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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung eines Rohres nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu Prüfung eines Rohres und ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres.
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Aus der Herstellung von längsnahtgeschweißten Rohren für Wärmetauscher ist es bekannt, die Berstfestigkeit der Schweißnaht mittels einer Druckbeaufschlagung der Rohre zu prüfen. Für Flachrohre insbesondere mit eingeformten Sicken oder Stegen, wie sie z. B. in der Druckschrift
DE 10 2004 049 809 A1 beschrieben sind, führt die Druckbeaufschlagung mit einem Prüfdruck regelmäßig zu einer erheblichen Deformation des Rohres, bevor eine Belastungsgrenze der Schweißnaht erreicht ist. Im ungünstigen Fall reißt dabei das Rohr an einer anderen Stelle als der Schweißnaht, so dass keine Aussage über die Festigkeit der Schweißnaht getroffen werden kann.
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Die
US 2007/0157707 A1 offenbart eine Rohrprüfvorrichtung zur Berstfestigkeitsprüfung eines Rohrs.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung eines Rohres anzugeben, bei denen die Festigkeit der Schweißnaht auf zuverlässige Weise geprüft werden kann. Es ist zudem die Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren für ein Rohr anzugeben, das hinsichtlich der Qualität der resultierenden Produkte verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird für eine eingangs genannte Vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch das Abstützen des Rohres zwischen dem ersten und dem zweiten Halteglied während der Druckbeaufschlagung wird auf einfache Weise eine größere Deformation des Rohres vermieden, so dass die sich in Längsrichtung erstreckende Schweißnaht weiterhin die Stelle der geringsten Festigkeit des Rohres bleibt und ein Bersten des Rohres im Regelfall an der Schweißnaht auftritt. Hierdurch lässt sich der Berstdruck der Schweißnaht ermitteln. Zwar liegt der Berstdruck der Schweißnaht üblicherweise weit oberhalb eines maximalen Betriebsdrucks oder spezifizierten maximalen Drucks des Rohres, doch bietet die Ermittlung des Berstdrucks der Schweißnaht eine wichtige Information über die Prozessparameter eines zum Beispiel parallellaufenden Herstellungsprozesses der Rohre.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Stegstruktur des Rohrs als sickenartige Faltung ausgebildet. Solche sickenförmige Stegstrukturen sind einfach und kostengünstig herstellbar, stellen aber besondere Probleme bei der Berstdruckprüfung eines Rohres dar, da sich die Sicken bei nicht abgestützter Druckbeaufschlagung des Rohres entfalten und Stellen verringerter Druckfestigkeit des Rohres ausbilden. Allgemein vorteilhaft ist ein solches Rohr ein Tauscherrohr eines Wärmetauschers.
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Besonders bevorzugt ist das Rohr als Flachrohr ausgebildet, wobei die Schweißnaht insbesondere im Bereich einer schmalen Stirnseite des Rohres verläuft. Solche Flachrohre werden z. B. für Kühlmittelkühler oder andere Wärmetauscher von Kraftfahrzeugen eingesetzt und bestehen häufig aus gebogenen Aluminiumblechen, in denen gemäß der eingangs erwähnten Druckschrift ein oder mehrere sickenartige Stege angebracht sind, um ein Seitenverhältnis des Flachrohres besonders groß gestalten zu können.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Rohr zwischen den Haltgliedern verpresst, wobei durch die Verpressung eine die Schweißnaht umfassende, druckdichte Teilkammer des Rohres ausgebildet wird. Durch diese Abtrennung der Teilkammer wird nur diese mit Druck beaufschlagt und eine Expansion oder Deformation des gesamten Rohres wird auf einfache Weise vermieden. Gerade bei Flachrohren von großer Breite können hierdurch die bei Druckbeaufschlagung gegen die Halteglieder wirkenden Kräfte erheblich reduziert werden, wodurch eine erfindungsgemäße Vorrichtung besonders einfach konstruiert sein kann. In bevorzugter Weiterbildung umfasst dabei zumindest eines der