Maschine zur Herstellung von Rohren aus schraubenförmig gewundenem Stahlband durch Lichtbogenschweissung Die Erfindung betrifft eine Maschine zur Her stellung von Rohren aus schraubenförmig gewunde nem Stahlband durch Lichtbogenschweissung. Es ist bekannt, zur Herstellung geschweisster Rohre ein Stahlband schraubenförmig zu wickeln und die in den Windungen aneinanderstossenden Kanten des Bandes miteinander zu verschweissen. Dabei kann das Wik- keln des Rohres in einer Hülse geschehen, in welche das Band schräg und in tangentialer Richtung so ein geführt wird, dass es sich an der Innenwand der Hülse krümmt und in Schraubenwindungen übergeht.
Wenn man den Winkel, unter dem das Band schräg einge leitet wird, die Breite des Bandes und den Innen durchmesser der Hülse in das richtige Verhältnis zu einander bringt, dann stossen die Kanten des aus der Hülse in Schraubenform austretenden Bandes an einander und können durch Schweissen miteinander verbunden werden. Das Schweissen geschieht dann, am besten in der Nähe der Stelle, wo die Kanten zum ersten Mal in diese relative Lage zueinander kommen, also am Austrittsende der Hülse.
Das Schweissen der Stahlbandkanten des gebil deten Rohres kann von innen oder auch sowohl von aussen und von innen geschehen. Auf die letztge nannte Weise verfährt man, wenn es sich um die Er zeugung von Rohren handelt, die starke Innendrücke aushalten sollen. Man verwendet dann zwei Schweiss köpfe, die um eine halbe Schraubenwindung gegen einander längs der Schweissnaht versetzt sind. Dabei kann man zunächst von aussen und danach von innen schweissen oder auch umgekehrt verfahren.
Beim Schweissen muss stets sorgfältig darauf ge achtet werden, dass die hergestellte Schweissnaht erst dann mechanisch beansprucht wird, wenn sie so weit abgekühlt ist, -dass sie unter den Beanspruchungen weder reisst noch sich bleibend verformt. Entstehen Risse oder bleibende Formänderungen in der Schweissnaht, so wird das Rohr undicht oder krumm. Um dies auszuschliessen, müssen die verschweissten Teile so lange an gegenseitiger Bewegung gehindert werden, bis die Schweissnaht einigermassen erkaltet ist.
Das ist aber gerade beim Schweissen von Rohren mit schraubenförmig verlaufender Schweissnaht wegen der Form der Schweissnaht und der ständigen Bewe gung des Bandes und des Rohres besonders schwierig.
Es ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung, beim Schweissen von Rohren mit schraubenförmig verlaufender Schweissnaht aus Stahlband Risse in der Schweissnaht oder bleibende Verformung zu verhin dern.
Es ist ein weiterer Zweck der Erfindung, das Stahlband und das entstehende Rohr beim Schweissen durch besondere Mittel so festzulegen, dass keine Verlagerungen auftreten können, die zu Rissen in der Schweissnaht oder zu bleibenden Verformungen füh ren können.
Es ist ein weiterer Zweck der Erfindung, die Mit tel, durch die das Stahlband während des Schweissens gestützt und geführt wird, so zu gestalten, dass diese Mittel keine Kräfte auf das Stahlband ausüben kön nen, die quer zur Schweissnaht gerichtet sind.
Es ist endlich ein Zweck der Erfindung, beim Schweissen der Tatsache Rechnung zu tragen, dass die Breite des zu verarbeitenden Stahlbandes infolge von Ungenauigkeiten bei der Produktion fast immer schwankt.
In der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausfüh rungsbeispiele der Maschine nach der Erfindung dar gestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht der Maschine nach der ersten Ausführungsform, Fig.2 eine Stirnansicht der Maschine, gesehen in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2 in grösserem Massstabe, Fig.4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 1, Fig. 6 eine der Fig. 1 entsprechende Seitenansicht einer Detailvariante der ersten Ausführungsform, Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig.
