DE102015114345A1 - Progressively efficient tube expander and method for gradually expanding a tube - Google Patents
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Abstract
Um bekannte Rohrexpansionsmethoden weiterzuentwickeln, schlägt die Erfindung einen schrittweise wirksamer Rohrexpander mit einem schrittweise lokal von radial Innen auf ein Rohr wirkenden Expanderkopf, der an einer Tragestange gehalten ist, sowie mit Verlagerungsmitteln zur relativen axialen Verlagerung des Expanderkopfs in Bezug auf das Rohr vor, bei welchem an dem Expanderkopf auf axialer Höhe des Expanderkopfs ein äußeres, ein Außenkaliber bildendes Außenmatrixelement vorgesehen ist. Vorzugsweise erfolgt die Expansion mittels einer nach außen hydroformend wirksamen Wirkfläche bzw. werden gleichzeitig Richtbiegekräfte aufgebracht.In order to further develop known pipe expansion methods, the invention proposes a progressive tube expander having a progressively locally radially inwardly acting on a tube expander head, which is held on a support rod, and with displacement means for relative axial displacement of the expander head with respect to the tube, in which on the expander head at the axial height of the expander head an outer, an outer caliber forming outer matrix element is provided. Preferably, the expansion takes place by means of an effective hydroforming effective outside surface or are simultaneously applied Richtbiegekräfte.
Description
Die Erfindung betrifft einen schrittweise wirksamen Rohrexpander mit einem schrittweise lokal von radial Innen auf ein Rohr wirkenden Expanderkopf, der an einer Tragestange gehalten ist, sowie mit Mitteln zur axialen Verlagerung des Expanderkopfs in Bezug auf das Rohr. The invention relates to a stepwise effective tube expander with a progressively locally from radially inward acting on a tube expander head, which is held on a support rod, and with means for axial displacement of the expander head with respect to the tube.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum schrittweisen Expandieren eines Rohrs. The invention further relates to a method for gradually expanding a pipe.
Gattungsgemäße schrittweise wirksame Rohrexpander sowie Verfahren zum schrittweisen Expandieren eines Rohrs sind aus dem Stand der Technik bekannt. Generic stepwise effective tube expander and method for gradually expanding a tube are known from the prior art.
So sind beispielsweise aus der
Darüber hinaus ist ein Expandieren von Rohren durch Verfahren, die einem Hydroformen ähnlich sind, bekannt, bei welchem ein gesamtes Rohr, in der Praxis in der Regel in einer Rohrprüfpresse, in eine Kaliberschale eingelegt und von innen mit einem Innendruck beaufschlagt wird, so dass es sich aufweitet und von Innen an die Kaliberschale anlegt. Bei Rohrlängen von 10 m oder mehr bedeutet dieses entsprechend lange Kaliberschalen, die insbesondere bei zu expandierenden Rohren mit unterschiedlichen geometrischen Abmessungen einen entsprechenden Rüstaufwand und sehr hohe Anlagenkosten, insbesondere durch einen entsprechend aufwändigen Werkzeugpark, bzw. den Einsatz jeweils an das zu verformende und das letztlich zu formende Rohr angepasst geformter Kaliberschalen bedingen. Moreover, it is known to expand tubes by hydroforming processes, in which an entire tube, in practice usually in a tube testing press, is placed in a caliber shell and subjected to an internal pressure from the inside, so that it expands and creates the caliber shell from the inside. For pipe lengths of 10 m or more, this means correspondingly long caliber shells, in particular in pipes to be expanded with different geometrical dimensions, a corresponding set-up effort and very high equipment costs, in particular by a correspondingly complex tool park, or the use of each to be deformed and ultimately To be formed tube adapted shaped caliber shells condition.
Des Weiteren ist es beispielsweise aus der
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, einen schrittweise wirksamen Rohrexpander sowie ein Verfahren zum schrittweisen Expandieren eines Rohrs bereitzustellen, welche speziell auch bei kleineren Rohrinnendurchmessern zum Einsatz kommen können. It is an object of the present invention to provide a stepwise effective tube expander and a method for gradually expanding a tube, which can be used especially for smaller inner tube diameters.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen schrittweise wirksamen Rohrexpander sowie durch ein Verfahren zum schrittweisen Expandieren eines Rohrs mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere, ggf. auch unabhängig hiervon, vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. The object of the invention is achieved by a stepwise effective tube expander and by a method for gradually expanding a tube with the features of the independent claims. Further, possibly also independent thereof, advantageous embodiments can be found in the subclaims and the following description.
Durch einen schrittweise wirksamen Rohrexpander mit einem schrittweise lokal von radial Innen auf ein Rohr wirkenden Expanderkopf, der an einer Tragestange gehalten ist, sowie mit Verlagerungsmitteln zur relativen axialen Verlagerung des Expanderkopf in Bezug auf das Rohr lässt sich speziell auch bei kleinen Rohrinnendurchmessern ein Rohr schrittweise expandieren, wenn auf axialer Höhe des Expanderkopfs ein äußeres, ein Außenkaliber bildendes Außenmatrixelement vorgesehen ist. By a stepwise effective tube expander with a progressively locally acting radially inward on a tube expander head, which is held on a support rod, and with displacement means for relative axial displacement of the expander head with respect to the tube can be a tube stepwise expand especially for small inner tube diameters if an outer outer element forming an outer caliber is provided at the axial height of the expander head.
Dieses ermöglicht, dass komplexe Kontrollmechanismen, mit denen jeweils lokal die von Innen aufgebrachte Kraft kontrolliert wird, um ein Überschießen beim Expandieren zu vermeiden, unterbleiben können, was wiederrum Bauraum innen sparen kann. This makes it possible to avoid complex control mechanisms with which locally the force applied from the inside is controlled in order to avoid an overshoot during expansion, which in turn can save installation space on the inside.
