DE2936660A1

DE2936660A1 - Manipulator fuer die pruefung von rohrschweissnaehten

Info

Publication number: DE2936660A1
Application number: DE19792936660
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Walter 8540 Schwabach Holzwarth
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: Alstom Energie GmbH
Priority date: 1979-09-11
Filing date: 1979-09-11
Publication date: 1981-03-12
Also published as: DE2936660C2; CH645557A5

Description

Manipulator für die Prüfung von Rohrschweißnhten
Die Erfindung bezieht sich auf einen Manipulator für die Prüfung von Rohrschweißnahten, geeignet für die Prüfung von Längs- und Umlaufnähten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Rohrnähte von Rohrleitungen in Kernreaktoranlagen zu überprüfen, wobei sowohl in vertikaler als auch horizontaler Lage geprüft werden kann und die Einrichtung ohne großen Aufwand an Rohre unterschiedlichen Durchmessers angepaßt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die dem Anspruch 1 entnehmbaren Mittel.
Durch die schwenkbaren Segmente wird erreicht, daß die Grundeinrichtung sich unterschiedlichen Rohrdurchmessern anpassen kann, ohne daß umfangreiche Umbauten oder gar eine neue Konstruktion erforderlich wäre. Lediglich die zwischen der Grundeinrichtung und uem Rohr befindliche zylindrische Justiereinrichtung und die Fhrungsrigschiene muß sich den Rohrdurchmessern anpassen und wird von Fall zu Fall ausgetauseht. Die Einrichtung kann sich an den Rohrdurchmesser anpassen, deren grdßter und klelnster Rohrdurchmesser sich im Vrtiältn:s von 2:1 bewegt.
E1ne vortllhafte WeiterbIldung kann Anspruch 2 entnommen werden.
Durch Zusammenfassung der Führungsrollen in Rollenblöcken wird nicht nur eine kompakte Bauweise erreicht, sondern es ist auch md glich, mit wenigen Handgrifren die Rollenblöcke in Richtung auf den Rohrmittelpunkt auszurficnten, um eine zum Rohrmittelpunkt konzentrische Führung zu gewährleisten. Vorteilhafterweise ist eines der schwenkbaren Segmente mit einem zweiten Rollenblock versehen, welcher neben der Führung zugleich dem Antrieb zur Drehung um die Rohrachse dient.
Um leichte Montierbarkeit der Grundeinrichtung bei exakter Führung zu ermöglichen, zeichnen sich die Führungsrollen dadurch aus, daß die Führungsrollen in den Rollenblöcken so ausgeführt sind, daß jeweils den festen Führungsrollen mittels Federkraft anpreßbare Führungsrollen zugeordnet sind, wobei die Führungsrollen mit jeweils einer Feder an die Führungsringschiene anpresbar sind, und daß die axiale Führungsrolle zusätzlich um eine Achse schwenkbar ist.
Durch schwenkbare Anordnung der axialen Führungsrollen wird es möglich, die Grundeinrichtung einfach über die Führungsschiene zu schieben. Durch die jeweils einander in axialer und radialer Richtung gegenüberliegenden Rollen ist spielfreie Führung gewährleistet, die festen Führungsrollen legen dabei die Lage der Grundeinrichtung gegenüber der Filhrungsringschiene fest.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung; zeichnet sicli dadurch aus, daB eines der schwenkbaren Segmente einen Rollenbock mit integrleptem Antriebsmotor aufweist, daß dieser Rollenblock nur ein Paar der radialen Führung dienende Führungsrollen aufweist, von denen eine Führungsrolle auf einer nicht schwenkbaren Achse angeordnet ist, welche zugleich Achse eines Ritzels ist, während die andere Führungsrolle auf einer schwenkbaren Welle drehbar angeordnet und mittels Feder anpreßbar an Führungsringschiene ist, und daß der Antriebsmotor, welcher im schwenkbaren Segment vorgesehen ist, sein Drehmoment über Zahnriemen auf das Ritzel überträgt, welches sich auf dem Zahnkranz der Führungsringschiene abwälzt, während das mit nur einem Rollenblock versehene Segment ein in den Zahnkranz eingreifendes getriebenes Ritzel aufweist.
