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Verfahren zur Herstellung von Rohren aus einem Metallband
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Rohren aus einem Metallband und betrifft insbe- sondere die Erzeugung von Rohren mit Wänden, die aus einer Anzahl von Blechschichten gebildet sind.
Die USA-Patentschrift Nr. 2. 292, 810 beschreibt ein Verfahren zur Querverformung eines Metallban- des um etwa 720 , während das Band sich. der Länge nach bewegt, um ein Rohr mit zweischichtigen Wänden zu bilden. Milliarden von Metern ausgezeichneter Rohre für hydraulische und andere Zwecke sind unter Anwendung dieses bekannten Verfahrens erzeugt worden. Das Verfahren verursacht jedoch ge- wisse Herstellungsschwierigkeiten, deren Beseitigung das Ziel der Erfindung ist.
Nach dem bekannten Verfahren wird ein Teil des Metallbandes in der Nähe des einen Randes um etwa
900 scharf nach oben gebogen. Der andere Rand des Bandes wird dann gegen den aufgebogenen Teil ge- rollt oder gewickelt, der während der Längsbewegung des Bandes eine Führung für dieses bildet und das
Band gegen den seitlichen Formdruck abstützt, der beim Einrollen oder Einwickeln des Bandes auftritt.
Nachdem das Band etwa 1 1/2 mal zusammengedreht worden ist, wird der Teil des Bandes, der den schar- fen L-förmigen Knick enthält, geglättet, um diesen Teil mit einer Krümmung zu versehen, die derje- nigen ter äusseren Schicht der Rohrwand angenähert ist. Der letztgenannte Teil des Bandes wird sodann um denbereits eingerollten Teilherumgewickelt, um den Einrollvorgang abzuschliessen.
Bei diesem Verfahren werden die Bandteile, die zuerst 1 1/2 mal zusammengerollt werden, beträcht- lich stärker gedehnt als die Teile, die nur um die verbleibende Hälfte der Rohraussenseite gewickelt wer- den. Dies hat ungleiche-Spannungen zur Folge, die das Rohr während der darauffolgenden Behandlung spiralig einzudrehen und um seine Längsachse zu verwinden suchen, wenn es z. B. erhitzt wird, um die WaJ1dschichten miteinander zu verbinden. Überdies wird der Teil, der zuerst L-förmig geknickt und dann geglättet wurde, durch die Verformung stärker versteift als die übrigen Teile des Rohres, wodurch das Ein- rollen des äusseren Teiles zum Abschluss der Rohrbildung erschwert wird.
Ausserdem wird der Rand des Ban- des in der Nähe des scharfen L-förmigen Knicks während der Bildung des Knicks in solchem Masse gedehnt, dass er nach Durchlaufen der den L-förmigen Knick bildenden Rollen Wellen aufweist, die durch weiteres
Walzen geglättet werden müssen, wodurch dieser Randteil des Bandes durch Verformung stärker versteift
Wird als die angrenzenden Teile.
Mit Rücksicht auf diese besonderen Umstände hat man das Rohr über einen Dorn geführt und starken zusammendrückenden Kräften unterworfen, um die Schichten in berührende Verbindung zu bringen und dadurch zu vermeiden, dass sich das Rohr aufrollt und nach Verlassen der Rohrerzeugungseinrichtung ein- rollt oder verwindt. Das Rohr gleitet über den Dorn mit einer Geschwindigkeit von 90 bis 120 m pro Mi- nute. Verschiedene Teile am Rohrumfang werden durch die Verformung in wesentlich unterschiedlichen
Graden versteift.
Infolgedessen ist die Abnutzung des Dorns stark und ungleichmässig, und der Dorn muss häufig ausgewechselt werden, was einen häufigen Stillstand der Rohrerzeugungsanlage bedingt, der wegen der dadurch verlorenen Erzeugungsstunden und der zur Auswechslung des Dorns erforderlichen Arbeitsstun- den teuer zu stehen kommt.
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die Verengung des vorgebogenen Bandes zu der gewünschten Rohrform durchgeführt wird. Das Vorbiegen der Randbereiche erfolgt in mehreren Verformungsstufen derart, dass der Krümmungsradius der Randbereiche demjenigen des fertigen Rohres entspricht.
Durch diese mehrstufige Verformung erhält das Metall in
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den Randbereichen eine sehr hohe Härte, so dass der nachträgliche Ausgleich von Verformungsfehlern, die infolge der Mehrstufigkeit praktischnicht vermeidbar sind, nicht durchgeführt werden kann.
