DE2936660C2

DE2936660C2 - Manipulator zur Prüfung von Rohrumfangs- und Rohrlängsschweißnähten

Info

Publication number: DE2936660C2
Application number: DE2936660A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 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: 1984-05-10
Also published as: CH645557A5; DE2936660A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Manipulator zur Prüfung von Rohrumlangs- und Rohrlängsschwcißnähten mit einer koaxial zu einer Rohrachse angeordneten, kreisförmigen, über eine Justiereinrichtung bezüglich der Rohrachse ausrichtbaren und auf einer Rohroberllache lesilegbaren Führungsschiene, mit einem Transportwagen, der au! seiner dem Rohr abgewandten Oberseite einen über einen Antriebsmotor parallel zur Rohrachse verfahrbaren Schlitten trägt, an dessen freiem Ende ein in Richtung eines Rohrdurchmessers von der Rohrober-(lache abhebbares Prüfsystem befestigt Ist. welches mittels Führungsrollen, deren Achsen teils parallel teils senkrecht bezüglich der Rohrachse angeordnet sind, auf

der Führungsschiene geführt Ist und längs eines mit der Führungsschiene verbundenen Zahnkranzes über ein in diesen eingreifendes, von einem Motor angetriebenes Ritzel verfahrbar ist.

Für die Ultraschallprüfung von Rohrleitungen ist es bekannt, diese mit einer Ringschiene zu umgeben, auf welcher ein Transportwagen verfahrbar -st. Der Transportwagen besitzt einsn eigenen Antrieb mit einem Ritzel, welches in einen Zahnkranz der Ringschiene eingreift, so daß der Transportwagen die zu prüfende Rohrumfangsnaht umfahren kann. Der Transportwagen trögt auf seiner Oberseite einen parallel zur Rohrachse verfahrbaren Schlitten, welcher über einen Antriebsmotor parallel zur Rohrachse ausgefahren werden kann.

Das freie Ende des Schlittens trägt ein Prüfsystem, welches bei Stillstand des Schlittens durch Umfahren des Rohres mittels des Transportwagens die Prüfung der Rohrumfangsnähte gewährleistet. Bei Stillstand des Transportwagens und beim Ausfahren des Schlittens können Rohrlängsschweißnähte geprüft werden. Eine Einrichtung dieser Art hat den gravierenden Nachteil, daß beim Umsetzen des Transportwagens auf Rohre veränderlichen Durchmessers nicht nur die Ringschiene, sondern auch der gesamte Transportwagen den veränderten Durchmessern der zu prüfenden Rohre anzupassen ist. (DE-OS 26 09 ^41).

Ferner ist es bekannt, ebenfalls zur Prüfung von Rohrumlangsnähten ein Prüfsysiem vorzusehen, welches auf einer Ringschiene befestigt ist, welche ihrerseits in einem » Tragrahmen gelagert ist. Der Tragrahmen ist über Magnetplatten mit der Oberfläche des zu prüfenden Rohres verbunden. Die Lagerung der Ringschiene im Tragrahmen erfolgt durch mindestens vier Rollenpaare, von denen ein aul der Außenseite der Ringschiene gelegenes Rollenpaar nach außen schwenkbar ist. um ein Aufgleisen der Ringschiene samt dem Prüfungssystem zu ermöglichen. Zum Abfahren der mäanderförmigen PrUfspuren ist eine Gewindespindel vo-gtiehen, welche Axialverschiebungen bewirkt, während die Ringschiene ···> Bewegungen in Umlüngsrichtung ermöglicht. Nachteilig an dieser Konstruktion ist die fehlende Umsetzbarkeit auf Rohre verschiedenen Durchmessers, da hierzu sowohl die Ringschiene als auch der Tragrahmen umgestaltet werden muß. Das auf der Außenseite der Ringschiene gelegene schwenk re Rollenpaar gestattet lediglich ein Aulgleisen, jedoch keine Anpassung an verschiedene Durchmesser der Ringschiene in Anpassung an den Durchmesser des zu prüfenden Rohres. (DE-OS 27 26 612).