Durch diese Maßnahmen wird die Antriebseinheit in das Führungselement integriert und eine kostengünstige, zuverlässige Konzeption erreicht. An Stelle des Antriebes wird am gegenüberliegenden Segment ein Ritzel für die Positionsanzeige vorgesehen.
Eine vorteilhafte Antriebseinrichtung für einen Schlitten mit daran angelenktem Prtfsystem kann Anspruch 5 entnommen werden.
Durch den Schraubenspindeltrieb wird ein feinfühliges, die Positionierung erleichterndes Verschiebeorgan ge schaffen, das durch Zwischenschaltung eines Parallelkurbelgetriebes stets für ein einwandfreies Aufliegen des Prüfsystems an der Rohrwand sorgt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 Grundeinrichtung mit schwenkbaren Segmenten, in Richtung einer Rohrachse betrachtet, Fig. 2 Schnitt II-IT durch die Mittellängsebene des Manipulators, Fig. 3 Schnitt durch einen der Führung dienenden Rollenblöcke Fig. 4 Schnitt IV-IV durch den Rollenblock, Fig. 5 Längsschnitt durch einen Schlitten des Manipulators mit durch Parallelkurbelgetriebe und Zapfen kardanisch beweglich angeordnetenPrfsystem, Fig. 6 Schnitt VI-VI durch einen Schraubenspindeltrieb des Schlittens, Fig. 7 Schnitt VII-VII mit Darstellung des Prüfsystems und Parallelkurbelgetriebe in Richtung der Rohrachse, Fig. 8 Seitenansicht des Manipulators bei der Prüfung von Stutzen-Rohr-Anschlußnähten mit aufgeschnittenem Schraubenspindel trieb, Fig. 9 theoretisches Grundprinzip der Kreisführung, Fig. 10 Konstruktion der Führungsbahn und erforderliche Freiheitsgrade, Fig. 11 Schnitt XI-XI durch einen Rollenblock der Führung, Fig. 12 Schnitt XII-XII durch den Rollenblock mit Antrieb.
Ein Manipulator mit einer aus Grundeinrichtung l, einer Führungsringsc hien 2 sowie einer Justiereinrichtung 3 ist in Richtung einer Rohrachse gesehen in Fig. 1 dargestellt. Die Grundeinrichtung 1 wird im wesentlichen aus drei beweglichen Segmenten 4, 5, 6 gebildet, von denen ein Segment 4 stets tangential zum Rohr liegt, während die beiden anderen Segmente 5, 6 schwenkbar um Bolzen 7, 8 in den Enden des Segments 4 gelagert sind. Segment 4 trägt außerdem einen mittels Schraubenspindel 9 verfahrbaren und in einer Kreuzrollenführung to geführten Schlitten ll, welcher an seinem freien Ende ein in Fig. 2 dargestelltes Prüfsystem 12 trägt. Die gesamte Grundeinrichtung wird konzentrLsch zur Achse eines Rohres 13 mittels Rollenblöcken l4,15a, 15b geführt, wobei von den Rollenblöcken t4, 15b je einer in den Segmenten 4, 5, 6 vorgesehen ist, während Rollenblock 15a nur in einem der schwenkbaren Segmente 5 bzw. 6 vorgesehen ist und neben der Führung auch dem Antrieb für Rotationsbewegungen um die Rohrachse dient, Symmetrisch zur Längsmittelebene der Grundeinrichtung 1 ist neben Rollenblock 15a noch ein nicht näher dargestelltes Ritzel vorgesehen, welches der Positionsbestimmung dient.
Die Rollenblöcke t4, 15b sind untereinander identisch und werden von axialen und radialen Führungsrollen 16, t7 gebildet. Zum Zwecke der Aufgleisung der Rollenblöcke sind diese um Achsen 18 parallel zur Rohrachse schwenkbar.
