CH644046A5 - Vorrichtung zum herstellen von im wesentlichen zylindrischen schiffskoerpersektionen zum bau von unterseebooten. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen von im wesentlichen zylindrischen Schiffskörpersektionen zum Bau von Unterseebooten.

Seit den frühen 70er Jahren hat die Schiffsbauindustrie beträchtliche Anstrengungen unternommen, um die Produktivität zu verbessern und die Schiffsbaukosten zu senken. Ein grosser Teil dieser Anstrengungen ist darauf gerichtet worden, in Schiffswerften automatisierte Ausrüstung und höchst mechanisierte Fliessbandfertigungssysteme einzuführen, wobei das Hauptaugenmerk auf das Vorschneiden von Bauteilen, das Herstellen von grossen Baugruppen aus den Bauteilen und den Zusammenbau des Schiffes aus den Baugruppen unter Verwendung von Baukastenverfahren gerichtet worden ist.

Bei dem Bau von Schiffskörpern für Unterseeboote werden hochfeste Legierungsstahlplatten in Sektionen vermontiert und zusammengeschweisst, was die Aussenschale einer Schiffskörperbaugruppe ergibt. Kreisförmige T-Spanen oder -rahmen werden an die Innenfläche der Schale angeschweisst und bilden eine kreisförmige Verstärkung der Schale zur

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Herstellung der Schiffskörperuntersektion. Das Anschweissen des T-Spants an die Schale wird typischerweise in einer Schiffswerft unter Anwendung eines mechanisierten Misch-gasschweissverfahrens ausgeführt. Ein wesentliches Erfordernis dieses Verfahrens ist das Vorwärmen der mit einander zu verbindenden Stellen, was typischesweise in der Schiffswerft mit thermostatisch gesteuerten, elektrischen Heizbändern erfolgt. Die Oberflächentemperatur sowohl des T-Spants als auch der Schale muss während des Arbeitsganges überwacht werden, damit sichergestellt ist, dass sie innerhalb des Bereiches liegt, der zum Erzielen von zufriedenstellenden Schweissungen erforderlich ist und typischerweise von 90 bis 150°G reicht. Das ist ein zeitraubender und kostspieliger Teil des Schweissprozesses auf der Schiffswerft.

Darüber hinaus muss während des Schweissverfahrens die Lichtbogenschweissvorrichtung in vielen Durchgängen über die Zusammenfügungsstelle des T-Spants und der Schale hinweggeführt werden, damit ein vollständiges Eindringen zur Bildung einer aktzeptablen Schweissung erzielt wird.

Nach jedem Durchgang muss während des Durchgangs gebildetes Oberflächenoxid von der Schweissstelle entfernt werden, damit ein Verunreinigen der Schweissung während anschliessender Durchgänge vermieden wird. Ausserdem muss, nachdem eine Schweissung auf einer Seite der Zusammenfügungsstelle des T-Spants mit einer Schale ausgeführt worden ist, die Schiffskörperuntersektion umgedreht werden, um eine Schweissung auf der anderen Seite der Zusammenfügungsstelle auszuführen, weil akzeptable Schweissungen typischerweise nur dann erreicht werden, wenn das Schweissen als Normallagenschweissen ausgeführt wird. Wegen der ausserordentlichen Qualität der Schweissung, die beim Bau von Unterseebooten erzielt werden muss, ist das Anschweissen von T-Rahmenträgern an die Innenfläche der Schale zur Herstellung von Schiffskörperbaugruppen unter Verwendung eines Metall-Lichtbogen-Schweissverfahrens ein sehr zeitraubender und teuerer Prozess.

Hauptaufgabe der Erfindung ist es, die Produktivität zu verbessern und die Kosten der Herstellung von Schiffskörpersektionen, zum Bau von Unterseebooten, zu senken.

Gemäss der Erfindung ist die Vorrichtung zum Herstellen solcher Schiffskörpersektionen gekennzeichnet durch eine Stützeinrichtung zum umfangsmässigen Umschliessen einer Schalenbaugruppe und zum radialen Pressen gegen eine Aussenfläche der Schalenbaugruppe, um die Bewegung der Schalenbaugruppe in radialer Richtung nach aussen zu begrenzen;

durch innere Presseinrichtungen zum radialen Pressen von T-Spanten, die umfangsmässig an der Innenfläche der Schalenbaugruppe in einer vorgewählten Axialposition angeordnet sind, gegen die Innenfläche der Schalenbaugruppe, um zwischen ihnen eine zum Steg-Schweissen geeignete Zusammenfügungsstelle zu bilden nnd die Umfangsaxialposition des T-Spants während der Schweissung aufrechtzuerhalten;

durch Einrichtungen zum Führen von Strahlung auf die Zusammenfügungsstelle für das Anschweissen des T-Spants an die Schalenbaugruppe;

durch Einrichtungen zum Drehen der Führungseinrichtungen um die Längsachse der Vorrichtung, um die Strahlung umfangsmässig längs der Zusammenfügungsstelle zu bewegen und den T-Spant umfangsmässig mit der Schalenbaugruppe zu verschweissen;

durch Einrichtungen zum Axialpositionieren der inneren Presseinrichtungen und der Führungseinrichtungen in ausgewählten Positionen längs der Längsachse der Vorrichtung;

und durch Einrichtungen zum Leiten von Strahlung aus einem Laser zu den Führungseinrichtungen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemässen

Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 13 beschrieben.

