DE102008038889B4

DE102008038889B4 - Vorrichtung zum Aushalsen dickwandiger Rohre

Info

Publication number: DE102008038889B4
Application number: DE102008038889.0A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Hilliger; Jan Hilliger
Original assignee: Hilliger Sonderformstueckbau GmbH
Current assignee: Hilliger Sonderformstueckbau 04808 Thall De GmbH; Hilliger Sonderformstueckbau De GmbH
Priority date: 2008-08-13
Filing date: 2008-08-13
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2028-08-14
Also published as: DE102008038889A1

Abstract

Vorrichtung zum Aushalsen dickwandiger Rohre (6), wobei ein zu bearbeitendes Rohr (6) eine Öffnung (8) aufweist, welche die Abwicklung einer Ellipse auf die Rohroberfläche darstellt, wobei um diese Öffnung (8) herum ein Induktor angeordnet wird, der mit mittel- oder hochfrequentem Strom beaufschlagbare Induktionsspulen aufweist, welche durch Stromaufnahme Wärme erzeugen und abgeben können und wobei unter eine derart erwärmte Umgebung (11) der Öffnung (8) ein Konus (7) positioniert und zum Aushalsen aus dem Rohr (6) herausgezogen wird, wobei die Vorrichtung einen massiver Ständer (1) aufweist, der eine Haltevorrichtung (5) für ein Rohr (6) trägt, in der ein Hydraulikstempel (4) an seinem unteren Ende ein formschlüssiges Verbindungselement zu dem Konus (7) trägt, wobei der Hydraulikstempel (4) an seinem oberen Ende mit einem Doppelgelenk in einer Halterung (2) des Ständers (1) befestigt ist und wobei die Induktionsspulen aus Kupfer-Vierkantrohren bestehen, die der gekrümmten Rohroberfläche angepasst sind und mit einem physikalisch definierten Abstand von mindestens 2 mm auf den zu erwärmenden Rohrabschnitt angeordnet werden können, wassergekühlt sind sowie in ein hitzebeständiges Material eingegossen oder sicherheitstechnisch eingehaust sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aushalsen dickwandiger Rohre, wobei ein zu bearbeitendes Rohr eine Öffnung aufweist, welche die Abwicklung einer Ellipse auf die Rohroberfläche darstellt, wobei um diese Öffnung herum ein Induktor angeordnet wird, der mit mittel- oder hochfrequentem Strom beaufschlagbare Induktionsspulen aufweist, welche durch Stromaufnahme Wärme erzeugen und abgeben können und wobei unter eine derart erwärmte Umgebung der Öffnung ein Konus positioniert und zum Aushalsen aus dem Rohr herausgezogen wird.
Es ist bereits bekannt, Rohrabzweigungen herzustellen, indem ein abzweigendes Rohr mit dem eigentlichen Rohr durch Verschweißen verbunden wird. Es ist weiterhin bekannt, Rohre auszuhalsen und auf diese Weise Rohrabzweigungen herzustellen. Das Aushalsen erfolgt beim jetzigen Stand der Technik manuell. Mehrere erfahrene Arbeitskräfte erwärmen mit Gasbrennern die auszuhalsende Stelle und nehmen an der erwärmten Stelle die Aushalsung vor. Der Ausschnitt des Rohres erfolgt mit einer Schablone, die je nach Vorgabe erstellt wird.
Eine weitere Möglichkeit, die überwiegend verwendet wird, ist das Aushalsen durch Pressen von Halbschalen, die dann verschweißt werden. Diese Schalen werden in Kammeröfen vollständig auf Umformtemperatur erwärmt. Aber auch diese Technologie führt nicht zu zum Beispiel T-Stücken hoher Qualität.
Eine Vorrichtung zum Aushalsen von Rohren wird in AT 381 874 B beschrieben. Ein Verdrängungskörper wird durch eine Öffnung gezogen, welche die spätere Aushalsung darstellt.
CH 687 007 A5 und WO 93/19863 A1 beschreiben einen in das Innere des Rohres einführbaren Körper und einen quer zur Rohrlängsrichtung verschiebbaren Stempel, der das Rohr an der Aushalsung stützt.
In DD 271 656 A1 ist das Ziehwerkzeug ein geteilter Aushalskegel, bestehend aus vier identischen Segmenten.
EP 839 590 A1 zeigt eine Aushalsvorrichtung, bei der ein Ziehkegel durch die Rohrwand nach außen gezogen wird, wobei die Rohrwand bis zur Rotglut erhitzt ist.
Die angegebenen technischen Lösungen zum Herstellen ausgehalster Rohre haben eine Reihe von Nachteilen:
Das Schweißen der Längsnaht der Schalen hat den Nachteil, dass die resultierende Verbindung durch die Lage der Schweißnaht und die Materialveränderung im Gefüge geschwächt ist.
Der Nachteil des Erwärmens im Kammerofen besteht in dem hohen Energieaufwand. Des Weiteren erfolgt nachteilig eine ungleichmäßige Abkühlung im Presswerkzeug.
Das Einsetzen von Gasbrennern zum Erwärmen des Rohrstückes, an welches eine Abzweigung angebracht werden soll, ist nicht nur arbeitskräfteseitig aufwendig, sondern führt auch zu Unregelmäßigkeiten der Gefügestruktur. Verlässliche Aussagen zur Materialfestigkeit sind nicht zu erhalten. Der Prozess bringt keine belastbaren Aussagen in Bezug auf Materialfestigkeit und Zusammensetzung.
Ein weiteres Risiko ist die mangelnde Abstimmung zwischen Ausziehwerkzeugdurchmesser, der Umformtemperatur und der Endform des ausgehalsten Rohrstutzens.
Die geschilderten Nachteile haben die nachstehend erläuterten Ursachen:
Die Ursache der Schwächung des Gefüges beim Verschweißen von Rohr und Stutzen liegt in der Gefügeveränderung am Stutzenansatz durch die notwendigerweise ungleichmäßige Erwärmung.
Die Änderung der Gefügestruktur beim Erwärmen der Abzweigstelle mit Gas kann nicht reproduziert werden, weil die Handarbeit dies nicht zulässt.
Beim Abkühlen der im Kammerofen erwärmten Rohre findet im Material eine nachteilige Wärmezonenbildung statt.