Der Rollenblock 15a weist nur radiale Führungsrollen auf, da in ihn der Antrieb integriert ist, welcher vom Antriebsmotor 19 gebildet wird, welcher sein Drehmoment über einen Zahnriemen 20 überträgt.
Fig. 2 stellt einen Längsschnitt dar. Man erkennt die Justiereinrichtung 3, welche das Rohr t3 umgibt und auf die wiederum die Führungsringschiene 2 aufgebracht ist, welche mit der Justiereinrichtung eine Einheit bildet.
Die Führungsringschiene 2 wird von den radialen Führungsrollen 17 und 17a sowie den axialen Führungsrollen 16 und t6a umgriffen, wobei die Rollen 16a, 17 im Rollenblock 14 drehbar und um Achsen schwenkbar angeordnet sind, wohingegen die zugeordneten Gegenrollen 16, 17a mit ihren Achsen fest im Rollenblock gelagert sind, so daß eine genau definierte spielfreie Führung gewährleistet ist. Für das Aufgleisen der Grundeinrichtung 1 auf die Führungsringschiene 2 werden die axialen Führungsrollen 16a um die Achsen 18 geschwenkt, so daß die axialen FUhrungsrollen 16a ohne Behinderung über die Führungsring schiene geschoben werden können. Nach dem Aufgleisen werden die FUhrungsrollen t6a wieder radial auf Rohrmitte hin ausgerichtet. Auf der Grundeinrichtung 1 ist parallel zur Rohrmitte ein Schlitten 11 mit Prüfsystem 12 verfahrbar. Das Prüfsystem ist über eine Parallelkurbelgetriebe 21 in einer Ebene senkrecht zur Rohrachse schwenkbar an den Schlitten 11 angelenkt und mittels Federung an die Rohrwand andrückbar. Zum Schutz des Prüfsystems vor .Beschgdigung durch Anfahren an ein Hindernis ist es mit einem Schaltrahmen 22 umgeben, welcher den Motortrieb abschaltet und damit weitere Bewegung unterbindet.
Einer der drei identischen Rollnblöcke 14, 15b ist im Detail In Fig. 3 dargestellt. Man erkennt die axialen und radialen Führungsrollen 16, 15a und 17, 17a, welche die FUhrungsringschiene 2 spielfrei umfassen. Die Spielfreiheit der Führung wird durch die mittels Federspannung anpreßbaren Rollen 16a, 17 bewerkstelligt, welche den fest angeordneten Rollen 16, 17a jeweils als Gegenrollen zugeordnet sind. Die Anpressung der radialen Führungsrolle 17 erfolgt Uber einen im Rollenblock drehbar angeordneten Kipphebel 23, welcher durch Feder 24 angepreßt und mittels Schraube 25 beim Aufgleisen entlastet wird. Die in axialer Richtung mittels Feder 28 und Welle 18 anpreßbare Führungsrolle 16a kann um Welle t8 zum Einbau geschwenkt werden und wird mit Schraube 27 arretiert. Die Vorspannkraft der Feder 28 zum Anpressen von Rolle 16a wird durch eine Schraube 29 justiert. Gelagert werden die Rollenbldcke 14, l5a, 15b mittels Gleitbuchsen 3o in den Segmenten 4, 5, 6.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch einen der Rollenblöcke 14, 15b mit Welle 18, Kipphebel 23 und Schraube 27 zur Arretierung von Welle 18 nach radialem Ausrichten der Rollenbldeke 14.
