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