Halteglieder eine sich in der Längsrichtung erstreckende Klemmkante, mittels derer gegenüberliegende Bereiche einer Innenwand des Rohrs dichtend gegeneinander gepresst werden. Bei dieser durch das Halteglied mit seiner Klemmkante bewirkten Deformation des Rohres wird dabei keine die Festigkeit der Schweißnaht unterschreitende Schwachstelle erzeugt. Bei einer bevorzugten Weiterbildung kann zumindest eines der Halteglieder eine sich in Längsrichtung erstreckende Ausformung der Klemmkante aufweisen, mittels der ein Teil einer Innenwand des Rohres gegen die Stegstruktur gedrückt ist. Bei einer solchen Ausführung wird die vorhandene Stegstruktur zur Abdichtung der Teilkammer zumindest mitgenutzt, wodurch das Maß der erforderlichen Deformation des Rohres durch die Halteglieder verringert wird, bzw. die Abdichtung der abgetrennten Teilkammer von dem Rest des Rohres besonders zuverlässig gewährleistet wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist an jedem der beiden Enden des Rohres ein Befüllglied vorgesehen. Hierdurch kann das Befüllen des Rohres besonders schnell erfolgen, so dass ein hoher Durchsatz an zu prüfenden Rohren erreicht wird. Zudem wird die Anzahl an Gleichteilen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vergrößert. Alternativ hierzu kann an einem der Rohrenden aber auch eine Entlüftungs- oder Ausströmlanze vorgesehen sein, die zum Aufbau des Prüfdrucks absperrbar ist. Es kann sich bei der Lanze an einem der Rohrenden auch um eine einfache Abdichtlanze handeln, wobei ein Befüllen des Rohres ausschließlich über die auf einer Seite angeordnete Befülllanze erfolgt.
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In bevorzugter Weiterbildung umfasst das Befüllglied eine Lanze zur Einführung in das Rohr und eine Klemmbacke zur dichtenden Anpressung des Rohrs an die Lanze. Hierdurch wird auf einfache Weise eine Abdichtung des Rohres gegenüber dem Befüllglied im Anschlussbereich gewährleistet. In bevorzugter Detailgestaltung grenzen die Klemmbacke und zumindest eines der Halteglieder in der Längsrichtung des Rohres zumindest aneinander an oder überlappen sich. Hierdurch ist eine Abdichtung einer durch die Klemmbacke ausgeformten Teilkammer des Rohres auch in dem kritischen Anschlussbereich des Befüllglieds gewährleistet.
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Allgemein vorteilhaft erfolgt die Druckbeaufschlagung bis zu einem Bersten der Schweißnaht, um den Berstdruck der Schweißnaht zu ermitteln. Selbst bei Ausführungen, bei denen der Berstdruck der Schweißnaht einen maximalen spezifizierten Druck des Rohres in jedem Fall weit übersteigt, können durch die Ermittlung des Berstdrucks wertvolle Informationen über die Qualität der hergestellten Schweißnaht gewonnen werden und hiervon abhängig Prozessparameter der Produktionsanlage optimiert werden.
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Allgemein vorteilhaft ist es bezüglich der Formgebung der Haltglieder vorgesehen, dass das Rohr sowohl in einer ersten Orientierung als auch in einer hierzu umgekehrten Orientierung zur Prüfung zwischen den Haltegliedern angeordnet sein kann. Eine solche umgekehrte Anordnung kann zum Beispiel in einer Rotation um 180° um eine Querachse des Rohrs bestehen, so dass insbesondere eine die Stegstruktur umfassende Rohrseite in der einen Orientierung dem ersten Halteglied gegenüberliegt und in der umgekehrten Orientierung dem zweiten Halteglied gegenüberliegt. Hierdurch resultiert eine erhöhte Toleranz gegenüber Bedienfehlern der Vorrichtung wie etwa dem umgekehrten Einlegen des Rohrs.
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Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Verfahren zur Prüfung eines Rohres erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Durch das Abstützen des druckbeaufschlagten Rohres mittels der angrenzenden Halteglieder wird eine übermäßige Deformation des Rohres vermieden, so dass ein Bersten des Rohres an deformierten Stellen außerhalb der Schweißnaht vor einem Erreichen des Berstdrucks der Schweißnaht vermieden wird.
