DE102012019315A1 - Process for the rapid production of a multilayer pipe - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur schnellen Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Blechumformmachine, wo das Mehrlagenrohr (5) zumindest eine erste Werkstofflage (1) und eine zur ersten Werkstofflage (1) benachbarte Werkstofflage (2) aufweist, wobei die benachbarte Werkstofflage (2) zumindest leicht gebogen wird, die zum Mehrlagenrohr (5) zu kombinierenden Werkstofflagen (1, 2) aufeinandergelegt werden, wobei die erste Werkstofflage (1) als aufliegende Werkstofflage (1) auf der benachbarten Werkstofflage (2) positioniert wird, eine erste Verbindung (3a) zwischen der aufliegenden Werkstofflage (1) und der benachbarten Werkstofflage (2) dadurch geschaffen wird, daß die aufliegende Werkstofflage (1) mit der benachbarten Werkstofflage (2) in etwa entlang einer ersten Kante (4a) der aufliegenden Werkstofflage (1) oder in etwa entlang einer Linie parallel hierzu verbunden wird, eine zweite Verbindung (3b) zwischen der aufliegenden Werkstofflage (1) und der benachbarten Werkstofflage (2) dadurch geschaffen wird, daß die aufliegende Werkstofflage (1) mit der benachbarten Werkstofflage (2) in etwa entlang einer zweiten Kante (4b) der aufliegenden Werkstofflage (1) oder in etwa entlang einer Linie parallel hierzu verbunden wird, und der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff (1, 2) mit Hilfe der Blechumformmaschine zum Mehrlagenrohr (5) geformt wird, wobei während dieser Formung ab einem gewissen Verformungsgrad die jeweilige aufliegende und sodann als Innenrohr fungierende Werkstofflage (1) zwischen den beiden Werkstofflagenverbindungen (3a, 3b) in (Teil-)Kreisumfangsrichtung gestaucht und somit in die jeweilige benachbarte und sodann als Außenrohr fungierende Werkstofflage (2) gepreßt wird.Method for the rapid production of a multilayer pipe (5) with the aid of a sheet metal forming machine, where the multilayer pipe (5) has at least one first material layer (1) and one material layer (2) adjacent to the first material layer (1), the adjacent material layer (2) at least is slightly bent, the material layers (1, 2) to be combined to form the multilayer pipe (5) are placed one on top of the other, the first material layer (1) being positioned as an overlying material layer (1) on the adjacent material layer (2), a first connection (3a) is created between the overlying material layer (1) and the adjacent material layer (2) in that the overlying material layer (1) with the adjacent material layer (2) approximately along a first edge (4a) of the overlying material layer (1) or approximately is connected along a line parallel to this, a second connection (3b) between the overlying material layer (1) and the adjacent material layer (2) created that the overlying material layer (1) with the adjacent material layer (2) is connected approximately along a second edge (4b) of the overlying material layer (1) or approximately along a line parallel to it, and the multilayer material thus formed (1, 2) is formed with the help of the sheet metal forming machine to form the multilayer pipe (5), the material layer (1) lying on top and then functioning as an inner pipe between the two material layer connections (3a, 3b) in (partial) ) Circumferential direction is compressed and thus pressed into the respective adjacent material layer (2), which then acts as an outer tube.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur schnellen Herstellung eines Mehrlagenrohres. Mehrlagen-Rohre werden vorzugsweise bei hohen Anforderungen gegen Korrosion oder Abrasion verwendet.The present invention relates to a method for the rapid production of a multilayer pipe. Multilayer pipes are preferably used in case of high requirements against corrosion or abrasion.
Korrosionsbeständige Druckbehälter oder Druckleitungen können durch Anwendung von Mehrlagen-Rohren kostengünstiger hergestellt werden als Massivausführungen aus entsprechenden Werkstoffen. Dies wird erreicht durch die Lastenteilung auf eine dünne, korrosionsbeständige Innenlage (z. B. rost- und säurebeständiger Stahl) und eine hochfeste, druckbeständige Außenlage (z. B. Feinkornbaustahl). Dadurch kann der Stahlverbrauch insgesamt erheblich gesenkt und ein Großteil des verbleibenden Stahlverbrauchs auf kostengünstige Werkstoffe verlagert werden.Corrosion-resistant pressure vessels or pressure lines can be produced more cost-effectively by using multilayer pipes than solid versions made of appropriate materials. This is achieved by the load sharing on a thin, corrosion-resistant inner layer (eg, stainless and acid-resistant steel) and a high-strength, pressure-resistant outer layer (eg Feinkornbaustahl). As a result, overall steel consumption can be significantly reduced and much of the remaining steel consumption can be shifted to low-cost materials.
Abrasionsbeständige Rohrleitungen werden durch die Ausführung als Mehrlagen-Rohr (etwa mit mechanischer Bindung, s. u.) in bestimmten Güteklassen überhaupt erst ermöglicht, da Werkstoffe (z. B. hochfeste Stähle mit hohen Härten) als Innenlage eingesetzt werden können, die für sich alleine nicht oder nur sehr schwierig zu Rohren verarbeitet werden können.Abrasion-resistant pipelines are made possible by the design as a multilayer pipe (such as mechanical bond, see below) in certain grades in the first place, because materials (eg high-strength steels with high hardness) can be used as an inner layer, which alone or not very difficult to process tubes.
Andere Werkstoffkombinationen sind in großer Vielfalt möglich, prinzipiell begrenzt sich die Kombinierbarkeit von Werkstoffen dabei nur durch die jeweilig infrage kommenden Verarbeitungstechniken.Other material combinations are possible in a great variety, in principle, the combinability of materials is limited only by the applicable processing techniques.
Beim Aufbau des Rohrmantels wird unterschieden zwischen
- – vollflächiger metallurgischer Bindung (diese erfordert plattiertes Blech als Ausgangshalbzeug), und
- – rein mechanischer Bindung (etwa einer Reibbindung) zwischen Innen- und Außenrohr – vorzugsweise Innen- und Außenblech und ihrer Verschweißung an den Blechkanten –.
- - full-surface metallurgical bond (this requires plated sheet metal as a starting semi-finished product), and
- - purely mechanical bond (such as a friction bond) between the inner and outer tube - preferably inner and outer plates and their welding at the sheet edges -.
Bei Mehrlagenrohren mit metallurgischer Bindung zwischen den Lagen – etwa Mehrlagenrohren aus Metallblechen, vorzugsweise Stahlblechen – findet als Ausgangshalbzeug ein plattiertes Verbundblech aus zwei verschiedenen (Stahl-)Werkstoffen Verwendung.For multi-layer pipes with metallurgical bond between the layers - such as multi-layer pipes made of metal sheets, preferably steel sheets - is used as a starting semi-finished a clad composite sheet of two different (steel) materials use.
Der Nachteil dieses Verfahrens nach dem Stand der Technik liegt zum einen in den hohen Kosten des Ausgangshalbzeuges und damit auch des Endproduktes, zum anderen aber auch in einer mangelnden ausreichenden Verfügbarkeit dieses Ausgangshalbzeuges aufgrund äußerst beschränkter Produktionskapazitäten hierfür in der Welt. Weiterhin ist die Anzahl der Werkstoffe, die sich auf diese Weise verarbeiten lassen, begrenzt. So lassen sich etwa bestimmte abrasionsbeständige Stähle als Innenlage dann nicht verwenden, wenn sie sich aufgrund ihres hohen Kohlenstoffanteils nicht oder nur schlecht schweißen lassen.The disadvantage of this method according to the prior art is firstly the high cost of the starting semifinished product and thus also of the end product, but on the other hand also a lack of sufficient availability of this semifinished product due to extremely limited production capacity for this purpose in the world. Furthermore, the number of materials that can be processed in this way, limited. For example, certain abrasion-resistant steels can not be used as the inner layer if they are difficult or impossible to weld because of their high carbon content.
Bei Mehrlagenrohren mit mechanischer Bindung finden nach älterem Stand der Technik als Ausgangshalbzeug mehrere – vorzugsweise zwei – fertige Rohre Verwendung. Das Verfahren soll dabei im folgenden anhand des Beispiels zweier Rohre erläutert werden (im Falle weiterer Lagen sind die Ausführungen entsprechend zu verstehen):
- – Zwei fertige Rohre werden aus den zu kombinierenden Werkstoffen passgenau gefertigt und ohne Reibung ineinander geschoben, wobei das äußere Rohr eine höhere Streckgrenze aufweisen muß als das innere.
