DE2949157A1

DE2949157A1 - Vorrichtung und verfahren zum herstellen von versteiften schiffskoerpersektionen

Info

Publication number: DE2949157A1
Application number: DE19792949157
Authority: DE
Inventors: Conrad Martin Banas; George T Peters
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1978-12-14
Filing date: 1979-12-06
Publication date: 1980-06-26
Also published as: FR2443897B1; FR2443897A1; GB2037211B; DK529579A; US4223202A; SE426149B; BR7908120A; IT1127729B; CH644046A5; CA1126003A; IL58880A; IT7928072A0; NL7908838A; NO794050L; JPS5583679A; BE880630A; GB2037211A; SE7910243L

Description

United Technologies Corporation Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.

Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von versteiften

Schiffskörpersektionen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Automatisieren des Baus von Schiffen und betrifft insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Schiffskörpersektionen zum Bau von Unterseebooten unter Verwendung einer automatisierten Laserschweißausrüstung.

Seit den frühen 70er Jahren hat die Schiffsbauindustrie beträchtliche Anstrengungen unternommen, um die Produktivität zu verbessern und die Schiffsbaukosten zu senken. Ein großer Teil dieser Anstrengungen ist darauf gerichtet worden, in Schiffswerften automatisierte Ausrüstung und höchst mechanisierte Fließbandfertigungssysteme einzufüh ren, wobei das Hauptaugenmerk auf das Vorschneiden von

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Bauteilen, das Herstellen von großen Baugruppen aus den Bauteilen und den Zusammenbau des Schiffes aus den Baugruppen unter Verwendung von Baukastenverfahren gerichtet worden ist.

Bei dem Bau von Schiffskörpern für Unterseeboote werden hochfeste Legierungsstahlplatten in Sektionen vormontiert und zusammengeschweißt, was die Außenschale einer Schiffskörperbaugruppe ergibt. Kreisförmige T-Spanten oder -rahmen werden an die Innenfläche der Schale angeschweißt und bilden eine kreisförmige Verstärkung der Schale zur Herstellung der Schiffskörperuntersektion. Das Anschweißen des T-Spants an die Schale wird typischerweise in einer Schiffswerft unter Anwendung eines mechanisierten Mischgasschweißverfahrens ausgeführt. Ein wesentliches Erfordernis dieses Verfahrens ist das Vorwärmen der mit einander zu verbindenden Stellen, was typischerweise in der Schiffswerft mit thermostatisch gesteuerten, elektrischen Heizbändern erfolgt. Die Oberflächentemperatur sowohl des T-Spants als auch der Schale muß während des Arbeitsganges überwacht werden, damit sichergestellt ist, daß sie innerhalb des Bereiches liegt, der zum Erzielen von zufriedenstellenden Schweißungen erforderlich ist und typischerweise von 90 bis 150 ⁰C reicht. Das ist ein zeitraubender und kostspieliger Teil des Schweißprozesses auf der Schiffswerft.

Darüber hinaus muß während des Schweißverfahrens die Lichtbogenschweißvorrichtung in vielen Durchgängen über die Zusammenfügungsstelle des T-Spants und der Schale hinweggeführt werden, damit ein vollständiges Eindringen zur Bildung einer aktzeptablen Schweißung erzielt wird. Nach jedem Durchgang muß während des Durchgangs gebildetes Oberflächenoxid von der Schweißstelle entfernt werden,

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damit ein Verunreinigen der Schweißung während anschließender Durchgänge vermieden wird. Außerdem muß, nachdem eine Schweißung auf einer Seite der Zusammenfügungsstelle des T-Spants mit einer Schale ausgeführt worden ist, die Schiffskörperuntersektion umgedreht werden, um eine Schweißung auf der anderen Seite der Zusammenfügungsstelle auszuführen, weil akzeptable Schweißungen typischerweise nur dann erreicht werden, wenn das Schweißen als Normallagenschweißen ausgeführt wird. Wegen der außerordentlichen Qualität der Schweißung, die beim Bau von Unterseebooten erzielt werden muß, ist das Anschweißen von T-Rahmenträgern an die Innenfläche der Schale zur Herstellung von Schiffskorperbaugruppen unter Verwendung eines Metall-Lichtbogen-Schweißverfahrens ein sehr zeitraubender und teuerer Prozeß.