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In bevorzugter Ausführung des Verfahrens erfolgt nach Schritt b ein Verpressen gegenüberliegender Teile der Rohrwand mittels der Halteglieder, so dass eine druckdichte Teilkammer des Rohres ausgebildet wird, die die Schweißnaht des Rohres umfasst. Durch diesen Verfahrensschritt der Abtrennung einer Teilkammer kann insbesondere bei Flachrohren ein erheblicher Teil des Rohres ohne Druckbeaufschlagung verbleiben, so dass die Ausdehnung des Rohres verringert und weitgehend vermieden wird.
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Besonders bevorzugt wird ein erfindungsgemäßes Verfahren mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchgeführt.
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Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Durch das produktionsbegleitende Prüfen des entnommenen Rohres wird die Qualität der hergestellten Rohre vergleichmäßigt und verbessert. Dabei kann insbesondere die Qualität der längsseitigen Schweißnaht während der Produktion sichergestellt werden, so dass die resultierenden produzierten Rohre von besonders hoher und einheitlicher Qualität sind.
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Besonders bevorzugt ist im Zuge des Herstellungsverfahrens dabei der Schritt des Nachführens von Prozessparametern des Schritts a. vorgesehen, falls das Prüfen des Rohrs in Schritt c. eine nicht ausreichende Festigkeit der Schweißnaht des Rohrs ergeben hat.
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Eine typische Stichprobenmenge an geprüften und produktionsbegleitend entnommenen Rohren beträgt etwa ein Tausendstel oder weniger der produzierten Rohre. Ein den produzierten Rohren zur nicht zerstörungsfreien erfindungsgemäßen Prüfung entnommenes Rohr kann typisch in weniger als 30 Sekunden auf die Berstfestigkeit der Schweißnaht geprüft werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
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Nachfolgend werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt eine Darstellung einer Druckprüfung eines Flachrohres nach dem Stand der Technik.
- 2 zeigt eine ausschnittsweise Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- 3 zeigt eine ausschnittsweise Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- 4 zeigt eine ausschnittsweise Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- 5 zeigt eine ausschnittweise Darstellung einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- 6 zeigt eine ausschnittsweise Darstellung einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- 7 zeigt eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung von der Seite.
- 8 zeigt die Vorrichtung aus 7 in einer Schnittansicht von vorne.
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In 1 ist ein aus einem Aluminiumblech gebogenes Flachrohr 1 mit einer als Sicke 2 ausgeformten stegartigen Ausbildung dargestellt, das an einer kurzen Seite 1a mittels einer sich in Längsrichtung des Rohres 1 erstreckenden Schweißnaht 3 verschlossen ist. Nach dem Stand der Technik wird dieses Rohr über zumindest eines seiner Enden innenseitig mit einem Prüfdruck pi beaufschlagt, was zu einer starken Deformation des Rohres sowie eine Auffaltung der Sicke 2 führt (untere Darstellung in 1). Dabei erfolgt ein Bersten des Rohres häufig nicht im Bereich der Schweißnaht 3, sondern im Bereich der aufgefalteten Sicke 2.
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Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Rohr 1 über den größten Teil seiner Länge zwischen einem ersten Halteglied 4 und einem zweiten Halteglied 5 angeordnet, so dass seine Druckbeaufschlagung nicht mehr zu einer unerwünschten Deformation und Erzeugung von Berststellen führt. In dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach 2 ist das erste Halteglied 4 dabei als stabiler Längskörper aus Stahl mit einer sich über die Länge des Rohres 1 erstreckenden Klemmkante 4a ausgebildet, und das zweite Halteglied 5 ist als ebenes, sich ebenfalls über die Rohrlänge erstreckendes Widerlager für das Rohr 1 ausgebildet. Die Klemmkante 4a hat an ihrer dem Rohr 1 zugewandten Stirnseite eine von verrundeten Kanten begrenzte Auflagefläche, mit der sie gegen eine lange Seitenwand 1b des Rohr abstützbar ist.