- – Durch Expandieren (mechanisch – etwa vermittels eines Expansionsstempels – oder durch Flüssigkeitsdruck, wobei im letzten Falle die ineinander liegenden Rohre in ein das Außenrohr umfassendes Gesenk gepreßt werden) wird das Innenrohr unter elastischer Aufweitung auch des Außenrohrs in das Außenrohr gedrückt. Nach Wegfallen der Expansionskräfte legt sich das Außenrohr wegen der höheren elastischen Rückfederung kraftschlüssig um das Innenrohr.
- – Abschließend werden die beiden Werkstoffe an den Stirnseiten verschweißt.
- - Two finished tubes are made of the materials to be combined accurately and pushed into each other without friction, the outer tube must have a higher yield strength than the inner.
- - By expanding (mechanically - such as by means of an expansion punch - or by fluid pressure, in the latter case, the nested tubes are pressed into a comprehensive comprehensive the outer tube die) the inner tube is pressed under elastic expansion of the outer tube and into the outer tube. After elimination of the expansion forces, the outer tube sets because of the higher elastic resilience frictionally around the inner tube.
- - Finally, the two materials are welded on the front sides.
Der Nachteil dieses Verfahrens nach dem Stand der Technik liegt darin begründet, daß das äußere Rohr eine höhere Streckgrenze aufweisen muß als das innere, da ansonsten die den Kraftschluß mit dem Innenrohr hervorrufende und daher erforderliche elastische Rückfederung des Außenrohres fehlt. Dies ist insbesondere deshalb nachteilig, weil hochfeste Werkstoffe – etwa besonders hochfeste Stähle –, wie sie vorzugsweise für abrasionsbeständige Rohrleitungen im Inneren des Rohres besonders vorteilhaft sind, hohe oder sogar sehr hohe Streckgrenzen aufweisen und sich damit für dieses Herstellungsverfahren nicht eignen.The disadvantage of this method according to the prior art is due to the fact that the outer tube must have a higher yield strength than the inner, otherwise the lack of adhesion to the inner tube causing and therefore required elastic resilience of the outer tube. This is particularly disadvantageous because high-strength materials - such as particularly high-strength steels - as they are particularly advantageous for abrasion-resistant piping inside the pipe, high or even very high yield strengths and thus are not suitable for this manufacturing process.
Inzwischen sind aber auch weitere Verfahren aus der
- – einzelne zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen aufeinandergelegt, und
- – der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff mit Hilfe der Biegewalze zu einem Mehrlagenrohr geformt, wobei in der Endphase der Rohrformung in der Biegewalze eine jeweilig als Innenrohr fungierende Werkstofflage kraftschlüssig in eine jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepresst wird.
- - Assembled single multilayer pipe material layers to be combined, and
- - The thus formed multilayer material formed by means of the bending roll to a multilayer pipe, wherein in the final phase of tube forming in the bending roll a respective acting as an inner tube material layer is non-positively pressed into a functioning respectively as an outer tube material layer.
Mit Hilfe dieses Verfahrens können Mehrlagenrohre hergestellt werden, die ohne walz- und/oder sprengplattiertes Halbzeug auskommen, andererseits aber auch nicht den Beschränkungen unterliegen, die die Herstellung mehrlagiger Rohre nach dem vorgenannten Stand der Technik mit reibschlüssiger mechanischer Bindung von Lagen untereinander mit sich bringt.With the help of this method multilayer pipes can be produced, which do not require rolling and / or blast-plated semi-finished products, but on the other hand are not subject to the restrictions that brings the production of multi-layer pipes according to the aforementioned prior art with frictional mechanical bonding of layers with each other.
Die Verwendung walz- und/oder sprengplattierten Halbzeugs wird dadurch vermieden, daß zunächst zwischen den Werkstofflagen eine erste Verbindung – etwa eine Schweißnaht – geschaffen wird und hiernach die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage während der Rohrformung in der Biegewalze durch eine – nach einem bestimmten Verformungsfortschritt anzubringende – weitere Verbindung zwischen den Werkstofflagen kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepreßt und auf diese Weise im jeweiligen Außenrohr reibschlüssig gehalten wird, und zwar ohne das Mehrlagenrohr aufweiten zu müssen und damit die zum o. a. Expansionsverfahren angeführten Nachteile einzugehen.The use of rolled and / or blast-plated semifinished product is avoided by first creating a first joint between the layers of material, such as a weld, and thereafter the respective layer of material acting as an inner tube during tube forming in the bending roll by attaching it after a certain deformation progress - Pressed further connection between the material layers frictionally in the respective functioning as an outer tube material layer and is held in this way frictionally in each outer tube, without having to expand the multilayer tube and thus the above Expansion methods mentioned.
Gleichwohl hat dieses Verfahren den produktionstechnischen Nachteil, daß es hierbei erforderlich ist, während der Rohrformung in der Biegewalze nach einem bestimmten Verformungsfortschritt eine weitere Verbindung zwischen den Werkstofflagen zu schaffen, was in der Regel durch ein Verschweißen geschieht. Für diese Verbindung ist es daher erforderlich, die Rohrformung zu unterbrechen, um die beiden Werkstofflagen an dieser weiteren Stelle miteinander zu verbinden. Hierzu muß das noch unfertige Rohr aus der Biegewalze entfernt und sodann die Verbindung geschaffen, in der Regel also die Schweißnaht aufgebracht werden. Alternativ dazu kann es auch in der Biegewalze geschweißt werden, was diese jedoch währenddessen blockiert. Sodann kann der Rohrrohling (auch Schlitzrohr genannt) wieder in die Biegewalze eingebracht werden, um den dortigen Fertigungsprozeß weiter zu führen. Ein solches Vorgehen ist äußerst zeitintensiv und stellt daher einen erheblichen Produktionskostennachteil dar.Nevertheless, this method has the technical production disadvantage that it is necessary to create a further connection between the material layers during the tube forming in the bending roll after a certain deformation progress, which is usually done by welding. For this connection, it is therefore necessary to interrupt the tube forming in order to connect the two material layers together at this further point. For this purpose, the still unfinished pipe must be removed from the bending roll and then created the connection, so in general, the weld can be applied. Alternatively, it can also be welded in the bending roll, which however blocks it during this time. Then, the tube blank (also called slot tube) can be re-introduced into the bending roll to continue the local manufacturing process. Such a procedure is extremely time-consuming and therefore represents a significant production cost disadvantage.
Die
- – einzelne zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen aufeinandergelegt werden, wobei eine als jeweiliges Außenrohr fungierende Werkstofflage ein Grundblech bildet, das in etwa entlang seiner beiden Längskanten oder in etwa parallel hierzu jeweils eine, vorzugsweise aufgeschweißte, Anschlagkante aufweist und die aufliegende Werkstofflage lose zwischen diese Anschlagkanten zu liegen kommt, und- Individual material layers to be combined for multi-layer pipe to be combined, wherein acting as a respective outer tube material layer forms a base plate which has approximately along its two longitudinal edges or approximately parallel to each one, preferably welded, stop edge and the resting material layer loose between these stop edges lie comes, and
- – der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff mit Hilfe der Biegewalze zu einem Mehrlagenrohr geformt wird, wobei die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage zwischen die Anschlagkanten geklemmt und in der Endphase der Rohrformung in der Biegewalze die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage hierdurch kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepreßt wird.- The multi-layer material thus formed using the bending roller is formed into a multilayer pipe, wherein the respective functioning as an inner tube material layer clamped between the stop edges and in the final phase of tube forming in the bending roll, the respective functioning as an inner tube material layer thereby frictionally in the respective outer tube functioning material layer is pressed.
Nach dieser Ausführungsform der
Mittlerweile ist aber auch ein optimiertes Verfahren der
- – einzelne zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen aufeinandergelegt, wobei zumindest eine der Werkstofflagen aus mehr als einem aufgelegten Element besteht,
- – hiernach dann eine jeweils erste Verbindung zwischen den randseitigen Elementen der aufliegenden Werkstofflage und der benachbarten Werkstofflage geschaffen wird,
- – der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff zum Rohr geformt wird und bei der Verformung die noch frei gegeneinander verschiebbaren Kanten der Elemente der aufliegenden Werkstofflage aufgrund der unterschiedlichen Umfangslängen von Innenrohr und Außenrohr sich entsprechend dem Verformungsfortschritt frei aufeinander zu bewegen,
- – dann diese sich aufeinander zu bewegenden Kanten der Elemente der aufliegenden Werkstofflage nach einem bestimmten Verformungsfortschritt aneinander stoßen, und
- – sodann das Mehrlagenrohr mit Hilfe der Blechumformmaschine zu Ende geformt wird, wobei sich nun während dieser Endformung die Kanten der Elemente der aufliegenden Werkstofflage nun nicht weiter frei aufeinander zu bewegen können, wodurch die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepreßt wird.