Hauptaufgabe der Erfindung ist es, die Produktivität zu verbessern und die Kosten der Herstellung von Schiffskörpersektionen, insbesondere für Unterseeboote, zu senken.

Gemäß der Erfindung enthält eine Vorrichtung zum Herstellen von verstärkten Schiffskörpersektionen, die für den Schiffsbau geeignet sind, eine Stützeinrichtung zum umfangsmäßigen Umschließen einer Schalenbaugruppe zwecks Begrenzung der Bewegung der Schalenbaugruppe in radialer Richtung; an der Stützeinrichtung befestigte Kraftantriebe zum radialen Pressen gegen eine Außenfläche der Schalenbaugruppe, um die Schalenbaugruppe während eines Schweißvorganges starr festzuhalten; innere Preßeinrichtungen zum radial gerichteten Pressen von T-Spanten, die umfangsmäßig um eine Innenfläche der Schalenbaugruppe in einer vorgewählten axialen Position angeordnet sind, um eine Zusammenfügungsstelle zwischen dem T-Spant und der Innenfläche der Schale zu bilden, die zum Schweißen geeignet ist, und zum Aufrechterhalten der umfangsmäßigen Axial-

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position des T-Spants während des Schweißens; Einrichtungen zum Fokussieren von Hochleistungslaserstrahlung auf die Zusairanenfügungsstelle des T-Spants mit der Innenfläche der Schale zum Anschweißen des T-Spants an die Schale; Einrichtungen zum Drehen der Fokussiereinrichtungen um eine Längsachse der Schalenbaugruppe zum umfangsmäßigen Verschweißen der T-Spanten mit der Schale; Einrichtungen zum Axialpositionieren der inneren Preßeinrichtungen und der Fokussiereinrichtungen in ausgewählten Positionen längs der Längsachse innerhalb der Schalenbaugruppe; und Einrichtungen zum Richten der von einem Laser zu den Fokussiereinrichtungen gehenden Strahlung auf die Zusammenfügungsstelle zum T-Stoß-Schweißen des T-Spants an die Schale, um eine Schiffskörpersektion herzustellen.

Ein Hauptmerkmal der Erfindung sind zwei Schweißköpfe, die auf entgegengesetzten Seiten des T-Spants angeordnet sind und zum T-Stoß-Schweißen des T-Spants an die Schale dienen. Außerdem ist jeder Schweißkopf an einem Ende eines teleskopischen Arms befestigt, damit die Schweißköpfe zum Fokussieren der Strahlung auf die Zusammenfügungsstelle des T-Spants und der Schale zum Weiterleiten der Strahlung zu den Schweißköpfen positioniert werden können. Das andere Ende jedes teleskopischen Arms ist an einem Gehäuse befestigt, das um eine Längsachse durch die Schalenbaugruppe drehbar ist. Außerdem dienen mehrere Preßstempelarme, die radial um das Gehäuse angeordnet und mit diesem an einem Ende beweglich verbunden sind, zum Pressen der T-Spanten gegen die Innenfläche der Schale. Weiter dient eine zentrisch innerhalb der Schale und symmetrisch um die Längsachse angeordnete Welle zum Drehen des Gehäuses um die Längsachse und zum Bewegen des Gehäuses in axialer Richtung längs der Längsachse. Außerdem dienen innerhalb der Welle angeordnete Umlenkspiegel zum Umlenken eines

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Teils eines Strahlungsbündels von einem Laser zu den Schweißköpfen.

In einer Ausführungsform besteht die Stützeinrichtung aus mehreren massiven Säulen, die in gegenseitigem Abstand angeordnet sind. In noch einer weiteren Ausführungsform sind die Säulen auf Schienen angeordnet, so daß sie zur Aufnahme von Schalenbaugruppen mit unterschiedlichen Durchmessern und Krümmungen in radialer Richtung bewegt werden können. Ferner ist ein Teil der Säulen so ausgebildet, daß diese zurückgezogen werden können, um eine Öffnung in der Stützeinrichtung zu schaffen, durch die die Schalenbaugruppe hindurchbewegt werden kann.

