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Schweißkopf-Steuereinrichtung für Schraubennahtrohrwerke Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf eine Schweißkopf-Steuereinrichtung für Schraubennahtrohrwerke
mit 'wenigstens einem im wesentlichen quer zur Schweißnaht verschiebbaren Schweißkopf,
der durch mindestens je ein Fühler- und Steuerelement dauernd automatisch nach der
Schweißnahtmitte geführt wird, wobei das Fühlerelement eine zur Schweißstelle laufende
Bandkante abtastet.
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Automatische Schweißkopf - Steuereinrichtungen dieser Art sind bekannt,
bei denen die zur Schweißstelle laufende Kante des Bandes mechanisch mittels Führungsrolle
den Schweißkopf bewegt, so daß dieser entsprechend den Bewegungen der Bandkante
folgt. Statt der festen mechanischen Kupplung wurde auch eine hydrostatische Kupplung
vorgeschlagen.
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Diese bekannten Schweißkopfsteuerungen haben jedoch den großen Nachteil,
daß infolge des hohen Gewichtes von Supportschlitten und Schweißkopf, welcher in
den meisten Fällen mit einer automatischen Zubringevorrichtung für Schweißdraht
oder Schweißstäbe ausgestattet ist, die Bewegungen des Schweißkopfes rückartig erfolgen
und dadurch der gleichmäßige Verlauf der Schweißnaht genau zwischen den aneinanderstoßenden
Bandkanten nicht mehr gewährleistet ist. Die hohen auftretenden Stoßbeanspruchüngen
führen unweigerlich zu einem sich ständig vergrößerndem Spiel zwischen den Steuerteilen,
so daß häufige Reparaturen am Rohrwerk vorgenommen werden müssen und durch die Reparaturkosten
und Stillstandszeiten des Rohrwerkes eine Erhöhung der Rohrgestehungskosten eintritt.
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Noch einen weiteren Nachteil bedeuten bei den bekannten mechanischen
oder hydraulischen Schweißkopfsteuerungen die unvermeidlichen starren Kupplungsgestänge
bzw. Druckflüssigkeitsrohrleitungen, und zwar insbesondere dann, wenn das Rohrwerk
einen inneren und äußeren Schweißkopf besitzt, da diese Gestänge und Rohrleitungen
nicht nur eine Behinderung bei der Bedienung des Rohrwerkes und bei allfälligem
Ausbau der Schweißköpfe zwecks überholung des Vorschubmechanismus für Schweißdraht
oder Schweißstäbe darstellen, sondern außerdem beschädigt werden können, beispielsweise
durch ausschnellende Bandenden.
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Besonders schwierig gestaltet sich die konstruktive Ausgestaltung
der bekannten mechanischen oder hydraulischen Einrichtungen dann, wenn mehrere Schweißköpfe,
beispielsweise ein innerer und äußerer Schweißkopf, gesteuert werden sollen. Zur
Vermeidung eines allzu großen Wärmestaues ist es kaum möglich, dem inneren und äußeren
Schweißkopf eine gemeinsame Schweißstelle zuzuordnen, so daß die Schweißstellen
für jeden Schweißkopf vorteilhafterweise um mindestens einen halben Schraubengang
versetzt werden müssen. Eine eventuelle Auswanderung der Bandkante wird sich demzufolge
im ersten Schweißpunkt sofort, jedoch nach einer gewissen Zeitspanne erst im zweiten
Schweißpunkt auswirken, so daß dessen entsprechender Schweißkopf gegenüber dem ersten
mit einer Verzögerung gesteuert werden muß. Solche Verzögerungseinrichtungen sind
bei mechanischen oder hydraulischen Steuerungen äußerst kompliziert und somit nicht
nur Anlaß für eine erhöhte Störanfälligkeit, sondern außerdem für erhöhte Gestehungskosten
des Rohrwerkes.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1144 218 ist eine Schweißkopfsteuerung
in Schraubennahtrohrwerken mit einem den Schweißkopf tragenden Teil bekannt, dessen
Axiallage durch ein Tastorgan bestimmt wird, das sowohl auf axiale Verschiebungen
als auch auf Winkelabweichungen der Kante des zugeführten Bandes anspricht. Die
vorgeschlagene Steuerung arbeitet rein mechanisch. Auch wenn man aber dabei elektrische
Mittel zur Abtastung der Lage der steuernden Bandkante und zur entsprechenden Bewegung
des Schweißkopfes verwenden wollte, hätte diese Steuerungseinrichtung den Nachteil
eines stetigen bzw. integrierenden Verhaltens. Sie sprechen daher nicht auf einzelne
Unebenheiten an und sind starken Stoßbeanspruchungen ausgesetzt.