Gemäss der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung folgende Verfahrensschritte:

umfangsmässiges Umschliessen einer Schalenbaugruppe mit einer Stützeinrichtung, mittels welcher radial gegen eine Aussenfläche der Schalenbaugruppe gepresst werden kann, um die Bewegung der Schalenbaugruppe in radialer Richtung zu begrenzen;

Einführen von T-Spanten in das Innere der Schalenbaugruppe;

Positionieren der T-Spanten umfangsmässig um die Innenfläche der Schalenbaugruppe in einer ersten vorgewählten Axialposition;

Einführen von Presseinrichtungen und von Strahlungs-führungseinrichtungen zum Anschweissen der T-Spanten an die Innenfläche in das Innere der Schalenbaugruppe;

Ausrichten der Presseinrichtungen in einer Ebene mit der Axialposition der T-Spanten;

Aktivieren der Presseinrichtungen, wobei Spannbecken der Presseinrichtungen die T-Spanten erfassen und diese gegen die Innenfläche der Schalenbaugruppe pressen, um zwischen ihnen eine zur Steg-Schweissung geeignete Zusammenfügungsstelle zu schaffen und die Axialposition der T-Spanten aufrechtzuerhalten;

Ausrichten der Strahlungsführungseinrichtungen auf die Zusammenfügungsstelle, wobei ein erster Schweisskopf auf eine Seite der Zusammenfügungsstelle ausgerichtet wird, um dieser Seite der Zusammenfügungsstelle in einer besonderen Radialposition Strahlung zuzuführen, und wobei ein zweiter Schweisskopf auf eine zweite Seite der Zusammenfügungsstelle ausgerichtet wird, um gleichzeitig der zweiten Seite der Zusammenfügungsstelle in derselben Radialposition Strahlung zuzuführen;

gleichzeitiges Zuführen von Strahlung zu den beiden Schweissköpfen zum Steg-Schweissen des T-Spants an die Innenfläche;

Drehen der Schweissköpfe, während diesen Strahlung zugeführt wird, zum umfangsmässigen Steg-Schweissen der T-Spanten an die Innenfläche,

Inaktivieren der gegen die T-Spanten pressenden Presseinrichtungen, wobei sich die Spannbacken von den T-Spanten lösen und sich radial nach innen bewegen, so dass die Spannbacken axial an den T-Spanten, die an die Innenfläche geschweisst worden sind, vorbeibewegt werden können; und

Bewegen der Schweissköpfe radial von der Zusammenfügungsstelle weg, damit die Schweissköpfe axial an den an die Innenfläche geschweissten T-Spanten vorbeibewegt werden können.

Der Hauptvorteil der Erfindung ist die hohe Geschwindigkeit der gleichzeitigen zweiseitigen Steg-Schweissung der T-Spanten an die Schalensektion zur Herstellung von Schiffskörpersektionen. Ausserdem beseitigt die gleichzeitige Schweissung die Notwendigkeit, die Schale umzudrehen, um den Schweissvorgang zu beenden, und minimiert die thermische Verwindung der geschweissten Sektionen. Ferner gestattet die Anwendung der Laserschweissung die Verwendung von einfachen rechtwinkeligen Randgeometrien, im Gegensatz zu den V-förmigen Rändern, die bei herkömmlichen Schweissverbindungen benutzt werden, wodurch erforderliche Vorbereitungen der Zusammenfügungsstellen beträchtlich verringert werden. Die Presseinrichtungen sprechen auf programmierte Befehle an und ermöglichen das automatische Anbringen, Positionieren und Festspannen der T-Spanten an der Innefläche der Schale, wodurch die Produktivität beträchtlich verbessert und die benötigte Zeit beträchtlich verringert wird. Ausserdem eliminiert die zweiseitige Hochgeschwindigkeitslaserschweissung das Erforder5

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nis, die Schalenbaugruppe und den T-Spant für längere Zeitspannen auf einer besonderen Vorwärmtemperatur zu halten, wodurch der Bedarf an Heizenergie stark verringert wird. Die kombinierte Wirkung der vorgenannten Merkmale ergibt eine wesentliche Verringerung von Zeit und Kosten im Vergleich zu bekannten Verfahren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Ansicht, die die Hauptbestandteile der Vorrichtung nach der Erfindung zeigt, und

Fig. 2 eine vereinfachte Ansicht eines in Fig. 1 gezeigten drehbaren Gehäuses zum Befestigen von T-Spant-Versteifun-gen an der Schalenbaugruppe zum Herstellen einer Schiffskörpersektion.