Der Hauptvorteil der Erfindung ist die hohe Geschwindigkeit der gleichzeitigen zweiseitigen T-Stoß-Schweißung der T-Spanten an die Schalensektion zur Herstellung von Schiffskörpersektionen. Außerdem beseitigt die gleichzeitige zweiseitige Schweißung die Notwendigkeit, die Schale umzudrehen, um den Schweißvorgang zu beenden, und minimiert die thermische Verwindung der geschweißten Sektionen. Ferner gestattet die Anwendung der Laserschweißung die Verwendung von einfachen rechtwinkeligen Randgeometrien, im Gegensatz zu den V-förmigen Rändern, die bei herkömmlichen Schweißverbindungen benutzt werden, wodurch erforderliche Vorbereitungen der Zusamraenfügungsstellen beträchtlich verringert werden. Die Hydraulikpreßstempel sprechen auf programmierte Befehle an und ermöglichen das automatische Anbringen, Positionieren und Festspannen der T-Spanten an der Innenfläche der Schale, wodurch die Produktivität beträchtlich verbessert und die benötigte Zeit beträchtlich verringert wird. Außerdem eliminiert die zweiseitige Hochgeschwindigkeitslaserschweißung das Erfordernis, die Schalenbaugruppe und den

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

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

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

Fig. 2 eine vereinfachte Ansicht eines in Fig. 1

gezeigten drehbaren Gehäuses zum Befestigen von T-Spant-Versteifungen an der Schalenbaugruppe zum Herstellen einer Schiffskörpersektion.

Gemäß Fig. 1 ist eine Schalenbaugruppe 10 symmetrisch innerhalb einer Stützeinrichtung 12 angeordnet, die aus mehreren Spannsäulen 14 besteht, welche in gegenseitigem Abstand umfangsmäßig um die Schalenbaugruppe angeordnet sind. Die Spannsäulen sind auf Schienen 16 angeordnet, so daß die vorwärts und rückwärts in radialer Richtung bewegt werden können. Die Spannsäulen weisen jeweils mehrere Kraftantriebe 18 auf, die in gegenseitigem Abstand über die Länge der Säulen verteilt sind und dazu dienen, gegen eine Außenfläche 20 der Schalenbaugruppe zu drücken, um die Baugruppe während des Schweißverfahrens abzusteifen. Die Kraftantriebe werden durch bekannte Hydraulik-

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vorrichtungen od.dgl. betätigt. Zentrisch innerhalb der gekrümmten Konfiguration, die durch die Stützeinrichtung gebildet wird, ist eine erste Welle 22 angeordnet, die durch einen an ihrem oberen Teil befestigten Drehantrieb 26 um eine Längsachse 24 drehbar ist. Ein Gehäuse 28, das an der Welle unterhalb des Drehantriebs starr befestigt und mit dieser drehbar ist, hat gemäß der ausführlicheren Darstellung in Fig. 2 mehrere Preßstempel 30, von denen jeder einen ersten Arm 32 aufweist, der umfangsmäßig und mit Abstand innerhalb des zentralen Teils des' Gehäuses angeordnet ist und sich von diesem aus radial erstreckt/ und einen zweiten Arm 34, der innerhalb einer zentralen Bohrung (nicht gezeigt) in dem ersten Arm beweglich angeordnet ist, so daß er in bekannter Weise, beispielsweise mittels hydraulischer Betätigung, radial aus dem Preßstempel ausgefahren und in diesen eingefahren werden kann. Der zweite Arm endigt in einer im Querschnitt C-förmigen Spannbacke 36, die zum Festhalten eines oberen Teils 38 eines T-Spants 40 und zum Pressen eines Stegteils 42 des T-Spants gegen die Innenfläche 44 der Schalenbaugruppe 10 dient,um zwischen diesen eine zum Verschweißen geeignete Zusammenfügungsstelle zu schaffen. Ein erster teleskopisch ausfahrbarer Arm 46 ist an einem Ende des oberen Teils des Gehäuses starr befestigt und trägt einen ersten Schweißkopf 48, der an dem anderen Ende angeordnet ist, während ein zweiter teleskopisch ausfahrbarer Arm 50 an einem Ende an dem unteren Teil des Gehäuses starr befestigt ist und einen zweiten Schweißkopf 52 trägt, der an dem anderen Ende angeordnet ist. Die beiden Schweißköpfe sind so ausgebildet, daß ihnen mittels bekannter Einrichtungen eine Winkeldrehung gegeben werden kann, um sie auf die Zusammenfügungsstelle des T-Spants und der Innenfläche 4 4 der Schalenbaugruppe auszurichten. Die beiden teleskopisch ausfahrbaren Arme 46, 50 sind so ausgebildet, daß mittels bekannter Einrichtungen die beiden Schweißköpfe radial zu der Innenfläche 44 hin- und

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von derselben wegbewegt werden können, um die Schweißköpfe auf entgegengesetzten Seiten des T-Spants auszurichten, damit sie zur Erzielung geeigneter Schweißungen Strahlung auf die Zusammenfügungsstelle fokussieren können.