Die Erfindung lehnt sich an das letzte erwähnte Verfahren an, dessen Mängel aber dadurch vermieden werden, dass die Vorbiegung der Randbereiche des Bandes bis zu einem Krilmmungsdurchmesser, welcher dem Durchmesser des fertigen Rohres entspricht, in einer Verformungsstufe vorgenommen. wird, und dass die Vorbiegung der gegen die Mitte anschliessenden Bereiche des Bandes und die Verengung des Rohrkörpers ohne zusätzliche Verformung der Randbereiche erfolgt.
Die Spannungen und die Versteifung des Bandes infolge der Verformung sind im wesentlichen über den Umfang des so gebildeten Rohres gleichförmig, und die Neigung des Rohres, sich aufzurollen, zu verwinden oder spiralig einzurollen, wird bedeutend vermindert oder ganz beseitigt.
In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Rohrerzeugungsanlage zur Ausführung der Erfindung, Fig. 2 eine zusammengesetzte, teilweise nur bruchstückhaft gezeichnete Darstellung, die die Verformung des Bandes in verschiedenen anfänglichen Stadien erläutert, die Fig. 3, 4 und 5 sind Querschnitte durch das Band während fortschreitender Stadien seiner Verformung und dieFig. 6und 7 Querschnitte, die die Endstadien der Rohrbildung zeigen und das Rohr darstellen, wie es über einen Dorn geführt wird.
In Fig. 1 ist eine Rohrerzeugungsanlage dargestellt, die von einer allgemein üblichen Art sein kann und ein flaches Metallband 11 von einer Rolle 12 abzieht und das Band durch eine Reihe von formenden Rollen führt, um das Band zur Bildung eines Rohres 13 quer zu verformen, das anschliessend durch einen geeigneten Ofen oder Erhitzer 14gefahrtwird, um das Rohr zu erwärmen und seine Berührungsflächen zu ver- schmelzen oder auf sonstige Art zu verbinden. Das Rohr wird hierauf durch einen Kühler, z. B. einen Was- sermantel 15, geführt, aus dem es als fertiges Rohr 16 austritt.
Die Rohrerzeugungsanlage 10 enthält, wie dargestellt, eine Anzahl von Sätzen von oben und unten angreifenden Formrollen 20-24, eine Reihe seitlich angreifender Formrollen 25-31 und zwei Sätze von Endbearbeitungsrollen 32 und 33. Selbstverständlich ist diese Anordnung der Rollen nur ein Ausführungsbei- spiel, und es können die Rollen in irgendeiner gewünschten Weise angeordnet werden, je nach den besonderen Erfordernissen des gerollten Rohres. In manchen Fällen wird ein Dorn 35 (Fig. 7) im Innern des Rohres zwischen den Endbearbeitungsrollen 32 und 33 verwendet. Dieser Dorn ist durch eine lange Stange 36 verankert, die in das teilweise geformte Rohr, wie z. B. bei 37, eingeführt wird, bevor die Rohrform geschlos- sen wird.
Der erste Rollensatz 20 schrägt die Randteile des Bandes in entgegengesetzter Richtung, wie bei 39 und 40 (Fig. 2) gezeigt, zu einem Zweck ab, der noch beschrieben wird. Die Teile 41 und 42 des Bandes, die an die gegenüberliegenden Ränder desselben grenzen, werden dann im Rollenpaar 21 im Gegenuhrzeiger-bzw. Uhrzeigersinn querverformt u. zw., wie Fig. 2 zeigt, um etwa 90 um Krümmungsradien, die im wesentiicnen dem Radius des zu erzeugenden Rohres angenähert sind. L1 einigen Fällen können die Radien der Teile 41 und 42 gleich und in andern Fällen können sie geringfügig verschieden sein, um das Einrollen der einen Längshälfte des Bandes um die andere Längshälfte zu erleichtern und die letzten Bildungsstadien der Rohrherstellung zu vereinfachen.
Diese Stufe kann bei den von oben und unten angreifenden Rollen 21 durchgeführt werden, und es ist zu bemerken, dass die Teile 43 und 44 des Bandes, die in Längsrichtung zwischen dem ebenen Mittelteil 45 desselben und den gekrümmten Rändern liegen, dabei noch im wesentlichen flach bleiben.
Wenn das Band durch die von oben und unten angreifenden Rollen 22,23 und 24 läuft, werden die Zwischenteile 43 und 44 des Bandes nach fortschreitend abnehmenden Krümmungsradien querverformt, die grösser als die Anfangsradien der Teile 41 und 42 sind. Die Teile 43 und 44 werden im Gegenuhrzeigerbzw. Uhrzeigersinn verformt, um die Seitenränder des Bandes zueinander zu führen, und die sich ändernden Radien dieser Teile des Bandes sind in Fig. 2 bei 43a-c und 44a-c im wesentlichen dargestellt. Die Radien der Teile 41 und 42bleiben während der Bildung der Teile 43 und 44 im wesentlichen unverändert, obwohl infolge der durch diese Verformung des Bandes erzeugten Spannungen eine geringe Formveränderung entstehen kann.