6, Fig.8 einen der Fig.5 entsprechenden Schnitt in kleinerem Massstabe mit einer Variante in der Steuerung des inneren Schweisskopfes, Fig. 9 eine der Fig. 1 entsprechende Seitenansicht der zweiten Ausführungsform der Schweissmaschine nach der Erfindung, teilweise im Schnitt, Fig. 10 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles X in Fig. 9 und Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI in Fig. 9.
Bei den gezeichneten Maschinen wird das Rohr von innen und aussen geschweisst. Die erste Schwei ssuni findet von innen statt. Der Schweisskopf für die zweite Schweissuni ist gegen den ersten Schweisskopf um eine halbe Schraubenwindung längs der Schweiss naht versetzt. Die Maschine kann aber auch mit nur einem Schweisskopf versehen sein, der entweder von aussen oder von innen arbeitet, ebenso wie bei Ma schinen mit zwei Schweissköpfen, bei denen der erste von aussen und der zweite von innen arbeitet.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5 ist eine Wickelhülse 1 durch schwere, steife Vertikal platten 2 mit einer Grundplatte 3 verbunden. Dieser Aufbau stellt sicher, dass die Wickelhülse sich unter den an ihr angreifenden Kräften nicht verformt. Die zylindrische Wandung der Hülse 1 ist teilweise weg geschnitten, und zwar im wesentlichen an den Stellen, wo das Stahlband 4, seiner Schraubenform entspre chend, mit ihr ohnehin nicht in Berührung kommen würde.
Das Stahlband 4, aus dem das Rohr hergestellt werden soll, tritt gemäss Fig. 2 und 5 in Richtung der Pfeile 5 und 6 tangential in die Hülse ein. An der In nenfläche der Hülse wird dann das Band gebogen und tritt als Rohr 7 an der linken Hülsenöffnung 8 aus. Aus Fig. 1 und 5 ist ersichtlich, dass das Band 4 nicht dicht an der Innenfläche der Hülse anliegt. An dieser Innenfläche sind nämlich schraubenförmig verlaufende, nach innen vorspringende Leisten 9 und 10 vorgesehen, wie aus den Fig.3 und 4 erkennbar ist. Solche Leisten sind bekannt und haben den Zweck, die Reibung zwischen Hülse und Band zu vermindern.
Für Führung und Stützung des Bandes dient ge mäss Fig. 1 bis 5 ein Paar Leitrollen, nämlich eine äussere Rolle 11, die aussen am Band nahe dem Ein- tritt in die Hülse anliegt, und eine innere Rolle 12, die das Band von innen in geringem Abstand von der Leitrolle 11 berührt. Die hohl ausgebildete Leitrolle 1.1 ist auf einer an der Drehung nicht teilnehmenden Achse 13 gelagert. Diese Achse ist in Schlitten 14 befestigt, die in vertikalen Führungen 15 durch Spin deln 16 einstellbar sind.
Die Lagerung der inneren Rolle 12 ist in den Fing. 3 und 4 näher dargestellt. Der hohe Rollenkör per ist mit Kugellagern 17 auf einer feststehenden Achse 18 drehbar, die an Böcken 19 befestigt ist. Die Böcke 19 sitzen an der Unterkante einer Platte 20, die gemäss Fig. 5 zwecks Erhöhung der Steifig keit das Profil eines hohlen Kastens hat. Die Platte 20 kann mittels einer Spindel 21 vertikal verstellt werden und ist zu diesem Zweck in einer Schlitten führung 22 verschiebbar, die an einer Rippe 23 be festigt ist. Die Rippe ist mittels einer Leiste 24 innen an der Hülse 1 angeschweisst. Mittels der Spindeln 16 und 21 können die Leitrollen 11 und 12 vertikal so eingestellt werden, wie es die saubere Führung des Bandes 4 erfordert.