Zur Prüfung von Rohrstutzen dient ein Manipulator, r*er um den Umfang eines zu prüfenden Rohres längs einer Ringschiene verfahren werden kann. Der Antrieb des Manipulators erfolgt durch einen mit einem Grundwagen fest verbundenen Motor, welcher ein Ritzel antreibt, das mit einem Zahnkranz der Ringschiene kämmt.

Die Ringschiene ist aus einem Stück hergestellt und nur für einen bestimmten Rohrdurchmesser verwendbar. Dasselbe gilt tür den Grundwagen, welcher der Ringschiene mit bestimmtem Durchmesser zugeordnet ist und dessen Führungssystem bei Aufgleisung auf Ringschienen variablen Durchmessers vollkommen umkonstruiert werden muß. (VGB Kraltwerkslechnlk. 58. 1978 Heft 7).

Der F.rlindung Hegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde Rohrschweißniihte an Rohren verschiedenen Durchmessers /u prüfen, ohne daß dadurch der Transportwagen geändert werden muß.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die dem Anspruch 1 sntnehmbaren Mittel.

Durch die schwenkbaren Segmente wird erreicht, daß der Transportwagen sich unterschiedlichen Rohrdurchmessern anpassen kann, ohne daß umfangreiche Umbau- ί ten oder gar eine neue Konstruktion erforderlich wäre. Lediglich die zwischen dem Transportwagen und dem Rohr befindliche zylindrische Justiereinrichtung und die Führungsringschiene muß sich den Rohrdurc-hmessern anpassen und wird von Fall zu Fall ausgetauscht. Die m Einrichtung kann sich an den Rohrdurchmesser anpassen, deren größter und kleinster Rohrdurchmesser sich im Verhältnis von 2 : 1 bewegt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung kann Anspruch 2 entnommen werden. π

Durch die schwenkbaren Rollenblöcke wird eine leichte Aufgleisbarkeit erzielt, was der Erzielung kurzer Prüfzeiten dient und die Strahlenbelastung des Prüfpersonals drastisch herabsetzt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung zeichnet sich > <> nach Anspruch 3 dadurch aus, daß In mindestens einem Rollenblock je Segment jeweils festen FünrungsroHen mittels Federkraft an die Führungsschiene anpreßbare Führungsrollen gegenüberliegen.

Durch die Anordnung fester und federnder Rollen 2> wird eine spielfreie, exakte Führung des Transportwagens auf der Führungsschiene erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 Transportwagen mit schwenkbaren Segmenten, w in Richtung einer Rohrachse betrachtet,

Fig. 2 Schnitt H-H durch die die Rohrachse enthaltende und auf dem mittleren Segment .senkrecht stehende Ebene 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 angeordneten Prüfsystem.

Fig. 6 Schnitt VI-VI durch einen Schraubenspindelbetrieb des Schlittens,

Fig. 7 Schnitt VII-VII mit Darstellung des Prüfsystems und Parallelkurbelgetriebe in Richtung der Rohrachse,

Fig. 8 Seltenansicht des Manipulators bei der Prüfuns von Stutzen-Rohr-Anschlußnähten mit aufgeschnittenem Schraubenspindeltrieo,

Fig. 9 theoretisches CSrundprtnzip der Kreisführung,

Fig 10 Konstruktion der Führungsbahn und erforderliehe Freiheitsgrade,

Flg. 11 Schnitt XI-XI durch einen Rollenblock der Führung.

Fig. 12 Schniii XIi-XII durch den Rollenblock mit Antrieb. "