Um nun einen schrittweise wirksamen, äußerst klein bauenden und wenig verschleißanfälligen Rohrexpander mit einem schrittweise lokal von radial Innen auf ein Rohr wirkenden Expanderkopf, der an einer Tragestange gehalten ist, sowie mit Mitteln zur relativen axialen Verlagerung des Expanderkopfs in Bezug auf das Rohr zu realisieren, kann einerseits an dem Expanderkopf eine radial nach außen hydroformend wirksame Wirkfläche und andererseits auf axialer Höhe des Expanderkopfs ein äußeres, ein Außenkaliber bildendes Außenmatrixelement vorgesehen sein. In order now to realize a stepwise effective, extremely small-build and less prone to wear Rohrxpander with a gradually acting locally from radially inward on a tube expander head, which is held on a support rod, as well as means for relative axial displacement of the expander head with respect to the tube on the one hand on the expander head a radially outwardly hydroforming effective effective surface and on the other hand at the axial height of the expander head an outer, an outer caliber forming outer matrix element may be provided.
Hierbei wird von der Grunderkenntnis ausgegangen, dass eine hydraulische Anordnung wesentlich weniger Bauraum benötigt als eine mechanische Anordnung, insbesondere wenn mit dieser entsprechend hohe Expansionskräfte aufgebracht werden müssen. This is based on the basic knowledge that a hydraulic arrangement requires much less space than a mechanical arrangement, especially if it must be applied with this correspondingly high expansion forces.
So ist es von erheblichem Vorteil, dass speziell der Expansionskopf um ein vielfaches kürzer ausgebildet ist als das zu expandierende Rohr bzw. als der letztendlich expandierte Rohrabschnitt des Rohrs. Schon hierdurch können im Durchmesser verschieden große Expansionsköpfe zum Expandieren unterschiedlicher Rohrdurchmesser signifikant wirtschaftlicher bereitgestellt werden als dies bei bisher üblichen Hydroformverfahren der Fall ist. Dieses gilt auch für entsprechende Außenmatrixelemente. Thus, it is of considerable advantage that in particular the expansion head is designed to be many times shorter than the pipe to be expanded or as the ultimately expanded pipe section of the pipe. Already hereby different diameter expansion heads for expanding different pipe diameters can be provided significantly more economical in diameter than is the case with previously customary hydroforming. This also applies to corresponding outer matrix elements.
Durch die lediglich stückweise Expansion ergibt sich aufgrund der nicht-fließenden Bereich des restlichen Rohres eine Stabilisierung erreicht, die ein unkontrolliertes Fließen des Rohrmaterials insbesondere in Umfangsrichtung reduziert. Due to the only piecewise expansion results in a stabilization achieved due to the non-flowing region of the remaining tube, which reduces uncontrolled flow of the tube material, in particular in the circumferential direction.
Vorteilhafterweise bewegt sich nicht nur der in das Rohr eingebrachte Expanderkopf sondern simultan oder auch zeitversetzt hierzu das Außenkaliber bzw. das Außenmatrixelement schrittweise in Richtung der Längserstreckung des Rohrs zwischen den einzelnen Expansionsphasen. Hierbei versteht es sich, dass es lediglich auf eine Relativbewegung zwischen dem Rohr einerseits und dem Expanderkopf sowie dem Außenkaliber bzw. Außenmatrixelement andererseits ankommt. Üblicherweise werden letztere ortsfest gehalten und das Rohr bewegt. Advantageously, not only the expander head inserted in the tube but also simultaneously or else with a time delay moves the outer caliber or the outer matrix element stepwise in the direction of the longitudinal extent of the tube between the individual expansion phases. It goes without saying that it is only a question of a relative movement between the tube on the one hand and the expander head and the outer caliber or outer matrix element on the other hand. Usually, the latter are held stationary and moves the tube.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, dass die hier vorgeschlagene schrittweise Expansion äußerst kleine Expansionswerkzeuge und das Außenkaliber eine extreme Maßhaltigkeit ermöglichen. It is particularly advantageous, however, that the stepwise expansion proposed here allows extremely small expansion tools and the outer caliber to be extremely dimensionally stable.
Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn insbesondere der Expanderkopf an einer Tragestange angeordnet ist, die ausreichend lang ist, da sonst ein schrittweises Verlagern des Expanderkopfs innerhalb des Rohrs nur schwer zu realisieren ist. Hierbei ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Länge der Tragestange wenigstens das Fünffache, vorzugsweise wenigstens das Zehnfache, des maximal durch den Expanderkopf erzielbaren Rohrinnendurchmessers beträgt. Accordingly, it is advantageous if in particular the expander head is arranged on a support rod, which is sufficiently long, otherwise a gradual displacement of the expander head within the tube is difficult to implement. It is particularly advantageous if the length of the support rod is at least five times, preferably at least ten times, of the maximum achievable by the expander head inner tube diameter.
Es versteht sich, dass das den Außenkaliber bildende Außenmatrixelement unterschiedlichst ausgebildet sein kann, um das zu expandierende Rohr von außen derart zu umschließen, dass eine geeignete Gegendruckfläche zu der radial nach außen hydroformend wirksamen Wirkfläche bereitgestellt werden kann. It goes without saying that the outer matrix element forming the outer caliber can be embodied in many different ways in order to enclose the tube to be expanded from the outside in such a way that a suitable counter-pressure surface can be provided for the active surface which has a hydroforming effect radially outward.