Eine erste Verschweissung der Bandkanten ge schieht an der in Fig. 1 mit 25 bezeichneten Stelle, nämlich in der Nähe des Punktes, wo die in Fig. 1 rechts liegende Bandkante, vom Eintritt in die Hülse aus gerechnet, auf eine volle Schraubenwindung 26 gebogen worden ist. Das Schweissen geschieht durch Lichtbogen mittels eines Schweisskopfes 27, dessen Einzelheiten später in Verbindung mit Fig. 3 und 4 näher erläutert werden. Aus Fig. 1 und 2 ist ersicht lich, dass der Schweisskopf 27 durch eine axial ver schiebbare Stange 28 gehalten wird und in axialer Richtung verstellt werden kann.
Diese Stange ist in den Böcken 19 geführt und trägt an ihrem rechten Ende einen Arm 29 mit einer Rolle 30, die an der rechten Kante des Bandes 4 anliegt. Eine Zugfeder 31, die an der Nabe 32 des Armes 29 und an einer feststehenden Büchse 33 verankert ist, hält die An lage der Rolle 30 an der Bandkante aufrecht.
Es hat sich herausgestellt, dass es zur Erzeugung einer guten Verschweissung notwendig ist, dem Band in unmittelbarer Umgebung der Schweissstelle 25 eine besonders sichere Stützung und Führung zu geben. Zu diesem Zweck sind bei der Ausführung nach Fig. 1 bis 5 die Achsen 13 und 18, auf denen die Leitrollen 11 und 12 laufen, über die Schweissstelle 25 hinaus verlängert. Die so gebildeten Fortsätze tra gen zusätzliche Rollen 35 und 36 rechts der Schweiss stelle 25 und weitere zusätzliche Rollen 37 und 38 links der Schweissstelle 25. Im Bereich zwischen den beiden Rollenpaaren 35, 36 und 37, 38 befindet sich innerhalb des Bandes der Schweisskopf 27 und ausser halb eine Kupferbacke 39 zur Wärmeabfuhr.
Der Abschnitt 40 der Achse 18 zwischen den zusätzlichen Rollen 36 und 38 kann als Halterung für den Schweisskopf ausgebildet werden und hat gemäss Fig. 3 und 4 zu diesem Zweck eine Durchbrechung 41, in der das Schweisskopfgehäuse 42 axial ver schiebbar ist. Das Gehäuse 42 dient zur Aufnahme einer Vierkantbüchse 43, durch die der Schweissdraht 44 geleitet wird. Am Boden des Gehäuses 42 ist ein Konus 45 aus keramischem Stoff eingesetzt, der es gestattet, die Öffnung, aus der der Draht 44 austritt, wesentlich näher an die Schweissstelle 25 heranzufüh ren, als dies sonst möglich wäre. Das Gehäuse 42 und die Hülse 43 bestehen zwecks besserer Wärmeabfuhr aus Kupfer.
Eine gewellte Feder 46 legt die Hülse 43 im Gehäuse 42 spielfrei fest.
Durch einen ausserhalb des Rohres 7 angeord neten Schweisskopf 47 wird das Rohr zusätzlich von aussen verschweisst. Der Schweisskopf 47 ist, gerech net entlang der Schweissnaht W, gegen den Schweiss kopf 27 um eine halbe Schraubenwindung versetzt. Er ist auf einem allgemein mit 48 bezeichneten Kreuzsupport gelagert, der auf einer Brücke 49 be festigt ist und eine Einstellung des Schweisskopfes nach den drei Achsen eines räumlichen Koordinaten systems gestattet. Demgemäss ist ein Teil 481 zur Brücke 49 horizontal und senkrecht zur Zeichen ebene verschiebbar, ein weiterer Teil 482 zu dem Teil 481 horizontal in der Zeichenebene verschieb bar und endlich ein dritter, den Schweisskopf 47 tra gender Teil 483 zu dem Teil 482 vertikal und in der Zeichenebene verschiebbar.