Ein Manipulator mit einem Transportwagen 1, einer Führungsschiene 2 sowie einer Justiereinrichtung 3 ist in Richtung einer Rohrachse gesehen in Flg. 1 dargestellt. Der Transportwagen 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 verlahrbaren und in einer Kreuzrollenführung SO ^b:) geführten Schlitten 11, welcher an seinem freien Ende ein in Fig. 2 dargestelltes Prüfsystems 12 trägt. Der Transportwagen 1 wird konzentrisch zur Achse eines Rohres 13 mittels Rollenblöcken 14, 15a, 156 geführt, wobei von den Rollenblöcken 14,156 je einer in den Segmenten 4, 5, 6vorgesehen 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 die Rohrachse enthaltenden und auf dem mittleren Segment 4 senkrecht stehenden Ebene der Grundeinrichtung 1 ist neben Rollenblock 15o noch ein nicht näher dargestelltes Ritzes vorgesehen, welches der Positionsbestimmung dient. Die Rollenblöcke 14, 15.6 sind untereinander identisch und werden von axialen und radialen Führungsrollen 16, 17 gebildet. Zum Zwecke der Aufgleisung der Rollenblöcke sind diese Achsen 18 parallel zur Rohrachse schwenkbar. Der Rollenblock 15a weist nur radiale Führungsrollen auf, da in ihn der Antrieb integriert ist, weicher vom Motor 19 gebildet wird, welcher sein Drehmoment über einen Zahnriemen 20 überträgt.

F i g. 2 stellt einen Längsschnitt ;ar. Man erkennt die Justiereinrichtung 3, weiche das Rohr umgibt und auf die wiederum die Führungsschiene 2 aufgebracht ist, welche mit der Justiereinrichtung eine Einheit bildet. Die Führungsschiene 2 wird von den radialen Führungshüllen 17 und 17a sowie den axialen Führungsrollen 16 und 16a umgriffen, wobei die Rollen 16a, 17 im Rollenblock 14 drehbar und um Achsen schwenkbar angeordnet sind, wohingegen die zugeordneten Gegenrollen 16, 17a mit ihren Wellen fest im Rollenblock gelagert sind, so daß eine genau definierte spielfreie Führung gewährleistet ist. Für das Aufgleisen des Transportwagens 1 auf die Führungsschiene 2 werden die axialen Führungsrollen 16a um die Achsen 18 geschwenkt, so daß die axialen Führungsrollen 16a ohne Behinderung über die Führungsringschiene geschoben werden können. Nach dem Aufgleisen werden die Führungsrollen 16o wieder radial auf Rohrmitte hin ausgerichtet. Auf dem Transportwagen 1 ist parallel zur Rohrmitte ein Schlitten 11 mit P.-Qfsystem 12 verfahrbar. Das Prüfsystem ist über ein 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 Beschädigung 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 Rollenblöcke 14, 156 ist im Detail in Fig. 3 dargestellt. Man erkennt die axialen und radialen Führungsrollen 16, 16a und 17, 17a, welche die Führungsschiene 2 spielfrei umfassen. Die Spielfreiheit der Führung wird durch die mittels Federspannung anpreßbaren Rollen 15a. 17 bewerkstelligt, welche den fest angeordneten Rollen 16, 17a jeweils als Gegenrollen zugeordnet sind; Die Anpressung der radialen Führungsrolle 17 erfolgt üt,er 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 Achse 18 anpreßbare Führungsrolle 16a kann um Achse 18 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 Roilenblöcke 14, 15a, 156 mittels Gleitbuchsen 30 in den Segmenten 4, 5, 6.

Flg. 4 zeigt einen Querschnitt durch einen der Rollenblöcke 14, 156 mit Achse 18, Kipphebel 23 und Schraube 27 zur Arretierung von Achse 18 nach radialem Ausrichten der Rollenblöcke 14.

ου uuvv

Flg. 5 gibt cine dcuiillicric Darstellung vorzugsweise des Schlittens 11 und seines Antriebes wieder. Aul dem entliing der Führungsschiene 2 um die Rohrachse drehbaren Transportwagen 1 ist ein Schlitten 11 geführt, welcher von einer Schraubenspindel 9 parallel zur Rohrachse verfahren wird. Der Antrieb der Schraubenspindel erfolgt durch Spindelantrieb 31, welcher sein Drehmoment über Zahnriemen 32 auf die Schraubenspindel 9 übertägt. An seinem dem Antrieb gegenüberliegenden Ende trügt der Schlitten 11 das Prülsysieni 12. das mit Parallelkurbeigetriebe 21 an diesem befestigt ist. Das Parallelkurbelgeiriebe 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 Absland des Prüfsystems von der Rohrwand und gewährleisten tangential Lage des gesamten Prühvs'.sms bezüglich der /u prü!er>'.!on Oberlluche

Γ ig. (> stellt einen Querschnitt durch Schlitten Il dar und zeigt die Führung desselben mittels Kreuzrollen'ührung K). Das Verfahren des Schlittens wird von der Schraubenspindel 9 bewerkstelligt, welche ihrerseits von Spindelantrieb 31 getrieben wird.

