EP4267336A1 - Verfahren zum herstellen eines polymerveredelten rohrelements - Google Patents
Verfahren zum herstellen eines polymerveredelten rohrelementsInfo
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- EP4267336A1 EP4267336A1 EP21844016.2A EP21844016A EP4267336A1 EP 4267336 A1 EP4267336 A1 EP 4267336A1 EP 21844016 A EP21844016 A EP 21844016A EP 4267336 A1 EP4267336 A1 EP 4267336A1
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Definitions
- the invention relates to a method for the automated or semi-automated production of a polymer-coated tube element using tube sections that are subject to tolerances.
- polymer-coated tubular elements for fire extinguishing systems is known, for example, from EP 2623163 B1, EP 2766653 B1 and WO 2020/002502 A1.
- the possibility of applying a highly corrosion-inhibiting and long-term resistant coating to the pipe by means of polymer refinement is becoming increasingly important in areas of application in which long-term resistance to corrosion is increasingly important for safety reasons.
- a noteworthy example of such applications is the use of polymer-coated raw elements in fire extinguishing systems, but also the use of such polymer-coated pipe elements in industrial plants with corrosive media that have to be transported, or in corrosive environments, such as fluid line systems in the maritime environment, are increasingly relevant areas of application.
- the object of the invention to provide a method of the type described in the introduction, in which the disadvantages described above are overcome as far as possible.
- the invention was based on the object of specifying a method of the type described at the beginning, which allows an economically favorable production of tubular elements without impairing the quality of the surface coating by means of polymer refinement.
- the invention solves the underlying problem with a method of the type described in that it has the following steps:
- Pipes subject to tolerances are understood to mean, for example, pipes in which the deviations in the outside diameter were up to +/- 1%, which would correspond to a tolerance band of approx. 4 mm for a nominal diameter of DN200.
- the tolerance of the pipe elements with regard to the wall thickness can be +/-10% for pipes subject to tolerances within the meaning of the invention, so that the inner contour can also have a tolerance range of up to 0.4 mm for a pipe with a diameter of DN200.
- the accuracy of shape can be up to 2% for pipes subject to tolerances and the deviation in straightness can be 3mm per meter.
- the invention makes use of the finding that by determining the spatial penetration curve on the basis of the spatial shape of both pipe sections, a set of references can be provided for the shape to be introduced into both pipe sections, which ensures an exact correspondence of the shape of the first and second pipe sections in their connection area, regardless of the tolerance-related shape deviations that occur in practice.
- the common spatial penetration curve makes it possible to introduce the exact external shape of the first pipe section as a cut edge in the second pipe section when the second pipe section is a nozzle and the first pipe section is an elongate base pipe.
- the common penetration curve enables the exact shape of the second pipe section to be cut out into the first pipe section.
- the step of welding the first and second pipe sections together is performed in a single continuous motion. That is, the welder is set up and travels the common spatial penetration curve in one pass to complete the weld without stopping in between.
- the welding device is preferably not set down until the point of attachment has been reached again and, in particular, when the root formations of the weld seam are connected to one another.
- a desired weld seam quality for example class B according to DIN EN ISO 5817:2014 or other analogous standards, reliably achieved.
- the procedure is made possible by determining and then using the common spatial penetration curve.
- the weld seam formed in a single continuous pass is thus formed more regularly than manual or semi-automated weld seams can be, which in turn improves the ability of the tubular element to form a low-defect or defect-free surface coating by means of polymer refinement.
- the step of determining the three-dimensional shapes includes providing an idealized model of the first pipe section and an idealized model of the second pipe section, and determining deviations of the detected shape of the pipe sections from a respective model.
- the idealized models are, for example, cylinders with the specified theoretical outside diameters of the pipe sections.
- the outer diameter is the size that is also measured. In other words, the actual deviations of the pipe sections from their target geometry are detected in this method step.
- the step of determining the spatial penetration curve includes providing or generating an idealized penetration curve of the idealized models, and generating the spatial penetration curve by applying the deviations of the spatial shape to the idealized penetration curve.
- the step of determining the three-dimensional shapes includes determining groups of points for both pipe sections, the groups of points lying on the respective surface of the pipe sections in the respective connection area and characterizing the three-dimensional form of the pipe sections in the connection areas, and preferably also the step of determining the spatial penetration curve comprises forming the spatial penetration curve from the intersection of the sets of points.
- those points are found which have the same coordinates in both sets of points. If the two detection steps are not carried out in the same coordinate system, the groups of points are preferably transposed into a common coordinate system.
- the advantage of the invention is particularly evident here: using the common spatial penetration curve, it is possible in a semi-automated or automated process to carry out all the steps of mechanical processing of the pipe sections, such as their positioning in the system, the creation of the edges in the connection areas for to carry out the subsequent welding, the cleaning and dressing of the cut surfaces produced, and the welding itself, all on exactly the same path as a function of the spatial penetration curve.
- sources of error that could be associated with inaccurate positioning or that could result from unforeseen shapes of the pipe sections are largely ruled out.
- the method is preferably further developed in that it includes the step of clamping the first pipe section by means of a clamping device, preferably in such a way that the first pipe section is held rotatably about an axis of rotation of the clamping device.
- the first tube section is preferably clamped so as to be rotatable about a defined instantaneous center, which would represent the theoretical center of the tube if it corresponded to an idealized cylinder.
- the rotating function can be implemented, for example, by rotating the entire clamping device about this central pipe axis, which also forms the so-called tool center point (TCP) of the common coordinate system, or by rotating only the first pipe section.
- TCP tool center point
- the method according to the invention can also be carried out if the pipe section is not able to rotate.
- the method includes the steps of picking up the second pipe section by means of a handling device, in particular a handling robot, and positioning the second pipe section in a fixed position relative to the first pipe section.
- a handling device in particular a handling robot
- the handling device continuously holds the second pipe section in the fixed position relative to the first pipe section until the welding has been carried out.
- the second pipe section is held by the handling device only until it has been mechanically fixed in some other way relative to the first pipe section, for example by means of tack welding.
- the step of producing the edge surfaces includes the cutting of peripheral edge surfaces on the first and second tube section, preferably by means of plasma cutting, with preferably Edge surfaces are cut on the first and second pipe section, each with an inner edge and an outer edge.
- edge surfaces on the first and second pipe sections are cleaned prior to the welding step.
- the edge surface to be generated on the first pipe section is at a distance from its front ends and defines a cutout through the wall of the first pipe section, and the edge surface to be generated on the second pipe section is formed on a front end of the second pipe section.
- the first pipe section is a base pipe with a lateral recess spaced apart from the front end
- the second pipe section is a socket designed for lateral attachment to the first pipe section, which is aligned flush with this cutout.
- the first and second tube sections are preferably aligned at an angle of 90° +/- 0° to 5° to one another.
- first and second tube sections are preferably aligned in such a way that they rest against one another without a gap or there is a joint gap of 0.2 mm or less.
- the method preferably also includes the step of providing the first and second pipe sections, step by step, of scanning the identification of the pipe sections to be processed.
- the (theoretical) nominal diameters, wall thicknesses, etc. of the pipe sections to be processed can be recorded for the automation of the welding. This recorded information can be used, for example, for the automatic setup of the handling devices, the clamping device and so on.
- the step of welding the first and second pipe sections comprises welding the pipe sections along the penetration curve; forming a fully circumferential weld having a root extending to the inside of the pipe sections, the root of the weld having a thickness such that at least one of the inner edges, and preferably both inner edges, is or are fully engaged by the root , wherein the root of the weld seam completely covers the inner edge of one of the pipe sections, and the remaining inner edge of the other pipe section is spaced apart from the weld seam by a predetermined maximum value in the radial direction, in particular the predetermined maximum value, a) provided that the first and second pipe sections have the same wall thickness have, is less than or equal to half the wall thickness of the pipe sections, particularly preferably less than or equal to a quarter of the wall thickness of the pipe sections, or b) if the first and second pipe sections have different wall thicknesses, less than or equal to a difference in the wall thicknesses of the pipe sections, particularly preferably smaller or equal to half the difference
- the method according to the invention preferably also includes the step of applying a polymer-based layer to the inside of the tubular element, the polymer-based layer completely covering the inside of the tubular element, the polymer-based layer preferably being applied by means of autodeposition, more preferably by immersing the tubular element in an immersion bath , which contains a corresponding coating agent, in particular a polymer-based chemical autodeposition material.
- This process step in which the polymer finish is added to the tube, can be used successfully with various chemical autodeposition materials, for example.
- various chemical autodeposition materials for example.
- epoxy-acrylic urethane coatings such as Bonderite M-PP 930 have proven suitable in the past.
- the properties of these autodeposition materials are well known, and these materials are easy to control in the coating process, even on an industrial scale.
- the autodeposition coating is described, for example, in the publications referred to at the outset, the content of which is included here in its entirety.
- the invention has been described above in a first aspect with reference to the method explained.
- the invention also relates to a device for the automated or semi-automated manufacture of a polymer-coated tube element using tube sections subject to tolerances, the tube sections each having a connection region which is provided for connection to the respective other tube section.
- the invention solves the task on which it is based in that the device has at least one detection device for detecting a spatial shape in each of the connection areas, a computing unit that is set up for this purpose, as a function a superimposition of the detected spatial shapes to determine a spatial penetration curve, and as a function of the penetration curve to determine cutting contours in the connecting areas of the first and second pipe section, a cutting device for producing edge surfaces in the connecting areas of the first and second pipe section along the respective cutting contours, and comprises a welding device which is set up to weld the first and second pipe sections to one another along the mutually aligned edge surfaces along the determined spatial penetration curve.
- the device makes use of the same advantages and preferred embodiments as the method according to the invention in accordance with the first aspect, so that in this respect reference is made to the above explanations to avoid repetition.
- Preferred embodiments of the method are at the same time preferred embodiments of the device and vice versa.
- the device has a device for collecting welding, cutting beam or other artefacts that are flung away by the welding or cutting beam from the point of processing, for example welding spatter, blown liquid metal from the plasma cutting process, or flying chips, on the inside of the first and/or second pipe section, which is designed to be positioned before the welding in the connection areas of the first and/or second pipe sections, particularly preferably substantially opposite the welding or cutting point. This reduces or prevents damage to and contamination of the inner surface, and thus also reduces the risk of impairment of the surface quality inside the pipe.
- the device preferably has a collecting container which is adapted to the inner diameter of the first pipe section and is set up to collect as many of the artifacts mentioned above as possible. Catching the artifacts, which according to the invention also takes place in a partially automated or automated process, is described in more detail, for example, in WO 2020/002486A1, the content of which is included here in its entirety.
- the device according to the invention has a clamping device for the first pipe section and a handling device, in particular a handling robot, for the second pipe section.
- the clamping device preferably has at least one clamping device, preferably a plurality of clamping devices, and is set up to rotate the first pipe section about an axis of rotation, with the axis of rotation of the clamping device preferably running through the origin of the coordinate system of the common spatial penetration curve in its clamping position, or with the common spatial penetration curve is, if necessary, transposed into the coordinate system, one axis of which represents the axis of rotation. If the first pipe section was already clamped before the three-dimensional shape was recorded, the recording and thus also the determination of the common penetration curve can be carried out directly in the correct coordinate system, so that a transposition can be omitted.
- the clamping means comprises a clamping center which defines the axis of rotation of the clamping device.
- the clamping means described above is a first clamping means and the clamping device also has a second clamping means, which is arranged at an axial distance from the first clamping means along the axis of rotation, the clamping device being set up to clamp the first pipe section to both of them by means of the clamping means to stretch sides of the connection area. It is fundamentally advantageous here to choose the distance between the clamping means as small as possible.
- the clamping means can be moved relative to one another in the direction of the axis of rotation, so that the clamping distance between the clamping means can be adjusted as a function of the diameter of the second pipe section.
- the wobbling movement inevitably arises due to a radial offset between the axis of rotation of the clamping device and the center of mass of the first pipe section, because the pipe section does not have an idealized cylindrical shape, but is also subject to tolerances with regard to its straightness.
- the pipe section is preferably clamped as a function of the expected deformation of the pipe section as a result of the forthcoming introduction of heat. This reduces the influence of the thermally induced deformation on the calculated weld path. This means that the deflection of the surface of the first pipe section is, in absolute terms, less, even in the case of bent, odd pipe sections, which facilitates the positional tracking of the handling device which is to carry out the welding operation.
- the clamping means or means is/are designed to be open on one side and set up to receive and clamp the first pipe section from above.
- the design of the clamping devices that is open on one side achieves two advantages at the same time: On the one hand, the tubular elements can be inserted into the clamping device from above, which makes handling in automated production much easier and reduces the space requirement. On the other hand, the open area above the clamping device can offer better access to the connecting section of the pipe sections for the handling device or devices.
- first and/or second clamping means are set up to fix the pipe section, and the clamping device or the clamping means are set up to pivot the clamping means in such a way that the first pipe section rotates around the axis of rotation of the clamping device. It can be advantageous to rotate the entire clamping device and to fix the clamping means relative to the clamping device.
- the clamping means are designed as centrally clamping clamping devices, particularly preferably as steady rests.
- the tensioning device has an arcuate guide along which the tensioning means is movably received, the guide being concentrically aligned relative to the axis of rotation and adapted to guide the tensioning means around the axis of rotation. If several clamping means are used, preferably at least one, preferably several or all of the clamping means are arranged such that they can be moved about the axis of rotation by means of a separate guide of this type.
- the handling device is a first handling device; the device also has a second handling device, in particular designed as a handling robot, which has a receptacle for various processing attachments.
- the essays - also referred to as working heads - here preferably include one or more of the following: To form the Cutting device a cutting torch, laser, water jet or a processing head for machining (including post-machining of the cutting edges, in particular for milling); as a cleaning device, an attachment for hammering, blasting, scraping, brushing, or plasma blasting; a mechanical surface sensor, a dynamic pressure sensor, a plasma surface sensor, one or more optical sensors to form the detection device; to form the welding device, a welding head, for example a MIG, MAG or TIG welding head, or in the case of soldering, a soldering device instead of welding.
- a welding head for example a MIG, MAG or TIG welding head, or in the case of soldering, a soldering device instead of welding.
- the attachments preferably each have an assembly interface designed to correspond to the receptacle of the manipulator and have an active point (tool center point).
- the point of action is, for example, the marking tip in the case of a marking pen, the welding point in the case of a welding attachment, etc..