Gemäss Fig. 1 ist eine Schalenbaugruppe 10 symmetrisch innerhalb einer Stützeinrichtung 12 angeordnet, die aus mehreren Spannsäulen 14 besteht, welche in gegenseitigem Abstand umfangsmässig um die Schalenbaugruppe angeordnet sind. Die Spannsäulen sind auf Schienen 16 angeordnet, so dass die vorwärts und rückwärts in radialer Richtung bewegt werden können. Die Spannsäulen weisen jeweils mehrere Stellantriebe 18 auf, die in gegenseitigem Abstand über die Länge der Säulen verteilt sind und dazu dienen, gegen eine Aussenfläche 20 der Schalenbaugruppe zu drücken, um die Baugruppe während des Schweissverfahrens abzusteifen. Die Stellantriebe werden durch bekannte Hydraulikvorrichtungen od. dgl. betätigt. Zentrisch innerhalb der gekrümmten Konfiguration, die durch die Stützeinrichtung gebildet wird, ist eine erste Welle 22 angeordnet, die durch einen an ihrem oberen Teil befestigten Drehantrieb 26 um eine Längsachse 24 drehbar ist. Ein Gehäuse 28, das an der Welle unterhalb des Drehantriebs starr befestigt und mit dieser drehbar ist, hat gemäss der ausführlicheren Darstellung in Fig. 2 mehrere Pressstempel 30, von denen jeder einen ersten Arm 32 aufweist, der umfangsmässig und mit Abstand innerhalb des zentralen Teils des Gehäuses angeordnet ist und sich von diesem aus radial erstreckt, und einen zweiten Arm 34, der innerhalb einer zentralen Bohrung (nicht gezeigt) in dem ersten Arm beweglich angeordnet ist, so dass er in bekannter Weite, beispielsweise mittels hydraulischer Betätigung, radial aus dem Pressstempel ausgefahren und in diesen eingefahren werden kann. Der zweite Arm endigt in einer im Querschnitt C-förmigen Spannbacke 36, die zum Festhalten eines oberen Teils 38 eines T-Spants 40 und zum Pressen eines Stegteils 42 des T-Spants gegen die Innenfläche 44 der Schalenbaugruppe 10 dient, um zwischen diesen eine zum Verschweissen geeignete Zusammenfügungsstelle zu schaffen Ein erster teleskopisch ausfahrbarer Arm 46 ist an einem Ende des oberen Teils des Gehäuses starr befestigt und trägt einen ersten Schweisskopf 48, der an dem anderen Ende angeordnet ist, während ein zweiter teleskopisch ausfahrbarer Arm 50 an einem Ende an dem unteren Teil des Gehäuses starr befestigt ist und einen zweiten Schweisskopf 52 trägt, der an dem anderen Ende angeordnet ist. Die beiden Schweissköpfe sind so ausgebildet, dass ihnen mittels bekannter Einrichtungen eine Winkeldrehung gegeben werden kann, um sie auf die Zusammenfügungsstelle des T-Spants und der Innenfläche 44 der Schalenbaugruppe auszurichten. Die beiden teleskopisch ausfahrbaren Arme 46, 50 sind so ausgebildet, dass mittels bekannter Einrichtungen die beiden Schweissköpfe radial zu der Innenfläche 44 hin- und von derselben wegbewegt werden können, um die Schweissköpfe auf entgegengesetzten Seiten des T-Spants auszurichten, damit sie zur Erzielung geeigneter Schweissungen Strahlung auf die Zusammenfügungsstelle fokussieren können.

Die Pressstempel 30 haben jeweils einen Kopf 54 an dem Ende des ersten Arms, der innerhalb eines umfangsmässig in dem Gehäuse angeordneten Hohlraums 56 angeordnet und darin durch Lager 58 befestigt ist. Die Lager tragen den Kopf und einen Teil des ersten Arms und gestatten, das Gehäuse 28 mit der ersten Welle 22 um die Längsachse 24 zu drehen, während die Pressstempel in stationärer Position bleiben.

Die erste Welle 22 hat eine zentrale Durchgangsbohrung 60, in der ein erster Ablenker 62 mit einer Reflexionsfläche 64 angeordnet ist, die einen Teil eines durch die Bohrung hindurchgehenden Strahlungsbündels 66 schneidet und durch ein erstes Loch 68 in der Wand 70 der ersten Welle reflektiert. Der erste Ablenker ist optisch auf einen ersten Fokus-sierspiegel 72 innerhalb des ersten Schweisskopf es über einen sich durch den ersten teleskopisch ausfahrbaren Arm 46, den oberen Teil des Gehäuses und das erste Loch erstrek-kenden Weg 74 ausgerichtet. Ein zweiter Ablenker 76, der innerhalb der zentralen Durchgangsbohrung axial versetzt von dem ersten Ablenker angeordnet ist, hat eine Reflexionsfläche 78, die denjenigen Teil der Strahlung 66, der an dem ersten Ablenker vorbeigeht, zu einem zweiten Fokussier-spiegel 80 in dem zweiten Schweisskopf 52 reflektiert. Der zweite Ablenker ist auf den zweiten Fokussierspiegel über ein zweites Loch 82 in der Wand 70 und einen zweiten Weg 84, welcher sich durch den unteren Teil des Gehäuses und den zweiten teleskopisch ausfahrbaren Arm 50 erstreckt, optisch ausgerichtet. Die beiden Fokussierspiegel sind in bekannter Weise so ausgebildet, dass sie die Strahlung über Schweissabschirmungen 86 auf die Zusammenfügungsstelle des T-Spants und der Innenwand 44 fokussieren.