Das Außenmatrixelement kann hierbei etwa auch als Rohr ausgestaltet sein, wenn dieses bei einem Expanderkopf seitigen Druckabfall ausreichend elastisch nach innen entspannt und hierdurch eine Relativbewegung zwischen dem Außenkaliber und dem zu expandierenden Rohr bzw. dem expandierten Rohr wieder möglich ist. The outer matrix element can in this case also be designed as a tube, if this relaxed sufficiently elastic inward at an expander head side pressure drop and thereby a relative movement between the outer caliber and the tube to be expanded or the expanded tube is again possible.
Sind im Bereich der Wirkfläche an dem Expanderkopf Mittel zum Erzeugen eines hydroformenden lokal wirksamen Innendrucks auf ein zu expandierendes Rohr vorgesehen, kann die radial nach außen hydroformend wirksame Wirkfläche an dem Expanderkopf sehr einfach und kompakt erzeugt bzw. bereitgestellt werden. Are provided in the area of the effective surface of the expander head means for generating a hydroforming locally effective internal pressure on a tube to be expanded, the radially outwardly hydroforming effective effective surface can be generated very easily and compactly on the expander head.
Es versteht sich, dass derartige Innendruckerzeugungsmittel konstruktiv vielfältig realisiert sein können, beispielsweise können sie flexible Druckkissenelemente umfassen, welche zwischen der Innenseite des zu expandierenden Rohrs und der Mantelfläche des Expanderkopfs wirken können. It is understood that such internal pressure generating means can be realized constructively diverse, for example, they may include flexible pressure pad elements which can act between the inside of the tube to be expanded and the lateral surface of the expander head.
So können die Innendruckerzeugungsmittel wenigstens ein flexibles Wirkelement umfassen, welches im Bereich der hydroformend wirksamen Wirkfläche angeordnet ist und diese bildet. Durch die Flexibilität kann eine entsprechende Wirkung, die einer unmittelbaren hydraulischen Beaufschlagung entspricht, erzielt werden. Je nach konkreter Umsetzung kann das flexible Wirkelement jedoch in Umfangsrichtung stabilisierend wirken, um die Gefahr eines unkontrollierten Fließens in diese Richtung zu minimieren. Thus, the internal pressure generating means may comprise at least one flexible active element, which is arranged in the region of the hydroforming effective effective area and forms. Due to the flexibility, a corresponding effect, which corresponds to an immediate hydraulic loading, can be achieved. Depending on the concrete implementation, however, the flexible active element may have a stabilizing effect in the circumferential direction in order to minimize the risk of uncontrolled flow in this direction.
Eine Wirkung, die einer unmittelbaren hydraulischen Beaufschlagung entspricht, kann insbesondere dann gewährleistet werden, wenn das flexible Wirkelement auf seiner dem Rohr abgewandten Seite mit einem hydraulischen Druck beaufschlagbar ist. Das flexible Wirkelement kann dann wie die den hydraulischen Druck bereitstellende Flüssigkeit etwaigen Bewegungen folgen. An effect that corresponds to an immediate hydraulic loading can be ensured in particular when the flexible active element is acted upon on its side facing away from the pipe with a hydraulic pressure. The flexible operative element may then follow any movements, such as the fluid providing the hydraulic pressure.
Vorteilhafterweise umfassen die Innendruckerzeugungsmittel eine an der äußeren Mantelfläche des Expanderkopfs ausgearbeitete Materialausnehmung, welche sich vorzugsweise konzentrisch um die axiale Verlagerungsachse des Expanderkopfs herum erstreckt. Dieses ermöglicht einen einfachen und kontrollierten Druckaufbau des Innendrucks. Advantageously, the internal pressure generating means comprise a machined on the outer surface of the expander head Materialausnehmung, which preferably extends concentrically around the axial displacement axis of the expander head around. This allows a simple and controlled pressure build-up of the internal pressure.
Die vorliegenden Innendruckerzeugungsmittel können zumindest teilweise durch den Expanderkopf an sich starr ausgestaltet werden, wenn sie eine Druckwanne umfassen, welche an der Mantelfläche des Expanderkopfs eingearbeitet ist. The present internal pressure generating means may at least partially be made rigid by the expander head per se, if they comprise a pressure trough which is incorporated on the lateral surface of the expander head.
Insbesondere kann das flexible Wirkelement eine mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte Materialausnehmung als Dichtelement abdichten. Dieses kann beispielsweise dadurch gewährleistet werden, dass das flexible Wirkelement von einer Wandung der Materialausnehmung bis zu einer anderen Wandung reichen. Gegebenenfalls kann eine Relativbewegung zwischen dem flexiblen Wirkelement und der Materialausnehmung vorgesehen sein, solange eine ausreichende Dichtigkeit gewährleistet ist. In particular, the flexible active element can seal a material recess filled with hydraulic fluid as a sealing element. This can be ensured, for example, that the flexible active element ranging from a wall of the material recess to another wall. Optionally, a relative movement between the flexible active element and the Materialausnehmung be provided as long as a sufficient tightness is ensured.
Eine ausreichende Dichtigkeit kann dann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass der Hydraulikdruck auf das flexible Wirkelement wirkt und dieses gegen die Wandung der Materialausnehmung drückt. Je nach konkreter Umsetzung können an dem flexiblen Wirkelement Dichtlippen oder ähnliches vorgesehen sein, mit denen die Dichtwirkung verstärkt werden kann. Sufficient tightness can then be achieved, for example, by the fact that the hydraulic pressure acts on the flexible active element and presses it against the wall of the material recess. Depending on the specific implementation, sealing lips or the like can be provided on the flexible active element with which the sealing effect can be enhanced.