- the point of action is particularly preferably identically positioned for all attachments relative to their assembly interface. This has the effect that the tools, when guided by the handling device along the same path, perform exactly the same movement through space with their point of action. This in turn means that a number of tools, for example the measuring attachment, the flame cutting attachment and/or the welding attachment, can be guided using a single track.
- a separate path does not have to be programmed or calculated for each tool.
- the spatial penetration curve only has to be calculated once, which can then be used for all work steps despite any tool changes. As a result, considerable computing and time resources can be saved and manufacturing tolerances can be reduced at the same time.
- the device preferably has an electronic machine control, which is connected in a signal-conducting manner to the detection device, the computing unit, the cutting device, the welding device and preferably one, several or all of the clamping device, the first and/or the second handling device and is set up to carry out the method to carry out one of the preferred embodiments described above.
- the machine control can be designed as a higher-level control device, which communicates with one, several or all of the aforementioned devices in a signal-conducting manner and controls them, or can have one or more sub-control units have, which are respectively assigned to the devices described above, and each make a dedicated control of the respective units.
- the program architecture will be adapted depending on the application and the machine concepts available to the respective plant operator.
- the electronic machine control as a higher-level control could control two mechanical systems, each with a CNC control.
- the machine control preferably has a higher-level programmable logic controller (PLC), as well as a man-machine interface, and more preferably functional units such as order management and control of the peripheral devices of the device.
- PLC programmable logic controller
- the two mechanical systems each have a dedicated CNC controller and a handling device designed as a six-axis robot.
- the first mechanical system is preferably responsible for the first pipe section and the second mechanical system is responsible for the second pipe section.
- the first mechanical system preferably has a positioning device for the pipe, which has the clamping device, and a sensor system for measuring the surface, which has the detection device. Furthermore, the first mechanical system has processing hardware for cutting the first pipe section and for welding the pipe connection between the two pipe sections, both of which are preferably operated by means of the handling device.
- the second mechanical system preferably also has a handling device designed as a six-axis robot and is responsible for handling and positioning the second pipe section, preferably a pipe socket.
- the second mechanical system preferably also has a sensor system for measuring the surface, which represents the detection device, and the hardware for cutting the second pipe section to size and for positioning the socket for the joining or for the joining itself, if necessary.
- the invention has been described above on the basis of the first and second aspects in relation to the method according to the invention and the device according to the invention.
- the invention also relates to a computer program product, comprising instructions which, when the program is executed by a computer, preferably by the machine control of the device, cause the latter to then carry out the steps of Carry out the method according to a preferred embodiment described above.
- the invention also relates to a computer-readable storage medium comprising instructions which, when the instructions are executed by a computer, preferably by the machine control of the device described above, cause the latter to then carry out the steps of the method according to one of the preferred embodiments described above.
- the invention also relates to the use of a tubular element produced by a method according to one of the preferred embodiments described above or by means of a device according to one of the preferred embodiments described above in a pipeline system of a fire extinguishing system.
- the invention relates to such a use of a tubular element in a pipeline system of a watercraft, or as a gas or liquid line in an industrial plant, for example in a marine environment.
- the invention demonstrates its advantages wherever stainless steel pipelines have always been used in the past for reasons of corrosion protection. By mastering the welding process, even with pipes subject to tolerances, it offers the possibility of significantly increasing the safety and economic efficiency of the construction of such systems without sacrificing corrosion resistance.
- the invention also relates to a polymer-coated pipe element, which has a first pipe section and a second pipe section, which are connected to one another by means of a continuous weld seam and are coated with a polymer-based layer at least on the inside of the pipe, but preferably on the inside of the pipe and on the outside of the pipe, wherein the polymer-based layer is chemically bonded to the material of the tubular member, and preferably includes a polymer-based autodeposition material.
- the tubular member incorporates the advantages of the method and apparatus of the two aspects mentioned herein. Preferred embodiments of the method and the device are at the same time preferred embodiments of the tube element and vice versa. Because the first and second tube sections have been welded in a continuous, i.e. a single uninterrupted movement, the tube element has a specially shaped weld seam which—as explained above—is formed more regularly than manually or semi-automatically produced weld seams can be. Due to its production in an uninterrupted pass, the weld seam has in particular exactly one attachment point, at which the deposition point is also located. The regular formation can be visually checked both outside and inside (see also the above explanations on root detection) on the tubular element, and with it the ability of the tubular element to form a low-defect or defect-free surface coating by means of polymer refinement.
- the pipe element preferably has a nominal diameter in a range from DN16 to DN500, more preferably in a range from DN20 to DN300, particularly preferably DN32 to DN65, with the nominal diameter of the second pipe section being less than or equal to the nominal diameter of the first pipe section.
- the first pipe section preferably has a flattened surface in a wall area, preferably in that area in which the weld seam is formed.
- the wall thickness of the tube sections is preferably in a range between 2 mm and 10 mm, preferably in a wall thickness range of 5 mm to 6 mm.
- thin-walled pipes can also be soldered as an alternative to a welding process.
- the tubular element produced with the method and the device according to the invention preferably has a polymer finish with a layer thickness in a range from 7 ⁇ m to 80 ⁇ m, preferably in a range from 7 ⁇ m to 30 ⁇ m, the layer thicknesses being based on the dry layer thickness and in particular refer to the increase in layer thickness relative to the untreated condition.
- the layer thicknesses are preferably greater than in the central areas, which are spaced apart from both the one and the other end of the pipe sections.
- FIG. 2a a schematic three-dimensional representation of a tube element, produced according to the method according to FIG. 1;
- FIG. 2b a partial view of a tubular element according to the invention according to FIG. 2a in section;
- 3a, b overall views of the device according to the invention for producing a pipeline element from the front and the side;
- FIG. 11 shows a schematic representation for the determination of the spatial penetration curve.
- FIG. 1 shows a schematic sequence of a possible embodiment of the method according to the invention for producing a polymer-coated tubular element 100 (FIG. 2).
- steps 1a, 1b a first pipe section 101 and a second pipe section 102 are provided.
- the first pipe section 101 is, for example, a base pipe
- the second pipe section 102 is a pipe socket that is to be welded to the first pipe section 101 as a lateral outlet.
- a next method step 3a, 3b the three-dimensional shape of the first and the second pipe section 101, 102 is recorded, which is intended to form the subsequent connection area of the pipe sections 101, 102.
- the surfaces of the tube sections 101, 102 to be connected are scanned in order to detect any deformations or irregularities in the design of the tube element.
- the first pipe section 101 is preferably clamped in a clamping device, for example a clamping device 40 according to the second aspect of the invention.
- a clamping device 40 for example a clamping device 40 according to the second aspect of the invention.
- the second pipe section is preferably picked up by means of a handling device, such as a (first) handling device 52 which is designed as a handling robot, see FIG. 8b.
- the spatial shape of the first pipe section 101 is detected, for example, by means of a (not shown) stationary detection device along which the pipe section 101 is guided, or by means of a (second) handling device 50, which can be designed as a handling robot.
- the spatial shape of the second pipe section 102 is detected, for example, by means of a stationary detection device (not shown) along which the pipe section 102 is guided, or by means of the second handling device 50, which can be moved relative to the first handling device.
- the second handling device can, for example, have a number of different work attachments, one of which would be the detection device.
- a spatial penetration curve is then determined as a function of superimposing the spatial shapes of the first and second pipe section, preferably by means of a computing unit 46.
- the spatial penetration curve serves as a central control variable for the following Process steps up to and including the welding of the pipe sections 101, 102 to one another.
- the work attachments preferably each have the same point of action relative to the handling device, so that all work attachments can be moved along the same path, namely along the common penetration curve, without additional programming effort being necessary.
- a cutting contour in the connection area of the first pipe section 101 and a cutting contour in the connection area of the second pipe section 102 are then determined.
- edge surfaces are produced on the tube sections 101, 102 by means of a cutting device, preferably by means of plasma cutting.
- the edge surfaces on the first pipe section 101 are preferably produced by means of the second handling device 50, which for this purpose accommodates a corresponding working head as a cutting device.
- the edge surfaces on the second pipe section 102 are preferably produced by means of a stationary part of the cutting device or by means of the second handling device.
- the tube sections are given either edge surfaces 115 on one or both of their front ends 103, 105 or edge surfaces 117 in a wall section spaced apart from the respective front ends 108, 110. If edge surfaces 117 are produced at a distance from the respective front ends, a cutout 113 is produced in the wall 107 of a respective pipe section 101.
- the pipe slug that falls out is preferably caught inside the pipe with a collecting container inserted into the first pipe section and removed from the inside of the pipe.
- the first and second pipe sections 101, 102 are cleaned at the edge surfaces 115, 117.
- cleaning takes place by means of a rotationally driven brush or a milling cutter.
- metal oxides and loose particles or burrs in particular, which have arisen during plasma cutting to produce the edge surfaces, are to be removed as far as possible.
- the first pipe section 101 and the second pipe section 102 are aligned with one another. When aligning, the edge surfaces 115 of one pipe section 102 are aligned as closely as possible adjacent to the correspondingly designed edge surfaces 117 of the other pipe section 101 in each case.
- the second pipe section 102 can be aligned manually or by means of the handling device 52 controlled automatically. If the first pipe section 101 has not yet been clamped, the clamping step is now carried out.
- the second tubular 102 is aligned with the clamped first tubular 101 and held by the first handling device 101 until the tubulars 101, 102 are either stapled or fully welded.
- the stapling is preferably carried out by means of the second handling device 50, which in turn accommodates a corresponding working head for this purpose.
- the aligned tube sections 101, 102 are welded to one another along the peripheral edge surfaces 115, 117 aligned with one another. With the welding, a completely circumferential weld seam 109 is preferably produced, which has a continuous root extending on the inside of the pipe sections 101 , 102 .
- the collecting container with which the pipe slug was also collected, or another collecting container, is preferably used to collect welding spatter.
- the collection containers are preferably moved under machine control.
- Step 15 includes, for example, the cleaning of the tube sections welded to one another in one or more immersion baths, in which, for example, pickling or rinsing media, such as demineralized water, can be kept available.
- pickling or rinsing media such as demineralized water
- the welded pipe sections 101, 102 prepared in step 15 are chemically coated in a next method step 17 in one or more dips using an autodeposition method.
- the immersion achieves that the inside, including the weld seam or weld seams 109, but also the outside of the tubular element 100 is essentially completely coated.
- method step 19 can comprise one or more sub-steps, in each of which a flash-off or annealing with predetermined temperatures and annealing times takes place (low annealing or high annealing).
- the coated and already post-treated pipe elements 100 produced from the pipe sections 101 , 102 can be powder-coated in a method step 21 .
- Step 21 of powder coating can take place immediately after method step 17 or also after a previously performed thermal after-treatment according to step 19.
- a thermal after-treatment according to step 19 is carried out in order to harden the powder coating produced .
- the tubular element produced is removed from the manufacturing process and, for example, supplied to intermediate storage.
- method step 19 for thermal post-treatment of the pipeline elements is shown as a single step.
- the tubular element 100 can be subjected to a number of successive heat treatment stages, which are carried out in one or in a number of different temperature control devices.
- the method has been explained schematically with reference to FIG.
- the tubular element 100 produced with the method, to which reference has already been made, is explained in more detail in FIGS. 2a, 2b.
- the pipeline element 100 shown in Fig. 2a, 2b comprises a first pipe section 101 and a second pipe section 102.
- the first pipe section 101 has a cutout 113 (FIG. 3) in its side wall 107 where it is welded to the second pipe section 102 .
- the first pipe section 101 and the second pipe section 102 are connected by means of a single-layer weld seam 109 that runs all the way around.
- the interior of the tubular element 100 has a polymer-based layer 111 which extends completely along the inner sides of the tubular sections 101 , 102 and also completely covers the circumferential weld seam 109 in the interior of the tubular element 109 . If the pipe element 100 was coated in a dipping process, the outer surface of the pipe element 100 and thus of the first and second pipe section 101 , 102 and the weld seam 109 is at least largely covered by the polymer-based layer.
- the second pipe section 102 is arranged approximately centrally between a first front end 108 and a second front end 110 of the first pipe section 101 .
- the second tube section 102 is aligned coaxially with the wall cutout 113 formed in the side wall 107 of the first tube section 101 .
- the second pipe section 102 and the first pipe section 101 are aligned with one another at an angle ⁇ , which is 90° in the present embodiment.
- the angle ⁇ can also range between 30 and 90 degrees.
- the first pipe section 101 is a base pipe and the second pipe section 102 represents a connection element.
- the first pipe section 101 has a diameter that differs from the diameter of the second pipe section 102 .
- the diameters of the first and second pipe sections 101, 102 can also be identical.
- FIGS. 3a, b show schematic views of a device 30 for producing a polymer-coated pipe element 100 shown by way of example in Figures 2a and 2b.
- the device 30 comprises a support device 32 with rails 33, along which support parts 34, 35 for receiving the first pipe section 101 can be moved are. In a section between the rails 33, an angle positioner 36 for the first tubular element 101 is arranged.
- the device 30 comprises a first handling device 52 and a second handling device 50, preferably both designed as handling robots, the precise function of which is described in detail below.
- the device 30 comprises a support device 32 which has two support parts 34, 35 which are set up to receive the front ends 108, 110 of the first pipe section 101. Along a portion of the support means 32 is positioned the angle positioner 36 which is still in a standby position, see Figures 4a, 4b.
- the handling devices 50, 52 are shown below in abstract form in the drawings for the sake of clarity.
- the angle positioner 36 is then transferred into a working position, namely in a close range to the first pipe section 101 (Fig.5b), with the angle positioner 36 preferably transverse to the rails 33 and thus transverse to the Longitudinal axis of the first tubular element 101 can be moved.
- the support device 32 moves into a predetermined position with the received first pipe section 101 to the angle positioner 36 such that a section for which a connection area is to be created on the first pipe section 101 is arranged centrally to the angle positioner 36 .
- a sacrificial bowl 38 is inserted into the inside of the first tubular portion 101 to the position where the connection portion with the second tubular portion 102 is to be formed.
- the sacrificial bowl 138 serves in particular to catch residues soiling the inside of the first pipe section, which arise during the subsequent processing of the first and second pipe section 101, 102 and as described in more detail in WO2020/002486A1, for example.
- FIGS. 6a, b also show, the first pipe section 101 is then clamped by the angle positioner 36.
- the clamping is carried out by means of a clamping device 40 present on the angle positioner 36, which comprises two clamping means 41, 42 which act on the first pipe section 101 on both sides of the connection area to be produced.