Gemäss Fig. 1 ist eine zweite Welle 88 an einem Ende mittels zweiter Lager 90 am unteren Ende der ersten Welle 22 drehbar befestigt. Die zweiten Lager gestatten der ersten Welle, sich innerhalb der zweiten Welle frei zu drehen. Die zweite Welle 88 ist mit einem Hubantrieb 92 gekuppelt, der dazu dient, die zweite Welle und das daran über die erste Welle befestigte Gehäuse mittels bekannter Vorrichtungen zu heben und zu senken, beispielsweise mittels eines Drehkranzes 94 mit einem inneren Schraubengewinde (nicht gezeigt), das mit einem in der Aussenfläche der zweiten Welle gebildeten Schraubengewinde 96 in Eingriff ist, und mittels eines Antriebsritzels 98, das mit den Aussenzähnen 100 an dem Drehkranz kämmt. Das Antriebsritzel ist durch einen geeigneten Motor 102, beispielsweise einen Servomotor, drehbar. Die zweiten Lager 90 gestatten der zweiten Welle 88,

sich während ihrer Auf- und Abbewegung zu drehen, wobei der ersten Welle ermöglicht wird, stationär zu bleiben. Die Lager gestatten ausserdem der ersten Welle, sich zu drehen, während die zweite Welle stationär bleibt. Der Hubantrieb ist typischerweise unterhalb einer durch ein unteres Ende 104 der Schalenbaugruppe gehenden Horizontalebene angeordnet. Der Hubantrieb, der in einer Vertiefung 101 angeordnet ist, gestattet, das Ende der zweiten Welle, das die zweiten Lager 90 hat, ausreichend weit unter diese Horizontalebene abzusenken, damit T-Spanten in unmittelbarer Nähe des Endes 104 der Schale angeschweisst werden können, und die zweite Welle ausreichend hoch anzuheben, damit die Pressstempel 30 in der Lage sind, T-Spanten an einem oberen Ende 106 der Schalenbaugruppe gegen die Innenwand 44 derselben zu pressen.

Die erste Welle 22 kann von der zweiten Welle losgekuppelt werden, um die Verwendung eines oberhalb der Schalenbaugruppe angeordneten Bockkrans (nicht gezeigt) zum Herausziehen der ersten Welle und des Gehäuses aus der Schalenbaugruppe und zum Einführen der ersten Welle und des Gehäuses in die Schalenbaugruppe mittels bekannter Einrichtungen zu gestatten. Der Drehantrieb 26 enthält

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einen zweiten Drehkranz 108, der symmetrisch um die erste Welle angeordnet und an dieser starr befestigt ist, so dass eine vollständige Umdrehung des Drehkranzes eine vollständige Umdrehung der ersten Welle ergibt. Ein zweites Antriebsritzel 110, das mit den äusseren Zähnen des Drehkranzes kämmt, kann durch einen geeigneten Motor (nicht gezeigt) in Drehung versetzt werden.

Gemäss Fig. 2 ist ein Füllschlauch 112, der sich längs der ersten Welle erstreckt, mit einem Füllkanal 114 innerhalb des Gehäuses für die Zufuhr von Hydrauliköl zu den Köpfen 54 der Pressstempel verbunden, damit diese mittels bekannter Einrichtungen aktiviert und inaktiviert werden können. Der Füllschlauch kann mit dem Gehäuse an jeder zweckmässigen Stelle, in der er die Drehung der Schweissköpfe nicht stört, verbunden sein.

Im Betrieb wird eine Schalenbaugruppe 10, die vormontiert worden ist, zwischen die Spannsäulen 14 mittels eines Bockkrans (nicht gezeigt) od. dgl. eingeführt, der oberhalb der Vorrichtung angeordnet ist. Die Stellantriebe 18, die längs jeder Spannsäule angeordnet sind, werden mittels bekannter Einrichtungen gespeist, um einen Radialdruck auf die Aussenfläche der Schalenbaugruppe auszuüben, damit die Schale während des Schweissvorganges starr festgehalten wird. Der über der Vorrichtung angeordnete Bockkran wird dann benutzt, um einen T-Spant umfangsmässig an der Innenfläche der Schale an einer ersten Stelle in der Nähe des unteren Endes 104 der Schalenbaugruppe anzuordnen. Das Gehäuse 28, die erste Welle 22 und der Drehantrieb 26 werden dann in die Schalenbaugruppe eingeführt, die C-förmi-gen Spannbacken 36 der Pressstempel 30 werden mit dem oberen Teil 38 des T-Spants in eine Ebene gebracht und der Stempel wird durch eine Hydraulikeinrichtung od. dgl. betätigt, wodurch die C-förmige Spannbacke an dem oberen Teil des T-Spants festgelegt und der Stegteil 42 gegen die Innenfläche 44 der Schalenbaugruppe gepresst wird. Der Pressstempel hält den Stegteil an der Innenfläche, um zwischen ihnen eine zum Schweissen geeignete Zusammenfügungsstelle zu bilden. Ausserdem halten die Pressstempel auch die Axialposition des T-Spants während des Schweissvorganges aufrecht.