Fig. 7 zeigt nochmals das Prülsystem 12 in Richtung des Schnittes VlI-VH gesehen. Das Prülsystem wird von Abstandsrollen 34 an der Rohrwand entlanggeführt. Zum Schutz der Prüfeinrichtung ist der Schaltrahmen 22 vorgesehen, welcher bei Anlauf gegen ein Hindernis den Antrieb abschaltet.

In Fig. 8 ist der Manipulator in Prüfstellung darge- '" stellt. Die Führungsschiene 2 ist mittels der Justiereinrichtung 3 um Rohr befestigt. Der Transportwagen Il kann durch Führungsrollen 16«. sowie die h'er nicht sichtbaren Führungsrollen 16, 17, 17a welche in die Rollenbloeke 14 integriert sind, Drehungen um die Rohrachse ^J5 ausführen. Mittels Schlitten 11 kann das an dessen Ende befestigte Prülsystem 12 neben der Drehung um die Achse des Rohres auch noch Bewegungen in Richtung der Rohrachse ausführen.

Aus Fig. 9 lassen sich die theoretischen Zusammen- ^A0 hang'.· herleiten: Gegeben ist eine Schar von mindestens 3 Kreisen A₁. A'_:. λ', mit den Mittelpunkten Λ/ι. Λ)¹.. Λ/,; alle Kreise haben in 0 einen Berührungspunkt mit gemeinsamer Tangente 1. Wählt man auf t einen beliebigen Punkt P und schlügt man um P einen Kreis mit einem beliebigen Radius L, so erhalt man die Schnittpunkte Ri = R₁, R₂, R,. welche bezogen auf die Symmetrieachse s in der gleichen Bildhaifte liegen wie der Punkt P. Die Verbindung jedes der Schnittpunkte mit P schneidet die zugehörigen Kreise A', ein zweites Mal in ^w den Punkten Q₁. weiche 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 Laee auf PR ändert. ~

Durch die Symmetrie bezüglich der Achse 5 lassen sich die Punkte P und Ri zu j spiegeln: es ergeben sich P' sowie R\. Man erhält damit das Manipulator-Grundprinzip, nämlich einen dreigliedrigen Gelenkzug, welcher in den 5 Punkten R'_r Q\. O, Q. R₁ aul den jeweiligen Kreis A, geliihrt 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 1-fach überbestimmt; bei hinreichend großen Ungenaulgkeiten könnte es beim Abfahren des Kreises zu Verklemmungen kommen. Aus diesem Grunde wird auf den Führungspunkt Q\ verzichtet; nun können Rundheitsabweichungen der Führungsbahn durch geringe Relativbewegungen in den Gelenkpunkien /'und P' ausgeglichen werden.

Für die Bestimmung der Lange I erhalt man aus Ahnlichkeitsbetrachtungen an Kreis A„ mil </„■' = r -

all: I=L : all oder 2 =

Ulli)¹ I.

Durch Wahl von all und /. läßt sich das für die in Frage kommende Durchmesscspanne günstigste l.ängenverhältnis ermitteln.

Flg. 10 zeigt schematisch die wesentlichen Elemente des Iransportwagens 1. Dazu gehören die Führungsschiene 2 mit den darauf laufenden Fuhrungsrollcn der Rollenblöcke 14. 15a. 15Λ. Aul die Führung im Punkt Q\ (siehe Fig. 9) wurde bewußt verzichtet, um eine Überbesiimm<">elt der Führung zu vermeiden. An Stelle eines Rollenblockes wurde in Q\ ein in den Zeichnungen nicht näher dargestelltes Ritzel angeordnet, welches in den Zahnkranz 36 der Führungsschiene eingreift, um ein Organ für die Positionsbestimmung zu schaffen. Wie durch Pfeile verdeutlicht, können die Rollenblöcke 14. 15« geschwenkt werden, um diese nach dem Schwenken der Segmente 5. 6 auf den Rohrmittelpunkt h'.n ausrichten zu können.