- the clamping devices are designed as 3-point grippers. This ensures that the first pipe section 101 to be picked up is clamped with its central axis almost coaxial to the clamping center of the clamping means 41 , 42 . With the tightening by the angle positioner 36, a previous clamping force applied to the support members can be released, so that the first pipe section
- the device 30 has a detection device 44 which is set up to detect a three-dimensional shape at the connection area of at least the first pipe section 101 .
- the surface of the first pipe section 101 is scanned with the detection device 44 in order to determine tolerances in the form of any out-of-roundness on this section of the pipe section 101 .
- the spatial shape in the connection area of the second pipe section 102 is also detected by means of the detection device 44 or a separate detection device, for example a stationary detection device.
- a spatial penetration curve is then determined as a function of a superimposition of the detected spatial shapes of the first and second pipe sections 101, 102, and sectional contours of the first and second pipe sections 101, 102 are determined on the basis of the determined penetration curve.
- the cutting contours are transmitted from the computing unit 46 to a cutting device 48, by means of which edge surfaces 115, 117 (FIG. 3) which are coordinated with one another are produced on the first and second pipe sections 101, 102.
- the cutting device 48 is designed as a processing attachment for an automatically controlled handling device 50, such as a robot. That In the embodiment shown, the handling device 50 performs all the processing on the first pipe section 101 using appropriate detection and processing attachments of the device. The handling device 50 also welds the first and second pipe section 101 , 102 to form the pipe element 100 by means of a welding attachment.
- the correspondingly designed pipe section 102 is then aligned with the first pipe section 101 by means of the automated controlled handling device 52.
- first and second pipe sections 101, 102 are then welded to one another with a welding device 56, which is preferably arranged as a processing attachment on the handling device 50.
- the pipe sections 101, 102 are welded to one another along the mutually aligned edge surfaces 115, 117.
- the edge surfaces produced during cutting are welded to one another along the determined spatial penetration curve.
- a single-layer circumferential weld seam 109 is also preferably produced in the present case.
- any processing residues that arise such as welding spatter, for example, are caught by the sacrificial bowl 38 arranged inside the first pipe section.
- Any processing preferably takes place on the first pipe section 101 in the trough position.
- the bottom position means that the processing, regardless of whether it is cutting or welding, takes place from above, so that any processing residues that arise can then fall down into the sacrificial bowl.
- the first raw section 101 is always rotated into the corresponding angular position.
- FIGS. 9a, b several, two or three such pipe sections 102 can be arranged on a first pipe section 101 at predetermined intervals along its longitudinal axis.
- the pipe element 100 produced thus has a number of branches on the pipe section 101 .
- the clamping device 40 of the angular positioner 36 is released, as a result of which the tubular section 101 is released.
- the angle positioner 36 moves from the working position back into its rest position at a distance from the pipe section 101 .
- the clamping means 41, 42 of the clamping device 40 are accommodated on the angle positioner 36 so that they can be moved in particular around a rotation axis 60, in particular along an adjustment device 58. With the movement of the clamping means 41, 42, the first pipe section 101 becomes coaxial around a tool center point (TCP). emotional.
- TCP tool center point
- the tool center point is formed by the clamping center of the clamping means 41 , 42 of the angular positioner 36 and coincides with the axis of rotation 60 .
- FIG. 10 shows a detailed drawing of the angular positioner 36 in order to explain the functioning and the structure of the clamping device 40 accommodating the first pipe section 101 .
- the clamping device 40 comprises clamping means 41 , 42 with which the first pipe section 101 is clamped on a rotation axis 60 of the angular positioner 36 on both sides of a connection area on the first pipe section 101 .
- the axis of rotation 60 also forms the tool center point (TCP), which is used as the starting point for the processing of the first pipe section 101 and the step of welding the first and second pipe sections 101, 102 together, and which preferably serves as a reference axis for the spatial penetration curve .
- TCP tool center point
- the clamping means 41 , 42 are moved together with the clamped first pipe section 101 on a circular path around the axis of rotation 60 of the angular positioner 36 .
- a curved guide 62 is assigned to the first clamping device 40 for each clamping means 41 , 42 .
- the guide 62 preferably has a rail body 64 in the form of a ring segment.
- the clamping means 41 , 42 are arranged on a guide surface 65 facing the axis of rotation 60 for the first pipe section 101 .
- the clamping means 41 move about their defined clamping center, which coincides with the axis of rotation 60 of the angle positioner and the tool center point (TCP) of the device.
- the clamping means 41 , 42 are coupled to a drive unit 66 for controlled movement relative to the guide rail 62 .
- the rail body 64 is designed as a ring segment and extends over an angular range of approximately 180° to approximately 270°, preferably at an angle of approximately 240°.
- the adjustment device 58 has a receptacle 68 for each annular guide rail 62, in which the guide rail 62 is located on a guide surface 69 facing away from the axis of rotation 60, thus in addition to the clamping means movably accommodated on the guide rail 62 41 , 42 create a more flexible adjustment option for the first pipe section 101 .
- a further drive unit 70 for a controlled movement of the guide rail 62 relative to the receptacle 68 is provided on the receptacle 68 .
- the guide rail can be moved by more than 90 angular degrees, preferably by more than 180 angular degrees, so that the clamping means can be moved on a full circular path around the axis of rotation 60 despite the accessibility in the radial direction to the angle positioner.
- the pipe section to be machined can thus be machined over its entire circumference.
- the device 30 preferably has a machine control 72 .
- the machine control is preferably connected in a signal-conducting manner to the handling devices 50, 52 and the clamping device 40, to the detection, cutting and welding device(s) (if available in addition to the handling devices), the computing unit 46, and more preferably additional peripheral devices such as a collecting device , which controls the collection container for the pipe slug and the welding spatter.
- the machine controller 72 may include central control logic or may include one or more sub-controllers.
- the machine controller 72 can control the various working devices directly or cooperate with the controllers of these devices via appropriate protocols.
- the machine control is set up to issue control commands for carrying out what is described above Issue method in its preferred embodiments and preferably receive inputs from an operator by means of a man-machine interface.
- the machine control 72 preferably has a data interface for communication with a storage medium that contains a computer program product, which in turn contains the control commands for executing the method.
- the first pipe section 100 normally does not have a perfect cylindrical shape, but rather a different shape, which is expressed in the non-cylindrical surface Ki which is subject to tolerances.
- the area Ki is recorded as a group of points in the method according to the invention.
- the group of points is characterized either using absolute coordinates or using deviations from the idealized cylindrical shape.
- the second pipe section 102 does not have an ideal cylindrical shape, but rather a surface K2 that deviates from the ideal cylindrical shape, which is also characterized as a group of points after it has been recorded by measurement.
- the common spatial penetration curve D results from the intersection of the two surfaces or groups of points Ki and K2. In other words, those coordinates that are present in both Ki and K2 lie on the common spatial penetration curve.
- the cut surfaces are produced by making a recess in the first pipe section 101 along the common penetration curve D, which would correspond to the projection of K2 viewed from above (Fig. 11 bottom left).
- a cut surface is introduced which, viewed from the side (Fig. 1 1 top left) corresponds to the projection of Ki.
- the two pipe sections 101, 102 prepared in this way can then be positioned relative to one another and guided along the common penetration curve D by means of a handling robot.
- the welding step is most preferably performed in a single continuous motion in which the welder is applied to a location and traverses the common spatial penetration curve D without stopping to complete the weld until the location is reached again. Due to its regularity, the weld seam produced in this way is ideally prepared for the subsequent polymer refinement, both on the outside of the tubular element and on the inside in the area of the weld root.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten oder teilautomatisierten Herstellen eines polymerveredelten Rohrelements (100), unter Verwendung toleranzbehafteter Rohrabschnitte (101, 102), umfassend die Schritte: Bereitstellen eines ersten Rohrabschnitts (101) und eines zweiten Rohrabschnitts (102), wobei die Rohrabschnitte jeweils einen Verbindungsbereich aufweisen, der zur Verbindung mit dem jeweils anderen Rohrabschnitt vorgesehen ist; Erfassen einer räumlichen Form des ersten Rohrabschnitts und einer räumlichen Form des zweiten Rohrabschnitts, jeweils in den Verbindungsbereichen; Bestimmen einer räumlichen Durchdringungskurve als Funktion einer Überlagerung der räumlichen Formen; Bestimmen einer Schnittkontur in dem Verbindungsbereich des ersten Rohrabschnitts und einer Schnittkontur in dem Verbindungsbereich des zweiten Rohrabschnitts, jeweils als Funktion der Durchdringungskurve; Erzeugen von Kantenflächen (115, 117) in den Verbindungsbereichen des ersten und zweiten Rohrabschnitts entlang der jeweiligen Schnittkonturen; Ausrichten der erzeugten Kantenflächen der Rohrabschnitte zueinander; und Verschweißen von erstem und zweitem Rohrabschnitt entlang der zueinander ausgerichteten Kantenflächen entlang der bestimmten räumlichen Durchdringungskurve. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum automatisierten oder teilautomatisierten Herstellen eines polymerveredelten Rohrelements.
Description
Verfahren zum Herstellen eines polymerveredelten Rohrelements
Die Erfindung betrifft eine Verfahren zum automatisierten oder teilautomatisierten Herstellen eines polymerveredelten Rohrelements unter Verwendung toleranzbehafteter Rohrabschnitte.
Das Herstellen polymerveredelter Rohrelemente ist für Feuerlöschsysteme beispielsweise bekannt aus EP 2623163 B1 , EP 2766653 B1 und WO 2020/002502 A1. Die Möglichkeit mittels der Polymerveredelung eine stark korrosionshemmende und langzeitbeständige Beschichtung auf das Rohr aufzutragen, gewinnt gerade in Anwendungsbereichen, in denen es auf Langzeitbeständigkeit gegen Korrosion aus Sicherheitsaspekten in gesteigertem Maße an, an Bedeutung. Ein hervorzuhebendes Beispiel für solche Anwendungszwecke ist der Einsatz polymerveredelter Rohelemente in Feuerlöschanlagen, aber auch der Einsatz solcher polymerveredelter Rohrelemente in Industrieanlagen mit korrosionsbegünstigenden Medien, die transportiert werden müssen, oder in korrosionsbegünstigenden Umgebungen, wie auch beispielsweise Fluidleitungssysteme in maritimer Umgebung, sind zunehmend relevante Anwendungsgebiete.
Es ist bekannt, dass es für den Beschichtungserfolg bei der Polymerveredelung wichtig ist, potentielle spätere Korrosionsherde in der Rohrherstellung zu vermeiden. Es ist, beispielsweise aus den vorgenannten Schriften, auch bekannt, dass Rohrelemente, die aus mehreren Rohrabschnitten bestehen, wie beispielsweise Grundkörpern und daran seitlich angebrachten Rohrstutzen, mittels Schweißen miteinander verbunden werden,
wobei es im Bereich der Schweißnaht aufgrund auftretender Verunreinigungen, Formabweichungen und anderen Aspekten zur Bildung von solchen Korrosionsnestern oder zur fehlerhaften Ausbildung der Beschichtung aufgrund von Oberflächenartefakten kommen kann. Es ist ferner bekannt, dass mit einer vollständigen Wurzelerfassung beim Schweißprozess, im nachfolgenden Beizprozess die meisten solcher Problemstellen an der Rohrinnenseite recht zuverlässig eliminiert werden können.
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass die Herstellung eines Rohrelements aus mehreren Rohrabschnitten mittels Schweißen dann vor besonderen Herausforderungen besteht, wenn toleranzbehaftete Rohre verwendet werden, die hinsichtlich ihrer Wandstärken, Rundheit und Rohrbiegung von Rohr zu Rohr unterschiedlich sein können. Die Verwendung solcher Rohre ist aber aus betriebswirtschaftlichen Gründen und gerade für Anwendungsfälle angestrebt, in denen sehr große Mengen d.h. Rohrlängen, bearbeitet werden müssen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung gewesen, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art anzugeben, bei dem die vorstehend beschriebenen Nachteile möglichst weitgehend überwunden werden. Insbesondere lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art anzugeben, welches eine betriebswirtschaftlich günstige Herstellung von Rohrelementen erlaubt, ohne die Güte der Oberflächenbeschichtung mittels Polymerveredelung zu beeinträchtigen.
Die Erfindung löst die hierzugrunde liegende Aufgabe, bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art, indem dieses die folgenden Schritte aufweist:
- Bereitstellen eines ersten Rohrabschnitts und eines zweiten Rohrabschnitts, wobei die Rohrabschnitte jeweils einen Verbindungsbereich aufweisen, der zur Verbindung mit dem jeweils anderen Rohrabschnitt vorgesehen ist;
- Erfassen einer räumlichen Form des ersten Rohrabschnitts und einer räumlichen Form des zweiten Rohrabschnitts, jeweils in den Verbindungsbereichen;
- Bestimmen einer räumlichen gemeinsamen Durchdringungskurve als Funktion einer Überlagerung der räumlichen Formen,
- Bestimmen einer Schnittkontur in dem Verbindungsbereich des ersten Rohrabschnitts und einer Schnittkontur in dem Verbindungsbereich des zweiten Rohrabschnitts, jeweils als Funktion der gemeinsamen Durchdringungskurve;
- Erzeugen von Kantenflächen in den Verbindungsbereichen des ersten und zweiten Rohrabschnitts entlang der jeweiligen Schnittkonturen;
- Ausrichten der erzeugten Kantenflächen der Rohrabschnitte zueinander; und
- Verschweißen von erstem und zweitem Rohrabschnitt entlang der zueinander ausgerichteten Kantenflächen entlang der bestimmten räumlichen Durchdringungskurve.
Unter toleranzbehafteten Rohren werden zum Beispiel Rohre verstanden, bei denen die Abweichungen des Außendurchmessers um bis zu +/- 1 % lagen, was bei einer Nennweite von DN200 einem Toleranzband von ca. 4 mm entspräche. Die Toleranz der Rohrelemente hinsichtlich der Wandstärke kann bei toleranzbehafteten Rohren im Sinne der Erfindung bei +/- 10% liegen, sodass auch die Innenkontur bei einem Toleranzband vom bis zu 0,4mm bei einem Rohr mit dem Durchmesse DN200 liegen kann. Die Formgenauigkeit kann bei toleranzbehafteten Rohren um bis zu 2% und die Abweichung der Geradheit 3mm pro Meter betragen.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, dass durch das Bestimmen der räumlichen Durchdringungskurve auf Basis der räumlichen Form beider Rohrabschnitte ein Referenzsatz für die in beide Rohrabschnitte einzubringende Form bereitgestellt werden kann, der eine exakte Formentsprechung der ersten und zweiten Rohrabschnitte in ihrem Verbindungsbereich gewährleistet, ungeachtet der in der Praxis auftretenden toleranzbedingten Formabweichungen.