Nachdem der T-Spant an der Innenfläche positioniert worden ist, werden die beiden Schweissköpfe 48, 52 auf die Zusammenfügungsstelle oberhalb bzw. unterhalb des T-Spants ausgerichtet, indem die beiden Arme 46, 50 ausgefahren werden, um die Schweissköpfe nahe an die Zusammenfügungsstelle zu bewegen, und indem die Schweissköpfe mittels bekannter Einrichtungen gedreht werden, um die Schweissköpfe auf die Zusammenfügungsstelle auszurichten. Laserstrahlung aus einer Quelle (nicht gezeigt) ausserhalb der Vorrichtung wird durch die zentrale Bohrung 60 der ersten Welle geleitet, in welcher ein Teil der Strahlung durch den ersten Ablenker 62 unterbrochen und auf einem ersten Weg 74 in den Schweisskopf reflektiert wird, wo sie durch den ersten Fokussierspiegel 72 auf die Zusammenfügungsstelle fokussiert wird, um eine Steg-Schweissnng auszuführen, während der übrige Teil der Strahlung zu dem zweiten Ablenker 76 geht und über den zweiten Durchlass 84 in den zweiten Schweisskopf 52 geleitet wird, wo die Strahlung durch den zweiten Fokussierspiegel 80 auf die Unterseite der Verbindungsstelle fokussiert wird, um darin eine zweite Steg-Schweissung vorzunehmen.

Der in dem Hohlraum 56 in dem Gehäuse 28 angeordnete und durch die Lager 58 abgestützte Kopf 54 jedes Pressstempels 30 gestattet dem Gehäuse sich zu drehen,

wenn sich die erste Welle dreht, während die Pressstempel beim Pressen gegen die T-Spanten in einer stationärer Position gehalten werden. Nachdem das zweiseitige Anschweissen des Stegteils des T-Spants an die Schale eingeleitet worden ist, wird die erste Welle mit kontrollierter Geschwindigkeit durch die Drehung des Drehantriebs 26 gedreht, so dass der erste und der zweite Schweisskopf gleichzeitig die Strahlung auf die Verbindungsstelle richten und eine durchgehende Schweissverbindung längs des gesamten Umfangs des T-Spants herstellen, wenn sie den Innenumfang der Schalenbaugruppe überqueren. Bei der Herstellung der Steg-Schweissungen kann Zusatzmetall in bekannter Weise benutzt werden.

Nachdem ein T-Spant auf dem gesamten Umfang der Schale verschweisst worden ist, wird die Laserstrahlung abgeschaltet, die Pressstempel werden inaktiviert und von dem T-Spant zurückgezogen und die beiden Schweissköpfe werden so verstellt, dass sie über den oberen Teil des T-Spants hinwegbewegt werden können, und schliesslich radial eingefahren. Der Hubantrieb 92 wird dann aktiviert, um die zweite Welle 88 um eine Strecke anzuheben, die ausreicht, um die Pressstempel in eine Ebene mit einer zweiten Axialposition an der Innenfläche der Schale zu bringen^ und ein weiterer T-Spant wird in das Innere der Schale eingeführt und mittels bekannter Einrichtungen in eine Ebene mit der zweiten Axialposition der Innenfläche gebracht und anschliessend werden die Pressstempel aktiviert, so dass die C-förmigen Spannbacken sich gegen den oberen Teil 38 des T-Spants legen und den T-Spant gegen die Innenfläche 44 drücken, um eine zum Verschweissen geeignete Zusammenfügungsstelle herzustellen. Der oben beschriebene Schweiss-vorgang wird dann wiederholt, um den T-Spant an die Schale anzuschweissen. Dieser Prozess wird für jede Reihe von T-Spanten wiederholt, bis die T-Spanten umfangsmässig an die Schalenoberfläche auf der gesamten Länge der Schalenbaugruppe angeschweisst worden sind, um eine für die Schiffsherstellung geeignete vollständige Schiffskörpersektion herzustellen.

Nachdem T-Spanten in ihrer Lage verschweisst worden sind, werden das Gehäuse 28, die erste Welle 22 und der Drehantrieb 26 durch den Bockkran aus der Schiffskörpersektion entfernt, die zweite Welle wird innerhalb des Hubantriebs 92 abgesenkt und die fertige Schiffskörpersektion wird mit Hilfe des Bockkrans aus der Stützeinrichtung entfernt.

Stattdessen kann ein Teil der Spannsäulen 14 so ausgebildet sein, dass die betreffenden Spannsäulen unter den Boden zurückgezogen werden können, damit die Schalenbaugruppe leicht in die durch die Stützeinrichtung gebildete Umhüllung hineinbewegt oder aus derselben herausbewegt werden kann. Nachdem die Schale radial mit den Säulen umschlossen worden ist, werden diejenigen Säulen, die abgesenkt worden sind in ihre richtige Höhe angehoben, um die Stellantriebe abzustützen, die gegen die Aussenfläche der Schale pressen.