- Individual layers of material to be combined with the multilayer tube stacked on one another, wherein at least one of the material layers consists of more than one applied element,
- - Thereafter, a respective first connection between the edge-side elements of the overlying material layer and the adjacent material layer is created,
- - The thus formed multilayer material is formed into a tube and in the deformation, the freely mutually displaceable edges of the elements of the overlying material layer due to the different circumferential lengths of the inner tube and outer tube to move freely according to the deformation progress,
- - Then these mutually abutting edges of the elements of the overlying material layer abut each other after a certain deformation progress, and
- - Then the multi-layer pipe is formed with the help of Blechumformmaschine to the end, now now can not move freely towards each other during this Endformung the edges of the elements of the overlying material layer, whereby the respective functioning as an inner tube material layer frictionally in the respective functioning as an outer tube material layer is pressed.
Bei diesem Verfahren nach dem Stand der Technik wird die Unterbrechung des Rohrformungsprozesses in der Blechumformmaschine – also etwa in der Biegewalze – dadurch vermieden, daß mindestens zwei Elemente, die später die Innenlage bilden, zunächst, d. h. vor dem Rohrformungsprozeß, randseitig mit der später die Außenlage bildenden Werkstofflage verbunden, also in der Regel mit dieser verschweißt, werden. Während des Rohrformungsprozesses, also z. B. in der Biegewalze, bewegen sich dann die freien Enden dieser Elemente aufgrund der unterschiedlichen Biegeradien (oder Umfangslängen, was das Gleiche bedeutet) von Innen- und Außenrohr aufeinander zu und stoßen irgendwann aneinander. Da zu diesem Zeitpunkt auch bereits eine Wölbung des Bleches hin zu einem Rohr eingesetzt hat, springen die Kanten der aneinanderstoßenden Lagen nicht voneinander ab, sondern verbleiben aneinanderstoßend, wobei sie jedoch – eine glatt geformte Kante vorausgesetzt – eine, mit zunehmendem Verformungsfortschritt stärker werdende, Kraft auf die Werkstoffinnenlage ausüben, mit der diese gegen die Außenlage gepreßt wird. So ist eine Unterbrechung des Formungsprozesses – etwa zur weiteren Verschweißung der Werkstofflagen – zur Ausbildung einer vollflächigen Werkstoffinnenlage aus dem hierfür vorgesehenen Material im Rohrinneren nicht mehr erforderlich.In this method according to the prior art, the interruption of the tube forming process in the sheet metal forming machine - ie in the bending roll - thereby avoided that at least two elements that later form the inner layer, first, d. H. before the tube forming process, the edge laterally connected to the outer layer forming material layer, that is usually welded to this, are. During the tube forming process, so z. B. in the bending roll, then move the free ends of these elements due to the different bending radii (or circumferential lengths, which means the same thing) of inner and outer tube to each other and eventually encounter each other. Since at this time already a curvature of the sheet has been used to a pipe, the edges of the abutting layers do not jump from each other, but remain abutting, but they - assuming a smooth edge shaped - a, with increasing deformation progress increasing strength exert on the material inner layer, with which this is pressed against the outer layer. Thus, an interruption of the molding process - for example, for further welding of the material layers - to form a full-surface inner layer of material from the material provided inside the tube no longer required.
Allerdings hat diese Vorgehensweise den Nachteil, daß hier ein nachgelagerter Verarbeitungsschritt, nämlich zur Verschweißung der dann im Rohrinneren befindlichen Stoßkante erforderlich ist. Auch entsteht nach diesem Verfahren so eine zusätzliche dritte Schweißnaht – nämlich an der Stoßkante – im Rohrinneren, was eine zusätzliche Fehlerquelle darstellt.However, this approach has the disadvantage that here a downstream processing step, namely for welding the then located inside the pipe abutting edge is required. Also arises after this process so an additional third weld - namely at the abutting edge - inside the tube, which is an additional source of error.
Es ist daher – ausgehend von der der
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur schnellen Herstellung eines Mehrlagenrohres mit Hilfe einer Blechumformmachine gelöst, bei dem das Mehrlagenrohr zumindest eine erste Werkstofflage und eine zur ersten Werkstofflage benachbarte Werkstofflage aufweist, wobei
- – die benachbarte Werkstofflage zumindest leicht gebogen wird, – (wobei hier unter ,gebogen' sowohl eine elastische, wie auch eine plastische Verformung zu verstehen ist) –,
- – die zum Mehrlagenrohr zu kombinierenden Werkstofflagen aufeinandergelegt werden, wobei die erste Werkstofflage als aufliegende Werkstofflage auf der benachbarten Werkstofflage positioniert wird,
- – eine erste Verbindung zwischen der – nach der Rohrformung als Innenrohr fungierenden – aufliegenden Werkstofflage und der – nach der Rohrformung als Außenrohr fungierenden – benachbarten Werkstofflage dadurch geschaffen wird, daß die aufliegende Werkstofflage mit der benachbarten Werkstofflage – vorzugsweise in etwa – entlang einer ersten Kante der aufliegenden Werkstofflage oder – vorzugsweise in etwa – entlang einer Linie parallel hierzu verbunden wird,
- – eine zweite Verbindung zwischen der aufliegenden Werkstofflage und der benachbarten Werkstofflage dadurch geschaffen wird, daß die aufliegende Werkstofflage mit der benachbarten Werkstofflage – vorzugsweise in etwa – entlang einer zweiten Kante der aufliegenden Werkstofflage oder – vorzugsweise in etwa – entlang einer Linie parallel hierzu verbunden wird, und
- – der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff mit Hilfe der Blechumformmaschine zum Mehrlagenrohr geformt wird, wobei während dieser Formung ab einem gewissen Verformungsgrad die jeweilige aufliegende und sodann als Innenrohr fungierende Werkstofflage zwischen den beiden Werkstofflagenverbindungen in (Teil-)Kreisumfangsrichtung gestaucht und somit in die jeweilige benachbarte und sodann als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepreßt wird.
- - the adjacent material layer is bent at least slightly, - (in which 'bent' is meant both an elastic and a plastic deformation) -,
- The layers of material to be combined with the multilayer tube are stacked on one another, wherein the first material layer is positioned as a resting material layer on the adjacent material layer,
- A first connection between the material layer acting as inner tube after tube forming and the adjacent material layer after tube forming as outer tube is provided in that the resting material layer with the adjacent material layer preferably approximately along a first edge of the resting material layer or - preferably approximately - along a line parallel thereto,
- - A second connection between the overlying material layer and the adjacent material layer is created in that the overlying material layer with the adjacent material layer - preferably approximately - along a second edge of the overlying material layer or - preferably approximately - along a line parallel thereto, and
- - The thus formed multilayer material is formed by means of sheet metal forming machine for multilayer pipe, wherein during this shaping from a certain degree of deformation, the respective resting and then acting as an inner tube material layer between the two material layer compounds in the (partial) circumferential direction and thus compressed in the respective adjacent and then acting as an outer tube material layer is pressed.
Hervorzuheben ist, daß die vorgenannten Verfahrensschritte durch die Reihenfolge ihrer Aufzählung im vorstehenden Text keinesfalls die gleiche Reihenfolge bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfordern. Bei der Ausführung des Verfahrens kommt es – abgesehen von technischen Notwendigkeiten bei der Reihenfolge, wie etwa dem zuletzt angeführten Verfahrensschritt der Rohrformung mittels der Blechumformmaschine, der ja der vorherigen Bildung (Herstellung) des Mehrlagen-Werkstoffs bedarf – vielmehr nicht zwingend auf diese Reihenfolge an. So können etwa auch die beiden Werkstofflagenverbindungen (vorzugsweise in etwa) gleichzeitg statt nacheinander geschaffen werden. Auch ist es etwa möglich zuerst eine der Verbindungen zwischen den Werkstofflagen herzustellen und dann erst die Biegung vorzunehmen, um danach dann die zweite Verbindung zwischen den Werkstofflagen zu schaffen.It should be emphasized that the aforementioned method steps by the order of their listing in the above text by no means require the same order in the execution of the method according to the invention. In the execution of the method - apart from technical necessities in the sequence, such as the last-mentioned process step of tube forming by means of sheet metal forming machine, which indeed requires the previous formation (production) of the multilayer material - it does not necessarily on this order. For example, the two material layer connections (preferably approximately) can be created simultaneously instead of successively. It is also possible to first make one of the connections between the material layers and then only make the bend, in order then to create the second connection between the material layers.