Es ist mit der Erfindung möglich, Rohre zu verarbeiten, die ab Werk bereits recht exakt dimensioniert und toleriert sind, aber eben auch Rohre, die die vorstehend beschriebenen Toleranzbereiche aufweisen, oder sogar stärkere Abweichungen als jene haben. Die gemeinsame räumliche Durchdringungskurve ermöglicht es mit anderen Worten, die exakte äußere Form des ersten Rohrabschnitts als Schnittkante in dem zweiten Rohrabschnitt einzubringen, wenn der zweite Rohrabschnitt ein Stutzen ist, und der erste Rohrabschnitt ein längliches Grundrohr. Andersrum ermöglicht die gemeinsame Durchdringungskurve, die exakte Form des zweiten Rohrabschnitts als Ausschnitt in den ersten Rohrabschnitt einzubringen.
Vorzugsweise wird der Schritt des Verschweißens der ersten und zweiten Rohrabschnitte in einer einzigen kontinuierlichen Bewegung durchgeführt. Das heißt, das Schweißgerät wird angesetzt und fährt die gemeinsame räumliche Durchdringungskurve in einem Durchgang bis zur Vervollständigung der Schweißnaht ab, ohne zwischenzeitlich abzusetzen. Das Schweißgerät setzt vorzugsweise erst ab, wenn die Ansatzstelle wieder erreicht worden ist, und wenn insbesondere die Wurzelausbildungen der Schweißnaht miteinander verbunden sind. Dadurch wird eine gewünschte Schweißnahtgüte, beispielsweise Klasse B gemäß DIN EN ISO 5817:2014 oder analoger anderer Normen,
prozesssicher erreicht. Ermöglicht wird das Vorgehen durch die Bestimmung und anschließende Verwendung der gemeinsamen räumlichen Durchdringungskurve. Die in einem einzigen durchgehenden Zug ausgebildete Schweißnaht ist dadurch regelmäßiger ausgebildet als manuell oder halbautomatisch erzeugte Schweißnähte es sein können, wodurch wiederum die Fähigkeit des Rohrelements zur Ausbildung einer defektarmen oder defektfreien Oberflächenbeschichtung mittels Polymerveredelung verbessert wird.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen sowie in den nachfolgenden Erläuterungen geschildert.
In einer ersten Weiterbildung des Verfahrens umfasst der Schritt des Bestimmens der räumlichen Formen das Bereitstellen eines idealisierten Modells des ersten Rohrabschnitts und eines idealisierten Modells des zweiten Rohrabschnitts, und das Ermitteln von Abweichungen der erfassten Form der Rohrabschnitte von einem jeweiligen Modell. Die idealisierten Modelle sind beispielsweise Zylinder mit den vorgegebenen theoretischen Außendurchmessern der Rohrabschnitte. Die Außendurchmesser sind diejenige Größe, die auch messtechnisch erfasst wird. In diesem Verfahrensschritt werden mit anderen Worten die tatsächlichen Abweichungen der Rohrabschnitte von Ihrer Sollgeometrie detektiert.
In einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst der Schritt des Bestimmens der räumlichen Durchdringungskurve das Bereitstellen oder Erzeugen einer idealisierten Durchdringungskurve der idealisierten Modelle, und das Erzeugen der räumlichen Durchdringungskurve mittels Applikation der Abweichungen der räumlichen Form auf die idealisierte Durchdringungskurve.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bestimmens der räumlichen Formen das Ermitteln von Punktescharen für beide Rohrabschnitte, wobei die Punktescharen auf der jeweiligen Oberfläche der Rohrabschnitte in dem jeweiligen Verbindungsbereich liegen und die räumliche Form der Rohrabschnitte in den Verbindungsbereichen charakterisieren, und wobei vorzugsweise ferner der Schritt des Bestimmens der räumlichen Durchdringungskurve das Bilden der räumlichen Durchdringungskurve aus der Schnittmenge der Punktescharen umfasst. Es werden gemäß dieser Variante mit anderen Worten diejenigen Punkte gefunden, die in beiden Punktescharen dieselben Koordinaten aufweisen. Sofern nicht beide Erfassungsschritte im selben Koordinatensystem durchgeführt werden, wird vorzugsweise eine Transposition der Punktescharen in ein gemeinsames Koordinatensystem vorgenommen.
Der Vorteil der Erfindung zeigt sich hier im besonderen Maße: Es ist mittels der gemeinsamen räumlichen Durchdringungskurve möglich, in einem teilautomatisierten oder automatisierten Verfahren alle Schritte der mechanischen Bearbeitung der Rohrabschnitte, wie beispielsweise deren Positionierung in der Anlage, das Erzeugen der Kanten in den Verbindungsbereichen für das nachfolgenden Schweißen, das Reinigen und Abrichten der erzeugten Schnittflächen, und das Schweißen selbst jeweils auf exakt der gleichen Bahn als Funktion der räumlichen Durchdringungskurve vorzunehmen. Hierdurch werden Fehlerquellen, die mit ungenauer Positionierung einhergehen könnten oder sich aus unvorhergesehenen Formgebungen der Rohrabschnitte ergeben könnten, weitestgehend ausgeschlossen.
Das Verfahren wird vorzugsweise weitergebildet, indem es den Schritt des Einspannens des ersten Rohrabschnitts mittels einer Spanneinrichtung umfasst, vorzugsweise derart, dass der erste Rohrabschnitt um eine Rotationsachse der Spanneinrichtung drehbar aufgenommen ist. Der erste Rohrabschnitt wird mit anderen Worten vorzugsweise um einen definierten Momentanpol, welcher das theoretische Zentrum des Rohres repräsentieren würde, falls jenes einem idealisierten Zylinder entspräche, herum drehbar eingespannt. Die Drehfunktion kann beispielsweise realisiert werden durch Drehen der gesamten Spanneinrichtung um diese Rohrmittenachse, welche auch den sogenannten Tool Center Point (TCP) des gemeinsamen Koordinatensystems bildet, oder indem nur der erste Rohrabschnitt gedreht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich grundsätzlich auch ausführen, wenn auf eine Drehbarkeit des Rohrabschnitts verzichtet wird.
Weiter vorzugsweise umfasst das Verfahren die Schritte des Aufnehmens des zweiten Rohrabschnittes mittels eines Handhabungsgerätes, insbesondere eines Handhabungsroboters, und des Positionierens des zweiten Rohrabschnitts in einer fixen Position relativ zum ersten Rohrabschnitt. In einer ersten bevorzugten Variante hält das Handhabungsgerät den zweiten Rohrabschnitt durchgängig in der fixen Position relativ zum ersten Rohrabschnitt, bis das Schweißen durchgeführt wurde. In einer bevorzugten zweiten Alternative wird der zweite Rohrabschnitt nur solange mittels des Handhabungsgeräts gehalten, bis er mechanisch relativ zum ersten Rohrabschnitt anderweitig fixiert wurde, beispielsweise mittels Heftschweißen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt des Erzeugens der Kantenflächen das Schneiden von umlaufenden Kantenflächen am ersten und zweiten Rohrabschnitt, vorzugsweise mittels Plasmaschneiden, wobei vorzugsweise
Kantenflächen am ersten und zweiten Rohrabschnitt mit jeweils einer Innenkante und einer Außenkante geschnitten werden.
Die Kantenflächen am ersten und zweiten Rohrabschnitt werden weiter vorzugsweise vor dem Schritt des Schweißens gesäubert.
Weiter vorzugsweise ist die zu erzeugende Kantenfläche am ersten Rohrabschnitt von dessen Stirnenden beabstandet, und definiert einen Ausschnitt durch die Wand des ersten Rohrabschnitts hindurch, und die erzeugende Kantenfläche am zweiten Rohrabschnitt ist an einem Stirnende des zweiten Rohrabschnitts ausgebildet. Mit anderen Worten ist der erste Rohrabschnitt ein Grundrohr mit einer zum Stirnende beabstandeten seitlichen Ausnehmung, und der zweite Rohrabschnitt ist ein zur seitlichen Anbringung an dem ersten Rohrabschnitt eingerichteter Stutzen, der fluchtend auf diesem Ausschnitt ausgerichtet wird.
Der erste und zweite Rohrabschnitt sind vorzugsweise in einem Winkel von 90° +/- 0° bis 5° zueinander ausgerichtet.
Alternativ oder zusätzlich sind der erste und zweite Rohrabschnitt vorzugsweise so ausgerichtet, dass sie spaltfrei aneinander anliegen oder ein Fügespalt von 0,2 mm oder weniger vorliegt.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise ferner den Schritt für den Schritt des Bereitstellens vom ersten und zweiten Rohrabschnitt ein Scannen der Kennzeichnung der zu bearbeitenden Rohrabschnitte. Durch Scannen von entsprechenden Kennzeichnungen in Rohrabschnitten wird realisiert, dass die (theoretischen) Nenndurchmesser Wandstärken etc. der zu bearbeitenden Rohrabschnitte für die Automatisierung des Schweißens erfasst werden können. Diese erfassten Informationen können beispielsweise für die automatische Einrichtung der Handhabungsgeräte, der Spanneinrichtung und so weiter verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Schweißens von erstem und zweitem Rohrabschnitt ein Verschweißen der Rohrabschnitte entlang der Durchdringungskurve; ein Ausbilden einer vollständig umlaufenden Schweißnaht, die eine sich bis auf die Innenseite der Rohrabschnitte erstreckende Wurzel aufweist, wobei die Wurzel der Schweißnaht eine Dicke hat, so dass wenigstens eine der Innenkanten, und vorzugsweise beide Innenkanten, vollständig von der Wurzel erfasst wird bzw. werden,
wobei die Wurzel der Schweißnaht die Innenkante eines der Rohrabschnitte vollständig erfasst, und die verbleibende Innenkante des anderen Rohrabschnitts um ein vorbestimmten Maximalwert in radialer Richtung von der Schweißnaht beabstandet ist, wobei insbesondere der vorbestimmte Maximalwert, a) sofern der erste und zweite Rohrabschnitt die gleiche Wandstärke aufweisen, kleiner oder gleich der Hälfte einer Wandstärke der Rohrabschnitte, besonders bevorzugt kleiner oder gleich eines Viertels des Wandstärke der Rohrabschnitte ist, oder b) sofern der erste und zweite Rohrabschnitt unterschiedliche Wandstärken aufweisen, kleiner oder gleich einer Differenz der Wandstärken der Rohrabschnitte besonders bevorzugt kleiner oder gleich der Hälfte der Differenz der Wandstärke der Rohrabschnitte ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst vorzugsweise ferner den Schritt des Aufbringens einer polymerbasierten Schicht auf der Innenseite des Rohrelements, wobei die polymerbasierte Schicht die Innenseite des Rohrelements vollständig bedeckt, wobei das Aufbringen der polymerbasierten Schicht vorzugsweise mittels Autodeposition, weiter vorzugsweise mittels Eintauchen des Rohrelements in ein Tauchbad erfolgt, das ein entsprechendes Beschichtungsmittel, insbesondere ein chemisches Autodepositionsmaterial auf Polymerbasis, enthält. Dieser Verfahrensschritt, in dem die Polymerveredelung zum Rohr hinzugefügt wird, kann beispielsweise mit verschiedenen chemischen Autodepositionsmaterialien erfolgreich eingesetzt werden. Es haben sich in der Vergangenheit beispielsweise epoxy-acrylische Urethanbeschichtungen wie etwa Bonderite M-PP 930 als geeignet herausgestellt. Die Eigenschaften dieser Autodepositionsmaterialien sind bekannt, und diese Materialien sind im Beschichtungsprozess ist auch auf industriellem Maßstab gut beherrschbar. Die Autodepositionsbeschichtung ist beispielsweise beschrieben in den eingangs bezeichneten Schriften, deren Inhalt hier in vollem Umfang einbezogen wird.
Die Erfindung ist vorstehend in einem ersten Aspekt unter Bezugnahme auf das erläuterte Verfahren beschrieben worden. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ferner eine Vorrichtung zum automatisierten oder teilautomatisierten Herstellen eines polymerveredelten Rohrelements unter Verwendung toleranzbehafteter Rohrabschnitte, wobei die Rohrabschnitte jeweils einen Verbindungsbereich aufweisen, der zur Verbindung mit dem jeweils anderen Rohrabschnitt vorgesehen ist.
Die Erfindung löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe, in dem die Vorrichtung mindestens eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer räumlichen Form jeweils in den Verbindungsbereichen, eine Recheneinheit, welche dazu eingerichtet ist, als Funktion
einer Überlagerung der erfassten räumlichen Formen eine räumliche Durchdringungskurve zu bestimmen, und als Funktion der Durchdringungskurve, Schnittkonturen in den Verbindungsbereichen des ersten und zweiten Rohrabschnitts zu bestimmen, eine Schneideinrichtung zum Erzeugen von Kantenflächen in den Verbindungsbereichen des ersten und zweiten Rohrabschnitts entlang der jeweiligen Schnittkonturen, und eine Schweißeinrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, den ersten und zweiten Rohrabschnitt entlang der zueinander ausgerichteten Kantenflächen entlang der bestimmten räumlichen Durchdringungskurve miteinander zu verschweißen.
Die Vorrichtung macht sich dieselben Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen zunutze wie das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem ersten Aspekt, sodass diesbezüglich zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind zugleich bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung und umgekehrt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung weist die Vorrichtung eine Einrichtung zum Auffangen von Schweiß-, Schneidstrahl- oder anderen Artefakten, die durch den Schweiß- oder Schneidstrahl vom Punkt der Bearbeitung aus fortgeschleudert werden, beispielsweise Schweißspritzer, ausgeblasenes flüssiges Metall aus dem Prozess des Plasmaschneidens, oder Spanflug, auf der Innenseite des ersten und/oder zweiten Rohrabschnitts auf, welche dazu eingerichtet ist, vor dem Schweißen in den Verbindungsbereichen der ersten und/oder zweiten Rohrabschnitte positioniert zu werden, besonders bevorzugt im Wesentlichen gegenüber der Schweiß- bzw. Schneidstelle. Hierdurch wird eine Verletzung und Verunreinigung der inneren Oberfläche gemindert oder verhindert, und damit auch die Gefahr einer Beeinträchtigung der Oberflächengüte im Rohrinneren herabgesetzt.