In einer Ausführungsform sind die Spannsäulen auf Schienen 16 angeordnet, damit die Spannsäulen bei Schalenbaugruppen benutzt werden können, die verschiedene Durchmesser haben. Die Schalenbaugruppe kann auf einen Drehtisch aufgesetzt werden, mittels welchem die Schalensektion umfangsmässig um die beiden Wellen gedreht wird. In dieser Ausführungsform sind die beiden Laserschweissköpfe stationär und die Pressstempel 30 drehen sich mit der Schalenbaugruppe innerhalb des Gehäuses unter Benutzung der Lager 46. Ausserdem kann die Trageinrichtung 12 aus einer durchgehenden Wand aus Beton od. dgl. bestehen und zum Schweissen von Schalenbaugruppen benutzt werden, deren Querschnitte gleiche Durchmesser haben.

Die Vorrichtung nach der Erfindung dient zum gleichzeitigen Herstellen von oberen und unteren T-Schweissver-bindungen an der Zusammenfügungsstelle des T-Spants und der Innenfläche, um die thermische Verwindung des Metalls

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und deren nachteilige Auswirkungen zu minimieren. Das gleichzeitige obere und untere Schweissen der T-Spanten erhöht beträchtlich die Geschwindigkeit, mit der die T-Spanten an die Schalenbaugruppe angeschweisst werden. Da die Schweissungen gleichzeitig oberhalb und unterhalb des T-Spants und kontinuierlich in einem einzigen Durchgang hergestellt werden, wird das Reinigen der Schweissfläche zwischen den Durchgängen, das im Stand der Technik erforderlich ist, eliminiert. Darüber hinaus eliminiert das Oben- und Untenschweissen das Erfordernis, zuerst eine Normallagenschweissung auf einer Seite des T-Spants auszu-5 führen und dann die Baugruppe umzudrehen, um eine Normallagenschweissung auf der anderen Seite des T-Spants auszuführen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

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1. Vorrichtung zum Herstellen von im wesentlichen zylindrischen Schiffskörpersektionen zum Bau von Unterseebooten, gekennzeichnet durch eine Stützeinrichtung (12) zum umfangsmässigen Umschliessen einer Schalenbaugruppe (10) und zum radialen Pressen gegen eine Aussenfläche (20) der Schalenbaugruppe, um die Bewegung der Schalenbaugruppe in radialer Richtung nach aussen zu begrenzen;

durch innere Presseinrichtungen (30) zum radialen Pressen von T-Spanten (40), die umfangsmässig an der Innenfläche (44) der Schalenbaugruppe in einer vorgewählten Axialposition angeordnet sind, gegen die Innenfläche der Schalenbaugruppe, um zwischen ihnen eine zum Steg-Schweissen geeignete Zusammenfügungsstelle zu bilden und die Umfangsaxialpositon des T-Spants während der Schweis-sung aufrechzuerhalten;

durch Einrichtungen (48, 52, 62, 72, 74, 76, 80, 84) zum Führen von Strahlung (66) auf die Zusammenfügungsstelle für das Anschweissen des T-Spants an die Schalenbaugruppe;

durch Einrichtungen (22, 26, 70) zum Drehen der Führungseinrichtungen um die Längsachse der Vorrichtung, um die Strahlung umfangsmässig längs der Zusammenfügungsstelle zu bewegen und den T-Spant umfangsmässig mit der Schalenbaugruppe zu verschweissen;

durch Einrichtungen (92) zum Axialpositionieren der inneren Presseinrichtungen und der Führungseinrichtungen in ausgewählten Positionen längs der Längsachse der Vorrichtung; und durch Einrichtungen (60) zum Leiten von Strahlung aus einem Laser zu den Führungseinrichtungen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützeinrichtung (12) aus mehreren Säulen (14) besteht, die umfangsmässig in gegenseitigem Abstand angeordnet sind.

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PATENTANSPRÜCHE

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beide Seiten der Zusammenfügungsstelle in einer Radialposition fokussieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Stellantriebe (18), die axial längs der Länge jeder Säule (14) angeordnet sind, um radialen Druck auf die Aussenfläche (20) der Schalenbaugruppe (10) auszuüben, damit die Schalenbaugruppe während des Schweissens starr festgehalten ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch Einrichtungen (16) zum Radialbewegen der Säulen (14), damit Schalenbaugruppen (10) mit unterschiedlichen Durchmessern und Krümmungen eingeschlossen werden können.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (22, 26, 70) zum Drehen der Führungseinrichtungen (48, 52, 62, 72, 74, 76, 80, 84) enthalten:

eine erste Welle (22), die mittels einer oberhalb der Stützeinrichtung (12) angeordneten Kraneinrichtung längs der Längsachse der Vorrichtung eingeführt und aus derselben herausgenommen werden kann;