Das Risiko der mangelnden Abstimmung zwischen Ausziehwerkzeugdurchmesser und der Endform des ausgehalsten Rohrstutzens ist begründet in der Schrumpfung des Materials beim Abkühlen, die während des Formprozesses ungleichmäßig erfolgt. Abhilfe kann das Bestimmen des Toleranzbereiches bringen, bei dem Temperatur, Zeit und Bewegung zu einem bestimmten Rohrstutzendurchmesser führt.
US 4,676,088 A überwindet zumindest einige dieser Probleme, indem eine Vorrichtung zum Aushalsen von Rohren verwendet wird, bei der um eine Öffnung im Rohr Induktionsspulen zur abschnittsweisen Rohrerwärmung angeordnet sind. Die derart erwärmte Rohröffnung wird nachfolgend mechanisch so beaufschlagt, dass eine Rohrauskragung ausgebildet wird. Dieser Lösungsansatz ist gegenüber dem vorab bekannten Stand der Technik an sich vorteilhaft. Allerdings sind dieser Druckschrift keine Hinweise zu entnehmen, wie eine in jedem Betriebszustand wirksame und lagefixierte Relativposition der jeweiligen Bauteile zueinander gewährleistet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Aushalsen von dickwandigen Rohren zu schaffen, die für unterschiedliche Materialien, Materialstärken und Rohrdurchmesser geeignet ist und die in jedem Betriebszustand eine funktionell wirksame und zueinander lagefixierte Relativposition der die Kraft übertragenden Bauteile gewährleistet.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung zum Aushalsen dickwandiger Rohre mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei ein zu bearbeitendes Rohr eine Öffnung aufweist, welche die Abwicklung einer Ellipse auf die Rohroberfläche darstellt. Um die Öffnung herum wird ein Induktor angeordnet, der mit mittel- oder hochfrequentem Strom beaufschlagbare Induktionsspulen aufweist, welche durch Stromaufnahme Wärme erzeugen und abgeben können. Dabei wird unter eine derart erwärmte Umgebung der Öffnung ein Konus positioniert und zum Aushalsen aus dem Rohr herausgezogen.
Die Vorrichtung weist einen massiven Ständer auf, der eine Haltevorrichtung für ein Rohr trägt, in der ein Hydraulikstempel an seinem unteren Ende ein formschlüssiges Verbindungselement zu dem Konus trägt. Der Hydraulikstempel ist an seinem oberen Ende mit einem Doppelgelenk in einer Halterung des Ständers befestigt. Die Induktionsspulen bestehen aus Kupfer-Vierkantrohren, die der gekrümmten Rohroberfläche angepasst sind und mit einem physikalisch definierten Abstand von mindestens 2 mm auf den zu erwärmenden Rohrabschnitt angeordnet werden können. Außerdem sind diese Kupfer-Vierkantrohre wassergekühlt sowie in ein hitzebeständiges Material eingegossen oder sicherheitstechnisch eingehaust. Das hitzebeständige Material kann als ein Distanzstück ausgestaltet werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Abschnitt eines auszuhalsenden Rohres
2 den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
Aus 1 ist ein Rohr ersichtlich, in das eine Aushalsung eingebracht werden soll. Für das Aushalsen dieses dickwandigen Rohres wird eine in 2 dargestellte Vorrichtung verwendet. Diese Vorrichtung weist einen massiven Ständer 1 auf. Der massive Ständer 1 besteht aus vier Säulen, die an der oberen Seite durch eine Querverstrebung 2 miteinander verbunden sind. Weiterhin sind jeweils zwei Säulen mit seitlichen Verstrebungen 3 zur Zuglastaufnahme miteinander verbunden.
In der oberen Querverstrebung 2 ist ein Hydraulikstempel 4 befestigt. Ein sich unter der Öffnung im Rohr 6 befindlicher Konus 7 ist so gestaltet, dass eine formschlüssige Verbindung mit dem unteren Ende des Hydraulikstempels 4 möglich ist. Beispielsweise trägt der Konus 7 eine mittige Bohrung. Erfindungswesentlich ist das Doppelgelenk, das die Aufwärtsbewegung des Hydraulikstempels 4 unter starker Zugbelastung ermöglicht.
Sofern beispielsweise ein Rohr 6 der Länge von 1.500 mm, des Durchmessers von 600 mm und der Wandstärke von 40 mm ausgehalst werden soll, wird in das Rohr 6 zunächst eine Öffnung geschnitten. Aus 1 sind diesbezüglich wesentliche Abschnitte ersichtlich:
Das Rohr 6 weist demzufolge eine Öffnung 8 mit einem umlaufenden Rand 9 auf, Die Form der Öffnung 8 ist dabei als eine Ellipse ausgestaltet, die auf der Oberfläche vom Rohr 6 abgewickelt wird. Diese Ellipse ist nochmals oberhalb vom Rohr 6 separat und ohne Krümmung dargestellt. Die berechnete Ellipse wird auf das Rohr 6 projiziert und mit einem CNC gesteuerten Brennschnitt wird eine entsprechende Öffnung 8 realisiert. Dies erfolgt in bekannter Weise mit autogener Brenntechnik oder mit Plasmaschneidtechnik.
Um die Öffnung 8 herum werden in Beton eingegossene Induktionsspulen angeordnet und mit frequentem Strom versorgt. Die somit zu erwärmende Umgebung der Öffnung 8 ist mit einem Bezugszeichen 11 stilisiert. Nachdem diese Umgebung 11 der Öffnung 8 eine Temperatur von etwa 900°C erreicht hat, wird ein entsprechend berechneter Konus 7 unter der Öffnung 8 angeordnet und mit dem Hydraulikstempel 4 formschlüssig verbunden. Mit einer Kraft von etwa 45 to wird der Konus 7 nunmehr durch die erwärmte Öffnung 8 gezogen und bewirkt dabei die Aushalsung.
Der entstandene runde Stutzen kann weiter bearbeitet werden. Es ist möglich, einfach und zuverlässig weitere Rohrteile durch Schweißen mit dem Stutzen zu verbinden.
Bezugszeichenliste