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Eines der beiden Halteglieder 4, 5 ist gegen das andere bewegbar, so dass das Rohr 1 durch die Klemmkante 4a in einem Abstützbereich 1c deformiert wird, wobei gegenüberliegende Teile der Rohrwandung gegeneinander gepresst werden. Dies führt zur Ausbildung einer druckdichten Teilkammer 7 des Rohres 1, wobei der restliche Teil 11 des Rohres nicht mit dem Prüfdruck pi beaufschlagt wird.
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Die Klemmkante 4a des ersten Halteglieds 4 ist in ihrer Breite, Form und Positionierung so bemessen, dass die Sicke 2 beim Zusammendrücken des Rohres 1 gequetscht und deformiert wird, so dass eine zusätzliche Abdichtung durch die gegen die gegenüberliegende Rohrwandung gepresste Sicke 2 gegeben ist.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach 3 ist die Klemmkante 4a der Klemmleiste 4 ebenso ausgeführt wie im ersten Ausführungsbeispiel, wobei das Rohr um 180° gedreht eingelegt ist, so dass die Klemmkante 4a auf der der stegartigen Sicke 2 gegenüberliegenden Rohrseite angreift, wogegen im ersten Ausführungsbeispiel die Klemmkante 4a auf der die Sicke 2 aufweisenden Rohrseite angreift. Im Fall des zweiten Ausführungsbeispiels wird die Sicke 2 des Rohres 1 im Zuge der ansonsten funktionsgleichen dichtenden Verpressung und Abstützung der gegenüberliegenden Rohrwände unter Ausbildung einer druckdichten Teilkammer 7 nicht oder nur schwach deformiert. Die Ausbildung der druckdichten Teilkammer 7 erfolgt in beiden Versionen der Rohrorientierung nach 2 oder nach 3 auf zuverlässige Weise, so dass ein „umgekehrtes“ Einlegen des Rohrs für das Ergebnis unschädlich ist, sofern die druckdicht abgetrennte und nachfolgend druckbeaufschlagte Teilkammer 7 jeweils die zu prüfende Schweissnaht 3 umfasst.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist in 4 gezeigt. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird hierbei keine druckdichte Teilkammer des Rohres 1 durch Verpressen gegenüberliegender Rohrwände ausgeformt. Vielmehr dienen die Halteglieder 4, 5 lediglich einer stützenden Ummantelung des Rohres, ohne das Rohr vor einer Druckbeaufschlagung zu deformieren oder zu verpressen. Dabei ist der die Schweißnaht 3 nicht aufweisende, in der Zeichnung 4 links von der Sicke 2 angeordnete Bereich des Rohres 1 zwischen ebenen Stützflächen der Halteglieder 4, 5 aufgenommen und kann sich somit kaum deformieren. Im Bereich der Schweißnaht 3 ist in dem ersten Halteglied 4 eine Ausnehmung 4b vorgesehen, in die das druckbeaufschlagte Rohr 1 im Zuge einer druckbedingten Deformation ausweichen kann. Insgesamt wird die Sicke 2 bei dieser Ausführungsform nicht annähernd so stark deformiert wie im Stand der Technik. Da bei der Ausführungsform nach 4 die dichtende Abtrennung einer Teilkammer fehlt, wird die gesamte auf die Halteglieder 4, 5 ausgeübte druckbedingte Kraft erheblich größer sein als im Fall der vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Im Vergleich erfordert dies eine entsprechend massivere Auslegung der Halteglieder 4, 5 und der mit ihnen verbundenen Mechanik.
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Das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel ist der Ausführung nach 2 ähnlich, wobei wiederum eine druckdichte Teilkammer 7 des Rohres durch Verpressung der Rohrwände abgetrennt wird. Dabei wird über eine im Wesentlichen senkrecht zu der undeformierten Rohrwandung 1b stehende Kante 4c der Klemmkante 4a des ersten Halteglieds 4 eine Anlage des deformierten Teils der Rohrwandung an die weitgehend nicht deformierte Wand der stegartigen Sicke 2 erreicht, so dass bei geringem Anpressdruck des Halteglieds 4 eine besonders große Dichtfläche der gegeneinander verpressten Rohrwandungen erzielt ist.