Vorzugsweise weist die Einrichtung hierzu einen Auffangbehälter auf, der auf den Innendurchmesser des ersten Rohrabschnitts angepasst und dazu eingerichtet ist, möglichst viele der oben genannten Artefakte aufzufangen. Das Auffangen der Artefakte, welches erfindungsgemäß ebenfalls in einem teilautomatisierten oder automatisierten Prozess eingebunden erfolgt, ist beispielsweise näher beschrieben in WO 2020/002486A1 , deren Inhalt hier vollumfänglich mit einbezogen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Spanneinrichtung auf für den ersten Rohrabschnitt, und ein Handhabungsgerät, insbesondere einen Handhabungsroboter, für den zweiten Rohrabschnitt.
Die Spanneinrichtung weist vorzugsweise mindestens ein Spannmittel auf, vorzugsweise mehrere Spannmittel, und ist dazu eingerichtet, den ersten Rohrabschnitt um eine Rotationsachse zu drehen, wobei vorzugsweise die Rotationsachse der Spanneinrichtung in ihrer Spannposition durch den Ursprung des Koordinatensystems der gemeinsamen räumlichen Durchdringungskurve verläuft, oder wobei die gemeinsame räumliche Durchdringungskurve erforderlichenfalls in das Koordinatensystem transponiert wird, dessen eine Achse die Rotationsachse darstellt. Wenn der erste Rohrabschnitt schon eingespannt wurde, bevor die Erfassung der räumlichen Form vorgenommen wurde, kann die Erfassung und damit auch die Bestimmung der gemeinsamen Durchdringungskurve direkt im richtigen Koordinatensystem vorgenommen werden, so dass eine Transposition entfallen kann.
In weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Spannmittel ein Spannzentrum, das die Rotationsachse der Spanneinrichtung definiert. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist das vorstehend beschriebene Spannmittel ein erstes Spannmittel und die Spanneinrichtung weist ferner ein zweites Spannmittel auf, welches entlang der Rotationsachse axial von dem ersten Spannmittel beabstandet angeordnet ist, wobei die Spanneinrichtung dazu eingerichtet ist, mittels der Spannmittel den ersten Rohrabschnitt zu beiden Seiten des Verbindungsbereiches zu spannen. Es ist hierbei grundsätzlich vorteilhaft, den Abstand der Spannmittel voneinander so gering wie möglich zu wählen.
Besonders bevorzugt sind die Spannmittel in Richtung der Rotationsachse relativ zueinander bewegbar, sodass der Spannabstand zwischen den Spannmitteln abhängig vom Durchmesser des zweiten Rohrabschnitts eingestellt werden kann. Je geringer der Abstand der Spannmittel zueinander gewählt werden kann, desto geringer ist eine Taumelbewegung des ersten Rohrabschnitts bei dessen Rotation. Die Taumelbewegung entsteht zwangsläufig aufgrund eines radialen Versatzes zwischen der Rotationsachse der Spanneinrichtung und dem Massenschwerpunkt des ersten Rohrabschnitts, weil der Rohrabschnitt keine idealisierte Zylinderform aufweist, sondern auch hinsichtlich seiner Geradheit toleranzbehaftet ist.
Zudem erfolgt vorzugsweise die Aufspannung des Rohrabschnitts in Abhängigkeit der erwarteten Verformung des Rohrabschnitts infolge der bevorstehenden Wärmeeinbringung. Dadurch wird der Einfluss derthermisch bedingten Verformung auf die errechnete Schweißbahn reduziert.
Dies bedeutet, dass die Auslenkung der Oberfläche des ersten Rohrabschnitts absolut gesehen geringer ist, auch bei gebogenen, ungerade verlaufenden Rohrabschnitten, was das positionelle Nachführen des Handhabungsgeräts, welches die Schweißoperation ausführen soll, erleichtert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das bzw. sind die Spannmittel einseitig offen ausgebildet und dazu eingerichtet, den ersten Rohrabschnitt von oberhalb zu empfangen und zu spannen. Durch das einseitig offene Ausbilden der Spannmittel werden gleich zwei Vorteile erreicht: Zum einen können die Rohrelemente von oben in die Spanneinrichtung eingelegt werden, was das Handling in der automatisierten Fertigung deutlich erleichterte und den Platzbedarf reduziert. Zum anderen kann der offene Bereich der Spanneinrichtung oberhalb besseren Zugriff zu dem Verbindungsabschnitt der Rohrabschnitte für das oder die Handhabungsgeräte bieten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das erste und/oder zweite Spannmittel dazu eingerichtet, den Rohrabschnitt zu fixieren, und die Spanneinrichtung oder die Spannmittel sind dazu eingerichtet, das Spannmittel derart zu schwenken, dass der erste Rohrabschnitt um die Rotationsachse der Spanneinrichtung herum rotiert. Es kann vorteilhaft sein, die gesamte Spanneinrichtung rotieren zu lassen, und die Spannmittel relativ zur Spanneinrichtung zu fixieren.
Die Spannmittel sind in einer bevorzugten Ausführungsform als zentrisch spannende Spannvorrichtungen ausgebildet, besonders bevorzugt als Lünetten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Spanneinrichtung eine bogenförmige Führung auf, entlang welcher das spannende Mittel beweglich aufgenommen ist, wobei die Führung relativ zu der Rotationsachse konzentrisch ausgerichtet und dazu eingerichtet ist, das Spannmittel um die Rotationsachse herum zu führen. Bei Verwendung mehrerer Spannmittel ist vorzugsweise mindestens eines, vorzugsweise mehrere oder sämtliche der Spannmittel, mittels einer eigenen solchen Führung um die Rotationsachse herum beweglich angeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Handhabungsgerät ein erstes Handhabungsgerät, die Vorrichtung weist ferner ein zweites Handhabungsgerät auf, insbesondere als Handhabungsroboter ausgebildet, das eine Aufnahme für verschiedene Bearbeitungsaufsätze ausweist. Die Aufsätze - auch bezeichnet als Arbeitsköpfe - umfassen hierbei vorzugsweise einen, oder mehrere der folgenden: Zum Ausbilden der
Schneideinrichtung einen Schneidbrenner, Laser, Wasserstrahl oder einen Bearbeitungskopf zur spanenden Bearbeitung (einschließlich einer spanenden Nachbearbeitung der Schneidkanten, insbesondere zum Fräsen); als Reinigungseinrichtung einen Aufsatz zum Hämmern, Strahlen, Schaben, Bürsten, oder Plasmastrahlen; zum Ausbilden der Erfassungseinrichtung einen mechanischen Oberflächentaster, einen Staudrucksensor, einen Plasma-Oberflächensensor, einen oder mehrere optische Sensoren; zum Ausbilden der Schweißeinrichtung einen Schweißkopf, beispielsweise einen MIG-, MAG- oder WIG-Schweißkopf, oder im Falle des Lötens anstelle des Schweißens eine Löteinrichtung.
Vorzugsweise weisen die Aufsätze jeweils zu der Aufnahme des Handhabungsgeräts korrespondierend ausgebildete Montagsschnittstelle auf, und weisen einen Wirkpunkt (Tool Center Point) auf. Der Wirkpunkt ist beispielsweise bei einem Markierstift die Markierspitze, bei einem Schweißaufsatz der Schweißpunkt, etc.. Besonders bevorzugt ist der Wirkpunkt bei allen Aufsätzen relativ zu ihrer Montageschnittstelle identisch positioniert. Das hat den Effekt, dass die Werkzeuge, wenn Sie vom Handhabungsgerät entlang derselben Bahn geführt werden, mit ihrem Wirkpunkt exakt dieselbe Bewegung durch den Raum vollführen. Das wiederum bewirkt, dass mehrere Werkzeuge, beispielsweise der Mess-Aufsatz, der Schneidbrenn-Aufsatz und/oder der Schweiß- Aufsatz, mittels einer einzigen Bahn geführt werden können. Es muss nicht für jedes Werkzeug eine eigene Bahn programmiert bzw. berechnet werden. Es muss in dieser bevorzugten Ausführungsform also nur einmal die räumliche Durchdringungskurve berechnet werden, die dann trotz etwaiger Werkzeugwechsel für alle Arbeitsschritte verwendet werden kann. Hierdurch können beträchtliche Rechen- und Zeit-Ressourcen gespart werden und gleichzeitig Fertigungstoleranzen verringert werden.
Die Vorrichtung weist vorzugsweise eine elektronische Maschinensteuerung auf, die signalleitend mit der Erfassungseinrichtung, der Recheneinheit, der Schneideinrichtung, der Schweißeinrichtung sowie vorzugsweise einem, mehreren oder sämtlichen der Spanneinrichtung, dem ersten und/oder dem zweiten Handhabungsgerät verbunden und dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einerdervorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen auszuführen.
Die Maschinensteuerung kann als eine übergeordnete Steuereinrichtung ausgebildet sein, welche mit einem, mehreren oder sämtlichen der vorgenannten Einrichtungen signalleitend kommuniziert und diese ansteuert, oder kann eine oder mehrere Sub-Steuereinheiten
aufweisen, die jeweils den vorbeschriebenen Einrichtungen zugeordnet sind, und jeweils eine dedizierte Steuerung der jeweiligen Einheiten vornehmen.
Die Programmarchitektur wird abhängig vom Anwendungsfall und an die jeweiligen Anlagenbetreiber vorgehaltenen Maschinenkonzepten angepasst werden, beispielsweise könnte die elektronische Maschinen-steuerung als übergeordnete Steuerung zwei mechanische Systeme mit jeweils CNC-Steuerung ansteuern.
Die Maschinensteuerung weist vorzugsweise eine übergeordnete speicherprogrammierbare Steuerung (PLC) auf, sowie eine Mensch-Maschine- Schnittstelle, und weiter vorzugsweise Funktionseinheiten wie eine Auftragsverwaltung und eine Steuerung der Peripheriegeräte der Vorrichtung. Die beiden mechanischen Systeme weisen jeweils eine dedizierte CNC-Steuerung auf, sowie ein als Sechs- Achsenroboter ausgebildetes Handhabungsgerät. Das erste mechanische System ist vorzugsweise für den ersten Rohrabschnitt zuständig und das zweite mechanische System ist für den zweiten Rohrabschnitt zuständig.
Das erste mechanische System weist vorzugsweise eine Positioniereinrichtung für das Rohr auf, welche die Spanneinrichtung aufweist, sowie eine Sensorik zur Oberflächenvermessung, welche die Erfassungseinrichtung aufweist. Ferner weist das erste mechanische System Bearbeitungs-Hardware zum Zuschneiden des ersten Rohrabschnitts und zum Schweißen der Rohrverbindung zwischen den beiden Rohrabschnitten auf, beides wird vorzugsweise mittels des Handhabungsgerätes bedient.
Das zweite mechanische System weist vorzugsweise ebenfalls ein als Sechs- Achsenroboter ausgebildetes Handhabungsgerät auf, und ist zuständig für die Handhabung und Positionierung des zweiten Rohrabschnitts, vorzugsweise eines Rohrstutzens. Auch das zweite mechanische System weist vorzugsweise eine Sensorik zur Oberflächenvermessung auf, die die Erfassungseinrichtung darstellt, sowie die Hardware zum Zuschneiden des zweiten Rohrabschnitts und zum Positionieren des Stutzens für das Fügen bzw. für das Fügen selbst, soweit erforderlich.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand des ersten und zweiten Aspekts in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, welche bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, vorzugsweise durch die Maschinensteuerung der Vorrichtung, diesen veranlassen, sodann die Schritte des
Verfahrens nach einer vorherstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen auszuführen.
Die Erfindung betrifft ferner ein computerlesbares Speichermedium umfassend Befehle, welche bei der Ausführung der Befehle durch einen Computer, vorzugsweise durch die Maschinensteuerung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung diesen veranlassen, sodann die Schritte des Verfahrens nach einerdervorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen auszuführen.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines mittels eines Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder mittels einer Vorrichtung nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen hergestellten Rohrelements in einem Rohrleitungssystem einer Feuerlöschanlage. Alternativ betrifft die Erfindung eine solche Verwendung eines Rohrelements in einem Rohrleitungssystem eines Wasserfahrzeugs, oder als Gas-oder Flüssigkeitsleitung in einem Industriebetrieb, beispielsweise in mariner Umgebung.
Die Erfindung spielt ihre Vorteile überall dort aus, wo in der Vergangenheit aus Gründen des Korrosionsschutzes stets auf Edelstahlrohrleitungen zurückgegriffen wurde. Sie bietet durch die Beherrschung des Schweißprozesses auch bei toleranzbehafteten Rohren die Möglichkeit, ohne Einbußen bei der Korrosionsbeständigkeit die Sicherheit und Wirtschaftlichkeit für die Errichtung solcher Anlagen deutlich zu erhöhen.
Die Erfindung betrifft ferner ein polymerveredeltes Rohrelement, welches einen ersten Rohrabschnitt und einen zweiten Rohrabschnitt aufweist, die mittels einer durchgehenden Schweißnaht miteinander verbunden sind und wenigstens auf der Rohrinnenseite, vorzugsweise aber auf der Rohrinnenseite und auf der Rohraußenseite, mit einer polymerbasierten Schicht beschichtet sind, wobei die polymerbasierte Schicht chemisch an das Material des Rohrelements gebunden ist, und vorzugsweise ein Autodepositionsmaterial auf Polymerbasis enthält.
Das Rohrelement macht sich die Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung der beiden hierin genannten Aspekte zu eigen. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung sind zugleich bevorzugte Ausführungsformen des Rohrelements und umgekehrt.
Dadurch, dass die ersten und zweiten Rohrabschnitte in einer durchgehenden, also einer einzigen ununterbrochenen Bewegung verschweißt worden sind, weist das Rohrelement eine speziell geformte Schweißnaht auf, die - wie vorstehend erläutert -regelmäßiger ausgebildet ist als manuell oder halbautomatisch erzeugte Schweißnähte es sein können. Die Schweißnaht weist aufgrund ihrer Erzeugung in einem ununterbrochenen Durchgang insbesondere exakt eine Ansatzstelle auf, an der sich zugleich die Absetzstelle befindet. Die regelmäßige Ausbildung ist sowohl außen, als auch innen (siehe auch obige Ausführungen zur Wurzelerfassung) am Rohrelement optisch überprüfbar, und mit ihr auch die Fähigkeit des Rohrelements zur Ausbildung einer defektarmen oder defektfreien Oberflächen beseh ichtung mittels Polymerveredelung.