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Die deutsche Auslegeschrift 1118 128 beschreibt eine Tastensteuerung
für die Bandkanten eines Schraubennahtrohrwerkes, mit welcher die jeweilige Breite
des einlaufenden Bandes feststellbar ist und durch welche bei Abweichungen vom Soll-Wert
der Schwenkantrieb des Zufuhrtisches betätigt wird. Dabei
ist als
Dämpfungsglied eine elastische Tastrolle vorgesehen, deren Bewegung auf einen Stempel
mit einer Kontaktplatte übertragen wird. Der Stempel besitzt einen Bund für die
Abstützung einer Druckfeder, die im Gehäuse geführt ist und gegen deren Kraft die
Auslenkung der Tastrolle bzw. des Stempels erfolgt. Die linear verschobene Kontaktplatte
gewährleistet nur bei großen Schaltwegen eine sichere Kontaktgabe.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der geschilderten
Nachteile eine verbesserte Schweißkopfsteuerung vorzusehen, welche in einfachster
Art und Weise an jedem vorhandenen Rohrwerk angeordnet werden kann und gewährleistet,
daß auch mehrere Schweißköpfe dauernd genau in der Mitte der zu verschweißenden
Bandkanten gehalten werden, und zwar selbst dann, wenn die Bandkanten nicht glatt
sind: - In diesem Zusammenhang ist es noch ein wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung,
die verbesserte Schweißkopfsteuerung so auszubilden, daß Stoßbeanspruchungen des
Steuerungsmechanismus unter allen Umständen unterbunden werden. Zugleich soll durch
die Erfindung vermieden werden, daß die Kopplungsorgane zwischen Fühler- und Steuerelementen
eine Behinderung für die Bedienung des Rohrwerkes und bei allfälligem Ausbau der
Schweißköpfe darstellen.
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Diese Aufgabe wird bei einer Schweißkopf-Steuereinrichtung der eingangs
erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fühler- und Steuerelemente
mit unstetigen elektrischen Kopplungsgliedern, z. B. Entweder-Oder-Kontakten, und
mit Dämpfungsgliedern verbunden sind.
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Nach diesem Hauptmerkmal der Erfindung handelt es sich um eine unstetig
wirkende Einrichtung, welche eine exakte Steuerung der Momentanbewegung des Schweißkopfes
bei geringstem Raumaufwand und bequemer Wartung bzw. Instandhaltung ermöglicht.
Dies ist ein beachtlicher Vorteil gegenüber den herkömmlichen mechanischen Steuerungseinrichtungen,
die ein stetiges bzw. integrierendes Verhalten zeigen, daher -nicht auf einzelne
Unebenheiten ansprechen. und starken Stoßbeanspruchungen ausgesetzt sind. Nach der
Erfindung entfallen alle starren Kupplungsprgane, Gestänge u. dgl., die bei herkömmlichen
Ausführungen den knappen Raum im Inneren der Schraubennahtrohre in störender Weise
beanspruchten und Wartung bzw. Instandhaltung der Schweißköpfe entsprechend erschwerten.