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

Die erste Welle 22 hat eine zentrale Durchgangsbohrung 60, in der ein erster Ablenker 62 mit einer Reflexionsfläche 64 angeordnet ist, die einen Teil eines durch die Bohrung hindurchgehenden Strahlungsbündels 66 schneidet und durch ein erstes Loch 68 in der Wand 70 der ersten Welle reflektiert. Der erste Ablenker ist optisch auf einen ersten Fokussierspiegel 72 innerhalb des ersten Schweißkopfes über einen sich durch den ersten teleskopisch ausfahrbaren Arm 46, den oberen Teil des Gehäuses und das erste Loch erstreckenden Weg 74 ausgerichtet. Ein zweiter Ablenker 76, der innerhalb der zentralen Durchgangsbohrung axial versetzt von dem ersten Ablenker angeordnet ist, hat eine Reflexionsfläche 78, die denjenigen Teil der Strahlung 66, der an dem ersten Ablenker vorbeigeht, zu einem zweiten Fokussierspiegel 80 in dem zweiten Schweißkopf 52 reflektiert. Der zweite Ablenker ist auf den zweiten Fokussierspiegel über ein zweites Loch 82 in der Wand 70 und einen zweiten Weg 84, welcher sich

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durch den unteren Teil des Gehäuses und den zweiten teleskopisch ausfahrbaren Arm 50 erstreckt, optisch ausgerichtet. Die beiden Fokussierspiegel sind in bekannter Weise so ausgebildet, daß sie die Strahlung über Schweißabschirmungen 86 auf die Zusammenfügungsstelle des T-Spants und der Innenwand 44 fokussieren.

Gemäß Fig. 1 ist eine zweite Welle 88 an einem Ende mittels zweiter Lager 90 am unteren Ende der ersten Welle drehbar befestigt. Die zweiten Lager gestatten der ersten Welle, sich innerhalb der zweiten Welle frei zu drehen. Die zweite Welle 88 ist mit einem Hubantrieb 92 gekuppelt, der dazu dient, die zweite Welle und das daran über die erste Welle befestigte Gehäuse mittels bekannter Vorrichtungen zu heben und zu senken, beispielsweise mittels eines Drehkranzes 94 mit einem inneren Schraubengewinde (nicht gezeigt), das mit einem in der Außenfläche der zweiten Welle gebildeten Schraubengewinde 96 in Eingriff ist, und mittels eines Antriebsritzels 98, das mit den Außenzähnen 1OO an dem Drehkranz kämmt. Das Antriebsritzel ist durch einen geeigneten Motor 102, beispielsweise einen Servomotor, drehbar. Die zweiten Lager 90 gestatten der zweiten Welle 88, sich während ihrer Auf- und Abbewegung zu drehen, wobei der ersten Welle ermöglicht wird, stationär zu bleiben. Die Lager gestatten außerdem der ersten Welle, sich zu drehen, während die zweite Welle stationär bleibt. Der Hubantrieb ist typischerweise unterhalb einer durch ein unteres Ende 104 der Schalenbaugruppe gehenden Horizontalebene angeordnet. Der Hubantrieb, der in einer Vertiefung 101 angeordnet ist, gestattet, das Ende der zweiten Welle, das die zweiten Lager 90 hat, ausreichend weit unter diese Horizontalebene abzusenken, damit T-Spanten in unmittelbarer Nähe des Endes 104 der Schale angeschweißt werden können, und die

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zweite Welle ausreichend hoch anzuheben, damit die Preßstempel 30 in der Lage sind, T-Spanten an einem oberen Ende 106 der Schalenbaugruppe gegen die Innenwand 44 der selben zu pressen.