ein Gehäuse (28), welches umfangsmässig um die erste Welle angeordnet und an dieser befestigt ist und an welchem die Führungseinrichtungen starr befestigt sind, wobei das Gehäuse und die Führungseinrichtungen gemeinsam mit der ersten Welle um die Längsachse drehbar sind; und einen Drehantrieb (26), der an der ersten Welle befestigt ist und zum Drehen der ersten Welle um die Längsachse dient.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtungen (48, 52, 62, 72, 74, 76, 80, 84) enthalten:

einen ersten Schweisskopf (48) zum Fokussieren der Strahlung auf eine Seite der Zusammenfügungsstelle des T-Spants (40) und der Innenfläche (44);

einen ersten teleskopisch ausfahrbaren Arm (46), der sich radial von dem Gehäuse (28) aus zu der Innenfläche (44) der Baugruppe (10) erstreckt und mit einem ersten Ende starr an einem oberen Teil des Gehäuses (28) und mit einem zweiten Ende an dem ersten Schweisskopf (48) befestigt ist und zum Einstellen des Abstandes zwischen dem ersten Schweisskopf und der Innenfläche der Schalenbaugruppe s dient;

einen zweiten Schweisskopf (52) zum Fokussieren der Strahlung auf die andere Seite der Zusammenfügungsstelle; und einen zweiten teleskopisch ausfahrbaren Arm (50), der sich radial von dem Gehäuse aus zu der Innenfläche der io Schalenbaugruppe erstreckt und mit einem ersten Ende starr an einem unteren Teil des Gehäuses und mit einem zweiten Ende an dem zweiten Schweisskopf befestigt ist und zum Einstellen des Abstandes zwischen dem zweiten Schweisskopf und der Innenfläche der Schalenbaugruppe dient. 15

7. Vorrichtung nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Presseinrichtungen aus mehreren Pressstempeln (30) bestehen, die umfangsmässig und in gegenseitigem Abstand um das Gehäuse (28) angeordnet sind und sich radial von dem Gehäuse aus erstrecken, wobei jeder 20 Pressstempel enthält:

einen ersten Arm (32), an dessen einem Ende ein Kopf (54) befestigt ist, welcher in einem Hohlraum (56), der umfangsmässig innerhalb eines zentralen Teils des Gehäuses (28) angeordnet ist, beweglich gelagert ist und stationär 25 bleibt, wenn sich das Gehäuse um die Längsachse dreht;

einen zweiten Arm (34), der innerhalb einer zentralen Bohrung in dem ersten Arm zum radialen Verlängern und Verkürzen des Pressstempels (30) verschiebbar ist; und eine Spannbacke (36), die an einem Ende des zweiten Arms be-30 festigt ist und dazu dient, T-Spanten (40) radial gegen die Innenfläche (44) der Schalenbaugruppe (10) zu pressen, damit zwischen ihnen zum Steg -Schweissen geeignete Zusam-menfügungsstellen gebildet werden und die Position des T-Spants während des Schweissens aufrechterhalten wird. 35

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Aktivieren der Pressstempel (30), damit diese gegen die T-Spanten (40) pressen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (92) zum

40 Axialpositionieren der inneren Presseinrichtungen (30) und der Führungseinrichtungen (48, 52, 62,72,74, 76, 80, 84) enthalten:

eine zweite Welle (88) mit einem ersten Ende, das am unteren Ende der ersten Welle (22) unterhalb des Gehäuses 45 (28) drehbar befestigbar ist, so dass sich die erste Welle um die Längsachse innerhalb des Endes der zweiten Welle drehen kann, während die zweite Welle stationär bleibt; und einen Hubantrieb (92) zum Heben une Senken der zweiten Welle, um dadurch das Gehäuse zu heben und zu senso ken und die inneren Presseinrichtungen (30) und die Führungsrichtungen in eine Linie mit ausgewählten Axialpositionen längs der Innenfläche (44) der Schalenbaugruppe (10) zu bringen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn-

55 zeichnet, dass der Hubantrieb (92) so tief in der Vorrichtung angeordnet ist, dass die Schalenbaugruppe in die Stützeinrichtung (12) hinein- und aus derselben herausbewegt werden kann.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, da-6o durch gekennzeichnet, dass ein Teil der Säulen (14) bewegbar ist, wodurch die Stützeinrichtlng (12) eine Seitenöffnung hat, durch die eine Schalenbaugruppe (10) hindurchbewegt werden kann.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, da-6s durch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite teleskopisch ausfahrbare Arm (46, 50) in dem Gehäuse (28) in gegenseitigem vertikalen Abstand angeordnet sind, damit die beiden Schweissköpfe (48, 52) gleichzeitig die Strahlung auf