Die Brücke 49 ist durch Lenker 50 schwenkbar auf Augen 51 gelagert, die aussen auf der Hülse 1 befestigt .sind. Eine Zugfeder 52 sucht die Brücke 49 nach links zu schwenken. An einem gekröpften Arm 53 trägt die Brücke 49 eine Rolle 54, die ähnlich wie die Rolle 30 an der rechten Kante des Bandes 4 anliegt. Die Feder 52 hält die Anlage aufrecht. Während der äussere Schweisskopf 47 durch Kreuzsupport in drei Rich tungen eingestellt werden kann, ist in der Zeichnung für den inneren Schweisskopf 27 nur eine Einstellung in vertikaler Richtung durch die Spindel 21 vorgese hen. Es versteht sich jedoch von selbst, dass man auch den inneren Schweisskopf in dreifacher Richtung ein stellbar lagern kann.
Wie die Maschine betrieben wird, wird keiner weiteren Erläuterung bedürfen. Erwähnt sei nur, dass die axiale Verschiebbarkeit der Schweissköpfe 27 und 47 dazu dient, ihre Stellung der schwankenden Breite des Stahlbandes anzupassen.
In der Detailvariante nach den Fig. 6 und 7 ist die Lagerung der Leitrollen etwas anders gestaltet als in Fig. ,1 bis 5. Rechts vom Schweisskopf 55, der dem Schweisskopf 27 in Fig. 1 entspricht, erstrecken sich einteilige Rollen 56 und 57, die den Rollenteilen 1l, 35 und 12, 36 in Fig. 1 entsprechen. Auf den stillstehenden Achsen 58 und 59 sind links vom Schweisskopf 55 Rollen 60 und 61 drehbar, die den Rollen 37 und 38 in Fig. 1 entsprechen. Die Achsen 58 und 59 .sind bis über diese Rollen hinaus verlän gert und an ihren Enden unterstützt. Hierzu dienen bei der Achse 58 Stützen 62 und bei der Achse 59 Böcke 63, die an einem Träger 64 befestigt sind, der dem Teil 20 in Fig. 1 und 2 entspricht.
Die Detailvariante nach Fig. 8 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5 lediglich in der Anordnung der Rolle, die die Lage des inneren Schweisskopfes bestimmt. Ein Arm 65, der dem Arm 29 in Fig. 1 entspricht, ist unmittelbar am Schweisskopf 66 angebracht und trägt eine an der linken Kante des Bandes 4 anliegende Rolle 67. Im übrigen besteht Übereinstimmung mit den Fig. 1 bis 5, so dass für diese Darstellung das vereinfachte Schema nach der Fig. 8 genügen dürfte.
Aus Fig. 1 sind rechts und links vom Schweiss kopf 47 weitere Schweissköpfe 68 und 69 ersichtlich, die nur schematisch dargestellt sind, da ihr Vorhan densein mit der Erfindung nichts zu<B>-</B>tun hat. Sie dienen nicht dazu, die Bandkanten miteinander zu verschweissen, sollen vielmehr nur aussen auf das Band Schweissraupen 70 und 71 legen, die dem Zweck der Versteifung des Rohres 7 dienen.
Die Ausführungsform der Maschine nach den Fig. 1 bis 11 stimmt in vielen Einzelheiten mit der jenigen nach den Fig. 1 bis 5 überein. Um Wieder holungen zu vermeiden, sind alle übereinstimmenden Teile, die bereits in Verbindung mit den Fig. 1 bis 5 erläutert worden sind, durch die gleichen überwei- sungszeichen unter Hinzufügung des Buchstabens a bezeichnet.
Die folgende Beschreibung dient nur der Erläuterung derjenigen Teile, die abweichend von denjenigen nach den Fig. 1 bis 5 gestaltet sind.
In den Fig. 1 bis 5 liegen die Stützrollen 37 und 38, die sich links von der Schweissstelle 25 befinden, gleichachsig zu den rechts befindlichen Stützrollen 11 und 12. Diese Rollen üben auf das durchlaufende Band 4 axial gerichtete Reibungskräfte aus, die unter ungünstigen Umständen die Güte der Schweissnaht beeinträchtigen können. Die Entstehung solcher Kräfte ist bei der Ausführungsform nach den Fig. 9 bis 11 vermieden.