Die vorliegende Wirkfläche, welche etwa durch eine im Wesentlichen starr an dem Expanderkopf ausgestaltete Materialausnehmung erzeugbar ist, kann auch an ihren axialen Endbereichen gegenüber angrenzenden Bauteilen bzw. Bereichen des Rohrexpanders oder dergleichen baulich einfach abgedichtet werden, wenn die Wirkfläche zwischen zwei axial voneinander beabstandeten, umlaufenden Dichtelementen angeordnet sind. Je nach konkreter Ausgestaltung der Dichtelemente kann auf eine Ausgestaltung der Innendruckerzeugungsmittel in Form einer Druckwanne oder über eine Materialausnehmung verzichtet werden, wenn sämtliche axialen Kräfte durch die Dichtelemente kompensiert werden können. The present active surface, which can be generated approximately by a substantially rigidly configured on the expander head Materialausnehmung, can also be structurally sealed at their axial end regions opposite adjacent components or areas of Rohrxpanders or the like, if the active surface between two axially spaced apart, circumferential Sealing elements are arranged. Depending on the specific configuration of the sealing elements can be dispensed with a configuration of the internal pressure generating means in the form of a pressure pan or a Materialausnehmung if all axial forces can be compensated by the sealing elements.
In einer konkreten Ausgestaltung ist die Wirkfläche von Dichtungselementen umgeben, welche in radialer Richtung expandierbar sind. Um sich einer radial räumlichen Expansion des zu expandierenden Rohrs gut anpassen zu können, ist es insofern vorteilhaft, wenn die Dichtelemente radial anstellbar, vorzugsweise hydraulisch anstellbar, sind. Hierdurch können die Dichtelemente immer ausreichend dichtend an der Innenseite des sich expandierenden Rohrs angeschmiegt gehalten werden, insbesondere auch bevor der eigentlichen Expansion, während bereits ein Druck aufgebaut wird. In a specific embodiment, the active surface is surrounded by sealing elements, which are expandable in the radial direction. In order to be able to adapt well to a radial spatial expansion of the tube to be expanded, it is advantageous if the sealing elements are radially adjustable, preferably hydraulically adjustable. As a result, the sealing elements can always be kept nestled snugly against the inside of the expanding tube, in particular even before the actual expansion, while already a pressure is built up.
Beispielsweise können diese Dichtelemente und/oder auch die flexiblen Wirkelemente durch expandierbare, und ggf. auch hohle, Polsterelemente verwirklicht werden, welche in Abhängigkeit einer fortschreitenden radialen Rohrexpansion ihr Körperraumvolumen vergrößern und anschließend wieder verkleinern können. Je nach konkreter Ausgestaltung können in die Dicht- oder flexiblen Wirkelemente noch elastische Elemente eingearbeitet sein, welche diese stabilisieren und etwaige Rückholkräfte aufbringen können. Insbesondere können diese Elemente aus Polyurethan-Elastomer, beispielsweise aus vernetztem Polyurethan-Elastomer, hochelastischem Polyurethan-Elastomer und/oder aus durch Polyaddition hergestelltem Polyurethan-Elastomer, wie insbesondere aus Vulkollan® umfassen. For example, these sealing elements and / or the flexible active elements can be realized by expandable, and possibly also hollow, upholstery elements which, depending on a progressive radial tube expansion, increase their body volume and subsequently reduce it again. Depending on the specific embodiment, elastic elements may still be incorporated into the sealing or flexible active elements, which can stabilize them and apply any return forces. In particular, these elements are made of polyurethane elastomer may, for example, cross-linked polyurethane elastomer, highly elastic polyurethane elastomer and / or produced by polyaddition polyurethane elastomer, such as comprise in particular Vulkollan ®.
Konstruktiv einfacher und robuster können diese Dichtelemente umgesetzt werden, wenn sie einen flexiblen Dichtkörper umfassen, welcher zumindest teilweise aus einem flexiblen Vollmaterial besteht, wie beispielsweise einem Elastomer. Structurally simple and robust, these sealing elements can be implemented if they comprise a flexible sealing body, which consists at least partially of a flexible solid material, such as an elastomer.
Dieser flexible Dichtkörper kann hierbei in geeigneter Weise durch von radial innen wirkende Kräfte oder durch Druckbeaufschlagung in Umfangsrichtung des Expanderkopfs gelängt werden, so dass er sich bei einer radialen Expansion des Rohrs stets dichtend an dieses Rohr anschmiegt. Hierbei kann sich das jeweilige Dichtelement hinsichtlich seines Querschnittes umso mehr verjüngen, je weiter die Expansion des Rohrs fortschreitet. This flexible sealing body can in this case be lengthened in a suitable manner by radially inwardly acting forces or by pressurization in the circumferential direction of the expander head, so that it always conforms to this tube in a radial expansion of the tube. In this case, the respective sealing element can rejuvenate with respect to its cross-section the more the expansion of the tube progresses.
Damit die Dichtelemente beim radialen Anstellen stets ausreichend an dem Expanderkopf gelagert werden können, ist es vorteilhaft, wenn diese Dichtelemente jeweils in einer Dichtelementenut angeordnet sind, welche räumlich axial getrennt von der Druckwanne beabstandet angeordnet sind. So that the sealing elements can always be sufficiently supported on the expander head during radial adjustment, it is advantageous if these sealing elements are each arranged in a sealing element groove, which are arranged spatially axially separated from the pressure trough.
Eine besonders gute axiale Dichtigkeit der radial nach außen hydroformend wirksamen Wirkfläche kann gewährleistet werden, wenn sowohl diese Wirkfläche bzw. die diesbezügliche Materialausnehmung bzw. die Druckwanne als auch die Dichtelementenuten jeweils über eine eigene Druckleitung zum Zuführen von Hydraulikflüssigkeit verfügen. A particularly good axial tightness of the radially outwardly effective hydroforming active surface can be ensured if both this active surface or the relevant Materialausnehmung or the pressure pan and the Dichtelementenuten each have their own pressure line for supplying hydraulic fluid.