Die erste Welle 22 kann von der zweiten Welle losgekuppelt werden, um die Verwendung eines oberhalb der Schalenbaugruppe angeordneten Bockkrnns (nicht gezeigt) zum Herausziehen der ersten Welle und des Gehäuses aus der Schalenbaugruppe und zum Einführen der ersten Welle und des Gehäuses in die Schalenbaugruppe mittels bekannter Einrichtungen zu gestatten. Der Drehantrieb 26 enthält einen zweiten Drehkranz 108, der symmetrisch um die erste Welle angeordnet und an dieser starr befestigt ist, so daß eine vollständige Umdrehung des Drehkranzes eine vollständige Umdrehung der ersten Welle ergibt. Ein zweites Antriebsritzel 110, das mit den äußeren Zähnen des Drehkranzes kämmt, kann durch einen geeigneten Motor (nicht gezeigt) in Drehung versetzt werden.

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

Im Betrieb wird eine Schalenbaugruppe 10, die vormontiert worden ist, zwischen die Spannsäulen 14 mittels eines Bockkrans (nicht gezeigt) od.dgl. eingeführt, der oberhalb der Vorrichtung angeordnet ist. Die Kraftantriebe 18, die längs jeder Spannsäule angeordnet sind, werden mittels bekannter Einrichtungen gespeist, um einen Radialdruck auf

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die Außenfläche der Schalenbaugruppe auszuüben, damit die Schale während des Schweißvorganges starr festgehalten wird. Der über der Vorrichtung angeordnete Bockkran wird dann benutzt, um einen T-Spant umfangsmäßig an der Innenfläche der Schale an einer ersten Stelle in der Nähe des unteren Endes 104 der Schalenbaugruppe anzuordnen. Das Gehäuse 28, die erste Welle 22 und der Drehantrieb 26 werden dann in die Schalenbaugruppe eingeführt, die C-förmigen Spannbacken 36 der Preßstempel 30 werden mit dem oberen Teil 38 des T-Spants in eine Linie gebracht und der Stempel wird durch eine Hydraulikeinrichtung od. dgl. betätigt, wodurch die C-förmige Spannbacke an dem oberen Teil des T-Spants festgelegt und der Stegteil 42 gegen die Innenfläche 44 der Schalenbaugruppe gepreßt wird. Der Preßstempel hält den Stegteil an der Innenfläche, um zwischen ihnen eine zum Schweißen geeignete Zusammenfügungsstelle zu bilden. Außerdem halten die Preßstempel auch die Axialposition des T-Spants während des Schweißvorganges aufrecht.

Nachdem der T-Spant an der Innenfläche positioniert worden ist, werden die beiden Schweißköpfe 48, 52 auf die Zusammenfügungsstelle oberhalb bzw. unterhalb des T-Spants ausgerichtet, indem die beiden Arme 46, 50 ausgefahren werden, um die Schweißköpfe nahe an die Zusammenfügungsstelle zu bewegen, und indem die Schweißköpfe mittels bekannter Einrichtungen gedreht werden, um die Schweißköpfe auf die Zusammenfügungsstelle auszurichten. Laserstrahlung aus einer Quelle (nicht gezeigt) außerhalb der Vorrichtung wird durch die zentrale Bohrung 60 der ersten Welle gerichtet, in welcher ein Teil der Strahlung durch den ersten Ablenker 62 unterbrochen und auf einem ersten Weg 74 in den Schweißkopf reflektiert wird, wo sie durch den ersten Fokussierspiegel 72 auf die Zusammenfügungsstelle fokussiert wird, um eine T-Stoß-Schweißung

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auszuführen, während der übrige Teil der Strahlung zu dem zweiten Ablenker 76 geht und über den zweiten Durchlaß 84 in den zweiten Schweißkopf 52 geleitet wird, wo die Strahlung durch den zweiten Fokussierspiegel 80 auf die Unterseite der Verbindungsstelle fokussiert wird, um darin eine zweite T-Stoß-Schweißunq vorzunehmen.

Der in dem Hohlraum 56 in dem Gehäuse 28 angeordnete und durch die Lager 58 abgestützte Kopf 54 jedes Preßstempels 30 gestattet dem Gehäuse sich zu drehen, wenn sich die erste Welle dreht, während die Preßstempel beim Pressen gegen die T-Spanten in einer stationären Position gehalten werden. Nachdem das zweiseitige Anschweißen des Stegteils des T-Spants an die Schale eingeleitet worden ist, wird die erste Welle mit kontrollierter Geschwindigkeit durch die Drehung des Drehantriebs 26 gedreht, so daß der erste und der zweite Schweißkopf gleichzeitig die Strahlung auf die Verbindungsstelle richten und eine durchgehende Schweißverbindung längs des gesamten Umfangs des T-Spants herstellen, wenn sie den Innenumfang der Schalenbaugruppe überqueren. Bei der Herstellung der T-Schweißungen kann Zusatzmetall in bekannter Weise benutzt werden.