Die Biegung der benachbarten – vorzugsweise unten liegenden – und nach der (Mehrlagen-)Rohrformung die Außenlage des Mehrlagenrohres bildende Werkstofflage bringt dabei deren Kanten – im Rohrquerschnitt gesehen näher zueinander. Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird also die Unterbrechung des Rohrformungsprozesses in der Blechumformmaschine und auch eine zusätzliche Schweißnaht im Rohrinneren vermieden, da hier einerseits weder eine Unterbrechung des Formungsprozesses in der Blechumformmaschine zur Verbindung der Werkstofflagen noch zur Ausbildung einer vollflächigen Werkstoffinnenlage aus dem hierfür vorgesehenen Material im Rohrinneren und auch keine weitere (dritte) Schweißnaht erforderlich ist, da die Werkstoffinnenlage zum einen einteilig ausgeführt werden kann und zum anderen ein Biegen der benachbarten Werkstofflage, also etwa ein ,Vorspannen' des Werkstoffes erfolgt, was die Verbindung beider Werkstofflagen miteinander schon vor dem (weiteren) Rohrformungsprozeß in der Blechumformmaschine erlaubt. Das Verbinden der Werkstofflagen kann somit vor dem eigentlichen Rohrformungsprozeß in der Blechumformmaschine (Rohrformungsmaschine) geschehen und stört daher diesen Prozeß im weiteren nicht mehr.The bending of the adjacent - preferably below - and after the (multilayer) pipe forming the outer layer of the multilayer pipe forming material layer brings their edges - seen in the pipe cross-section closer together. In the method according to the present invention, therefore, the interruption of the tube forming process in the sheet metal forming machine and an additional weld in the tube interior is avoided because here neither a break in the forming process in the sheet metal forming machine for connecting the material layers nor to form a full-surface material inner layer of the space provided here Material in the tube interior and no further (third) weld is required because the material inner layer can be made in one piece and on the other a bending of the adjacent material layer, so as a 'preloading' of the material takes place, what the connection of the two material layers together already allowed the (further) tube forming process in the sheet metal forming machine. The bonding of the material layers can thus happen before the actual tube forming process in the sheet metal forming machine (tube forming machine) and therefore does not interfere with this process further.
Eine etwaige Biegung der benachbarten Werkstofflage entlang (etwa einer oder beider) ihrer Kanten erfolgt nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise bereits auf den Endradius des zu fertigenden Mehrlagenrohres, da dies eine nachträgliche, oftmals mit Fertigungsproblemen, wie etwa Kantenverquetschungen, verbundene Bearbeitung vermeidet. Ein solches Biegen auf den Endradius kann dabei etwa vorzugsweise mit einer Biegepresse für Blechtafeln, wie sie aus der
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur schnellen Herstellung eines Mehrlagenrohres mit Hilfe einer Blechumformmachine nach der vorliegenden Erfindung werden
einzelne zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen aufeinandergelegt, und es wird
dann eine erste Verbindung zwischen der aufliegenden Werkstofflage und der benachbarten Werkstofflage dadurch geschaffen, daß die aufliegende Werkstofflage mit der benachbarten Werkstofflage in etwa entlang der ersten Kante der aufliegenden Werkstofflage oder in etwa entlang einer Linie parallel hierzu verbunden wird,
worauf der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff – und damit auch die benachbarte Werkstofflage – in dem Bereich, in dem die Werkstofflagen in etwa entlang der Kante oder entlang einer Linie in etwa parallel hierzu durch die erste Verbindung miteinander verbunden sind, zumindest leicht gebogen wird (zum Begriff des Biegens als plastische oder elastische Verformung siehe oben, dort zur benachbarten Werkstofflage),
die zweite noch freie Kante der aufliegenden Werkstofflage relativ zur benachbarten Werkstofflage in Richtung einer ebenfalls noch freien Kante der benachbarten Wekstofflage positioniert wird, und
sodann die zweite Verbindung zwischen der aufliegenden Werkstofflage und der benachbarten Werkstofflage dadurch geschaffen wird, daß
die aufliegende Werkstofflage mit der benachbarten Werkstofflage in etwa entlang der zweiten, bis dahin noch freien Kante der aufliegenden Werkstofflage oder in etwa entlang einer Linie parallel hierzu verbunden wird, und
der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff mit Hilfe der Blechumformmaschine zum Mehrlagenrohr geformt wird, wobei
während dieser Formung ab einem gewissen Verformungsgrad die jeweilige aufliegende und sodann als Innenrohr fungierende Werkstofflage zwischen den beiden Werkstofflagenverbindungen in (Teil-)Kreisumfangsrichtung gestaucht und somit in die jeweilige benachbarte und sodann als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepreßt wird.In a preferred embodiment of the method for the rapid production of a multilayer pipe by means of a sheet metal forming machine according to the present invention
single to multilayer pipe to be combined material layers stacked, and it is
then a first connection between the overlying material layer and the adjacent material layer created by the fact that the overlying material layer is connected to the adjacent material layer approximately along the first edge of the overlying material layer or approximately along a line parallel thereto,
whereupon the multilayer material thus formed - and thus also the adjacent material layer - is at least slightly bent in the region in which the material layers are connected approximately along the edge or along a line approximately parallel thereto through the first connection (for example FIG Term of bending as plastic or elastic deformation see above, there to the adjacent material layer),
the second still free edge of the overlying material layer is positioned relative to the adjacent material layer in the direction of a still free edge of the adjacent Wstofstofflage, and
Then the second connection between the overlying material layer and the adjacent material layer is created by that
the resting material layer is connected to the adjacent material layer approximately along the second, until then free edge of the overlying material layer or approximately along a line parallel thereto, and
the thus formed multilayer material is formed by means of the sheet metal forming machine for multilayer pipe, wherein
During this shaping from a certain degree of deformation, the respective resting and then functioning as an inner tube material layer between the two material layer compounds in (part) circumferential direction compressed and thus pressed into the respective adjacent and then acting as an outer tube material layer.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform nach dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird also wiederum zum einen die Unterbrechung des Rohrformungsprozesses in der Blechumformmaschine und auch eine zusätzliche Schweißnaht im Rohrinneren vermieden, da auch hier weder eine Unterbrechung des Formungsprozesses zur Verbindung der Werkstofflagen, noch zur Ausbildung einer vollflächigen Werkstoffinnenlage aus dem hierfür vorgesehenen Material im Rohrinneren und auch keine weitere (dritte) Schweißnaht erforderlich ist, da dies durch das ,Vorspannen' des Mehrlagenwerkstoffes vermittels des zunächst einseitigen Verbindens der Lagen, das elastische oder plastische Biegen in diesem Bereich, das ,Herüberbewegen', vorzugsweise ,Herüberziehen' zum anderen Ende hin und schließlich das Fixieren dieser ,Vorspannung' an diesem anderen Ende durch dortiges abermaliges Verbinden entfällt. Diese vorstehend beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Herstellung ist deshalb vorteilhaft, da es hier keiner initialen (anfänglichen) – sei es plastischen, sei es elastischen – Verformung der benachbarten Werkstofflage bedarf. Vielmehr wird diese Biegung erst im Laufe der Ausführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, nämlich durch das Positionieren, vorzugsweise ,Herüberziehen' der aufliegenden Werkstofflage gleichzeitig mit diesem Schritt des Verfahrens erreicht. Vorzugsweise wird die – im Rohrquerschnitt betrachtete Kreisumfangslänge (Breite) – der jeweilig als Innenrohr fungierenden Werkstofflage Bi zwischen den beiden Verbindungen der Werkstofflagen miteinander so gewählt, daß
- Bi
- als der im Rohrquerschnitt betrachteten (Teil-)Kreisumfangslänge (Breite vor Rohrformung) der jeweilig als Innenrohr fungierenden Werkstofflage zwischen den beiden Verbindungen zwischen den Werkstofflagen etwa in mm angegeben,
- Lnfa
- der im Rohrquerschnitt gesehenen Kreisumfangslänge (Breite vor Rohrformung) der jeweilig als Außenrohr fungierenden Werkstofflage etwa in mm angegeben,
- SA
- der Wanddicke der jeweilig als Außenrohr fungierenden Werkstofflage etwa in mm angegeben,
- SI
- als der Wanddicke des jeweilig als Innenrohr fungierenden Werkstofflage etwa in mm angegeben, und
- d1
- als dem Abstand der ersten Verbindung entlang der ersten Kante der aufliegenden Werkstofflage oder entlang einer Linie parallel hierzu von der entsprechenden ersten Kante der benachbarten Werkstofflage zum Zeitpunkt der Schaffung der ersten Verbindung zwischen den Werkstofflagen etwa in mm angegeben, und
- d2
- als dem Abstand der zweiten Verbindung entlang der zweiten Kante der aufliegenden Werkstofflage oder entlang einer Linie parallel hierzu von der entsprechenden Kante der benachbarten Werkstofflage zum Zeitpunkt der Schaffung der zweiten Verbindung zwischen den Werkstofflagen etwa in mm angegeben.