Das Rohrelement hat am ersten Rohrabschnitt vorzugsweise einen Nenndurchmesser in einem Bereich von DN16 bis DN500, weiter vorzugsweise in einem Bereich von DN20 bis DN300, besonders bevorzugt DN32 bis DN65, wobei der Nenndurchmesser des zweiten Rohrabschnitts kleiner oder gleich dem Nenndurchmesser des ersten Rohrabschnitts ist.
Der erste Rohrabschnitt weist vorzugsweise in einem Wandbereich, vorzugsweise in demjenigen Bereich, in dem die Schweißnaht ausgebildet ist, eine abgeflachte Oberfläche auf.
Die Wandstärke der Rohrabschnitte liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 2 mm und 10 mm, vorzugsweise in einem Wandstärkenbereich von 5 mm bis 6 mm.
Angemerkt werden soll an dieser Stelle, dass es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist, Rohrelemente mit deutlich höheren Wandstärken zu fertigen, weil das erfindungsgemäße weiter oben beschriebene Verfahren auch unter mehrlagigem Schweißen, geführt wiederum mittels der räumlichen Durchdringungskurve, durchgeführt werden kann, wobei dann Wandstärken durchaus auch im Bereich von 30 mm bis 40 mm miteinander verbunden werden können. Jede der Schweißlagen profitiert aufgrund einer verbesserten Gleichmäßigkeit, die sich unter anderem in einer geringer ausgeprägten Schuppung äußert, von der Möglichkeit des ununterbrochenen durchgehenden Schweißens ohne zwischenzeitliches Absetzen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann alternativ zu einem Schweißvorgang auch das Löten von dünnwandigen Rohren vorgenommen werden.
Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellte Rohrelement weist vorzugsweise eine Polymerveredelung mit einer Schichtdicke in einem Bereich von 7 pm bis 80 pm auf, vorzugsweise in einem Bereich von 7 pm bis 30 pm, wobei sich die Schichtdicken auf die Trockenschichtdicke und insbesondere den Schichtdickenzuwachs relativ zum unbehandelten Zustand beziehen.
Im Bereich des Verbindungsbereichs und zu den Stirnenden des Rohres hin sind die Schichtdicken vorzugsweise höher als in den Mittenbereichen, die sowohl von dem einen wie auch dem anderen Ende der Rohrabschnitte beanstandet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren und unter Bezugnahme auf mögliche Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Hierbei zeigt:
Fig. 1 : ein automatisches Verfahrens-Fließbild des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Rohrelements gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2a: eine schematische räumliche Darstellung eines Rohrelements, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Fig. 1 ;
Fig. 2b: eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Rohrelements nach Fig.2a im Schnitt;
Fig. 3a, b: Gesamtansichten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Rohrleitungselements von vorne und der Seite;
Fig. 4a-9b: Teilansichten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Rohrleitungselements in verschiedenen Schritten gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 10: eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ihrem Winkelpositionierer zum Aufnehmen und Bewegen eines ersten Rohrabschnittes; und
Fig. 11 : eine schematische Darstellung für die Bestimmung der räumlichen Durchdringungskurve.
In Fig. 1 ist ein schematischer Ablauf einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines polymerveredelten Rohrelements 100 (Fig. 2) gezeigt. Zunächst werden in den Schritten 1 a, 1 b ein erster Rohrabschnitt 101 und ein zweiter Rohrabschnitt 102 bereitgestellt. Der erste Rohrabschnitt 101 ist beispielsweise ein Grundrohr, und der zweite Rohrabschnitt 102 ist ein Rohrstutzen, der als seitlicher Abgang an den ersten Rohrabschnitt 101 angeschweißt werden soll.
Daran anschließend wird in einem nächsten Verfahrensschritt 3a, 3b jeweils die räumliche Form des ersten und des zweiten Rohrabschnittes 101 , 102 erfasst, welche den späteren Verbindungsbereich der Rohrabschnitte 101 , 102 ausbilden soll. Insbesondere werden die Oberflächen der miteinander zu verbindenden Rohrabschnitte 101 , 102 abgescannt, um etwaige Verformungen oder Unregelmäßigkeiten in der Ausgestaltung des Rohrelements zu erfassen.
Zwischen den Schritten 1 und 3 erfolgt vorzugsweise das Einspannen des ersten Rohrabschnitts 101 in einer Spanneinrichtung, beispielsweise einer Spanneinrichtung 40 gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Jene wird weiter unten detaillierter beschrieben. Ferner erfolgt vorzugsweise das Aufnehmen des zweiten Rohrabschnitts mittels eines Handhabungsgeräts, wie etwa einem (ersten) Handhabungsgerät 52, das als Handhabungsroboter ausgebildet ist, vgl. Fig. 8b.
Die Erfassung der räumlichen Form des ersten Rohrabschnitts 101 erfolgt beispielsweise mittels einer (nicht dargestellten) stationären Erfassungseinrichtung, an der der Rohrabschnitt 101 entlanggeführt wird, oder mittels eines (zweiten) Handhabungsgeräts 50, das als Handhabungsroboter ausgebildet sein kann.
Die Erfassung der räumlichen Form des zweiten Rohrabschnitts 102 erfolgt beispielsweise mittels einer (nicht dargestellten) stationären Erfassungseinrichtung, an der der Rohrabschnitt 102 entlanggeführt wird, oder mittels des zweiten Handhabungsgeräts 50, welches relativ zu dem ersten Handhabungsgerät bewegt werden kann. Das zweite Handhabungsgerät kann beispielsweise mehrere unterschiedliche Arbeitsaufsätze aufweisen, von denen die Erfassungseinrichtung einer wäre.
In einem sich anschließenden Verfahrensschritt 5 wird dann eine räumliche Durchdringungskurve als Funktion einer Überlagerung der räumlichen Formen von erstem und zweiten Rohrabschnitt, vorzugsweise mittels einer Recheneinheit 46, bestimmt. Die räumliche Durchdringungskurve dient als zentrale Steuergröße für die nachfolgenden
Verfahrensschritte bis einschließlich zum Schweißen der Rohrabschnitte 101 , 102 aneinander.
Die Arbeitsaufsätze weisen vorzugsweise jeweils denselben Wirkpunkt relativ zum Handhabungsgerät auf, so dass alle Arbeitsaufsätze mit derselben Bahn, nämlich entlang der gemeinsamen Durchdringungskurve, bewegt werden können, ohne dass zusätzlicher Programmieraufwand nötig wäre.
So wird auf Basis der Durchdringungskurve, insbesondere ebenfalls mittels der Recheneinheit 46, dann eine Schnittkontur in dem Verbindungsbereich des ersten Rohrabschnitts 101 und eine Schnittkontur in dem Verbindungsbereich des zweiten Rohrabschnitts 102 bestimmt.
In anschließenden Verfahrensschritten 7a, b werden zur Vorbereitung des Schweißens mittels einer Schneideinrichtung Kantenflächen an den Rohrabschnitten 101 , 102 erzeugt, vorzugsweise mittels Plasmaschneiden. Die Kantenflächen an dem ersten Rohrabschnitt 101 werden vorzugsweise mittels des zweiten Handhabungsgeräts 50 erzeugt, welches zu diesem Zweck einen entsprechenden Arbeitskopf ais Schneideinrichtung aufnimmt.
Die Kantenflächen an dem zweiten Rohrabschnitt 102 werden vorzugsweise mittels eines stationären Teils der Schneideinrichtung oder mittels des zweiten Handhabungsgeräts erzeugt. Die Rohrabschnitte erhalten in den Schritten 7a, b entweder Kantenflächen 115 an einem oder beiden ihrer Stirnenden 103, 105 oder Kantenflächen 117 in einem von den jeweiligen Stirnenden 108, 110 beabstandeten Wandabschnitt. Sofern Kantenflächen 1 17 beabstandet von den jeweiligen Stirnenden erzeugt werden, wird ein Ausschnitt 113 in der Wandung 107 eines jeweiligen Rohrabschnittes 101 erzeugt. Der herausfallende Rohrbutzen wird vorzugsweise im Inneren des Rohres mit einem in den ersten Rohrabschnitt eingeführten Auffangbehälter aufgefangen und aus dem Rohrinneren entfernt.
In einem weiteren (optionalen) Verfahrensschritt 9a, 9b werden der erste und zweite Rohrabschnitt 101 , 102 an den Kantenflächen 115, 117 gesäubert. In einer Ausführungsform erfolgt das Säubern mittels einer rotatorisch angetriebenen Bürste oder eines Fräsers. Durch das Säubern der Kantenflächen 115, 117 sollen insbesondere Metalloxide und lose Partikel bzw. Grate, welche beim Plasmaschneiden zum Erzeugen der Kantenflächen entstanden sind, weitestgehend entfernt werden.
In einem nächsten Verfahrensschritt 11 werden der erste Rohrabschnitt 101 und der zweite Rohrabschnitt 102 zueinander ausgerichtet. Beim Ausrichten werden die Kantenflächen 115 des einen Rohrabschnitts 102 möglichst nahe benachbart zu den korrespondierend ausgebildeten Kantenflächen 117 des jeweils anderen Rohrabschnittes 101 ausgerichtet. Das Ausrichten des zweiten Rohrabschnitts 102 kann manuell oder mittels des automatisiert angesteuerten Handhabungsgerätes 52 erfolgen. Sofern das Einspannen des ersten Rohrabschnitts 101 noch nicht erfolgt ist, wird der Schritt des Einspannens nun vorgenommen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der zweite Rohrabschnitt 102 zu dem eingespannten ersten Rohrabschnitt 101 ausgerichtet und von dem ersten Handhabungsgerät 101 gehalten, bis die Rohrabschnitte 101 , 102 entweder geheftet sind oder vollständig verschweißt. Das Heften erfolgt vorzugsweise mittels des zweiten Handhabungsgeräts 50, welches zu diesem Zweck wiederum einen entsprechenden Arbeitskopf aufnimmt.
In einem sich anschließenden Verfahrensschritt 13 werden die ausgerichteten Rohrabschnitte 101 , 102 entlang der aufeinander ausgerichteten, umlaufenden Kantenflächen 115, 117 miteinander verschweißt. Mit dem Verschweißen wird bevorzugt eine vollständig umlaufende Schweißnaht 109 erzeugt, die eine durchgehende, sich auf der Innenseite der Rohrabschnitte 101 , 102 erstreckende Wurzel hat.
Zum Auffangen von Schweißspritzern wird vorzugsweise der Auffangbehälter verwendet, mit dem auch der Rohrbutzen aufgefangen wurde, oder ein anderer Auffangbehälter. Die Bewegung der Auffangbehälter erfolgt vorzugsweise maschinengesteuert.
Anschließend werden nach dem Schweißen die miteinander verschweißten Rohrabschnitte in einem Verfahrensschritt 15 für das nachfolgende Beschichten vorbereitet. Der Schritt 15 umfasst beispielsweise das Reinigen der miteinander verschweißten Rohrabschnitte in einem oder mehreren Tauchbädern, in denen beispielsweise Beize oder Spülmeiden, wie etwa entmineralisiertes Wasser, vorgehalten werden können. Die genaue Anzahl und Anordnung der Vorgänge in diesem Schritt richtet sich nach den Spezifikationen des zu verwendenden Beschichtungsmaterials.
Die in Schritt 15 vorbereiteten verschweißten Rohrabschnitte 101 , 102 werden in einem nächsten Verfahrensschritt 17 in einem oder mehreren Tauchgängen mittels eines Autodepositionsverfahrens chemisch beschichtet. Durch das Eintauchen wird erreicht,
dass die Innenseite, inklusive der Schweißnaht bzw. Schweißnähte 109, aber auch die Außenseite des Rohrelements 100 im Wesentlichen vollständig beschichtet wird.
Im Nachgang zum Beschichten - Verfahrensschritt 17 - der Rohrabschnitte 101 , 102 und der die Rohrabschnitte verbindenden Schweißnaht 109 mit einer polymerbasierten Schicht 111 erfolgt in Schritt 19 eine thermische Nachbehandlung. Der Verfahrensschritt 19 kann in einer Ausgestaltung des Verfahrens einen oder mehrere Unterschritte umfassen, in denen jeweils ein Flash-Off, oder ein Tempern mit vorbestimmten Temperaturen und Temperdauern erfolgt (Niedrigtempern oder Hochtempern).
Optional können die beschichten und bereits nachbehandelten Rohrelemente 100, die aus den Rohrabschnitten 101 , 102 erzeugt wurden, in einem Verfahrensschritt 21 pulverbeschichtet werden. Der Schritt 21 des Pulverbeschichtens kann unmittelbar nach dem Verfahrensschritt 17 erfolgen oder auch nach einer zuvor erfolgten thermischen Nachbehandlung gemäß Schritt 19. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird nach dem Schritt 21 des Pulverbeschichtens eine thermische Nachbehandlung gemäß Schritt 19 vorgenommen, um die erzeugte Pulverbeschichtung auszuhärten.
Anschließend wird im Verfahrensschritt 23 das erzeugte Rohrelement aus dem Herstellungsprozess abgeführt und beispielsweise einer Zwischenlagerung zugeführt.
Der Verfahrensschritt 19 zur thermischen Nachbehandlung der Rohrleitungselemente ist der Einfachheit halber als ein singulärer Schritt abgebildet. Es können in dem Verfahrensschritt 25 von dem Rohrelement 100 mehrere aufeinanderfolgende Wärmebehandlungsstufen durchlaufen werden, die in einer oder in mehreren verschiedenen Temperier-einrichtungen vorgenommen werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wurde das Verfahren schematisch erläutert. Das mit dem Verfahren erzeugte Rohrelement 100, auf das zuvor schon Bezug genommen wurde, wird in den Fig. 2a, 2b näher erläutert. Das in Fig. 2a, 2b gezeigte Rohrleitungselement 100 umfasst einen ersten Rohrabschnitt 101 und einen zweiten Rohrabschnitt 102.
Der erste Rohrabschnitt 101 weist an der Stelle, an welcher er mit dem zweiten Rohrabschnitt 102 verschweißt ist, einen Ausschnitt 113 (Fig. 3) in seiner Seitenwand 107 auf.
ln der gezeigten Ausführung ist der erste Rohrabschnitt 101 und der zweite Rohrabschnitt 102 mittels einer einlagigen, vollständig umlaufenden Schweißnaht 109 verbunden.