Demgegenüber stellt die Erfindung nicht nur eine -beachtliche Vereinfachung dar;
sondern unterdrückt auch mit Sicherheit Stoßbeanspruchungen des Schweißkopfes, so
daß dessen Funktion wesentlich verbessert und die Betriebszuverlässigkeit der Anordnung
gegenüber den bisherigen Ausführungen außerordentlich gesteigert wird. Der ganze
Steuerungsmechanismus arbeitet somit weich und- -stoßfrei, so daß Abnutzungserscheinungen
der gesamten Einrichtung auf ein Mindestmaß herabgesetzt und Reparaturkosten eingespart
werden. Außerdem sind die Fühlerelemente mit den Steuerelementen durch elektrische
Leitungen verbunden, welche elastisch ausgebildet und raumsparend, z. B. gemeinsam
mit den Schweißkabeln in einem Strang zu den Schweißköpfen geführt werden können.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet. sich dadurch,
daß die Steuerelemente Schraubenspindeln mit umsteuerbarem elektromotorischem Antrieb,
die Fühlerelemente Schalthebel von Mikroschaltern, insbesondere solchen mit mittlerer
Ausschaltstellung sind.
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Mikroschalter kennzeichnen sich durch einen äußerst kleinen Schaltweg
in Größenordnungen bis zu 0,1 mm herab, so daß auch kleine und, kleinste Bandkantenverschiebungen
präzise - durch entsprechende Verschiebung des Schweißkopfes korrigiert werden können.
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Die mittlere Ausschaltstellung ermöglicht es, Lageverschiebungen der
Bandkante in beiden Richtungen der Rohrachse abtasten zu können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Dämpfungsglieder
den Fühlerelementen zugeordnet und als mechanische Verzögerungseinrichtung mit einstellbarer
Verzögerungszeitkonstante ausgebildet.
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Eine andere erfindungsgemäß vorgesehene Möglichkeit besteht darin,
daß die Dämpfungsglieder als Verzögerungsumschaltrelais ausgebildet sowie zwischen
Fühler- und Steuerelementen angeordnet sind.
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Man hat in beiden Fällen den großen Vorteil, daß billige handelsübliche
Mikroschalter mit geringer Schaltleistung Verwendung finden können.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Dämpfungsglieder als
Impulsschaltwerke auszubilden und derart den - Fühler- und Steuerelementen zuzuordnen,
daß die Stromzufuhr des elektromotorischen Antriebes in Impulsen erfolgt und Stoßverschiebungen
.des Schweißkopfes bei Flatterbewegungen der Fühlerelemente, beispielsweise infolge
Unebenheiten der Bandkante, durch die Impulspausen unterdrückt werden.
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Eine dermaßen ausgebildete erfindungsgemäße Schweißkopfsteuerung hat
den großen Vorteil, daß sowohl die Umschaltrelais eingespart als auch die Mikroschalter
mit geringer Schaltleistung ausgebildet werden können, da die Mikroschalter praktisch
nur als Trennschalter arbeiten, während die kurzzeitigen Leistungsimpulse durch
das Impulsschaltwerk geschaltet werden.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß mehrere Schweißköpfe
mit entsprechenden Steuerelementen- und Dämpfungsgliedem jeweils unterschiedlicher
Verzögerungszeitkonstante vorhanden sowie mit einem gemeinsamen Fühlerelement in
Form - eines mehrpoligen Mikro-Umschalters ausgestattet sind.
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Es bedarf somit zur Steuerung mehrerer Schweißköpfe keiner komplizierten
und störanfälligen Verzögerungsmechanismen mechanischer oder hydraulischer Art,
wie dies .bei allen bekannten Schweißkopfsteuerungen der Fall ist, sondern die bereits
vorhandenen- .Steuerelemente bzw. Dämpfungsglieder werden lediglich mit unterschiedlicher
Verzögerungszeitkonstante eingestellt, so daß auch mehrere Schweißköpfe auf unterschiedlichen
Schraubengängen angeordnet und trotzdem genau zwischen den zu verschweißenden Bandkanten
gehalten werden können,- ohne daß ein zusätzlicher Aufwand hierfür erforderlich
ist.