Insofern ist es zweckmäßig, wenn die zu der Druckwanne führende Druckleitung von den Dichtelementenuten verschieden ist, so kann gewährleistet werden, dass die Dichtelemente insbesondere in axialer Richtung weniger stark durch die Druckbeaufschlagung belastet werden. In this respect, it is expedient if the leading to the pressure trough pressure line is different from the Dichtelementenuten, it can be ensured that the sealing elements are less heavily burdened in particular in the axial direction by the pressurization.
Vorzugsweise ist diese zu der Druckwanne bzw. zu den Innendruckerzeugungsmitteln führende Druckleitung axial von den Dichtelementenuten beabstandet angeordnet. Preferably, this leading to the pressure pan or to the internal pressure generating means pressure line is arranged axially spaced from the Dichtelementenuten.
Hierbei ist die zu der Druckwanne bzw. zu den Innendruckerzeugungsmitteln führende Druckleitung vorzugsweise zwischen zwei axial zueinander beabstandeten Dichtelementen der vorliegenden Dichtung angeordnet. In this case, the pressure line leading to the pressure trough or to the internal pressure generating means is preferably arranged between two axially spaced-apart sealing elements of the present seal.
Allerdings kann auf eine derartige Anordnung verzichtet werden, wenn ein flexibles Wirkelement auch als Dichtelement genutzt wird. Dann dient vorzugsweise der hydroformend lokal wirksame Innendruck als Druck zum Abdichten. However, such an arrangement can be dispensed with if a flexible active element is also used as a sealing element. Then preferably the hydroforming locally effective internal pressure serves as a pressure for sealing.
Wie eingangs bereits beschrieben, kann das Außenmatrixelement bei entsprechender Ausgestaltung bzw. ausreichend elastischen Rohren als umfangsseitig durchgängiges Rohr realisiert sein. As already described, the outer matrix element can be realized with a suitable configuration or sufficiently elastic tubes as a tube which is continuous on the circumference.
Das Außenmatrixelement kann jedoch wesentlich besser montierbar bzw. demontierbar, und mithin in Bezug auf das Rohr verlagerbar, ausgelegt werden, wenn das Außenmatrixelement wenigstens zwei radial trennbare, jeweils ein Teilkaliber tragende Teilelemente umfasst. However, the outer matrix element can be configured much more easily assembled or disassembled, and thus displaceable with respect to the tube, if the outer matrix element comprises at least two radially separable partial elements each carrying a partial caliber.
Mit dem vorliegenden Rohrexpander kann trotz der trennbaren Teilelemente des Außenmatrixelements eine gute Formhaltigkeit des expandierenden Rohrs gewährleistet werden, wenn zwischen den Teilkalibern ein Spalt vorgesehen ist, der vorzugsweise kleiner als ein durch einen aufgebrachten oder aufbringbaren Innendruck bedingter Biegeradius ist. Dieses ermöglicht auch eine größere Flexibilität hinsichtlich der Verfahrensführung und hinsichtlich der zu erreichenden Rohrdurchmesser, da der Spalt in gewissen Grenzen variiert werden kann, solange die gewünschten Toleranzen eingehalten werden können. With the present tube expander, despite the separable sub-elements of the outer matrix element good shape retention of the expanding tube can be ensured if a gap is provided between the partial calibers, which is preferably smaller than a by or Applicable internal pressure conditional bending radius is. This also allows greater flexibility in terms of process control and in terms of the pipe diameter to be achieved, since the gap can be varied within certain limits, as long as the desired tolerances can be maintained.
Vorzugsweise umfasst der Rohrexpander Mittel zum Aufbringen von Richtbiegekräften. Während der Expansion ist das expandierende Material ohnehin sehr großen Spannungen unterzogen, so dass, wenn zusätzliche Biegekräfte in Rohrlängsrichtung den Expansionskräften überlagert bzw. an dem Rohr angesetzt werden, geringer ausfallen können. Preferably, the tube expander comprises means for applying straightening forces. During expansion, the expanding material is already subjected to very high stresses, so that when additional bending forces in the tube longitudinal direction are superimposed on the expansion forces or applied to the pipe, may be smaller.
Insbesondere können die Richtbiegekräfte als 3- oder 4-Punkt-Biegekräfte aufgebracht werden, was ein gezieltes Richten ermöglicht. In particular, the directional bending forces can be applied as 3- or 4-point bending forces, which allows targeted straightening.
So können die Aufbringmittel zum Ausbringen der Richtbiegekräfte radial zueinander verlagerbare und axial voneinander beabstandete Biegestempel umfassen, mit denen dann die Richtbiegekräfte aufgebracht werden können. Thus, the application means for applying the directional bending forces radially displaceable to each other and axially spaced bending stamps include, with which then the directional bending forces can be applied.
Vorzugsweise weisen die Biegestempel dem Rohr angepasste Kontaktflächen auf, so dass Markierungen des Rohrs auf ein Minimum beschränkt werden können. The bending punches preferably have contact surfaces adapted to the tube, so that markings of the tube can be kept to a minimum.
Die Biegestempel können insbesondere auch das oder die Außenmatrixelemente umfassen, die ja ohnehin dem Rohr angepasst Kontaktflächen aufweisen und in dem expandierenden Bereich zu finden sind. Ggf. können die Aufbringmittel Mittel zum Neigen des Außenmatrixelements in Bezug auf das Rohr, in Bezug auf andere Biegestempel bzw. in Bezug auf den Expanderkopf umfassen. Ggf. kann auch das Außenmatrixelement axial geteilt ausgebildet sein, wobei ggf. ein Spalt zwischen den axialen Teilen vorgesehen sein kann, so dass durch einen axialen Versatz bzw. durch ein Neigen entsprechende Richtbiegekräfte aufgebracht werden können. The bending punches may in particular also comprise the outer matrix element (s), which in any case have contact surfaces adapted to the tube and can be found in the expanding region. Possibly. For example, the application means may comprise means for tilting the outer matrix member with respect to the tube, with respect to other bending dies, and with respect to the expander head, respectively. Possibly. can also be formed axially divided the outer matrix element, wherein, if necessary, a gap between the axial parts may be provided, so that by appropriate axial bending or by tilting corresponding directional bending forces can be applied.
