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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kaltumformung von Metallrohren
mithilfe einer linearen Umformungseinheit, bei dem das umzuformende Metallrohr
zwischen zwei Walzschlitten derart rotierbar gelagert wird, dass
das Metallrohr bei einer gegenparallelen Verschiebung der Walzschlitten
durch eine an einem der Walzschlitten angeordnete Walzleiste eine
Verformung erfährt.
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Derartige
Verfahren sind derzeit lediglich im Hinblick auf die Bearbeitung
von Vollmaterial bekannt. So lehrt beispielsweise die
deutsche Auslegeschrift 1 189 514
A1 die Verwendung einer Profilwalze für die Profilierung
von Ringen, welche auf einen massiven Dorn aufgenommen und sodann
mit einem Außenprofil versehen werden. Dies erfolgt ebenfalls in
einem linearen Verfahren, in welchem das Werkstück rotierend
zwischen zwei Walzschlitten aufgenommen ist und diese gegenparallel
zueinander verschoben werden.
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Darüber
hinaus ist es im Stand der Technik lediglich bekannt, derartige
Verfahren an Vollmaterial durchzuführen Soweit eine Verformung
an einem Rohrstück vorgenommen wer den, soll, so bietet
sich im Stand der Technik bislang lediglich die Möglichkeit an,
ein vergütetes Rohr mit einer so genannten Bearbeitungstrommel
zu bearbeiten, mit der es auch bisher möglich ist, eine
Verformung eines auch vergüteten Metallrohrs vorzunehmen.
Hierbei besteht der Nachteil darin, dass zu einem Zeitpunkt jeweils
lediglich ein einziges Werkstück mit der Bearbeitungstrommel
bearbeitet werden kann. Dies ist, insbesondere bei größeren
zu fertigenden Stückzahlen, relativ unbefriedigend.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zu Grunde, ein Verfahren zur Kaltumformung von Metallrohren zu schaffen, durch
welches den Metallrohren eine Verformung zugefügt werden
kann, bei dem es weder erforderlich ist, eine Einzelbearbeitung
jedes einzelnen Werkstücks vorzunehmen, noch der Kaltumformung
weitere Arbeitsschritte nachfolgen zu lassen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß den
Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere sinnvolle Verfahrensausgestaltungen
können den nachfolgenden Unteransprüchen entnommen
werden.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass die Metallrohre im Wege der Kaltumformung in eine
lineare Umformungseinheit eingespannt werden, also rotierbar um
eine Drehachse gelagert werden, welche zwischen zwei Walzschlitten
angeordnet ist. Im Zuge eines Walzvorgangs werden sich die beiden
Walzschlitten gegenparallel aufeinander zu bewegen, sich gegenseitig
auf diesem Wege überstreichen und bis zu einem Anschlag
weiterfahren, derart, dass sich das Werkstück zu jedem
Zeitpunkt zwischen den beiden Walzschlitten befindet. Auf wenigstens
einem der Walzschlitten ist dabei eine Walz leiste mit einer Profilierung
angeordnet, deren Kaliber sich während des Walzvorganges
in das Werkstück eindrückt und hierbei die Umformung
vornimmt. Ein derartiges Verfahren kann auch und insbesondere mit
hochvergüteten Stahlrohren, insbesondere mit so genannten „Tenaris”-Rohren,
durchgeführt werden, so dass eine nachfolgend durchgeführte
Vergütung der so entstehenden Endprodukte nicht mehr erforderlich
ist. Ebenfalls ist es möglich, zwischen den Walzschlitten mehrere
Werkstücke gleichzeitig parallel zueinander rotierend zu
halten, so dass eine gleichzeitige Bearbeitung einer ganzen Reihe
von Werkstücken möglich ist.
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Konkret
ist ein derartiges Metallrohr auf einer rotierbaren Dornstange aufzunehmen,
welche das Werkstück in einer definierten Position zwischen
den Walzschlitten hält. Durch die rotierbare Lagerung der Dornstange
und des Metallrohrs auf der Dornstange ist eine gleichmäßige
Einprägung der Verformung in das Metallrohr gewährleistet.
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Hierbei
kann mit Vorteil die Dornstange zweiteilig ausgeführt sein,
so dass ein erster Teil auf einer Seite in das Metallrohr eingeführt
wird, während der zweite Dornstangenabschnitt von der anderen
Seite her das Metallrohr gegenhält.
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Um
die Genauigkeit der Anformung einer Sicke oder einer Durchmesserverringerung
zu verbessern, kann der ohnehin in das Werkstück einragende Dorn
in Bezug auf sein Außenmaß derart ausgestaltet
sein, dass das Außenmaß dem gewünschten
Innenmaß der Verformung entspricht. Hierdurch wird einerseits
verhindert, dass die Verformung durch das Kaliber der Walzleiste
zu tief gerät, andererseits wird dafür gesorgt,
dass das Material, welches durch die Verformung verdrängt wird,
nicht notwendigerweise dahingehend ausweicht, dass eine zu starke
Umformung in Richtung des Rohrzentrums zu befürchten ist.