Fig. 5 gibt eine detaillierte Darstellung vorzugsweise des Schlittens 11 und seines Antriebes wieder. Auf der entlang der Führungsringschiene 2 um die Rohrachse drehbaren Grundeinrichtung 1 ist ein Schlitten 11 gerührt, welcher von einer Schraubenspindel 9 parallel zur Rohrachse verfahren wird. Der Antrieb der Schraubenspindel errolgt durch Motor 31, welcher sein Drehmoment über Zahnriemen 32 auf die Schraubenspindel 9 überträgt. An seinem dem Antrieb gegenüberliegenden Ende trägt der Schlitten 11 das Prüfsystem t2, das mit Parallelkurbelgetriebe 21 an diesem befestigt ist. Das Parallelkurbelgetriebe 21 kann zusätzlich Drehbewegungen um einen zur Rohrachse parallelen Zapfen 33 ausführen, damit sich das Prüfsystem in jeder Lage der Rohrwand tangential anschmiegen kann.
Abstandsrollen 34 sorgen für einen konstanten Abstand des Prüfsystems von der Rohrwand und gewährleisten tangentiale Lage des gesamten Prüfsystems bezüglich der zu prüfenden Oberfläche.
Fig. 6 stellt einen Querschnitt durch Schlitten 11 dar und zeigt die Führung desselben mittels Kreuzrollenführung lo. Das Verfahren des Schlittens wird von der Schraubenspindel 9 bewerkstelligt, welche ihrerseits von Motor 31 getrieben wird.
Fig. 7 zeigt nochmals das Prüfsystem 12 in Richtung des Schnittes VII-YII gesehen. Das Prüfsystem wird von Abstandsrollen 34 an der Rohrwand entlanggeführt. Zum Schutz der Prüfeinrichtung ist der Schaltrahmen ?2 vorgesehen, welcher bei Anlaur gegen ein Hindernis den Antrieb abschaltet.
In Fig. 8 ist der Manipulator in Prtfstellung dargestellt. Die Führungsringschiene 2 ist mittels der Justiereinrichtung 3 am Rohr befestigt.
Die Grundeinrichtung 1 kann durch Führungsrollen 16a, sowie die hier nicht sichtbaren Führungsrollen 16, 17, 17a welche in die Rollenblöcke 14 integriert sind, Drehungen um dle Rohrachse ausrühren. Mittels Schlitten 11 kann das an dessen Ende befestigte Prüfsystem 12 neben der Drehung um die Achse des Rohres auch noch Bewegungen in Richtung der Rohrachse ausführen.
Aus Fig.9 lassen sich die theoretischen Zusammenhange herleiten: Gegeben ist eine Schar von mIndestens 3 Kreisen Kl, K2, K3 mit den Mittelpunkten M1, M2, M; alle Kreise haben in 0 einen Berührungspunkt mit gemeinsamer Tangente t.
Wählt man auf t einen beliebigen Punkt P und schlägt man um P einen Kreis mit einem beliebigen Radius L, so erhält man die Schnittpunkte Ri = Rl, R2, R3, welche bezogen auf die Symmetrieachse s in der gleichen Bildhälfte liegen wie der Punkt P. Die Verbindung jedes der Schnittpunkte mit P schneidet die zugehdrigen Kreise Ki ein zweites Mal in den Punkten Q11 welche die Strecke L stets im gleichen Verhältnis teilen. Infolgedessen läßt sich durch Schwenken um P das Glied PR auf einen anderen Kreis einstellen, ohne daß der zweite Schnittpunkt Q seine Lage auf PR ändert.
Durch die Symmetrie bezüglich der Achse s lassen sich die Punkte P und Ri zu s spiegeln; es ergeben sich P'sowie Ri.
Man erhält damit das Manipulator-Grundprinzip, nämlich einen 3-gliedrigen Gelenkzug, welcher in den 5 Punkten Ri, Q, 0, Q, Ri auf den jeweiligen Kreis Xi geführt wird.
Das Einstellen auf den Kreisdurchmesser erfolgt durch Schwenken der beiden äußeren Glieder um die Punkte P und P: Für die in der Praxis vorkommenden Abweichungen von der exakten Kreisbahn ist das Getriebe 1nach Uberbestimmt; bei hinreichend großen Ungenauigkeiten könnte es beim Abfahren des Kreises zu Verkleimmungen kommen. Aus diesem Grunde wird auf den Yihrungspunkt Q3verzichtet; nun können Rundheitsabweichungen der Führungsbahn durch geringe Relativbewegungen in den Gelenkpunkten P und P'ausgeglichen werden.