- B i
- as the (partial) circumference length considered in the tube cross-section (width before tube forming) of the respective material layer acting as inner tube between the two connections between the material layers is given in mm,
- L nfa
- the circumference length seen in the pipe cross-section (width before pipe forming) of the material layer acting in each case as the outer pipe is given approximately in mm,
- SA
- the wall thickness of the respective material layer acting as outer tube is given in mm,
- SI
- indicated as the wall thickness of the material layer acting respectively as an inner tube in approximately mm, and
- d 1
- as the distance of the first connection along the first edge of the overlying material layer or along a line parallel thereto from the corresponding first edge of the adjacent material layer at the time of creating the first connection between the material layers approximately in mm, and
- d 2
- as the distance of the second connection along the second edge of the overlying material layer or along a line parallel thereto from the corresponding edge of the adjacent material layer at the time of creation of the second connection between the material layers approximately in mm.
Letztere Bedingung ist gleichbedeutend damit, daß die im Rohrquerschnitt betrachtete (Teil-)Kreisumfangslänge der später als Innenrohr fungierenden Werkstofflagen zwischen den beiden Werkstofflagenverbindungen größer ist, als die – ebenfalls im Rohrquerschnitt betrachtete – (Teil-)Kreisumfangslänge einer Innenlage, die sich im Falle zweier (in einem nach dem hier vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren geformten Rohr) spannungsfrei (zwischen den beiden Werkstofflagenverbindungen) ineinander liegender Werkstofflagen ergeben würde. Diese gegenüber den vorstehenden Verhältnissen größere (Teil-)Kreisumfangslänge zwischen den beiden Werkstofflagenverbindungen führt dann zu einer Stauchung der Innenlage in Umfangsrichtung und somit zu einer radialen Verpressung der Innen- in die Außenlage.The latter condition is equivalent to the fact that in the tube cross-section considered (partial) circumference of the later acting as an inner tube material layers between the two material layer connections is greater than - also considered in the tube cross-section (partial) circumference length of an inner layer, which in the case of two (in a tube formed according to the present inventive method) stress-free (between the two material layer connections) would result in mutually lying material layers. This compared to the above conditions larger (partial) circumference length between the two material layer connections then leads to a compression of the inner layer in the circumferential direction and thus to a radial compression of the inner to the outer layer.
Entsprechend den bereits in der
Hierzu finden – vorzugsweise ausgehend von zwei Lagen, also einer aufliegenden Werkstofflage, die nach der Rohrformung die Innenlage, also das spätere Innenrohr, bildet, und einer benachbarten Werktofflage, die nach der Rohrformung die Außenlage, also das spätere Außenrohr, bildet – neben den bereits eingeführten Größen, auch die folgenden Größen Verwendung:
- σI
- als Streckgrenze (welche in der Regel in etwa der Stauchgrenze insbesondere bei gewalzten Metallen – entspricht) der aufliegenden Werkstofflage (Innenlage), also des (späteren) Innenrohres – etwa in N/mm2,
- E
- als Elastizitätsmodul (E-Modul) der aufliegenden Werkstofflage (Innenlage), also des (späteren) Innenrohres – etwa in N/mm2.
To find this - preferably starting from two layers, so an overlying material layer, which forms the inner layer, ie the later inner tube after tube forming, and an adjacent Werkofflage after the tube forming the outer layer, so the later outer tube, forms - in addition to the already introduced sizes, also the following sizes use:
- σ I
- as yield strength (which usually corresponds approximately to the compression limit, in particular for rolled metals) of the overlying material layer (inner layer), ie of the (later) inner tube - approximately in N / mm 2 ,
- e
- as modulus of elasticity (modulus of elasticity) of the overlying material layer (inner layer), ie of the (later) inner tube - approximately in N / mm 2 .
Die Länge der neutralen Faser – in kreisförmig gebogenem Zustand – des (späteren) Außenrohres – hier Lnfa genannt – beträgt:
Verwendet man somit eine Werkstofflage der Breite LnfiOS als Innenlage und eine Werkstofflage der Breite Lnfa als Außenlage, so kann sich die Innenlage während der Rohrformung genau in die Außenlage einpassen, was heißt, daß die jeweiligen Längskanten der Außen-, wie auch der Innenlage mit dem Abschluß des Rohrformungprozesses – einen geometrisch ideal ablaufenden Rohrformungsprozeß, d. h. die ideale Bildung eines Kreises (im Rohrquerschnitt gesehen) einmal vorausgesetzt – zu gleicher Zeit aneinanderstoßen. In diesem Falle würde das Innenrohr nur durch seine während des Formungsprozesses aufgebaute Rückfederkraft gegen die Außenlage gedrückt. Eine Stauchung des Innenrohres, die infolge des dabei im Material aufgebauten Druckes und seiner Wölbung nach außen gegen die jeweilige Außenwerkstofflage hin in eine zusätzliche Preßkraft des Innenrohres gegen das Außenrohr münden würde, würde hingegen nicht stattfinden.Thus, if one uses a material layer of width L nfiOS as the inner layer and a material layer of width L nfa as the outer layer, the inner layer can exactly fit into the outer layer during tube forming, which means that the respective longitudinal edges of the outer as well as the inner layer with the completion of the tube forming process - a geometrically ideal running tube forming process, ie the ideal formation of a circle (seen in the tube cross section) once assumed - at the same time abut each other. In this case, the inner tube would be pressed against the outer layer only by its built-up during the forming process spring-back force. A compression of the inner tube, which would open due to the built-up in the material pressure and its curvature outwards against the respective outer material layer out in an additional pressing force of the inner tube against the outer tube, however, would not take place.
Eine solche möchte das erfindungsgemäße Verfahren jedoch gerade erzeugen. Es stellt sich damit die Frage, welche – im Querschnitt des geformten Rohres gesehen – (Teil-)Kreisumfangslänge (= Breite der aufliegenden Werkstofflage vor der Formung) die Innenlage aufweisen muß, damit es zu einer solchen erwünschten Stauchung der Umfangslänge der Werkstoffinnenlage (Bi) oder, was dasselbe ist, der Breite der aufliegenden Werkstofflage beim Rohrformungsprozeß kommt.However, such a method would just produce the method according to the invention. This raises the question of what - viewed in cross-section of the molded tube - (partial) circumference length (= width of the overlying material layer prior to forming) must have the inner layer, so that there is such a desired compression of the circumferential length of the inner layer of material (B i ) or, what is the same, the width of the overlying material layer in the tube forming process.