Ebenfalls kann bei möglichst reduziertem Verschleiß speziell auch bei kleineren Rohrinnendurchmessern eine Expansion eines Rohrs durch ein Verfahren zum schrittweisen Expandieren eines Rohrs realisiert werden, wenn das Rohr schrittweise mittels eines lokal von radial Innen gegen ein Außenkaliber wirkenden Expanderkopf expandiert und je Schritt sowohl das Außenkaliber als auch der Expanderkopf axial bezüglich des Rohrs verlagert werden. Also, with as little wear as possible, especially with smaller inner tube diameters, expansion of a tube can be realized by a stepwise expansion method of a tube as the tube progressively expands by means of an expander head acting locally from radially inner to outer caliber, and both outer caliber and crotch per step the expander head is displaced axially with respect to the tube.
Hierbei erfolgt eine Expansion von radial Innen gegen das Außenkaliber, was insbesondere bei kleinen Rohrinnendurchmessern ohne große Regelungen oder exakte Maßhaltigkeit von Innen mechanisch formend oder hydraulisch bzw. hydroformend geschehen kann. Durch das Außenkaliber kann die benötigte Maßhaltigkeit gewährleistet werden, so dass der Expanderkopf entsprechend einfach aufgebaut werden kann. In this case, there is an expansion of radially inward against the outer caliber, which can happen mechanically or hydroforming from inside especially small inner diameters without great regulations or exact dimensional accuracy. Due to the outer caliber, the required dimensional accuracy can be ensured, so that the expander head can be correspondingly simple.
Hierbei wird das Rohr in Bezug auf den Expanderkopf und das Außenkaliber bzw. das Außenmatrixelement schrittweise in Längsrichtung des Rohrs verlagert, so dass sie in radialer Richtung bezogen auf die Längsrichtung des Rohrs axial auf gleicher Höhe angeordnet sind. In this case, the tube is displaced in relation to the expander head and the outer caliber or the outer matrix element stepwise in the longitudinal direction of the tube so that they are arranged in the radial direction with respect to the longitudinal direction of the tube axially at the same height.
Anschließend wird der Expanderkopf mechanisch oder durch seine radial nach außen hydroformend wirksame Wirkfläche aktiviert und das Rohr in dem Abschnitt, in welchem der Expanderkopf und das Außenkaliber angeordnet sind, lokal nach radial außen in Richtung des Außenkalibers expandiert. Subsequently, the expander head is activated mechanically or by its radially outwardly hydroforming effective effective surface and the tube in the section in which the expander head and the outer caliber are arranged locally expanded radially outward in the direction of the outer caliber.
Der zwischen dem Expanderkopf und dem Außenkaliber befindliche Rohrabschnitt des zu expandierenden Rohrs wird also lokal gegen das Außenkaliber expandiert. The pipe section of the tube to be expanded located between the expander head and the outer caliber is therefore locally expanded against the outer caliber.
Durch die schrittweise Expansion erfolgt insgesamt eine entsprechende Aufweitung des vorzugsweise gesamten Rohrs, wodurch einerseits die Maßhaltigkeit des gesamten Rohrs und andererseits die Materialeigenschaften des gesamten Rohrs entsprechend vorteilhaft beeinflusst werden. Due to the stepwise expansion, a corresponding widening of the preferably entire tube takes place overall, whereby on the one hand the dimensional stability of the entire tube and on the other hand the material properties of the entire tube are advantageously influenced accordingly.
In der Regel werden die Rohre im Anschluss an die Expansion dann noch weiter als Rohrhalbzeuge verwendet und für ihre eigentliche Bestimmung angepasst. As a rule, the tubes are then further used as semi-finished tubes after the expansion and adapted for their actual purpose.
Ein Verlagern des Außenkalibers in axialer Richtung der Längserstreckung insbesondere des bereits expandierten Rohrs kann mit geringem Kraftaufwand und betriebssicher vorgenommen werden, wenn das Außenkaliber vor einer axialen Verlagerung, vorzugsweise durch Öffnen von das Außenkaliber bereitstellenden Teilkalibern, geöffnet wird. Darüber hinaus kann hierdurch auch die Gefahr von mechanischen Beschädigungen an der Außenseite des zu expandierenden Rohrs reduziert werden, wenn das Außenkaliber durch Öffnen der Teilkaliber bezüglich seines Innendurchmessers temporär erweitert wird. A displacement of the outer caliber in the axial direction of the longitudinal extent, in particular of the already expanded tube can be made with little effort and reliable, when the outer caliber before an axial displacement, preferably by opening the outer caliber providing partial caliber, is opened. In addition, this can also reduce the risk of mechanical damage to the outside of the tube to be expanded when the outer caliber is temporarily expanded by opening the part caliber with respect to its inner diameter.
Um die radial nach außen hydroformend wirksame Wirkfläche gegenüber einer zwischen dem Expanderkopf und dem zu expandierenden Rohr existierenden Lücke temporär räumlich und dichtend trennen zu können, ist es verfahrenstechnisch besonders vorteilhaft, wenn vor dem lokalen Expandieren zunächst eine Dichtung zwischen dem Expanderkopf und dem Rohr geschlossen, vorzugsweise indem Dichtelemente mit einem schließenden Vordruck beaufschlagt werden, wird. In order to be able to temporarily spatially and sealingly separate the effective radially outwardly active surface from a gap existing between the expander head and the tube to be expanded, it is particularly advantageous in terms of process engineering if, prior to local expansion, a seal between the expander head and the tube is closed, preferably by sealing elements are subjected to a closing form, is.