Links von der Schweissstelle 25a sind gemäss den Fig. 9 und 10 drei Rollen angeordnet, von denen die Rolle 75 im Inneren des Rohres liegt, während: sich die Rollen 76 und 77 ausserhalb davon befinden. Die innere Rolle 75 ist an einer radial zur Rohrachse verlaufenden Strebe 78 gelagert, welche einstellbar an einem Arm 79 befestigt ist. Dieser Arm ist auf einem Zapfen 80 drehbar, der in einer Gabel 81 gelagert ist. Die Gabel 81 ist ihrerseits an einer ge krümmten Rippe 82 angeschweisst, die 2n Verbindung mit einem Steg 83 die Aufgabe der Teile 22 und 23 in Fig.2 erfüllt.
Ein aus einem Zylinder 84 und einem Kolben 85 bestehender, durch eine Leitung 86 an eine nicht gezeichnete, hydraulische Druckquelle angeschlossener Krafterzeuger ist zwischen dem Mit telstück 87 der Gabel 81 und einer am Arm 79 sitzenden Strebe 88 wirksam. Der Krafterzeuger 84, 85 sucht den Arm 79 um den Zapfen 80 in Fig. 9 links herumzudrehen, presst also die Rolle 75 gegen das Band 4a. Die Strebe 78 ist am Arm 79 um ihre Längs achse einstellbar befestigt. Hierzu ist am Arm 79 eine Büchse 89 ausgebildet, in die ein das obere Ende der Stütze 78 bildender Zapfen 90 gesteckt wird.
Die Büchse 89 hat zwei Langlöcher 91, durch die von gegenüberliegenden Seiten Schraubenbolzen 92 in eine mit Gewinde versehene Querbohrung des Zapfens 90 geschraubt werden können. Nach dem Anziehen der Bolzen 92 ist die Strebe 78 zum Arm 79 festgelegt.
Die Rolle 76 ist in einer Gabel 93 gelagert, die mit einem Gewindezapfen 94 in einem Bock 95 in der Höhe und im Winkel einstellbar gelagert ist und in der gewählten Lage durch Muttern 96 und 97 festgelegt werden kann. Gleichartige Mittel dienen zur Lagerung der Rolle 77. Der Bock 95 ist auf einer Grundplatte 98 verstellbar befestigt. Hierzu dienen Spannbolzen 99, die durch schrägverlaufende Schlitze <B>100</B> ragen.
Durch die beschriebenen Mittel zur Einstellung und Festlegung können die Stützrolle 75 und die Gegenrollen 76 und 77 der jeweiligen Steigung der Schraubenwindung angepasst werden. Geometrisch ausgedrückt, stehen dann die Erzeugenden der Man telflächen der drei Rollen an der Berührungsstelle mit dem Band 4a senkrecht zur Tangente an die Schweissnaht W.
Der in Fig.9 nur schematisch gezeichnete Schweisskopf 27a ist etwas abweichend von Fig. 1 gelagert. Er wird von einem Arm 101 getragen, der unten an einem Schlitten 102 befestigt ist. Der Schlit ten ist in einem Schlitz<B>103</B> parallel zur Achse des Rohres 7a geführt. Die Mittel zur Steuerung des Schweisskopfes können die gleichen sein wie in Fig. 1 oder Fig. 8 und sind in den Fig. 9 bis 11 zur Ver einfachung fortgelassen worden.
Die Lagerung der äusseren Leitrollen l la und 35a ist in den Fig. 9 bis 11 ebenso gestaltet wie in Fig. 1 bis 5. Einige Abweichungen bestehen hinsichtlich der Lagerung der inneren Rollen 12a und 36a. Doch wird angenommen, d'ass die Zeichnung dies genügend deutlich wiedergibt und es insoweit keiner Beschrei bung bedarf.