Nach den o. a. Darlegungen beträgt die Länge, über die sich die Kanten der Innenlage gegenüber denen der Außenlage in Umfangsrichtung während der Rohrformung frei verschieben können:
Wird aber die jeweilig als Innenrohr fungierende Werkstofflage bei der Rohrformung in der Breite – nämlich durch die beiden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geschaffenen Verbindungen zwischen den Werkstofflagen – gestaucht, so wird die jeweilig als Innenrohr fungierende Werkstofflage dadurch auch in die jeweilige äußere (also vom Rohrinnenraum gesehen nach außen benachbarte) Werkstofflage gepreßt. Dabei läßt sich diese Preßkraft bis zur Streckgrenze (respektive Stauchgrenze, die in der Regel – insbesondere bei gewalzten Metallblechen, in etwa gleich der Streckgrenze ist –) steigern. In Fällen, in denen keine ausgeprägte Streck- oder Stauchgrenze vorliegt, kann anstelle dieser auch die sogenannte technische Streckgrenze (auch Dehngrenze als Betrag der Spannung einer plastischen bleibenden Dehnung unter einer bestimmten Krafteinwirkung genannt) oder technische Stauchgrenze genannt, treten. Oberhalb der Zone der sogenannten ,Hook'schen Geraden', also etwa im Bereich der plastischen Dehnung (z. B. im Bereich der sogenannten ,Lüderskurve') hingegen läßt sich diese Kraft nicht mehr wesentlich (zumindest nicht mehr proportional) steigern. Will man also vor diesem Hintergrund über die o. a. Bedingung
Der Stauchungsgrad der Innenwerkstofflage zum Erreichen der Stauchgrenze – hier εSt genannt – ergibt sich nach dem Hook'schen Gesetz zu: However, if the respective material layer functioning as an inner tube is compressed in width during tube forming-namely, by the two connections between the material layers created by the method according to the invention-the material layer acting as the inner tube is thereby also seen in the respective outer (ie from the inner space of the tube outwardly adjacent) material layer pressed. there can this pressing force to the yield strength (respectively compression limit, which is usually - especially in rolled metal sheets, approximately equal to the yield strength -) increase. In cases where there is no pronounced yield or compression limit, the so-called technical yield strength (also referred to as yield strength as the amount of stress of a plastic permanent elongation under a certain force) or technical compression limit may be used instead. On the other hand, above the zone of the so-called "Hook's straight line", ie in the area of plastic strain (eg in the so-called "Lüders curve"), this force can no longer be significantly increased (at least not proportionally). So if you want against this background on the above condition
The degree of compression of the inner material layer to reach the compression limit - here called ε St - results according to Hooke's law:
Demnach gilt für den Fall, daß die maximale Preßkraft der Innenwerkstofflage gegen die Außenwerkstofflage gerade eben erreicht werden soll:
Hinsichtlich der Breite, die sich für die Innenwerkstofflage in diesem Falle ergibt, gilt also: wobei fit den maximal erreichbaren Stauchungsgrad With regard to the width which results for the inner material layer in this case, then: being fit the maximum achievable degree of compression
Für praktische Zwecke ist zu bedenken, daß – so man die maximale Preßkraft der Innen – gegen die Außenlage möglichst zuverlässig auch tatsächlich, jedenfalls in etwa, erreichen will – es sicherzustellen gilt, daß die Stauchgrenze (≈ Streckgrenze) auch tatsächlich erreicht ist. Dies kann man dadurch erzielen, daß man zum maximalen Stauchungsgrad, wie er sich aufgrund der Materialkonstanten (σI, E) ergibt, noch einen gewissen – durchaus großzügig zu bemessenden – Zuschlag – vorzugsweise von bis zu 800% des maximalen Stauchungsgrades, besonders bevorzugterweise von bis zu 600% oder aber auch von bis zu 300% oder von bis zu 200% oder auch bis zu 100% des maximalen Stauchungsgrades – gibt.For practical purposes it should be considered that - if one wants to achieve the maximum pressing force of the inner as reliably as possible against the outer layer, in any case approximately - it must be ensured that the compression limit (≈ yield strength) is actually reached. This can be achieved by giving the maximum degree of compression, as it results from the material constants (σ I , E), a certain - quite generous - surcharge - preferably up to 800% of the maximum degree of compression, more preferably of up to 600% or even up to 300% or up to 200% or even up to 100% of the maximum degree of compression - there.
Vorzugsweise kann daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Mehrlagenrohren für die Breite des als Innenrohr fungierenden Werkstofflagenbandes im Hinblick auf die Erzielung einer möglichst hohen Preßkraft der Innen- gegen die Außenlage für praktische Zwecke gefordert werden, daß gilt: Therefore, in the method according to the invention for the production of multilayer pipes for the width of the material layer strip acting as an inner tube, it is possible with regard to the achievement of the highest possible compressive force of the inner layer against the outer layer for practical purposes that
Wenn die Breite der Innenlage also größer als der rechts der Gleichung stehende Term gewählt wird, wird ein möglicher Stauchungszuschlag (siehe oben) berücksichtigt, der die Fertigungsungenauigkeiten – etwa in Lage und/oder Führung der Werkstofflagenbänder zueinander – so zu kompensieren vermag, daß die angestrebte maximale Preßkraft des Innenrohres gegen das Außenrohr – jedenfalls in etwa – sicher erreicht wird.If the width of the inner layer is thus chosen to be greater than the term on the right of the equation, a possible compression allowance (see above) is taken into account, which reduces the production inaccuracies - for example in position and / or leadership of the material material tapes to each other - can compensate so that the desired maximum pressing force of the inner tube against the outer tube - at least approximately - is achieved safely.
Durch den Stauchungszuschlag werden auch eine elastische Aufweitung des Außenrohres aufgrund der radial wirkenden Preßkraft des Innenrohres auf das Außenrohr und Einflüsse auf das Verfahren durch eine nach der Rohrformung etwaig nicht exakt blechdickenmittige Lage der neutralen Faser der jeweiligen Werkstofflage aufgefangen.Due to the compression allowance also an elastic expansion of the outer tube due to the radially acting compressive force of the inner tube to the outer tube and influences on the process by a pipe forming after the possible not exactly sheet-thick central layer of the neutral fiber of the respective material layer are collected.
Vorstehende Ausführungen gehen jedoch davon aus, daß die Stauchung der Innenlage durch die beiden Verbindungen zwischen den Werkstofflagen geschaffen wird, wobei die – im (späteren) Rohrquerschnitt gesehen – jeweiligen beiden einander entsprechenden Kanten der benachbarten Werkstofflagen zum Zeitpunkt der Schaffung der ersten und der zweiten Verbindung zwischen den Werkstofflagen jeweils – vorzugsweise in etwa – bündig aneinanderliegen und die jeweilige Verbindung auch – vorzugsweise in etwa – entlang der jeweiligen Kante – vorzugsweise durch eine Schweißnaht entlang der Kante – erfolgt. Wird jedoch zum Beispiel die zweite zunächst noch freie Kante der aufliegenden Werkstofflage (Innenlage) nicht soweit in Richtung der noch freien Kante der benachbarten Werkstofflage (Außenlage) gezogen, daß diese bündig aneinander liegen, bevor – entsprechend dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung – die zweite Verbindung geschaffen wird, so ist auch der sich hieraus ergebende Abstand d2 zwischen der zweiten – entlang der oder parallel zur noch freien (zweiten) Kante der aufliegenden Werkstofflage verlaufenden – Werkstofflagenverbindung und der entsprechenden (zweiten) Kante der benachbarten Werkstofflage zu berücksichtigen. Gleiches gilt entsprechend für den Abstand d1 der – entlang der oder parallel zur anderen (ersten) Kante der aufliegenden Werkstofflage verlaufenden – ersten Werkstofflagenverbindung von der entsprechenden (ersten) Kante der benachbarten Werkstofflage.However, the above statements assume that the compression of the inner layer is provided by the two connections between the material layers, wherein the - seen in the (later) pipe cross section - respective two corresponding edges of the adjacent material layers at the time of creation of the first and the second connection between the material layers in each case - preferably approximately - lie flush against each other and the respective connection also - preferably approximately - along the respective edge - preferably by a weld along the edge - takes place. However, if, for example, the second initially free edge of the overlying material layer (inner layer) is not pulled so far in the direction of the still free edge of the adjacent material layer (outer layer) that they lie flush against each other before - according to this embodiment of the present invention - the second compound is created, so is the resulting distance d 2 between the second - along or parallel to the still free (second) edge of the overlying material layer running - material layer connection and the corresponding (second) edge of the adjacent material layer to be considered. The same applies correspondingly to the distance d 1 of the first material layer connection extending along or parallel to the other (first) edge of the resting material layer from the corresponding (first) edge of the adjacent material layer.