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Auch die Ausführungsform nach 6 bezieht die vorhandene stegartige Sicke 2 zur Ausbildung einer druckdichten Teilkammer 7 ein. Hierzu hat das erste Halteglied 4 eine zwischen zwei parallelen Klemmkanten 4a ausgebildete Ausnehmung 4d, die auf Höhe der an der gegenüberliegenden Rohrwand angeordneten Sicke 2 positioniert ist. Wird das Halteglied 4 nun gegen das Rohr 1 und das Widerlager des zweiten Halteglieds 5 gedrückt, so formt sich die zuvor glatte Rohrwandung um die gegenüberliegende stegartige Sicke 2 herum, wobei die verfaltete Rohrwandung in die Ausnehmung 4d ausweicht.
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7 zeigt eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Formgebungen der Halteglieder 4, 5 in jedem der vorstehend beschriebenen detaillierten Ausführungsbeispiele entsprechen können.
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In der linken Hälfte der Darstellung in 7 ist die Vorrichtung in einer geöffneten Position mit einem ersten Halteglied 4 und einem zweiten Halteglied 5 dargestellt, wogegen die rechte Hälfte die Vorrichtung in einer geschlossenen Position mit gegeneinander bewegten Haltegliedern 4, 5 zeigt. Im vorliegenden Beispiel ist dabei das zweite Halteglied 5 starr bzw. ortsfest gegenüber der Umgebung gelagert und nur das erste Halteglied 4 wird angetrieben bewegt. Der Begriff „gegeneinander bewegt“ im Sinne der Erfindung umfasst jede Möglichkeit der relativen Bewegung der beiden Halteglieder 4, 5 zueinander.
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An jedem Ende der Klemmleisten 4, 5 ist jeweils ein Befüllglied 6 mit einer Befülllanze 10 angeordnet, wobei die Befülllanze 10 in das zu prüfende Rohr einführbar ist. Zur dichtenden Verbindung der Befülllanze 10 mit dem Rohr wird nach Einbringung des Rohres eine oberhalb des Rohrs 1 angeordnete Klemmbacke 8 gegen ein unterhalb des Rohrs angeordnetes Widerlager 9 gefahren, so dass gemäß der Darstellung in 8 das Rohr 1 um die Befülllanze 10 herum verpresst wird. Zur besonders sicheren Abdichtung umfasst die Klemmbacke 8 in Längsrichtung des Rohres über den Bereich der Befülllanze 10 einen ersten Klemmvorsprung 8a und einen zweiten Klemmvorsprung 8b.
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In 8 ist eine geschlossene Position der Halteglieder 4, 5 gezeigt, wobei die Klemmkante 4a des ersten Haltegliedes 4 im Wesentlichen der Ausformung des zweiten Ausführungsbeispiels nach 3 entspricht.
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Die Befülllanze 10 ist im Querschnitt kreissegmentförmig und hat eine flache Seite 10a und eine teilkreisförmige Seite 10b, die unter einem Winkel von etwa 45° in die flache Seite 10a ausläuft, sowie einen zentralen Fluidkanal 10c. Hierdurch lässt sich die Rohrwandung mittels der dem Querschnitt der Befülllanze 10 entsprechenden Ausformung der Klemmbackenvorsprünge 8a auf einfache Weise dichtend mit dem Rohr verpressen.
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In der Längsrichtung des Rohres, die in der Ebene der Darstellung nach 7 liegt, überlappen sich die Klemmkante 4a und die daneben verlaufende Klemmbacke 8 teilweise, so dass insbesondere im Anschlussbereich des Rohres 1 eine dichtende Abtrennung der Teilkammer 7 gewährleistet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die einzelnen vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere können die spezifischen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele je nach gegebenen Anforderungen sinnvoll miteinander kombiniert werden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass eines der Halteglieder 4, 5 und eine der Klemmbacken 8 als integriertes Bauteil ausgeformt sind.