Das Band läuft dann durch seitlich angreifende Rollen 25 und 26, wo die Zwischenteile 43 und 44 des Bandes weiter querverformt werden, so dass das Band im wesentlichen Rohrform annimmt, wobei die Seitenränder des Bandes übereinander eine gedachte, gemeinsame, durch die Rohrachse gehende Ebene P berühren, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Zwischenteile 43 und 44 wurden nach Krümmungsradien verformt, die sich voneinander genügend unterscheiden, dass der Teil 42 um mindestens die Dicke des Bandes radial ausserhalb des Teiles 41 liegt, so dass beim weiteren Einrollen der Teil 42 den Teil 41 überlappt.
Beim Einrollen des Bandes aus seinem flachen Zustand zu dem im wesentlichen rohrförmigen, im
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2dargestelltenüberliegenden Seiten der Längsmittelteile 45 liegen. Gegenlager zur Abstützung des Bandes gegen die seitlichen Formdruckkräfte gebildet, die auf gegenüberliegende Hälften des Bandes ausgeübt wurden.
Das Band wird dann durch seitlich ausgreifende Rollen 27 und 28 geführt, in denen der Teil 42 des Bandes über das Äussere des Teiles 41 gelegt wird und die Zwischenteile 43und 44 des Bandes weiter querverformt werden, so dass die Längshälften des Bandes auf gegenüberliegenden Seiten des Längsmittelteiles 45 sich gegenseitig übereinander zu wickeln beginnen. Die Hälfte, die die Teile 41 und 43 des Bandes enthält, bildet sich aussen im wesentlichen entsprechend der Innenseite der Hälfte aus, die die Teile 42 und 44 enthält, während anderseits die letztgenannte Hälfte sich im wesentlichen entsprechend der Aussenfläche der Hälfte ausbildet, die die Teile 41 und 43 enthält. Der Zustand des Bandes zu diesem Zeitpunkt ist im wesentlichen in Fig. 3 dargestellt.
Es ist zu bemerken, dass das Band in der Umgebung seines Längs-
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inzwischen mit einer Abstufung 46-zu einem ZweckFormgebung mittels der von oben und unten angreifenden Rollen 22.
Wenn das teilweise geformte Rohr die seitlich angreifenden Rollen 29 und 30 durchläuft, werden die Krümmungsradien der äusseren und inneren Hälften fortschreitend vermindert, so dass sich die Hälften noch weiter umeinander wickeln, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Das Rohr wird hierauf durch die seitlich angreifenden Rollen 31 geführt, wo die Hälften weiter eingerollt und im Radius reduziert werden, um die Abschrägungen 39 und 40 in nächste Nähe der gegenüberliegendenFlächen der Abstufung 46 zu bringen. Das Rohr wird dann durch die Endbearbeituagsrollen32und 33 geführt, die die umeinandergewickelten Hältten weiter zusammendrücken, um die Abschrägungen auf die Abstufung zu legen, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist.
Wie ausgeführt, kann es vorteilhaft sein, einen inneren Dorn in Verbindung mit den Endbearbeitungsrollen zu verwenden, obwohl ein Dorn nicht in allen Fällen erforderlich ist.
In den in den Fig. 3-5 dargestellten Stadien suchen die Teile 41 und 42 ihre ursprünglichen Krümmungsradien beizubehalten, können aber unter den im Band beim Einwickeln auftretenden Spannungen ihre Form vorübergehend etwas verändern. Insbesondere kann der äussere Teil 42 in den Zwischenstadien (Fig. 4) zu einem etwas flacheren Zustand gestreckt werden, aber dieser Teil springt zurück und sucht sei- nen ursprünglichen Radius in den späteren Stadien (Fig. 6) wieder anzunehmen, um ein verhältnismässig dichtes Herumwickeln der äusseren Schicht um die innere zu erleichtern.
In den letzten als auch in den früheren Bildungsstadien bilden die gekrümmten Teile des Bandes auf einer Seite Widerlager zur Abstützung des Bandes gegen seitliche, auf die Gegenseite wirkende Formdruckkräfte. Sowohl die innere als auch die äussere Hälfte des Bandes werden um etwa 3600 eingerollt. und das Einrollen erfolgt so angenähert symmetrisch, dass die in den Längshälften des Bandes entstehenden Span- nungen praktisch gleich sind. Der Umstand, dass die innere Schicht mit geringfügig kleinerem Krümmungsradius gebildet wird, verursacht keinen nachteiligen Spannungsunterschied.