Wie vorstehend bereits erläutert, kann eine ausreichend hohe Abdichtung der radial nach außen hydroformend wirksame Wirkfläche gegenüber der zwischen dem Expanderkopf und dem zu expandierenden Rohr existierenden Lücke konstruktiv einfach innerhalb des Rohrs erreicht werden, wenn eine Beaufschlagungsseite der Dichtung während des Expandierens mit dem Expansionsdruck beaufschlagt wird. As already explained above, a sufficiently high sealing of the radially outwardly hydroforming active surface against the existing between the expander head and the tube to be expanded gap can be achieved structurally simple within the tube when an admission side of the seal is subjected during expansion with the expansion pressure ,
Die Beaufschlagungsseite des jeweiligen Dichtungselements der Dichtung ist vorzugsweise die dem Expanderkopf zugewandte Seite dieses Dichtungselements, welche radial weiter innen als die dem Rohr zugewandte Seite angeordnet ist. The loading side of the respective sealing element of the seal is preferably the side of this sealing element facing the expander head, which is arranged radially further inwards than the side facing the tube.
Insbesondere kann das jeweilige Dichtungselement derart in dem Expanderkopf eingelassen sein, dass es einerseits die radial nach außen hydroformend wirksame Wirkfläche in axialer Richtung und andererseits eine Vordruckleitung in radialer Richtung abgedichtet ist, so dass jedes der Dichtungselemente auf baulich kompakten Raum eine Doppeldichtfunktion unterschiedlicher Hydraulikräume erfüllt. In particular, the respective sealing element can be embedded in the expander head in such a way that on the one hand the radially outwardly effective active surface is sealed in the axial direction and on the other hand a primary pressure line is sealed in the radial direction, so that each of the sealing elements meets a double-sealing function of different hydraulic spaces on structurally compact space.
Insbesondere kann während des Expandierens ein Richtbiegen erfolgen, was energetisch günstig sein kann, wenn hier entsprechend die ohnehin während des Expandierens in dem Material befindlichen Spannungen genutzt werden, um dort auch Biegungen vorzunehmen. Vorzugsweise werden hierzu entsprechende Biegekräfte zusätzlich in Rohrlängsrichtung den Expansionskräften überlagert, was beispielsweise durch axial voneinander beabstandete Biegestempel erfolgen kann. In particular, a directional bending can take place during the expansion, which can be energetically favorable if, in this case, the stresses which are already present in the material during the expansion are used accordingly in order to also make bends there. Preferably, for this purpose, corresponding bending forces are additionally superimposed in the pipe longitudinal direction of the expansion forces, which can be done for example by axially spaced-apart bending punch.
Als Biegestempel können beispielsweise die Außenmatrixelemente bzw. das Außenkaliber genutzt werden, insbesondere wenn diese axial geteilt sind. Die Ausnutzung der Außenmatrixelemente bzw. das Außenkaliber als Biegestempel ist auch insoweit vorteilhaft, als diese ohnehin in der Regel zum Zu- und Anstellen axial verlagerbar sind. Ggf. können hierzu noch ergänzend Neigungsmittel vorgesehen sein, mit denen die die Außenmatrixelemente bzw. das Außenkaliber in Bezug auf die Rohrachse, die anderen Biegeelemente oder den Expanderkopf geneigt werden können. Auch hierdurch können Biegekräfte aufgebracht werden. As a punch, for example, the outer matrix elements or the outer caliber can be used, especially if they are divided axially. The utilization of the outer matrix elements or the outer caliber as a bending punch is also advantageous insofar as they are axially displaceable in general anyway for tightening and adjusting. Possibly. For this purpose, additional inclination means can be provided, with which the outer matrix elements or the outer caliber can be inclined with respect to the tube axis, the other bending elements or the expander head. This also bending forces can be applied.
Es versteht sich, dass die Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen zu können. It is understood that the features of the solutions described above or in the claims can optionally also be combined in order to implement the advantages in a cumulative manner.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert, die insbesondere auch in anliegender Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen: Further advantages, objects and features of the present invention will be explained with reference to the following description of exemplary embodiments, which are shown in particular in the appended drawing. In the drawing show:
Der in den
Der Expanderkopf
Zum Initiieren einer derartigen Relativbewegung zwischen dem Expanderkopf
Hierzu weisen bei diesem Ausführungsbeispiel die Verlagerungsmittel
Darüber hinaus umfasst der schrittweise wirksame Rohrexpander
Das Außenkaliber
Das Außenmatrixelement ist hierbei durch wenigstens zwei radial trennbare, jeweils ein Teilkaliber
Der jeweilige Spalt
Ferner ist der jeweilige Spalt
Wie gemäß der Anordnung nach
Jedenfalls wird bei einer Expansion das zu expandierende Rohr
Ein hierfür erforderlicher, hydroformender lokal wirksamer Innendruck wird durch eine radial nach außen hydroformend wirksame Wirkfläche
Hierzu sind insbesondere in dem Bereich
Die Materialausnehmung
In dem Expanderkopf
Baulich besonders einfach ist die Druckleitung
Die Tragestange
Die in die Druckwanne
Diese Dichtung
Das jeweilige Dichtungselement
Um die radial nach außen hydroformend wirksame Wirkfläche
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine derartige radiale Anstellbarkeit konstruktiv einfach dadurch ermöglicht, dass die Dichtelemente
Hierzu sind die Dichtungsnuten
Somit können die Dichtungselemente
Die vorliegenden Innendruckerzeugungsmittel
Hierbei sind die stromab der Vordruckpumpe
Zum schrittweise Expandieren des Rohrs
Das Außenkaliberelement
Insofern werden bei diesem Ausführungsbeispiel je Schritt sowohl das Außenkaliber
Es versteht sich, dass in abweichenden Umsetzungen auch zuerst das Außenkaliberelement
Hierbei befindet sich das Außenkaliberelement
Für den eigentlichen Expansionsvorgang wird das Außenkaliberelement
Dann wird über die Vordruckpumpe
Ist nun die Dichtung
Ggf. kann auch eine Entlüftung des abgedichteten Volumens vorgesehen sein, insbesondere wenn Wasser zum Aufbringen des hydroformenden Innendrucks genutzt wird. Possibly. can also be provided a venting of the sealed volume, especially when water is used to apply the hydroformenden internal pressure.