Nachdem ein T-Spant auf dem gesamten Umfang der Schale verschweißt worden ist, wird die Laserstrahlung abgeschaltet, die Preßstempel werden inaktiviert und von dem T-Spant zurückgezogen und die beiden Schweißköpfe werden so verstellt, daß sie über den oberen Teil des T-Spants hinwegbewegt werden können, und schließlich radial eingefahren. Der Hubantrieb 92 wird dann aktiviert, um die zweite Welle 88 um eine Strecke anzuheben, die ausreicht, um die Preßstempel in eine Linie mit einer zweiten Axialposition an der Innenfläche der Schale zu bringen, und ein weiterer T-Spant wird in das Innere der Schale eingeführt und mit-

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tels bekannter Einrichtungen in eine Linie mit der zweiten Axialposition der Innenfläche gebracht und anschließend werden die Preßstempel aktiviert, so daß die C-förmigen Spannbacken sich gegen den oberen Teil 38 des T-Spants legen und den T-Spant gegen die Innenfläche 44 drücken, um eine zum Verschweißen geeignete Zusammenfügungsstelle herzustellen. Der oben beschriebene Schweißvorgang wird dann wiederholt, um den T-Spant an die Schale anzuschweißen. Dieser Prozeß wird für jede Reihe von T-Spanten wiederholt, bis die T-Spanten umfangsmäßig an die Schalenoberfläche auf der gesamten Länge der Schalenbaugruppe angeschweißt worden sind, um eine für die Schiffsherstellung geeignete vollständige Schiffskörpersektion herzustellen.

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

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

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In einer Ausführungsform sind die Spannsäulen auf Schienen 16 angeordnet, damit die Spannsäulen bei Schalenbaugruppen benutzt werden können, die einen veränderlichen Durchmesser und eine veränderliche Gestalt haben. Die Schalenbaugruppe kann auf einen Drehtisch aufgesetzt werden, mittels welchem die Schalensektion umfangsmäßig um die beiden Wellen gedreht wird. In dieser Ausführungsform sind die beiden Laserschweißköpfe stationär und die Preßstempel 30 drehen sich mit der Schalenbaugruppe innerhalb des Gehäuses unter Benutzung der Lager 46. Außerdem kann die Trageinrichtung 12 aus einer durchgehenden Wand aus Beton od.dgl. bestehen und zum Schweißen von Schalenbaugruppen benutzt werden, deren Querschnitt einen gleichmäßigen Durchmesser hat.

Die Vorrichtung nach der Erfindung dient zum gleichzeitigen Herstellen von oberen und unteren T-Schweißverbindungen an der Zusammenfügungsstelle des T-Spants und der Innenfläche, um die thermische Verwindung des Metalls und deren nachteilige Auswirkungen zu minimieren. Das gleichzeitige obere und untere Schweißen der T-Spanten erhöht beträchtlich die Geschwindigkeit, mit der die T-Spanten an die Schalenbaugruppe angeschweißt werden. Da die Schweißungen gleichzeitig oberhalb und unterhalb des T-Spants und kontinuierlich in einem einzigen Durchgang hergestellt werden, wird das Reinigen der Schweißfläche zwischen den Durchgängen, das im Stand der Technik erforderlich ist, eliminiert. Darüber hinaus eliminiert das Oben- und Untenschweißen das Erfordernis, zuerst eine Normallagenschweißung auf einer Seite des T-Spants auszuführen und dann die Baugruppe umzudrehen, um eine Normallagenschweißung auf der anderen Seite des T-Spants auszuführen.