Berücksichtigt man dies jedoch, so ergibt sich
Vorzugsweise ist das Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres nach der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindung zwischen den Werkstofflagen dadurch geschaffen wird, daß diese – vorzugsweise in etwa – entlang einer der Längs- oder Querkanten der aufliegenden Werkstofflage oder – vorzugsweise in etwa – entlang einer Linie parallel hierzu aber auch entlang der oder parallel zur zukünftigen Rohrlängsnaht erfolgt. Die aufgelegte(n) Werkstofflage(n) kann oder können somit mit ihrer Längskante parallel zur Längskante der benachbarten (etwa unterliegenden) Werkstofflage liegen, muß oder müssen dies aber nicht. So ist es auch möglich, daß sie mit ihrer Längskante quer hierzu zu liegen kommt oder kommen. Die Verbindung mit der benachbarten (etwa unten liegenden) Werkstofflage erfolgt aber vorzugsweise entlang der oder parallel zu der zukünftigen Rohrlängsnaht.Preferably, the method for producing a multi-layer pipe according to the present invention is characterized in that the first connection between the material layers is created by this - preferably approximately - along one of the longitudinal or transverse edges of the overlying material layer or - preferably approximately along a line parallel thereto but also along or parallel to the future pipe seam. The laid-up (n) material layer (s) may or may thus lie with its longitudinal edge parallel to the longitudinal edge of the adjacent (about underlying) material layer, but need not or must not. So it is also possible that they come to lie with their longitudinal edge transverse thereto or come. However, the connection with the adjacent (approximately below) material layer is preferably along or parallel to the future pipe longitudinal seam.
In diesem Zusammenhang sei angemerkt, daß dann, wenn in diesem Text hier von einer Verbindung entlang einer Kante oder entlang einer (vorzugsweise nur gedachten) Linie die Rede ist, damit jede Art von Verbindung entlang der Kante oder Linie gemeint ist, gleich, ob diese Verbindung entlang der gesamten Kante oder Linie oder nur abschnittsweise entlang der Kante oder Linie oder auch nur in einzelnen Punkten (wie etwa Punktschweißungen), etwa in zwei Punkten – vorzugsweise an den Endpunkten der Kante oder Linie – oder gar nur in einem einzelnen Punkt an der Kante oder auf der Linie besteht.In this connection, it should be noted that when this text is used herein to refer to a connection along an edge or along a (preferably imaginary) line only, it means any type of connection along the edge or line, whether or not it is Connection along the entire edge or line or only in sections along the edge or line or even in single points (such as spot welds), for instance at two points - preferably at the end points of the edge or line - or even at a single point at the point Edge or on the line.
Auch kann die als Innenrohr fungierende Werkstofflage beim fertigen Mehrlagenrohr im Querschnitt einen Teilkreis bilden, was man dadurch erreichen kann, daß die Elemente der aufliegenden Werkstofflage, die später die Rohrinnenlage bilden, nur einen Teil der Fläche der Werkstofflage abdecken, die später die Außenlage bildet.The material layer functioning as an inner tube can also form a partial circle in cross-section in the finished multilayer tube, which can be achieved in that the elements of the overlying material layer, which later form the inner tube layer, cover only a part of the surface of the material layer, which later forms the outer layer.
Vorzugsweise formt dabei die als Innenrohr fungierende und beim fertigen Mehrlagenrohr im Querschnitt einen Teilkreis bildende Werkstofflage eine Rinne am Fuß des Mehrlagenrohres.Preferably, the material layer functioning as an inner tube and forming a partial circle in cross-section in the finished multilayer tube forms a groove at the foot of the multilayer tube.
Nach Fertigstellung des Schlitzrohres, also nach Abschluß des – vorzugsweise wesentlichen – Rohrformungsprozesses, etwa in der Biegewalze, kann dann vorzugsweise bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur schnellen Herstellung eines Mehrlagenrohres das Mehrlagenrohr durch eine Schweißung des Außenrohres entlang der Rohrnaht geschlossen werden. Auch erfolgt hierzu vorzugsweise eine Auftragsschweißung des Innenrohres entlang der Rohrnaht. Vorzugsweise wird so der Mehrlagenrohrkörper fertiggestellt.After completion of the slot tube, so after completion of - preferably essential - tube forming process, such as in the bending roll, then preferably in the inventive method for rapid production of a multilayer tube, the multilayer tube can be closed by welding the outer tube along the pipe seam. Also, this is preferably carried out a surfacing of the inner tube along the pipe seam. Preferably, the multilayer tubular body is thus completed.
Ferner können die Werkstofflagen an den Stirnseiten des Rohres verbunden werden, etwa um dort das Eindringen von Feuchtigkeit zwischen die metallurgisch ja nicht vollflächig verbundenen Werkstofflagen zu verhindern.Furthermore, the material layers can be connected to the front sides of the tube, such as there to prevent the ingress of moisture between the metallurgically yes not fully connected material layers.
Einen bevorzugten Anwendungsfall des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung stellt die Herstellung von Doppellagenrohren dar, gleichwohl beschränkt sich die Erfindung nicht hierauf auch drei-, vier- und noch mehrlagigere erfindungsgemäße Rohre sind hiermit grundsätzlich herstellbar.A preferred application of the method according to the present invention is the production of double-layer tubes, however, the invention is not limited thereto also three-, four- and more multi-layered tubes according to the invention are hereby basically produced.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung finden Bleche, vorzugsweise Metallbleche und besonders bevorzugterweise Stahlbleche, als Werkstofflage oder Elemente der Werkstofflage Verwendung.In a further particularly preferred embodiment of the present invention find sheets, preferably metal sheets and more preferably steel sheets, as a material layer or elements of the material layer use.
Auch erfolgt in dem Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres nach der hier vorliegenden Erfindung vorzugsweise zumindest eine der Verbindungen der Werkstofflagen als Schweißung, was sich vor allem für die zuvor erwähnten Metallbleche, vorzugsweise Stahlbleche eignet.Also, in the method for producing a multilayer pipe according to the present invention, at least one of the joints of the material layers is preferably used as a weld, which is particularly suitable for the aforementioned metal sheets, preferably steel sheets.
Als Blechumformmaschine ist etwa eine Biegewalze, also z. B. eine Dreiwalzen-Rundbiegemaschine, aber auch eine Pressen-/Gesenkanordnung, wie sie etwa im Rahmen des aus dem Stand der Technik bekannten UOE(U-Formen, O-Formen, Expandieren)-Rohrformungsverfahrens (siehe zum UOE-Verfahren beispielsweise:
Beim JCO-Verfahren wird das Rohr dadurch geformt, daß das Blech in einer Presse vermittels eines Schwertes zunächst in die Form eines liegenden ,J' und dann in die eines liegenden ,C' gebracht wird. Hiernach wird es dann – wie im Falle des UOE-Verfahrens auch – in die ,O'-Form gebogen.In the JCO process, the pipe is formed by first placing the sheet in a press by means of a sword in the shape of a horizontal 'J' and then in that of a horizontal 'C'. Afterwards it is then - as in the case of the UOE process - bent into the, O'-shape.
Im folgenden werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung besprochen. In dieser zeigen:In the following non-limiting exemplary embodiments will be discussed with reference to the drawings. In this show:
In einem ersten Schritt werden einzelne zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen, nämlich eine aufliegende Werkstofflage
In einem zweiten Schritt wird dann eine erste Verbindung
Zum anderen zeigt
Die zum Mehrlagenrohr zu kombinierenden Werkstofflagen
Auch wurde eine erste Verbindung
Der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff
Die
Es sei angemerkt, daß das erfindungsgemäße Verfahren in ähnlicher Weise vermittels einer Pressen-/Gesenkanordnung, die für das sogenannte ,JCO'-Verfahren ausgelegt ist, durchgeführt werden kann. Hier wird dann entsprechend dem JCO-Verfahren vorgegangen, dies aber so modifiziert, daß wiederum zwei Werkstofflagen
In allen Fällen, also insbesondere beim erfindungsgemäß modifizierten UO(E)-Verfahren, wie auch bei dem erfindungsgemäß modifizierten JCO-Verfahren können die Verbindungen
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, das Innenlagenmaterial des Mehrlagenrohres so weit zu stauchen, daß man in den Bereich S des hier zu sehenden Spannungs-Dehnungsdiagramms gelangt, um so die durch die Stauchung maximal mögliche Verpressung der Innen- in die Außenlage zu erreichen, was einen möglichst festen Sitz des Innenrohres im Außenrohr gewährleisten soll.The aim of the present invention is to compress the inner layer material of the multilayer pipe so far that you get into the area S of the here seen stress-strain diagram, so as to achieve the maximum possible compression of the inner to the outer layer by the compression, which to ensure a firm fit of the inner tube in the outer tube.
