannflächen 54. Die Windungen der Schraubenfe¬ der werden dadurch sehr wirksam gekühlt; die Gefahr der Über¬ hitzung besteht nicht.
    [0044] Fig. 6 veranschaulicht, daß eine ähnlich wirksame Spann¬ gliederanordnung durch Verwendung einer Vielzahl von kreis¬ förmig begrenzten Scheiben 60, die durch Zwischenscheiben 61 auf Abstand 57 gehalten und auf einen Federsträng 59 aufge¬ zogen sind, erreicht werden kann.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    Vorrichtung zum gegenseitigen Zentrieren und Spannen von zwei miteinander zu verschweißenden, eine runde Bohrung .enthaltenden Werkstücken (1, 2; 50, 51), die für jedes der Werkstücke beiderseits eines mit SchutzgasZuführung ver¬ sehenen Schweißbereichs (9) eine Spanneinheit aufweist, die wenigstens eine Umfangsreihe von in einer Spann-Nut (36, 39, 42) enthaltenen Spanngliedern (3) umfaßt, die durch gegenseitige axiale Näherung bzw. Entfernung der Flanken (52, 53) der Spann-Nut nach außen spannbar bzw. nach innen entspannbar sind und eine nach außen weisende Spannfläche (54) für den Kontakt mit der Bohrungsfläche des Werkstücks sowie in Umfangsrichtung voneinander Abstand (57) aufwei¬ sen, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Ausdehnung (58), der in großer Zahl mit geringem Abstand (57) voneinander aufgereihten Spannglieder (56) größer ist als die Breite ihrer Spannflächen (54) in Umfangsrichtung.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannflächen (54) im wesentlichen punktförmig sind.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe von Spanngliedern von einer Feder (3) mit einer Vielzahl von jeweils etwa in Längsrichtung ange¬ ordneten Scheiben oder Windungen (56) gebildet ist.
    Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe von Spanngliedern von einer Schraubenfeder (3) gebildet ist.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe von Spanngliedern von auf einem Federstrang
    (59) mit geringem Abstand voneinander aufgereihten Scheiben
    (60) gebildet ist.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Umfangsrichtung die Weite der Zwischenräume (57) geringer ist als die Breite der Spannglieder (56, 60).
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Schweißbereich (9) eine die Schutzgaεzuführung (27) enthaltende, umlaufende Vertiefung (28) vorgesehen ist und die Spannglieder (56, 60) davon durch eine Nutwand (30, 31) weitgehend abgeschirmt sind.
    Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die dem Schweißbereich (9) zugewandte Nutwand (30, 31) einen Außendurchmesser besitzt, der nur wenig geringer ist als der lichte Durchmesser der Werkstück¬ bohrung.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Spanneinheit zwei Spanngliederreihen in axialem Abstand voneinander auf¬ weist.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die einander nächsten Nutwände, die zu zwei aufeinanderfolgenden Spanngliederreihen gehören, durch eine Buchse (40) verbunden auf einem Haltekörper (21) sitzen.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörper (21) den Nutgrund der die Spannglieder aufnehmenden Spann-Nuten (36, 39, 42) bildet.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zu derselben Spanneinheit gehörenden Nutwände auf dem Haltekδrper (21) gemeinsam verschiebbar sind.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verschiedenen Spanneinheiten gehörenden Nutwände fest am Haltekörper (21) angeordnet sind und dieser - mindestens einerseits durch eine Feder (13a, 13b) abgestützt - im Wege der Antriebskraft angeordnet ist.
    14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß für beide gesondert betätigbaren Spanneinheiten nur ein Antrieb vorgesehen ist und alle Spann-Nuten der beiden Spanneinheiten in bezug auf den Antrieb hintereinander geschaltet sind, wobei parallel zu den Spann-Nuten einer der Spanneinheiten eine der An¬ triebskraft entgegenwirkende Feder (13a, 13b) vorgesehen ist.
    15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Haltekörper (21) ein Kühl- flüssigkeitskreislauf (22, 23, 24) vorgesehen ist.
    16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Schutzgas als Druckmittel für den Antrieb verwendet ist.
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