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Claims

Patentansprüche :

1. Vorrichtung zum Herstellen von Schiffskörpersektionen, die für den Schiffbau geeignet sind, gekennzeichnet durch eine Stützeinrichtung (12) zum umfangsmäßigen Umschließen einer Schalenbaugruppe (10) und zum radialen Pressen gegen eine Außenfläche (20) der Schalenbaugruppe, um die Bewegung der Schalenbaugruppe in radialer Richtung zu begrenzen;

durch innere Preßeinrichtungen (30) zum radialen Pressen von T-Spanten (40), die umfangsmäßig um eine Innenfläche (44) der Schalenbaugruppe in einer vorgewählten Axialposition angeordnet sind, gegen die Innenfläche der Schalenbaugruppe, um zwischen ihnen eine zum T-Schweißen geeignete Zusammenfügungsstelle zu bilden und die Umfangsaxialposition des T-Spants während der Schweißung aufrechtzuerhalten;

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ORIGINAL INSPECTED

durch Einrichtungen (32, 34, 48, 52, 62, 72, 76, 80) zum Fokussieren von Strahlung (66) auf die Zusammenfügungsstelle für das Anschweißen des T-Spants an die Schalenbaugruppe;

durch Einrichtungen (22, 26, 70) zum Drehen der Fokussiereinrichtungen um eine Längsachse der Schalenbaugruppe, um die Strahlung umfangsmäßig über die Zusammenfügungsstelle zu bewegen und den T-Spant umfangsmäßig mit der Schalenbaugruppe zu verschweißen;

durch Einrichtungen (92) zum Axialpositionieren der inneren Preßeinrichtungen und der Fokussiereinrichtungen in ausgewählten Positionen längs der Längsachse innerhalb der Schalenbaugruppe; und

durch Einrichtungen (68, 74, 82, 84) zum Richten von Strahlung aus einem Laser, der eine zum Schweißen geeignete Strahlung liefern kann, zu den Fokussiereinrichtungen.

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

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

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

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (22, 26, 70) zum Drehen der Fokussiereinrichtungen (32, 34, 48, 52, 62, 72, 76, 80) enthalten:

eine erste Welle (22), die mittels einer oberhalb der Stützeinrichtung (12) angeordneten Kraneinrichtung in den zentralen Teil der Schalenbaugruppe (10) längs der Längsachse eingeführt und aus derselben herausgenommen werden kann;

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

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiereinrichtungen (32, 34, 48, 52, 62, 72, 76, 80) enthalten:

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

einen ersten teleskopisch ausfahrbaren Arm (46), der sich radial von dem Gehäuse (28) aus zu der Innenfläche (44) der Baugruppe (10) erstreckt und mit einem ersten Ende starr an einem oberen Teil des Gehäuses (28) und mit einem zweiten Ende an dem ersten Schweißkopf (48) befestigt ist und zum Einstellen des Abstandes zwischen dem ersten Schweißkopf und der Innenfläche der Schalenbaugruppe dient;
einen zweiten Schweißkopf (52) zum Fokussieren der Strah-

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

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Preßeinrichtungen aus mehreren Preßstempeln (30) bestehen, die umfangsmäßig und in gegenseitigem Abstand um das Gehäuse (28) angeordnet sind und sich radial von dem Gehäuse aus zu der Innenfläche (44) der Schalenbaugruppe (10) erstrecken, wobei jeder Preßstempel enthält:

einen ersten Arm (32), an dessen einem Ende ein Kopf (54) befestigt ist, welcher in einem Hohlraum (56), der umfangsmäßig innerhalb eines zentralen Teils des Gehäuses (28) angeordnet ist, beweglich gelagert ist und stationär bleibt, wenn sich das Gehäuse um die Längsachse dreht; einen zweiten Arm (34), der innerhalb einer zentralen Bohrung in dem ersten Arm zum radialen Verlängern und Verkürzen des Preßstempels (30) verschiebbar ist; und eine Spannbacke (36), die an einem Ende des zweiten Arms befestigt ist und dazu dient, T-Spanten (40) radial gegen die Innenfläche (44) der Schalenbaugruppe (10) zu pressen, damit zwischen ihnen zum T-Stoß-Schweißen geeignete Zusammenfügungsstellen gebildet werden und die Position des T-Spants während des Schweißens aufrechterhalten wird.