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Einer
gleichermaßen zu befürchtenden zu starken Ausdünnung
des Metallrohrs kann dadurch begegnet werden, dass gleichzeitig
während des Walzvorgangs die Dornstangenabschnitte aufeinander
zu bewegt werden. Hierdurch wird ein Druck auf die Gesamtanordnung
derart ausgeübt, dass das Metallrohr seiner Länge
nach gestaucht wird, wodurch der Verformung aus der Längserstreckung
des Rohres zusätzliches Material zugeführt wird.
Die zu befürchtende Ausdünnung ist dadurch wirkungsvoll vermieden.
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Der
Vortrieb der Dornstangenabschnitte aufeinander kann hierbei insbesondere
mithilfe eines mechanischen Vortriebs, insbesondere eines Spindelvortriebs,
eines elektromechanischen oder eines hydraulischen Vortriebs erfolgen,
welche die hierfür benötigte Kraft aufbringen
können.
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Um
ohne Weiteres mehrere Werkstücke gleichzeitig bearbeiten
zu können, kann – wie bereits angesprochen – eine
Anordnung mehrerer Dornstangen parallel zueinander zwischen den
beiden Walzschlitten vorgesehen sein.
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Im
Hinblick auf die die Verformung vornehmenden, Kaliber aufweisenden
Walzleisten ist es vorgesehen, eine derartige Walzleiste auf beiden Walzschlitten
anzuordnen, so dass eine gleichzeitige beidseitige Verformung des
Metallrohrs erfolgt. Es ist jedoch durchaus möglich, lediglich
auf einem Walzschlitten eine derartige Walzleiste vorzusehen. Soweit
auf beiden Walzschlitten eine derartige Walzleiste vorgesehen ist,
so sind diese derart auszugestalten, dass sowohl die gegenläufige
Bewegungsrichtung der Walzschlitten, als auch die gegenüberliegende
Anordnung der Kaliber berücksichtigt ist.
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Im
Zuge des Walzvorgangs wird eine kontinuierlich zunehmende Höhe
des Kalibers benötigt, um die Verformung kontinuierlich
zu vertiefen. Grundsätzlich ist hierzu vorgesehen, ein über
die Länge der Walzleiste zunehmend hohes Kaliber zu schaffen,
welches im Endbereich die letztlich gewünschte Höhe
aufweist. Hierbei wird ein Endabschnitt vorgesehen, in welchem die
Höhe über einen gewissen Walzabschnitt hinweg
konstant bleibt, um während der nachfolgenden Rückwärtsbewegung
eine sofortige Entspannung des Materials zu vermeiden. Der Druck
der letztlich gewünschten Verformungstiefe wird also auf
diese Weise über einen gewissen Zeitraum hinweg konstant
aufrecht erhalten.
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Alternativ
hierzu ist es ebenfalls möglich, während des Walzvorgangs
die Walzschlitten, deren Walzleisten in dieser alternativen Ausgestaltung
ein konstant hohes Kaliber aufweisen, unter Beibehaltung der Flächenparallelität
aufeinander zu zu bewegen. Durch diese Aufeinanderzubewegung wird
praktisch in gleicher Weise eine zunehmende Verformung vorgesehen,
wobei es gegen Ende des Walzvorgangs ebenfalls möglich
ist, einen konstanten Druck in der gewünschten Verformungstiefe
aufrecht zu erhalten, indem die Walzschlitten in dieser Position
bei konstantem Abstand gehalten werden.
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Grundsätzlich
ist es hierbei möglich, den kompletten Walzvorgang ein-
oder mehrmals vorzunehmen, abhängig von den Ergebnissen
des jeweils vorhergehenden Walzvorgangs.
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Die
vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
lineare Umformungseinheit mit einem eingelegten Metallrohr, am Ende
des Bearbeitungsvorgangs, in einer seitlichen Schnittdarstellung
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2 die
lineare Umformungseinheit gemäß 1 in
einer seitlichen Schnittdarstellung, wobei die Ausgangsstellung
der Walzschlitten dargestellt ist,
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3 die
lineare Umformungseinheit gemäß 1 in
einer seitlichen Schnittdarstellung, wobei die Endstellung der Walzschlitten
dargestellt ist, sowie
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4 eine
mögliche Walzleiste in einer perspektivischen Darstellung
von schräg oben.
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1 zeigt
eine lineare Umformungseinheit 1 in einer seitlichen Schnittdarstellung,
wobei der Schnitt auch eines der eingelegten Werkstücke,
nämlich ein Metallrohr 12 mittig durchgreift.
Das Metallrohr 12 ist auf eine Dornstange 6, 6' aufgenommen, welche
in zwei Dornstangenabschnitte 6, 6'. unterteilt ist.