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtungen (48, 52, 62, 72, 74, 76, 80, 84) enthalten:

einen ersten Durchlass (74), der sich von einem Loch (68) in einer Seitenwand der ersten Welle (22) aus durch den oberen Teil des Gehäuses (28) und durch den ersten teleskopisch ausfahrbarem Arm (46) zu dem ersten Schweisskopf (48) erstreckt;

einen zweiten Durchlass (84), der sich von einem zweiten Loch (82) in der Seitenwand der ersten Welle aus durch den unteren Teil des Gehäuses und durch den zweiten teleskopisch ausfahrbaren Arm (50) zu dem zweiten Schweisskopf erstreckt;

einen ersten Ablenker (62), der in einer zentralen Bohrung in der ersten Welle (22) angeordnet ist und eine reflektierende Oberfläche (64) in Sichtlinienverbindung mit dem ersten Schweisskopf (48) über den ersten Durchlass (74) hat und dazu dient, einen Teil eines durch die zentrale Bohrung hindurchgehenden Strahlungsbündels aufzufangen und die aufgefangene Strahlung über den ersten Durchlass zu dem ersten Schweisskopf zu reflektieren; und einen zweiten Ablenker (76), der in der zentralen Bohrung der ersten Welle angeordnet ist und eine reflektierende Oberfläche (78) in Sichtlinienverbindung mit dem zweiten Schweisskopf (52) über den zweiten Durchlass (84) hat und dazu dient, einen Teil der an dem ersten Ablenker vorbeigehenden Strahlung aufzufangen und die aufgefangene Strahlung über den zweiten Durchlass zu dem zweiten Schweisskopf (52) zu reflektieren.

14. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

umfangsmässiges Umschliessen einer Schalenbaugruppe mit einer Stützeinrichtung, mittels welcher radial gegen eine Aussenfläche der Schalenbaugruppe gepresst werden kann, um die Bewegung der Schalenbaugruppe in ndialer Richtung zu begrenzen;

Einführen von T-Spanten in das Innere der Schalenbaugruppe;

Positionieren der T-Spanten umfangsmässig um die Innenfläche der Schalenbaugruppe in einer ersten vorgewählten Axialposition;

Einführen von Presseinrichtungen und von Strahlungs-führungseinrichtungen zum Anschweissen der T-Spanten an die Innenfläche in das Innere der Schalenbaugruppe;

Ausrichten der Presseinrichtungen in einer Ebene mit der Axialposition der T-Spanten;

Aktivieren der Presseinrichtungen, wobei Spannbacken der Presseinrichtungen die T-Spanten erfassen und diese gegen die Innenfläche der Schalenbaugruppe pressen, um zwischen ihnen eine zur Steg-Schweissung geeignete Zusammenfügungsstelle zu schaffen und die Axialposition der T-Span-ten aufrechtzuerhalten;

Ausrichten der Strahlungsführungseinrichtungen auf die Zusammenfügungsstelle, wobei ein erster Schweisskopf auf eine Seite der Zusammenfügungsstelle ausgerichtet wird, um dieser Seite der Zusammenfügungsstelle in einer besonderen Radialposition Strahlung zuzuführen, und wobei ein zweiter Schweisskopf auf eine zweite Seite der Zusammenfügungsstelle ausgerichtet wird, um gleichzeitig der zweiten Seite der Zusammenfügungsstelle in derselben Radialposition Strahlung zuzuführen;

gleichzeitiges Zuführen von Strahlung zu den beiden Schweissköpfen zum Steg-Schweissen des T-Spants an die Innenfläche;

Drehen der Schweissköpfe, während diesen Strahlung zugeführt wird, zum umfangsmässigen Steg-Schweissen der T-Spanten an die Innenfläche,

Inaktivieren der gegen die T-Spanten pressenden Presseinrichtungen, wobei sich die Spannbacken von den T-Spanten lösen und sich radial nach innen bewegen, so dass die Spannbacken axial an den T-Spanten, die an die Innenfläche geschweisst worden sind, vorbeibewegt werden können; und

Bewegen der Schweissköpfe radial von der Zusammenfügungsstelle weg, damit die Schweissköpfe axial an den an die Innenfläche geschweissten T-Spanten vorbeibewegt werden können.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herstellen von Steg-Schweissungen der Zusammenfügungsstelle Zusatzmetall zugeführt wird, während ihr Strahlung zugeführt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

Einführen weiterer T-Spanten in das Innere der Schalenbaugruppe;

Positionieren der T-Spanten umfangsmässig um die Innenfläche in einer zweiten Axialposition;

Einstellen der Höhe der Presseinrichtungen, um die Spannbacken in der zweiten Axialposition in eine Ebene mit den T-Spanten zu bringen;

Ausrichten der Schweissköpfe auf die Oberseite und die Unterseite der Zusammenfügungsstelle in einer besonderen Radialposition;

Zuführen von Strahlung zu den Schweissköpfen, um gleichzeitig Steg-Schweissungen auf beiden Seiten der Zusammenfügungsstelle in der Radialposition herzustellen;

Drehen der Schweissköpfe umfangsmässig längs der Zusammenfügungsstelle, um dieser kontinuierlich Strahlung zum Steg-Schweissen des gesamten Umfangs des T-Spants an die Innenfläche zuzuführen;

Inaktivieren der Einrichtungen und Wegziehen der Einrichtungen von dem T-Spant;

Zurückziehen der Schweissköpfe von dem T-Spant;

Fortsetzen des Verfahrens, bis T-Spanten umfangsmässig an die Innenfläche der Schalenbaugruppe an vorgewählten axialen Stellen angeschweisst sind, um eine Schiffskörpersektion herzustellen; und

Entnehmen der Schiffskörpersektion aus der Stützeinrichtung.