Das Rohrelement 100 weist in seinem Inneren eine polymerbasierte Schicht 111 auf, die sich vollständig entlang der Innenseiten der Rohrabschnitte 101 , 102 erstreckt und auch die umlaufende Schweißnaht 109 im Inneren des Rohrelementes 109 vollständig bedeckt. Sofern das Rohrleitungselement 100 in einem Tauchverfahren beschichtet wurde, ist auch die äußere Oberfläche des Rohrelementes 100 und damit vom ersten und zweiten Rohrabschnitt 101 , 102 sowie der Schweißnaht 109 zumindest weitestgehend von der polymerbasierten Schicht abgedeckt.
Der zweite Rohrabschnitt 102 ist in der gezeigten Ausführung etwa mittig zwischen einem ersten Stirnende 108 und einem zweiten Stirnende 110 des ersten Rohrabschnittes 101 angeordnet. In der gezeigten Ausführung ist der zweite Rohrabschnitt 102 koaxial auf den in der Seitenwand 107 des ersten Rohrabschnittes 101 ausgebildeten Wandausschnitt 113 ausgerichtet. Der zweite Rohrabschnitt 102 und der erste Rohrabschnitt 101 sind zueinander in einem Winkel a zueinander ausgerichtet, der in der vorliegenden Ausführung 90° beträgt.
In Abhängigkeit von den an das Rohrelement gerichteten Spezifikationen kann der Winkel a auch in einem Bereich zwischen 30 und 90 Grad liegen. In der in Fig. 2a und 2b gezeigten Ausführung ist der erste Rohrabschnitt 101 ein Grundrohr und der zweite Rohrabschnitt 102 stellt ein Anschlusselement dar.
In der vorliegenden Ausführung weist der erste Rohrabschnitt 101 einen Durchmesser auf, der zum Durchmesser des zweiten Rohrabschnittes 102 verschieden ist. Die Durchmesser von erstem und zweitem Rohrabschnitt 101 , 102können auch identisch sein.
Die beiden Rohrabschnitte 101 , 102 werden während des Schweißens zueinander fixiert, insbesondere unter Verwendung einer nachstehend näher erläuterten Spanneinrichtung und eines Handhabungsgeräts, um einen konstanten Spaltabstand zwischen den Rohrabschnitten zu gewährleisten. Das erleichtert das Schaffen einer Schweißnaht 109 mit vollständiger Wurzelerfassung wenigstens der Kantenfläche 115 des zweiten Rohrabschnitts 102 oder sogar der Kantenflächen 1 15, 117 beider Rohrabschnitte 102, 101.
Die Figuren 3a, b zeigen schematische Ansichten einer Vorrichtung 30 zum Herstellen eines beispielhaft in den Figuren 2a und 2b gezeigten polymerveredelten Rohrelements 100. Die Vorrichtung 30 umfasst eine Stützeinrichtung 32 mit Schienen 33, entlang denen Stützteile 34, 35 zum Aufnehmen des ersten Rohrabschnittes 101 verfahrbar sind. In einem Abschnitt zwischen den Schienen 33 ist ein Winkelpositionierer 36 für das erste Rohrelement 101 angeordnet.
Die Vorrichtung 30 umfasst in einer Ausführung ein erstes Handhabungsgerät 52 und ein zweites Handhabungsgerät 50, vorzugsweise beide ausgebildet als Handhabungsroboter, deren genaue Funktion nachfolgend im Detail beschrieben werden.
In den Figuren 4 bis 9 sind Teilansichten der Vorrichtung 30 während verschiedener Herstellungsschritte des polymerveredelten Rohrelements 100 gezeigt. Die Vorrichtung 30 umfasst eine Stützeinrichtung 32, welche zwei Stützteile 34, 35 aufweist, welche dazu eingerichtet sind, die Stirnenden 108, 110 des ersten Rohrabschnitts 101 aufzunehmen. Entlang eines Abschnitts der Stützeinrichtung 32 ist der Winkelpositionierer 36 angeordnet, der sich noch in einer Warteposition befindet, siehe die Figuren 4a, 4b. Die Handhabungsgeräte 50, 52 sind nachfolgend in den Zeichnungen der Übersichtlichkeit halber in abstrahierter Form dargestellt.
Wie die Figuren 5a, b und 6a, b zeigen, wird dann der Winkelpositionierer 36 in eine Arbeitsstellung überführt, nämlich in einen Nahbereich zum ersten Rohrabschnitt 101 (Fig.5b), wobei der Winkelpositionierer 36 vorzugsweise quer zu den Schienen 33 und damit quer zur Längsachse des ersten Rohrelements 101 verfahrbar ist. Die Stützeinrichtung 32 fährt in eine vorbestimmte Position mit dem aufgenommenen ersten Rohrabschnitt 101 so zum Winkelpositionierer 36, dass ein Abschnitt, dem ein Verbindungsbereich am ersten Rohrabschnitt 101 erzeugt werden soll, mittig zum Winkelpositionierer 36 angeordnet ist.
Zudem wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Opferschale 38 in das Innere des ersten Rohrabschnittes 101 des zu der Position eingeführt, an der der Verbindungsbereich mit zweiten Rohrabschnitt 102 auszubilden ist. Die Opferschale 138 dient insbesondere zum Auffangen von der Innenseite des ersten Rohrabschnittes verschmutzenden Rückständen, die bei der folgenden Bearbeitung des ersten und zweiten Rohrabschnittes 101 , 102 entstehen und wie beispielsweise in W02020/002486A1 näher beschrieben.
Wie die Figuren 6a, b ferner zeigen, wird dann der erste Rohrabschnitt 101 durch den Winkelpositionierer 36 gespannt. Das Spannen erfolgt mittels einer am Winkelpositionierer 36 vorhandenen Spanneinrichtung 40, welche zwei Spannmittel 41 , 42 umfasst, die zu beiden Seiten des zu erzeugenden Verbindungsbereiches an den ersten Rohrabschnitt 101 angreifen. Die Spannmittel sind als 3-Punkt-Greifer ausgebildet. Dadurch ist gewährleistet, dass der erste aufzunehmende Rohrabschnitt 101 mit seiner Mittenachse nahezu koaxial zum Spannzentrum des Spannmittels 41 , 42 gespannt wird. Mit dem Spannen durch den Winkelpositionierer 36 kann eine vorherige Klemmkraft, die an den Stützteilen aufgebracht worden ist, aufgehoben werden, sodass der erste Rohrabschnitt
101 zumindest zu bestimmten Abschnitten der Stützteile 34, 35 der Stützeinrichtung 32 beweglich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung 30 eine Erfassungseinrichtung 44 auf, die zum Erfassen einer räumlichen Form am Verbindungsbereich von zumindest dem ersten Rohrabschnitt 101 eingerichtet ist. Mit der Erfassungs-einrichtung 44 wird die Oberfläche des ersten Rohrabschnittes 101 abgescannt, um Toleranzen in Form von etwaigen Unrundheiten an diesem Abschnitt des Rohrabschnittes 101 zu ermitteln.
Mittels der Erfassungseinrichtung 44 oder einer separaten Erfassungseinrichtung, beispielsweise einer stationären Erfassungseinrichtung, wird ebenfalls die räumliche Form im Verbindungsbereich des zweiten Rohrabschnittes 102 erfasst. Derzweite Rohrabschnitt
102 wird mittels des Handhabungsgeräts 52 gegriffen und positioniert.
Mittels einer mit der Erfassungseinrichtung 44 signalleitend gekoppelten Recheneinheit 46 wird dann als Funktion einer Überlagerung der erfassten räumlichen Formen von erstem und zweitem Rohrabschnitt 101 , 102 eine räumliche Durchdringungskurve bestimmt, und auf Basis der bestimmten Durchdringungskurve Schnittkonturen des ersten und zweiten Rohrabschnittes 101 , 102 ermittelt.
Die Schnittkonturen werden von der Recheneinheit 46 an eine Schneideinrichtung 48 übermittelt, mittels der an den ersten und zweiten Rohrabschnitten 101 , 102 aufeinander abgestimmte Kantenflächen 115, 1 17 (Fig. 3) erzeugt werden.
Die Schneideinrichtung 48 ist in der in den Figuren 7a, b gezeigten, vorliegenden Ausführungsform der Vorrichtung als ein Bearbeitungsaufsatz für ein automatisiert angesteuertes Handhabungsgerät 50, wie beispielsweise einem Roboter, ausgebildet. Das
Handhabungsgerät 50 nimmt in der gezeigten Ausführung unter Verwendung von entsprechenden Erfassungs- und Bearbeitungsaufsätzen der Vorrichtung sämtliche Bearbeitungen an dem ersten Rohrabschnitt 101 vor. Auch das Verschweißen von erstem und zweitem Rohrabschnitt 101 , 102 zum Rohrelement 100 übernimmt das Handhabungsgerät 50 mittels eines Schweißaufsatzes.
Wie aus Fig. 8a, b ersichtlich, wird nachfolgend der korrespondierend ausgebildete Rohrabschnitt 102 mittels des automatisiert angesteuerten Handhabungsgeräts 52 zum ersten Rohrabschnitt 101 ausgerichtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dann mit einer Schweißeinrichtung 56, die vorzugsweise als Bearbeitungsaufsatz am Handhabungsgerät 50 angeordnet ist, der erste und zweite Rohrabschnitt 101 , 102 miteinander verschweißt.
In einer Ausführungsform werden die Rohrabschnitten 101 , 102 entlang der zueinander ausgerichteten Kantenflächen 115, 117 miteinander verschweißt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die beim Schneiden erzeugten Kantenflächen entlang der bestimmten räumlichen Durchdringungskurve miteinander verschweißt.
Auch vorliegend wird bevorzugt eine einlagige umlaufende Schweißnaht 109 erzeugt. Während der ganzen Bearbeitung werden etwaige entstehende Bearbeitungsrückstände, wie beispielsweise Schweißspritzer von der im inneren des ersten Rohrabschnittes angeordneten Opferschale 38 aufgefangen. Bevorzugt erfolgt jegliche Bearbeitung am ersten Rohrabschnitt 101 in der Wannenlage. Unter der Wannenlage ist zu verstehen, dass die Bearbeitung, unabhängig ob geschnitten oder geschweißt wird, von oben erfolgt, sodass etwaige entstehende Bearbeitungsrückstände dann nach unten in die Opferschale fallen können. Dazu wird der erste Rohabschnitt 101 stets in die entsprechende Winkelposition gedreht.
Wie aus Fig. 9a, b ersichtlich, können an einem ersten Rohrabschnitt 101 in vorbestimmten Abständen entlang dessen Längsachse mehrere, zwei oder drei solcher Rohrabschnitte 102 angeordnet werden. Das erzeugte Rohrelement 100 weist somit mehrere Abzweigungen am Rohrabschnitt 101 auf.
Nach dem Herstellen eines solchen Rohrelementes 100 wird die Spanneinrichtung 40 des Winkelpositionierers 36 gelöst, wodurch der Rohrabschnitt 101 freigegeben wird. Der
Winkelpositionierer 36 verfährt nach Freigabe durch das Spannmittel aus der Arbeitsstellung wieder in seine Ruhestellung im Abstand zum Rohrabschnitt 101 .
Die Spannmittel 41 , 42 der Spanneinrichtung 40 sind insbesondere um eine Rotationsachse 60 herum verfahrbar an dem Winkelpositionierer 36 aufgenommen, insbesondere entlang einer Verstelleinrichtung 58. Mit dem Verfahren der Spannmittel 41 , 42 wird der erste Rohrabschnitt 101 um einem Tool Center Point (TCP) koaxial bewegt. Der Tool Center Point wird durch das Spannzentrum der Spannmittel 41 , 42 des Winkelpositionierers 36 gebildet und fällt mit der Rotationsachse 60 zusammen. Die nähere Funktionsweise des Winkelpositionierers wird nachfolgend der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform des Winkelpositionierers 36 beschrieben.
In Fig. 10 ist eine Detailzeichnung des Winkelpositionierers 36 gezeigt, um die Funktionsweise und den Aufbau der den ersten Rohrabschnitt 101 aufnehmenden Spanneinrichtung 40 zu erläutern. Die Spanneinrichtung 40 umfasst Spannmittel 41 , 42, mit denen der erste Rohrabschnitt 101 auf einer Rotationsachse 60 des Winkelpositionierers 36 zu beiden Seiten eines Verbindungsbereiches am ersten Rohabschnitt 101 gespannt wird. Die Rotationsachse 60 bildet zudem den Tool Center Point (TCP), der als Ausgangspunkt für die Bearbeitung des ersten Rohrabschnittes 101 und den Schritt des Verschweißens von erstem und zweitem Rohrabschnitt 101 , 102 miteinander verwendet wird, und die vorzugsweise als Referenzachse für die räumliche Durchdringungskurve dient.
Die Spannmittel 41 , 42 werden zusammen mit dem gespannten ersten Rohrabschnitt 101 auf einer Kreisbahn um die Rotationsachse 60 des Winkelpositionierers 36 bewegt. Der ersten Spanneinrichtung 40 ist für jedes Spannmittel 41 , 42 jeweils eine bogenförmige Führung 62 zugeordnet. Die Führung 62 weist vorzugsweise einen ringsegmentförmigen Schienenkörper 64 auf.
Die Spannmittel 41 , 42 sind an einer der Rotationsachse 60 für den ersten Rohrabschnitt 101 zugewandten Führungsfläche 65 angeordnet. Die Spannmittel 41 bewegen sich um ihr definiertes Spannzentrum, das mit der Rotationsachse 60 des Winkelpositionierers und dem Tool Center Point (TCP) der Vorrichtung zusammenfällt. Die Spannmittel 41 , 42 sind mit einer Antriebseinheit 66 für ein gesteuertes Bewegen relativ zur Führungsschiene 62 gekoppelt.
ln einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 ist der Schienenkörper 64 als Ringsegment ausgebildet und erstreckt sich über einen Winkelbereich von etwa 180° bis etwa 270°, bevorzugt in einem Winkel von etwa 240°. Dadurch kann der erste Rohrabschnitt bezogen auf die Rotationsachse 60 des Winkelpositionierers 36 in radialer Richtung bewegt werden, was das Aufnehmen und das Entnehmen des ersten Rohrabschnittes 101 vereinfacht.
In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung 58 für jede ringförmige Führungsschiene 62 jeweils eine Aufnahme 68 aufweist, in der die Führungsschiene 62 an einer von der Rotationsachse 60 abgewandten Führungsfläche 69 ist somit zusätzlich zu den beweglich an der Führungsschiene 62 aufgenommenen Spannmittel 41 , 42 eine flexiblere Verstellmöglichkeit für den ersten Rohrabschnitt 101 geschaffen.