Die Neigung der inneren Schicht, radial nach aussen zurückzuspringen und der Widerstand der äusseren Schicht dagegen läuft darauf hinaus, die Schichten in enger und gleichförmiger gegenseitiger Berührung zu halten, wenn das Rohr aus der Rührerzeugungsanlage 10 austritt. Das Rohr zeigt nur wenig oder gar keine Neigung, sich zu öffnen. Die Randlinie an den Berührungsstellen der Abschrägungen 39,40 und der Abstufung 46 ist im wesentlichen über die Länge des Rohres gerade. Da die Spannungen längs der Umfangsabschnitte des Rohres gleichförmig sind, zeigt dieses nur wenig oder gar keine Neigung, sich zu verwinden oder spiralig einzurollen.
Diese Faktoren setzen die im Gebiet der Endbearbeitungsrollen 32 und 33 erforderlichen Drücke bedeutend herab, und wenn ein Dorn 35 verwendet wird, hat er eine lange Lebensdauer, wodurch die Arbeits-und Maschinenstunden, die bei der Dornauswechslung verloren gehen, auf ein Minimum reduziert werden. Ausserdem erfolgt, da die mit dem Dorn in Eingriff kommenden Rohrteile im wesentlichen gleichmässig durch die Verformung versteift werden, eine nur geringfügige oder überhaupt keine ungleiche Abnutzung des Dorns. Allgemeiner ausgedrückt, erleichtert das symmetrische Einrollen der verschiedenen Umfangsabschnitte des Rohres die allmähliche, im wesentlichen gleiche Verformung aller Umfangsabschnitte des Rohrmaterials und macht den Einrollvorgang des Rohres verhältnismässig störungsfrei.
Ein Beispiel für ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestelltes Rohr ist das folgende : Das Band besteht aus Stahl von verhältnismässig niedrigem Kohlenstoffgehalt und ist0, 36 mm dick und 57, 2 mm breit. Dieses Band wird zu einem zweischichtigen Rohr mit einem Aussendurchmesser von 9,5 mm und einer Wandstärke von 0, 72 mm gerollt. Durch Versuche wurde gefunden, dass bei Herstellung eines Rohres von 9, 5 mm Durchmesser nach der Erfindung sich das Band in Umfangsrichtung um etwa l, 3 mm weniger dehnt als beim eingangs angeführten bekannten Verfahren.
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Die Erfindung ermöglicht es, ein Rohr mit schwereren oder dickeren Wänden zu rollen, als es nach früheren Verfahren möglich war. Ein Grund hiefür ist, dass das erfindungsgemässe Verfahren keine schar- fen Abknickungen des Bandes während des Rollvorganges anwendet, die in der Folge geglättet werden müssen. Verfahren, die das Merkmal des scharfen Abknickens und Glättens aufweisen, können nicht in zweckmässiger Weise angewendet werden, um dicke Materialien zur Bildung dickwandiger Rohre einzurollen, da esinder Praxis zu schwierig ist, diese scharfen Knicke zu glätten und dann die durch die Verformung versteiften, geglätteten Teile um die innere Schicht herumzuwickeln.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine Rohrerzeugungsanlage gemäss der Erfindung Material mit grösseren Toleranzen bezüglich Dicke und Härte verarbeiten kann, als es mit nach früheren Verfahren arbeitenden Anlagen möglich war. Dadurch werden die Maschinen-und Arbeitsstunden verringert, die für die genaue Einstellung bei Behandlung verschiedener Materiallieferungen verloren gehen.
PATENTANSPRÜCHE :
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tem Metallband, welches mit Hilfe von Verformungswalzen während seines Vorschubes aus der flachen Form in die Rohrform überführt wird, wobei in an sich bekannter Weisenach Vorbiegung der Randbereiche des Bandes und anschliessender Vorbiegung der Mittelbereiche die Verengung des vorgebogenen Bandes zu der gewünschten Rohrform durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbiegung der Randbereiche (41,42) des Bandes (11) bis zu einem Krümmungsdurchmesser, welcher dem Durchmesser des fertigen Rohres entspricht, in einer Verformungsstufe vorgenommen wird, und dass die Vorbiegung der gegen die Mitte anschliessenden Bereiche (43,44) des Bandes und die Verengung des Rohrkörpers ohne zusätzliche Verformung der Randbereiche (41, 42) erfolgt.