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,. Für ein besseres-Verständnis der Erfindung wird auf die nachfolgende
Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung hingewiesen, welche bevorzugte Ausführungsformen
darstellt und noch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erkennen läßt.
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F i g. 1 zeigt schematisch das Grundprinzip, der Erfindung und die
entsprechende Schaltungsanordnung; F i g. 2 zeigt die Schaltungsanordnung bei einer
abgeänderten Ausführungsform der Erfindung;
F i g. 3 zeigt eine
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bei einem Schraubennahtrohrwerk mit jeweils
einem inneren und äußeren verstellbaren Schweißkopf und dem entsprechenden Stromlaufplan;
F i g. 4 zeigt eine mögliche Schaltungsanordnung für die Schweißkopfsteuerung gemäß
F i g. 3.
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F i g. 1 zeigt das Band 1, welches in einem an sich bekannten Schraubennahtrohrwerk
(nicht eingezeichnet) zur Form eines Schraubennahtrohres 2 gewickelt wird, wobei
die aneinanderstoßenden Bandkanten 3, 4 durch einen Schweißkopf 5 verschweißt werden.
Dieser Schweißkopf 5 ist vorteilhafterweise mit einem an sich bekannten Vorschubgetriebe
6 für Schweißdraht oder Schweißstäbe ausgestattet und im wesentlichen quer zur Richtung
der Schweißnaht 7 in den Richtungen des Doppelpfeiles 8 auf einem Support 9 gelagert.
Die eigentliche Schweißkopfsteuerung besteht aus einer Supportzugspindel 10 mit
umsteuerbarem elektromotorischem Antrieb 11, beispielsweise einem Wechselstrom-Einphasenmotor
12 mit Phasenschieber-Kondensator 13. Die Ansteuerung des elektromotorischen Antriebes
11 erfolgt durch ein Fühlerelement 14, welches erfindungsgemäß als Schalthebel eines
Mikro-Umschalters 15 mit mittlerer Ausschaltstellung ausgebildet ist. Das Fühlerelement
14 gleitet auf einer der zur Schweißstelle des Schweißkopfes 5 zulaufenden Bandkanten
3, 4, so daß Auswanderungen dieser Kante in einer der beiden Richtungen des Pfeiles
8 eine Kontaktgabe mit einem der Kontakte des Mikro-Umschalters 15 bewirken, wodurch
der Motor 12 in der entsprechenden Umdrehungsrichtung angetrieben, den Schweißkopf
5 so verstellt, daß dieser automatisch in die Mitte zwischen den Bandkanten 3, 4
verschoben wird. Bei Unebenheiten der abgetasteten Bandkante 3, beispielsweise in
Form einer Schlagkante 16, wird die eventuelle Flatterbewegung des Fühlerelementes
14 beim Vorbeigleiten dieser Kerbe durch ein Dämpfungsglied in Form einer mechanischen
Verzögerungseinrichtung 17 unterdrückt, wodurch nicht nur Überbeanspruchungen der
Schweißkopfsteuerung, sondern außerdem unerwünschte Abweichungen des Schweißkopfes
5 von der Schweißnaht 7 unterbunden werden. Durch diese erfindungsgemäße Ausführungsform
einer Schweißkopfsteuerung mit Mikro-Umschalter 15 können sehr geringe Auswanderungen
der Bandkante 3 in Größenordnungen von 0,3 bis 0,5 mm sofort durch eine entsprechende
Verschiebung des Schweißkopfes 5 korrigiert werden.