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

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9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (92) zum Axialpositionieren der inneren Preßeinrichtungen (30) und der Fokussiereinrichtungen (32, 34, 48, 52, 62, 72, 76, 80) enthalten:

eine zweite Welle (88) mit einem ersten Ende, das am unteren Ende der ersten Welle (22) unterhalb des Gehäuses (28) drehbar befestigbar ist, so daß sich die erste Welle um die Längsachse innerhalb des Endes der zweiten Welle drehen kann, während die zweite Welle stationär bleibt; und

einen Hubantrieb (92) zum Heben und Senken der zweiten Welle, um dadurch das Gehäuse zu heben und zu senken und die inneren Preßeinrichtungen (30) und die Fokussiereinrichtungen in eine Linie mit ausgewählten Axialpositionen längs der Innenfläche (44) der Schalenbaugruppe (10) zu bringen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubantrieb (92) unterhalb einer Horizontalebene durch das untere Ende der Schalenbaugruppe (10) angeordnet ist, damit die Schalenbaugruppe in die Stützeinrichtung (12) hinein- und aus derselben herausbewegt werden kann.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Säulen (14) bewegbar ist, wodurch die Stützeinrichtung (12) eine Seitenöffnung hat, durch die eine Schalenbaugruppe (10) hindurchbewegt werden kann.

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

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beide Seiten der Zusanunenfügungsstelle in einer Radialposition fokussieren.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Leiten der Strahlung auf die Fokussiereinrichtungen (32, 34, 48, 52, 62, 72, 76, 80) enthalten:

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

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

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

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14. Verfahren zum Herstellen von versteiften Schiffskörpersektionen, die für den Schiffbau geeignet sind, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

umfangsmäßiges Umschließen einer Schalenbaugruppe mit einer Stützeinrichtung, mittels welcher radial gegen eine Außenfläche der Schalenbaugruppe gepreßt werden kann, um die Bewegung der Schalenbaugruppe in radialer Richtung zu begrenzen;

Einführen von T-Spanten in das Innere der Schalenbaugruppe;

Positionieren der T-Spanten umfangsmäßig um eine Innenfläche der Schalenbaugruppe in einer ersten vorgewählten Axialposition;

Einführen von Preßeinrichtungen und von Strahlungsfokussiereinrichtungen zum Anschweißen der T-Spanten an die Innenfläche in das Innere der Schalenbaugruppe;

Ausrichten der Preßeinrichtungen in einer Linie mit der Axialposition der T-Spanten;

Aktivieren der Preßeinrichtungen, wobei Spannbacken der Preßeinrichtungen die T-Spanten erfassen und diese gegen die Innenfläche der Schalenbaugruppe pressen, um zwischen ihnen eine zur T-Stoß- Schweißung geeigneteZusammenfügungsstelle zu schaffen und die Axialposition der T-Spanten aufrechtzuerhalten;

Ausrichten der Strahlungsfokussiereinrichtungen auf die Zusammenfügungsstelle, wobei ein erster Schweißkopf auf eine Seite der Zusammenfügungsstelle ausgerichtet wird,

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um dieser Seite der Zusammenfügungsstelle in einer besonderen Radialposition Strahlung zuzuführen, und wobei ein zweiter Schweißkopf auf eine zweite Seite der Zusammenf ügungsstelle ausgerichtet wird, um gleichzeitig der zweiten Seite der Zusammenfügungsstelle in derselben Radialposition Strahlung zuzuführen;

gleichzeitiges Zuführen von Strahlung zu den beiden Schweißköpfen zum T-Stoß-Schweißen des T-Spants an die Innenfläche;

Drehen der Schweißköpfe, während diesen Strahlung zugeführt wird, zum umfangsmäßigen T-Stoß-Schweißen der T-Spanten an die Innenfläche,

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

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

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß beim Herstellen von T-Stoß-Schweißungen der Zusammenfügungsstelle Zusatzmetall zugeführt wird, während ihr Strahlung zugeführt wird.

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

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Einführen weiterer T-Spanten in das Innere der Schalenbaugruppe ;

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

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

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

Zuführen von Strahlung zu den Schweißköpfen, um gleichzeitig T-Stoß-Schweißungen auf beiden Seiten der Zusammenfügungsstelle in der Radialposition herzustellen;

Drehen der Schweißköpfe umfangsmäßig längs der Zusammenfügungsstelle, um dieser kontinuierlich Strahlung zum^T~Stoß-Schweißen des gesamten ümfangs des T-Spants an die Innenfläche zuzuführen;

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

Zurückziehen der Schweißköpfe von dem T-Spant;

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

Entnehmen der Schiffskörpersektion aus der Stützeinrichtung.

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