Ist der Expansionsvorgang bzgl. des Rohrs
Entsprechend werden auch die Teilelemente
Gemäß der Darstellungen nach den
Dieses alternative Außenmatrixelement
Hierbei bilden die Teilelemente
Durch diesen dreiteiligen Aufbau kann insbesondre auf einen Spalt
Wie unmittelbar ersichtlich, können die Mittel, mit denen das Außenmatrixelement
Somit können bei diesen Ausführungsbeispielen sowohl die Verlagerungsmittel
Wie unmittelbar ersichtlich, ist das Außenmatrixelement
Die in den
In Abweichung zu dem Ausführungsbeispiel nach
Das flexible Wirkelement
Bei dem Ausführungsbeispiel nach
Zu Abdichtungszwecken weist das flexible Wirkelement
Als Hydraulikflüssigkeit
Bei dem Ausführungsbeispiel nach
Bei dem Ausführungsbeispiel nach
Das Ausführungsbeispiel nach
Je nach konkreter Ausgestaltung können die vorstehend anhand unterschiedlicher Ausführungsbeispiele erläuterten Aufbringmittel
An dieser Stelle sei explizit darauf hingewiesen, dass die Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die erläuterten Merkmale, Effekte und Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen bzw. erzielen zu können. It should be explicitly pointed out at this point that the features of the solutions described above or in the claims and / or figures can optionally also be combined in order to be able to implement or achieve the explained features, effects and advantages in a cumulative manner.
Es versteht sich, dass es sich bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen lediglich um erste Ausgestaltungen der Erfindung handelt. Insofern beschränkt sich die Ausgestaltung der Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele. It is understood that the exemplary embodiments explained above are only first embodiments of the invention. In this respect, the embodiment of the invention is not limited to these embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Rohrexpander tube expander
- 2 2
- Rohr pipe
- 3 3
- Mantelfläche lateral surface
- 4 4
- Umfangsrichtung circumferentially
- 5 5
- radiale Richtung radial direction
- 6 6
- axiale Richtung axial direction
- 7 7
- Rohrinnenseite Pipe inside
- 8 8th
- Lücke gap
- 10 10
- Expanderkopf expander head
- 11 11
- Bereich Area
- 12 12
- Wirkfläche effective area
- 13 13
- Umfangsseite peripheral side
- 14 14
- Innendruckerzeugungsmittel Pressure generating means
- 15 15
- Materialausnehmung material recess
- 16 16
- Druckleitung pressure line
- 18 18
- Druckwanne pressure trough
- 19 19
- Hydraulikflüssigkeit hydraulic fluid
- 20 20
- Druckleitungsabschnitt Pressure line section
- 21 21
- Druckschlauch pressure hose
- 22 22
- Tragestange carrying bar
- 24 24
- Verlagerungsmittel displacement means
- 26 26
- Axialtransportwalzen Axialtransportwalzen
- 30 30
- Außenkaliber outside caliber
- 31 31
- axiale Höhe axial height
- 35 35
- Teilkaliber part caliber
- 38 38
- Spalt gap
- 39 39
- Enden (exemplarisch beziffert) Ends (numbered as an example)
- 40 40
- Außenmatrixelement Outside matrix element
- 41 41
- Teilmatrix submatrix
- 42 42
- Teilmatrix submatrix
- 45 45
- Teilelement subelement
- 48 48
- Abstandhalter spacer
- 50 50
- Dichtung poetry
- 51 51
- flexibles Wirkelement flexible active element
- 5454
- Dichtelement (exemplarisch beziffert) Sealing element (numbered as an example)
- 55 55
- Beaufschlagungsseite (exemplarisch beziffert)Beaufschlagungsseite (numbered as an example)
- 56 56
- Vordruckleitung priming lines
- 57 57
- weiterer Druckschlauch further pressure hose
- 58 58
- axiale Enden axial ends
- 5959
- Dichtungsnuten (exemplarisch beziffert) Sealing grooves (numbered as an example)
- 61 61
- Vordruckpumpe booster pump
- 62 62
- Expansionsdruckpumpe Expansion pressure pump
- 63 63
- Flüssigkeitsvorrat liquid storage
- 64 64
- Rückschlagventil check valve
- 70 70
- Aufbringmittel application means
- 71 71
- Biegestempel punch
- 72 72
- Kontaktfläche contact area
- 75 75
- Neigemittel inclining means
- 130 130
- Außenkaliber outside caliber
- 135 135
- Teilkaliber part caliber
- 140 140
- alternatives Außenmatrixelement alternative outer matrix element
- 145 145
- Teilelemente partial elements
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- EP 2535124 A1 [0004] EP 2535124 A1 [0004]
- DE 3105712 A1 [0006] DE 3105712 A1 [0006]
- EP 0215294 B1 [0006] EP 0215294 B1 [0006]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: REUTHER, MARTIN, DIPL.-PHYS., DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
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