Für die Bestimmung der Länge 1 erhält man aus Ahnlichkeitsbetrachtungen an Kreis ko mit do² = L² - (a/2)2 a/2 : 1 = L : a/2 oder 1 = ---- L Durch Wahl von a/2 und L läßt sich das für die in Frage kommende Durchmesserspanne günstigste Längenverhältnis ermitteln.
Fig. 10 zeigt schematisch die wesentliche Elemente der Grundeinrichtung 1. Dazu gehören die Führungsringschienen 2 mit den darauf laurenden Führungsrollen der Rollenblöcke 14, 15a, 15b. Auf die Führung im Punkt Q3' (siehe Fig.9) wurde bewußt verzichtet, um eine Uberbestimmtheit der Führung zu vermeiden. An Stelle eines Rollenblockes wurde in Q3 ein in den Zeichnungen nicht näher dargestelltes Ritzel angeordnet, welches in den Zahnkran 36 der Führungsringschiene eingreift, um ein Organ für die Positionsbestimmung zuschaffen. Wie durch Pfeile verdeutlicht, können die Rollenblöcke 14, 15a geschwenkt werden, um diese nachdem Schwenken der Segmente 5, 6 auf den Rohrmittelpunkt hin ausrichten zu können.
In Fig. 11 sind nochmals schematisch die Elemente der Rollenblöcke 14, 15b dargestellt. Die Führungsringschiene 2 wird von den fest in den Rollenblöcken auf Achsen angeordneten Führungsrollen 16, 17a sowie den angeforderten Führungsrollen 16a, 17 umfaßt. Führungsrolle 16a ist außerdem um Achse 18 schwenkbar, um die Montage zu ermöglichen.
Rollenblock 15b ist identisch mit den Rollenblöcken 14, wird lediglich nicht geschwenkt und bleibt somit in seiner einmal eingestellten radialen Position während die RollenblQcke 14, 15a geschwenkt werden.
Der Rollenblock 15a weist im Gegensatz zu den Rollenblöcken 14, 15b nur radiale Führungsrollen 17, 17a, auf (Fig. 12). In den Rollenblock ist die Antriebseinheit integriert. Der Motor 19 wälzt sich mittels Ritzel 35 auf dem Zahnkranz 36 der FührungsringschienQ 2 ab und führt damit eine Kreisbewegung der Grundeinrichtung 1 mit darauf befindlichen Schlitten 11 und Prüfsystem 12 um die Rohrachse herbei. Auf die Darstellung des zwischen Motor 19 und Ritzel 35 eingeschalteten 7ahnriemenantriebes wurde aus Gründen der Vereinfachung zur Verbesserung der Ubersichtlichkeit verzichtet.
Leerseite

Claims

PatentansprUche 1. Manipulator fUr die Prüfung von Rohrschweißnanten, geeignet für die Prüfung von Ldngs- und Umlaufnähten, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundeinrichtung (tj des Manipulators aus drei Segmenten (4, 5, 6) gebildet wird, wobei zwei der Segmente (5, 6) in einer Ebene senkrecht zu einer Rohrachse schwenkbar sind, während das mittlere Segment (4) stets eine zum Rohr tangentiale Lage einnimmt und auf seiner dem Rohr abgewandten Oberseite einen axial und parallel zur Rohrachse verfahrbaren Schlitten (all) trägt, an dessen freiem Ende ein PrUfsystem (12) befestigt ist, daß die beiden beweglichen Segmente (5, 6) symmetrisch zu einer Mittelquerebene des Rohres an den Enden des tangential gelegenen Segments (4) in diesem um Bolzen (7, 8, drehzar gelagert sind, daß alle drei Segmente (4 bis 6) mittels axialer und radialer Rollen (16, 16a und 17, 17a) um eine koaxial zur Rohrachse gelegene und krelsförmrge Führungsrtng schienen (2) geführt sind, und daß im tangentiaien Segment (4) ein Motor (31) fUr den Antrieb des Schlittens (11) vorgesehen ist, sowie eines der schwenkbaren Segmente (5, 6) einen Antriebsmotor (19) aufweist, weicher mittels Ritzel (35L in einen fest mit der Ftlhrungsringschiene (2) verbundenen Zahnkranz (36) eingreift, und daß die Führungsring schiene ausrichtbar über eine Justiereinrichtung (3) auf dem Rohr festklemmbar oder lösbar ist.