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Die F i g. 2 zeigt die Schaltungsanordnung bei einer abgeänderten
Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Mikroschalter 15 praktisch unbelastet
als Trennschalter arbeitet, indem den Steuerelementen 10,11 und dem Mikroschalter
15 ein Impulsschaltwerk 18 derart zugeordnet wird, daß die Stromzufuhr des elektromotorischen
Antriebes 11 über die Leistungskontakte 19 durch einen Schrittmotor 20 des Impulsschaltwerkes
18 in kurzzeitigen Impulsen mit Impulspausen von beispielsweise 2 bis 3 Sekunden
erfolgt. Durch eine solche erfindungsgemäße Ausbildung wird nicht nur erwirkt, daß
der Mikroschalter 15 praktisch stromlos arbeitet, da Koinzidenz-Schaltungen des
Impulsschaltwerkes 18 und Mikroschalters 15 kaum auftreten können, sondern daß außerdem
Stoßschiebungen des Schweißkopfes 5 infolge Flatterbewegungen des Fühlerelementes
14 beim Vorbeigleiten einer Schlagkerbe 16 des Bandes 1 durch die Impulspausen unterdrückt
werden. Die F i g. 3 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
bei einem Schraubennahtrohrwerk mit einem inneren Schweißkopf 5 und einem äußeren
Schweißkopf 21, wobei letzterer gegenüber dem Schweißkopf 5 um einen halben Schraubengang
in Richtung des Rohres 2 verschoben angeordnet ist. Jeder der Schweißköpfe 5, 21
besitzt individuelle Steuerelemente 10, 11, welchen jeweils ein eigenes Verzögerungsumschaltrelais
22, 23 zugeordnet ist. Die Verzögerungszeitkonstante des Umschaltrelais 22 ist so
eingestellt, daß lediglich Flatterbewegungen des Fühlerelementes 14 beim Vorbeigleiten
von Unebenheiten der Bandkante 3 unterdrückt werden, während die Verzögerungszeitkonstante
des Umschaltrelais 23 wesentlich größer gewählt ist, um Verschiebungen des äußeren.
Schweißkopfes 21 mit einer solchen Verzögerung vorzunehmen, daß seitliche Auswanderungen
der abgetasteten Bandkante 3 erst beim zweiten Schraubengang 24 kompensiert werden.
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Die F i g. 4 zeigt eine vorteilhafte erfindungsgemäße Schaltanordnung
für die Vorrichtung gemäß F i g. 3, und man ersieht, daß das Umschaltrelais 22 beispielsweise
nur mit einer mechanischen Verzögerungseinrichtung 17 ausgestattet ist, während
die wesentlich größere Verzögerungszeitkonstante des Umschaltrelais 23 in an sich
bekannter Weise durch Regelwiderstände 25 eingestellt werden kann. Beide der Umschaltrelais
22, 23 werden durch einen gemeinsamen mehrpoligen Mikro-Umschalter 26 angesteuert,
dessen Schaltleistung lediglich für die Steuerleistung der Umschaltrelais 22, 23
bemessen sein muß.
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Man ersieht aus den Figuren und den entsprechenden Erläuterungen,
daß bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Schweißkopfsteuerung lediglich
die Steuerleitungen 27 für den motorischen Antrieb 11 zu den Schweißköpfen 5, 21
geführt werden müssen und als flexible Leitungen ausgebildet keinerlei Behinderung
der Bedienung des Schraubennahtrohrwerkes bzw. bei Ausbauarbeiten der Schweißköpfe
5, 21 darstellen. Sie können beispielsweise gemeinsam mit den Schweißkabeln (in
den Figuren nicht eingezeichnet) in einem Kabelstrang geführt werden. Außerdem arbeitet
die erfindungsgemäße Schweißkopfsteuerung weich und stoßfrei, so daß Stoßbeanspruchungen
und übermäßige Abnutzungserscheinungen mit Sicherheit ausgeschlossen werden. Die
verzögerte Ansteuerung, beispielsweise eines äußeren zweiten Schweißkopfes 21, ist
nicht nur äußerst präzise einstellbar, sondern kann außerdem in einfachster Art
und Weise unterschiedlichen Fabrikationsbreiten des Bandes 1 durch entsprechende
Regelung der Verzögerungszeitkonstante des Umschaltrelais 23 angepaßt werden.