In Fig. 11 sind nochmals schematisch die Elemente der Rollenblöcke 14. \5b dargestellt. Die Führungsschiene 2 wird von den fest in den Rollenblöcken auf Wellen angeordneten Führungsrollen 16, 17a sowie den abgefederten Führungsrollen I60, 17 umfaßt. Führungsrolle 16a ist außerdem um Achse 18 schwenkbar, um die Montage zu ermöglichen. Rollenblock ISb ist identisch mit den Rollenblöcken 14, wird lediglich nicht geschwenkt und bleibt somit in seiner einmal eingestellten radialen Position während die Rollenblöcke 14, 15a geschwenkt werden.

Der Rollenblock 15a weist im Gegensatz zu den Rollenblöcken 14. 156 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 Führungsschiene 2 ab und führt damit eine Kreisbewegung des Transportwagens 1 mit darauf befindlichen Schlitten 11 und Prüfsystem 12 um die Rohrachse herbei. Auf die Darstellung des zwischen Motor 19 und Ritze! 35 eingeschalteten Zahnriemenantriebes wurde aus Gründen der Vereinfachung zur Verbesseruns der Übersichtlichkeit verzichtet.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Manipulator zur Pnlfung von Rohrumfangs- und Rohriangsschweißnähten mit einer koaxial zu einer Rohrachse angeordneten, kreisförmigen, über eine Justiereinrichtung bezüglich der Rohrachse ausrichtbaren und auf einer Rohroberfläche festlegbaren Führungsschiene, mit einem Transportwagen, der auf seiner dem Rohr abgewandten Oberseite einen Ober einen Antriebsmotor parallel zur Rohrachse verfahrbaren Schlitten trägt, an dessen freiem Ende ein in Richtung eines Rohrdurchmessers von der Rohroberfläche abhebbares Prüfsystem befestigt ist, welches mittels Führungsrollen, deren Achsen teils parallel teils senkrecht bezüglich der Rohrachse angeordnet sind, auf der Führungsschiene geführt ist und längs eines mit der Führungsschiene verbundenen Zahnkranzes über ein in dies-η eingreifendes, von einem Motor angetriebenes Kitzel verfahrbar ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrcllen zu Rollenblöcken 14, 15o. 156 zusammengefaßt sind, daß der Transportwagen zur Prüfung von Rohren mit dem Durchmesser D aus einer Menge von Durchmessern eines abgeschlossenen Intervalls D' S D S 2 D' verwendbar ist und hierzu aus drei sich über mehr als einen halben Rohrumfang erstreckenden Segmenten (4, 5, 6) besieht, wobei das mittlere Segment (4) eine stets zum Rohrumfang tangential Lage einnimmt und das Prüfsystem 02) trägt und je ein weiteres Segment (5 bzw. 6) an je einem Ende des mittleren Segmentes (4) symmetrisch zu einer o'ie Roh.achse enthaltenden und auf dem mittleren Segment (4) senkrecht stehenden Ebene angelenkt ist.

2. Manipulatoi nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment (4, 5, 6) des Transportwagens (I) mindestens einen Rollenblock (14; 15a; 15/») aufweist, wobei die Rollenblöcke (14) der beiden symmetrisch zu der die Rohrachse enthaltenden und auf dem mittleren Segment (4) senkrecht stehenden Ebene angelenkten Segmente (5. 6) um zur Rohrachse parallele Achsen (18) zum Aufsetzen des Transportwagens (1) auf die Führungsschiene (2) und zum Abnehmen des Transportwagens (1) von der Führungsschiene (2) schwenkbar sind.

3. Manipulator nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einen Rollenblock (14; 156) je Segment (4, 5, 6) jeweils festen Führungsrollen (16. 17a) mittels Federkraft an die Führungsschiene (2) anpreßbare Führungsrollen (I60. 17) gegenüberliegen.