An der Aufnahme 68 ist eine weitere Antriebseinheit 70 für ein gesteuertes Bewegen der Führungsschiene 62 relativ auf zur Aufnahme 68 vorgesehen. Die Führungsschiene ist zur Aufnahme um mehr als 90 Winkelgrad, bevorzugt um mehr als 180 Winkelgrad bewegbar, wodurch das Spannmittel trotz der Zugänglichkeit in radialer Richtung zum Winkelpositionierer auf einer vollen Kreisbahn um die Rotationsachse 60 bewegt werden kann. Derzu bearbeitende Rohrabschnitt kann somit überseinen gesamten Umfang herum bearbeitet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung werden vorzugsweise partiell oder vollständig computergesteuert betrieben. Hierzu weist die Vorrichtung 30 vorzugsweise eine Maschinensteuerung 72 auf. Die Maschinensteuerung ist vorzugsweise signalleitend mit den Handhabungsgeräten 50, 52 und der Spanneinrichtung 40 verbunden, mit der oder den Erfassungs-, Schneid- und Schweißeinrichtungen (soweit zusätzlich zu den Handhabungsgeräten vorhanden), der Recheneinheit 46, sowie weiter vorzugsweise zusätzlichen Peripherieeinrichtungen wie etwa einer Auffangeinrichtung, die den Auffangbehälter für den Rohrbutzen und die Schweißspritzer steuert.
Die Maschinensteuerung 72 kann eine zentrale Steuerungslogik aufweisen oder eine oder mehrere Unter-Steuerungen umfassen. Die Maschinensteuerung 72 kann die verschiedenen Arbeitseinrichtungen direkt ansteuern oder über entsprechende Protokolle mit den Steuerungen dieser Einrichtungen Zusammenarbeiten. Die Maschinensteuerung ist dazu eingerichtet, Steuerbefehle zur Durchführung des hierin oben beschriebenen
Verfahrens in seinen bevorzugten Ausführungsformen auszugeben und vorzugsweise mittels einer Mensch-Maschine-Schnittstelle Eingaben von einem Bediener entgegenzunehmen. Vorzugsweise weist die Maschinensteuerung 72 eine Datenschnittstelle zur Kommunikation mit einem Speichermedium auf, dass ein Computerprogrammprodukt enthält, welches wiederum die Steuerbefehle zur Ausführung des Verfahrens enthält.
Gleiche oder ähnliche Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Nachdem der grundsätzliche Verfahrensablauf anhand der vorstehenden Figuren bereits erläutert worden ist, soll unter Bezugnahme auf Fig. 11 die Terminologie der gemeinsamen Durchdringungskurve noch einmal erläutert werden. Es wird zunächst von einem idealisieren Rohrelement ausgegangen, bei dem der erste Rohrabschnitt 101 und der zweite Rohrabschnitt 102 eine idealisierte Kontur KID aufweisen, in der die beiden Rohrabschnitte 101 , 102 jeweils Zylinder sind.
In Wirklichkeit aber weist der erste Rohrabschnitt 100 im Normalfall keine perfekte Zylinderform auf, sondern eine hiervon abweichende Form, die sich in der toleranzbehafteten, nichtzylindrischen Fläche Ki ausdrückt. Die Fläche Ki wird im erfindungsgemäßen Verfahren als Punkteschar erfasst. Die Punkteschar wird entweder mittels absoluter Koordinaten oder mittels Abweichungen von der idealisierten Zylinderform charakterisiert.
In gleicherweise wie der erste Rohrabschnitt 101 weist auch der zweite Rohrabschnitt 102 keine ideale Zylinderform auf, sondern eine von der idealen Zylinderform abweichende Oberfläche K2, die ebenso nach ihrer messtechnischen Erfassung als Punkteschar charakterisiert wird.
Die gemeinsame räumliche Durchdringungskurve D ergibt sich als Schnittmenge der beiden Oberflächen bzw. Punktescharen Ki und K2. Mit anderen Worten liegen diejenigen Koordinaten, welche sowohl in Ki und in K2 vorhanden sind, auf der gemeinsamen räumlichen Durchdringungskurve.
Zum Vorbereiten der Rohrabschnitte 101 und 102 vor dem Vorgang des Schweißens werden die Schnittflächen erzeugt, indem in den ersten Rohrabschnitt 101 eine Ausnehmung entlang der gemeinsamen Durchdringungskurve D eingebracht wird, die von oben betrachtet (Fig. 11 unten links) der Projektion von K2 entspräche. In das Ende des
zweiten Rohrabschnitts 102 wird eine Schnittfläche eingebracht, die von der Seite betrachtet (Fig. 1 1 oben links) der Projektion von Ki entspricht. Die beiden derart vorbereiteten Rohrabschnitte 101 , 102 können dann zueinander positioniert und mittels eines Handhabungsroboters entlang der gemeinsamen Durchdringungskurve D geführt verschweißt werden. Der Schritt des Verschweißens erfolgt besonders bevorzugt in einer einzigen durchgehenden Bewegung, in der das Schweißgerät an einer Ansatzstelle angesetzt wird, und die gemeinsame räumliche Durchdringungskurve D ohne abzusetzen bis zur Vervollständigung der Schweißnaht abfährt, bis die Ansatzstelle wieder erreicht worden ist. Die so erzeugte Schweißnaht ist aufgrund ihrer Regelmäßigkeit, sowohl außen am Rohrelement, als auch innen im Bereich der Schweißwurzel, bestens für die anschließende Polymerveredelung vorbereitet.
Bezuqszeichenliste:
1a, b Bereitstellen der Rohrabschnitte
3a, b Erfassen der räumlichen Form
5 Bestimmen der räumlichen Durchdringungskurve/Schnittkonturen
7a, b Erzeugen von Kantenflächen
9a, b Säubern der Kantenflächen
11 Ausrichten der Rohrabschnitte
13 Verschweißen der Rohrabschnitte
13.1 Messen
13.2 Auswählen von Parametern
13.3 Einlesen der Parameter
13.4 Heften der Rohrabschnitte
15 Vorbereiten des Rohrelements
17 Beschichten des Rohrelements
19 Nachbehandlung
21 Pulverbeschichten
23 Ausschleusen des Rohrelements
30 Vorrichtung
32 Stützeinrichtung
33 Schienen
34, 35 Stützteil
36 Winkelpositionierer
38 Opferschale
40 Spanneinrichtung
41 , 42 Spannmittel
44 Erfassungseinrichtung
46 Recheneinheit
48 Schneideinrichtung
50, 52 Handhabungsgerät
56 Schweißeinrichtung
58 Verstelleinrichtung
60 Rotationsachse/TCP
62 Führungsschiene
64 Schienenkörper
65 Führungsfläche
66, 70 Antriebseinheit
68 Aufnahme
69 Führungsfläche 72 Maschinensteuerung
100 Rohrelement
102 zweiter Rohrabschnitt
101 erster Rohrabschnitt 103, 105 Stirnende
107 Seitenwand
108, 110 Stirnende
109 Schweißnaht
111 Beschichtung 113 Ausschnitt
115, 117 Kantenflächen
Claims
1. Verfahren zum automatisierten oder teilautomatisierten Herstellen eines polymerveredelten Rohrelements (100), unter Verwendung toleranzbehafteter Rohrabschnitte (101 , 102), umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines ersten Rohrabschnitts (101) und eines zweiten Rohrabschnitts (102), wobei die Rohrabschnitte jeweils einen Verbindungsbereich aufweisen, der zur Verbindung mit dem jeweils anderen Rohrabschnitt vorgesehen ist;
- Erfassen einer räumlichen Form des ersten Rohrabschnitts und einer räumlichen Form des zweiten Rohrabschnitts, jeweils in den Verbindungsbereichen;
- Bestimmen einer räumlichen Durchdringungskurve als Funktion einer Überlagerung der räumlichen Formen,
- Bestimmen einer Schnittkontur in dem Verbindungsbereich des ersten Rohrabschnitts und einer Schnittkontur in dem Verbindungsbereich des zweiten Rohrabschnitts, jeweils als Funktion der Durchdringungskurve;
- Erzeugen von Kantenflächen (1 15, 117) in den Verbindungsbereichen des ersten und zweiten Rohrabschnitts entlang der jeweiligen Schnittkonturen;
- Ausrichten der erzeugten Kantenflächen der Rohrabschnitte zueinander; und
- Verschweißen von erstem und zweitem Rohrabschnitt entlang der zueinander ausgerichteten Kantenflächen entlang der bestimmten räumlichen Durchdringungskurve.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Schritt des Bestimmens der räumlichen Formen umfasst:
- Bereitstellen eines idealisierten Modells des ersten Rohrabschnitts und eines idealisierten Modells des zweiten Rohrabschnitts, und
- Ermitteln von Abweichungen der erfassten räumlichen Formen der Rohrabschnitte von ihrem jeweiligen Modell.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Bestimmens der räumlichen Durchdringungskurve umfasst:
- Bereitstellen oder Erzeugen einer idealisierten Durchdringungskurve als Funktion der idealisierten Modelle, und
- Erzeugen der räumlichen Durchdringungskurve mittels Applikation der Abweichungen der räumlichen Formen auf die idealisierte Durchdringungskurve.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Bestimmens der räumlichen Formen umfasst:
- Ermitteln von Punktescharen für beide Rohrabschnitte, wobei die Punktescharen auf der jeweiligen Oberfläche der Verbindungsbereiche liegen und die räumliche Form der Rohrabschnitte in den Verbindungsbereichen charakterisieren; und wobei vorzugsweise der Schritt des Bestimmens der räumlichen Durchdringungskurve umfasst:
Bilden der räumlichen Durchdringungskurve aus der Schnittmenge der Punktescharen.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt:
- Einspannen des ersten Rohrabschnitts mittels einer Spanneinrichtung (40) vorzugsweise derart, dass der erste Rohrabschnitt um eine Rotationsachse der Spanneinrichtung drehbar aufgenommen ist.
6. Vorrichtung (30) zum automatisierten oder teilautomatisierten Herstellen eines polymerveredelten Rohrelements (100) unter Verwendung toleranzbehafteter Rohrabschnitte (101 , 102), wobei die Rohrabschnitte jeweils einen Verbindungsbereich aufweisen, der zur Verbindung mit dem jeweils anderen Rohrabschnitt vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung
- mindestens eine Erfassungseinrichtung (44) zum Erfassen einer räumlichen Form jeweils in den Verbindungsbereichen;
- einer Recheneinheit (36), welche dazu eingerichtet ist, als Funktion einer Überlagerung der erfassten räumlichen Formen eine räumliche Durchdringungskurve zu bestimmen, und als Funktion der Durchdringungskurve, Schnittkonturen in den Verbindungsbereichen des ersten und zweiten Rohrabschnitts (101 , 102) zu bestimmen;
- einer Schneideinrichtung (48) zum Erzeugen von Kantenflächen (1 15, 117) in den Verbindungsbereichen des ersten und zweiten Rohrabschnitts (101 , 102) entlang der jeweiligen Schnittkonturen, und
- einer Schweißeinrichtung (56), welche dazu eingerichtet ist, den ersten und zweiten Rohrabschnitt (101 , 102) entlang der zueinander ausgerichteten Kantenflächen (1 15, 1 17) entlang der bestimmten räumlichen Durchdringungskurve, miteinander zu verschweißen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, mit einer Spanneinrichtung (40) für den ersten Rohrabschnitt (101) und einem Handhabungsgerät (52), insbesondere einem Handhabungsroboter, für den zweiten Rohrabschnitt (102).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Spanneinrichtung (40) mindestens ein Spannmittel (41 , 42) umfasst, und dazu eingerichtet ist, den ersten Rohrabschnitt (101) um eine Rotationsachse (60) zu drehen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Spannmittel (41 , 42) ein Spannzentrum aufweist, das die Rotationsachse (60) der Spanneinrichtung (40) definiert.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Spannmittel (41) ein erstes Spannmittel ist, und die Spanneinrichtung (40) ein zweites Spannmittel (42) aufweist, welches entlang der Rotationsachse (60) axial von dem ersten Spannmittel beabstandet angeordnet ist, wobei die Spanneinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, den ersten Rohrabschnitt (101) zu beiden Seiten des Verbindungsbereiches zu spannen.
11 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das bzw. die Spannmittel einseitig offen ausgebildet und dazu eingerichtet ist bzw. sind, den ersten Rohrabschnitt von oberhalb zu empfangen und zu spannen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , wobei das (erste und/oder zweite) Spannmittel (41 , 42) dazu eingerichtet ist, den ersten Rohrabschnitt (101) zu fixieren, und wobei die Spanneinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, das Spannmittel (41 , 42) derart zu schwenken, dass der erste Rohrabschnitt (101) um die Rotationsachse (60) herum rotiert.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 12, wobei die Spanneinrichtung (40) eine bogenförmige Führung (62) aufweist, entlang welcher das Spannmittel beweglich aufgenommen ist, wobei die Führung (62) relativ zu der Rotationsachse (60) konzentrisch ausgerichtet und dazu eingerichtet ist, das Spannmittel (41 , 42) um die Rotationsachse (60) herum zu führen.
14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 6 bis 13,
wobei das Handhabungsgerät (52) ein erstes Handhabungsgerät ist, und die Vorrichtung ferner ein zweites Handhabungsgerät (50) aufweist, insbesondere einen Handhabungsroboter, das eine Aufnahme für verschiedene Bearbeitungsaufsätze aufweist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, mit einer elektronischen Maschinensteuerung, die signalleitend mit der Erfassungseinrichtung, der Recheneinheit, der Schneideinrichtung, der Schweißeinrichtung, sowie vorzugsweise einem, mehreren oder sämtlichen der Spanneinrichtung, dem ersten und/oder dem zweiten Handhabungsgerät verbunden und dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
16. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, welche bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, sodann die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
17. Polymerveredeltes Rohrelement (100), mit einem ersten Rohrabschnitt (101) und einem zweiten Rohrabschnitt (102), die mittels einer durchgehenden Schweißnaht (109) miteinander verbunden sind und wenigstens auf der Rohrinnenseite, vorzugsweise aber auf der Rohrinnenseite und auf der Rohraußenseite, mit einer polymerbasierten Schicht (111) beschichtet sind, wobei die polymerbasierte Schicht (111) chemisch an das Material des Rohrelements gebunden ist, und vorzugsweise ein Autodepositionsmaterial auf Polymerbasis enthält, wobei das Rohrelement weiter vorzugsweise in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15 hergestellt worden ist.
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