Die beiden Dornstangenabschnitte 6, 6' stellen die
Drehachse 11 für das Metallrohr 12 dar,
um welche sich das Metallrohr 12 während eines
Walzvorgangs dreht. Das Metallrohr 12 ist während
eines Walzvorgangs umgeben von zwei Walzschlitten 3, 4, welche
jeweils mit einer Anordnung von Schienen 7 über
eine entsprechende Schienenführung 8 mit einem
Walzgerüst 2, welches im Wesentlichen die Umformungseinheit 1 nach
außen begrenzt, geführt sind. Hierbei ist es jeweils
möglich, etwa den oberen Walzschlitten 3 aus der
Zeichenebene heraus zu verschieben und gleichzeitig den unteren
Walzschlitten 4 in die Zeichenebene hinein, also gegenparallel
zum oberen Walzschlitten 3, zu bewegen. Das hierbei zwischen
den beiden Walzschlitten 3, 4 eingeklemmte Metallrohr 12 macht
hierbei eine Rotation mit, so dass letztlich die an den Walzschlitten 3, 4 angeordneten
Walzleisten 5 kontinuierlich über den kompletten
Umfang des Metallrohrs 12 geführt werden. Die Walzleisten 5 weisen
hierbei ein Kaliber 16 auf, dessen Höhe mit zunehmendem
Walzfortschritt ansteigt, so dass eine zunehmende Verformung 14 des
Metallrohrs 12 an den hierfür vorgesehenen Stellen
erfolgt.
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Um
eine im Bereich der Verformungen 14 zu erwartende Ausdünnung
des Materials zu verhindern, ist im Bereich zumindest eines der
Dornstangenabschnitte 6, 6' ein Spindelvortrieb 9 vorgesehen, welcher
während des Bearbeitungsvorgangs eine Stauchung des Metallrohrs 12 vornimmt
und somit dem Verformungsbereich des Metallrohrs 12 zusätzliches
Material aus der Längserstreckung des Metallrohres 12 zuführt.
Ein Antrieb 10 sorgt für eine gleichmäßige
Rotation der Dornstange 6, 6'.
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2 zeigt
die Umformungseinheit 1 in ihrer Ausgangsposition, also
in einer Position, in der sämtliche Kaliber 16 der
Walzleisten 5 vollständig eben sind, also das
Metallrohr 12 flächig eben zwischen den Walzschlitten 3, 4 eingespannt
ist. In dieser Position ist zu erkennen, dass die Dornstangen 6, 6' in ihrem
innen liegenden Bereich eine Dornspitze 13 kleineren Außenumfangs
aufweisen, deren Außenumfang dem gewünschten Innenumfang
der Verformung 14 entspricht. Die Umformungseinheit 1 wird also
lediglich eine Verformung 14 bis zum Außenumfang
der Dornspitze 13 vornehmen können. Eine Abschnürung
des Metallrohres 12 ist damit vermieden. Gleichzeitig kann
auch die weitere Form der Dornspitze 13 die gewünschte
Form der Verformung 14 weiter unterstützen.
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Aus
der gezeigten Position heraus wird sich der obere Walzschlitten 3 auf
den Betrachter zu, also aus der Zeichenebene heraus bewegen, während sich
der untere Walzschlitten 4 in die Betrachtungsebene hinein
begibt.
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3 zeigt
schließlich die Umformungseinheit 1 in ihrer Endstellung,
in welcher die Walzleiste 5 mit ihrem Kaliber 16 die
größtmögliche Verformung 14 in
das Metallrohr 12 eingeprägt hat. Im konkreten Fall
wird auf der Seite des Dornstangenabschnitts 6 eine Verformung 14 vorgenommen,
während auf der Seite des Dornstangenabschnitts 6' eine
Schnauzenöffnung 15 geformt wird. Die ansonsten über
den Fortschritt des Walzvorgangs anwachsende Kaliberhöhe
wird in diesem Endbereich über einen Zeitraum hinweg gehalten,
so dass eine Materialentspannung und eine damit zu erwartende Rückverformung
vermieden wird.
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4 zeigt
eine mögliche Walzleiste 5 mit einem über
die Länge der Walzleiste 5 ansteigenden Kaliber 16.
In einem ersten Abschnitt ist das Kaliber 16 vollkommen
eben, steigt dann kontinuierlich an und weist schließlich
in einem Endabschnitt 17 eine konstante Höhe auf,
welche zur Haltung des Enddrucks auf die dem Metallrohr 12 zugefügten
Verformungen 14 vorgesehen ist.
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Vorstehend
ist somit ein Verfahren zur Kaltumformung von Metallrohren beschrieben,
welches das Hinzufügen von Verformungen in ein derartiges
Metallrohr ermöglicht, weitere Nachbearbeitungsschritte
wie eine spanende Bearbeitung oder eine Warmumformung vermeidet
und eine hohe Produktionsrate durch mehrere parallele mögliche
Werkstücke begünstigt.
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- 1
- Umformungseinheit
- 2
- Walzgerüst
- 3
- Oberer
Walzschlitten
- 4
- Unterer
Walzschlitten
- 5
- Walzleiste
- 6,
6'
- Dornstange
- 7
- Schiene
- 8
- Schienenführung
- 9
- Spindelvortrieb
- 10
- Antrieb
- 11
- Drehachse
- 12
- Metallrohr
- 13
- Dornspitze
- 14
- Verformung
- 15
- Schnauzenöffnung
- 16
- Kaliber
- 17
- Endabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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