1: massiver Ständer mit Säulen
2: obere Halterung / Querverstrebung am Ständer
3: seitliche Verstrebung am Ständer
4: Hydraulikstempel
5: Haltevorrichtung
6: Rohr
7: Konus
8: Öffnung im Rohr
9: umlaufender Rand der Öffnung
11: erwärmte Umgebung der Öffnung

Claims

Vorrichtung zum Aushalsen dickwandiger Rohre (6), wobei ein zu bearbeitendes Rohr (6) eine Öffnung (8) aufweist, welche die Abwicklung einer Ellipse auf die Rohroberfläche darstellt, wobei um diese Öffnung (8) herum ein Induktor angeordnet wird, der mit mittel- oder hochfrequentem Strom beaufschlagbare Induktionsspulen aufweist, welche durch Stromaufnahme Wärme erzeugen und abgeben können und wobei unter eine derart erwärmte Umgebung (11) der Öffnung (8) ein Konus (7) positioniert und zum Aushalsen aus dem Rohr (6) herausgezogen wird, wobei die Vorrichtung einen massiver Ständer (1) aufweist, der eine Haltevorrichtung (5) für ein Rohr (6) trägt, in der ein Hydraulikstempel (4) an seinem unteren Ende ein formschlüssiges Verbindungselement zu dem Konus (7) trägt, wobei der Hydraulikstempel (4) an seinem oberen Ende mit einem Doppelgelenk in einer Halterung (2) des Ständers (1) befestigt ist und wobei die Induktionsspulen aus Kupfer-Vierkantrohren bestehen, die der gekrümmten Rohroberfläche angepasst sind und mit einem physikalisch definierten Abstand von mindestens 2 mm auf den zu erwärmenden Rohrabschnitt angeordnet werden können, wassergekühlt sind sowie in ein hitzebeständiges Material eingegossen oder sicherheitstechnisch eingehaust sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hitzebeständige Material als ein Distanzstück ausgestaltet ist.