2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen und axialen Führungsrollen (16, 16a und 17, 17a) in Rollenblöcken (14, 15a, 15b) zusammengefaßt sind, wobei die Rollenblöcke (i4) um Achsen (18), welche parallel zur Rohrachse liegen, in den Segmenten (5, 6) schwenkbar sind, und daß eines der beiden schwenkbaren Segmente (5, 6) einen zweiten Rollenblock (15a) aufweist, in welchen der Antriebsmotor (9) integriert ist.
3. Manipulator nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrollen (16, 16a und 17, 17a) in den Rollenblöcken (14, 15b) so ausgeführt sind, daß jeweils den festen Führungsrollen (16, 17a) mittels Federkraft anpreßbare Führungsrollen (16a, 17) zugeordnet sind, wobei die FUhrungsrolle (17) mit Feder (24) und Führungsrolle (16a) mit Feder (28) an die Führungsringschiene (2) anpreßbar ist, und daß die Führungsrollen (16a) zusätzlich um Achse (18) schwenkbar sind.
4. Manipulator nach Anspruch t, 2 dadurch gekenn zeichnet, daß eines der schwenkbaren Segmente (5, 6) einen Rollenbock (1Sa) mit integriertem Antriebsmotor (19) aufweist, daß dieser Rollenblock nur ein Paar der radlalen Führung dienende Führungsrollen (17, l,a) aufweist, von denen eine Führungsrolle (17a) auf einer nicht schwenkbaren Achse angeordnet ist, welche zugleich Achse eines Ritzels (35' ist, während die Führungsrolle (17b) auf einer schwenkbaren Welle (37) drehbar angeordnet und mittels Feder (28) anpreßbar an Führungsringschiene (2) ist, und daß der Antriebsmotor (19), welcher im schwenkbaren Segment (5) vorgesehen ist, sein Drehmoment über Zahnriemen (20) auf das Ritzel (35) Uberträgt, welches sich auf dem Zahnkranz (36) der FUhrmg ringschiene (2) abwälzt, während das mit nur einem Rollenblock versehene Segment (6) ein in Zahnkranz (36) eingreifendes getriebenes Ritzel aufweist.
5. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (tl) gegenüber der Grundeinrichtung (t) durch eine symmetrisch zur Längsmittelebene des tangentialen Segmentes (4) vorgesehene Kreuzrollenführung (lo) in Richtung parallel zur Rohrachse verfahrbar gefUhrt ist, daß der Motor (31) zum Antrieb des Schlittens (tt) sein Drehmoment per Zahnriemen (32) auf eine Schraubenspindel (9) überträgt, welche ihrerseits in eine Gewindebohrung des Schlittens (11) eingreift,daß diese Schraubenspindel als Kugel- bzw. Rollengewindespindel ausgerührt ist, sowie der Schlitten an seinem der Antriebseinheit abgewandten Ende ein Prüfsystem (12) aufweist, welches über ein Parallelicurbelgetriebe (21) und um einen zur Rohrachse ungefähr parallelen Zapfen (33) drehbar am Schlitten angelenkt ist, und daß das PrUrsystem (12j Abstandsrollen (D4) zu beiden Seiten seiner Mittellängsebene aufweist, sowie das Prtfsystem (t2) durch einen Schaltrahmen (22) umgeben ist.