Wird die jeweilig als Innenrohr fungierende Werkstofflage bei der Rohrformung in der Breite – etwa durch die erste und zweite Verbindung der beiden Werkstofflagen miteinander bei entsprechend ausreichender Breite Bi der Innenlage – gestaucht, so wird die jeweilig als Innenrohr fungierende Werkstofflage dadurch auch in die jeweilige äußere (also vom Rohrinnenraum gesehen nach außen benachbarte) Werkstofflage gepreßt. Dabei läßt sich diese Preßkraft bis zur Streckgrenze σI (respektive Stauchgrenze, die in der Regel – insbesondere bei gewalzten Metallblechen, in etwa gleich der Streckgrenze ist –) steigern. In Fällen, in denen keine ausgeprägte Streck- oder Stauchgrenze vorliegt, kann anstelle dieser auch die sogenannte technische Streckgrenze (auch Dehngrenze als Betrag der Spannung einer plastischen bleibenden Dehnung unter einer bestimmten Krafteinwirkung genannt) oder technische Stauchgrenze genannt treten. Oberhalb der Zone der sogenannten ,Hook'schen Geraden' – hier in der Figur der Bereich H –, also etwa im Bereich der plastischen Dehnung (z. B. im Bereich der sogenannten ,Lüderskurve') – hier also der Bereich S – hingegen läßt sich diese Kraft nicht mehr wesentlich (zumindest nicht mehr proportional) steigern.If the respective material layer functioning as an inner tube in the tube forming in the width - such as by the first and second connection of the two material layers together with a corresponding sufficient width B i of the inner layer - compressed, so the respectively functioning as an inner tube material layer is thereby also in the respective outer (So seen from the pipe interior to the outside adjacent) pressed material layer. This pressing force can be up to the yield strength σ I (respectively compression limit, which is usually - especially in rolled metal sheets, approximately equal to the yield strength -) increase. In cases in which there is no pronounced yield or compression limit, the so-called technical yield strength (also referred to as yield strength as the amount of stress of a plastic permanent elongation under a certain force) or technical compression limit can be cited instead. Above the zone of the so-called 'Hook's straight line' - here in the figure, the range H -, that is approximately in the area of plastic strain (eg in the so-called 'Lüders curve') - in this case the area S - on the other hand This force does not increase significantly anymore (at least not proportionally).
Die Bedingung
Will man darüber hinaus eine maximale Stauchung und damit auch eine maximale Preßkraft (infolge dieser Stauchung) erreichen, so ist folgendes zu bedenken:
Der Stauchungsgrad der Innenwerkstofflage zum Erreichen der Stauchgrenze – hier εSt – ergibt sich nach dem Hook'schen Gesetz zu: wobei E die Steigung der sogenannten Hook'schen Geraden im Bereich H ist, wenn es eine solche (ausgeprägte Hook'sche Gerade) für das Material gibt. Demnach gilt für den Fall, daß die maximale Preßkraft der Innenwerkstofflage gegen die Außenwerkstofflage gerade eben erreicht werden soll:
The degree of compression of the inner material layer to reach the compression limit - here ε St - results according to Hooke's law: where E is the slope of the so-called Hook's line in the area H, if there is such a (pronounced Hook's line) for the material. Accordingly, in the case that the maximum pressing force of the inner material layer against the outer material layer is just to be achieved:
Hinsichtlich der Breite, die sich für das Band der Innenwerkstofflage in diesem Falle ergibt, gilt also: wobei für den maximal erreichbaren Stauchungsgrad With regard to the width which results for the band of the inner material layer in this case, then: where for the maximum achievable degree of compression
Für praktische Zwecke ist zu bedenken, daß – so man die maximale Preßkraft der Innen- gegen die Außenlage möglichst zuverlässig auch tatsächlich, jedenfalls in etwa, erreichen will – es sicherzustellen gilt, daß die Stauchgrenze σI (≈ Streckgrenze) auch tatsächlich erreicht ist. Dies kann man dadurch erzielen, daß man zum maximalen Stauchungsgrad, wie er sich aufgrund der Materialkonstanten σI und E ergibt, noch einen gewissen Zuschlag – vorzugsweise von bis zu 800% des maximalen Stauchungsgrades, besonders bevorzugterweise aber von bis zu 600% oder aber bis zu 300% oder bis zu 200% oder bis zu 100% des maximalen Stauchungsgrades εSt – gibt.For practical purposes it should be considered that - if one wants to achieve the maximum pressing force of the inner against the outer layer as reliably as possible, in any case approximately, it must be ensured that the compression limit σ I (≈ yield strength) is actually reached. This can be achieved by adding to the maximum degree of compression, as it results from the material constants σ I and E, still a certain surcharge - preferably up to 800% of the maximum compression ratio, more preferably up to 600% or up to 300% or up to 200% or up to 100% of the maximum degree of compression ε St - gives.
Vorzugsweise kann daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Mehrlagenrohren für die Breite des als Innenrohr fungierenden Werkstofflagenbandes im Hinblick auf die Erzielung einer möglichst hohen Preßkraft der Innen- gegen die Außenlage für praktische Zwecke gefordert werden, daß gilt: Therefore, in the method according to the invention for the production of multilayer pipes for the width of the material layer strip acting as an inner tube, it is possible with regard to the achievement of the highest possible compressive force of the inner layer against the outer layer for practical purposes that
Dadurch, daß die Breite der Innenlage also größer als der rechts der Gleichung stehende Term gewählt wird, wird ein Stauchungszuschlag berücksichtigt, der die Fertigungsungenauigkeiten – etwa in Lage und/oder Führung der Werkstofflagenbänder zueinander – so zu kompensieren vermag, daß die angestrebte maximale Preßkraft des Innenrohres gegen das Außenrohr – jedenfalls in etwa – sicher erreicht wird. Auf diese Weise erreicht man für das Material der Innenlage somit sicher den Bereich S, wo die angestrebte maximale Preßkraft des Innenrohres gegen das Außenrohr sicher gewährleistet ist, da von hier aus gesehen – in etwa – immer die maximale Rückfederkraft des Innenrohres wirkt. Stauchungszuschläge von 100%, 200% und 300% sind zur Veranschaulichung mit in das Diagramm eingetragen. Ebenso ist der Rückfederweg R von 300% Stauchungszuschlag ausgehend exemplarisch mit in das Diagramm eingetragen. Hieraus geht hervor, daß sich die aus der Stauchung der Innenlage herrührende Preßkraft im Bereich S nicht mehr, jedenfalls nicht mehr wesentlich, steigert.Due to the fact that the width of the inner layer is chosen to be greater than the right of the equation term, a compression allowance is taken into account, which can compensate for the manufacturing inaccuracies - such as position and / or leadership of the material material tapes - so that the desired maximum pressing force of Inner tube against the outer tube - at least in about - safely achieved. In this way, it is safe for the material of the inner layer thus reaches the area S, where the desired maximum pressing force of the inner tube against the outer tube is guaranteed, as seen from here - in approximately - always the maximum return spring force of the inner tube acts. Compression surcharges of 100%, 200% and 300% are included in the diagram for illustration purposes. Likewise, the Rückfederweg R from 300% compression surcharge starting is entered as an example in the diagram. It follows that the resulting from the compression of the inner layer pressing force in the area S no longer, at least not significantly, increases.
Berücksichtigt man wiederum die Verpressung der Werkstofflagen gegeneinander im Bereich zwischen den beiden Werkstofflagenverbindungen, die im Abstand von d1 bzw. d2 zu den jeweiligen Kanten der benachbarten Werkstofflage vorzugsweise nach innen (d. h. zur Mitte der benachbarten Werkstofflage) hin liegen, so ergibt sich für Bi als Breite der Innenlage zwischen den beiden Werkstofflagenverbindungen: so man eine maximale Preßkraft der Innen- gegen die Außenlage im Bereich zwischen den beiden Werkstofflagenverbindungen erreichen will. Für den Stauchungszuschlag gilt auch hier das bereits vorstehend Gesagte.Taking into account the pressing of the material layers against each other in the area between the two material layer connections, which are at a distance from d 1 or d 2 to the respective edges of the adjacent material layer preferably inwards (ie to the center of the adjacent material layer) out, it follows for B i as the width of the inner layer between the two material layer connections: so you want to achieve a maximum pressing force of the inner against the outer layer in the area between the two material layer connections. For the compression surcharge applies here also the above.
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