DE10240341A1

DE10240341A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Induktivbiegen von Rohren

Info

Publication number: DE10240341A1
Application number: DE10240341A
Authority: DE
Inventors: Uwe Arenz; Norbert Leppmann; Johannes Dr. Groß-Weege
Original assignee: Mannesmannroehren Werke AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-03-18
Also published as: EP1393832A1; PL361869A1; ATE291504T1; DE50300381D1; PL204409B1; EP1393832B1; ES2236664T3

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zum Induktivbiegen von Rohren, insbesondere Großrohre, bei dem während des Biegevorganges unmittelbar hinter der Erwärmungszone ein auf das Rohr wirkender Druck ausgeübt wird. Hierbei wird jeweils der die Erwärmungszone verlassende Bogenabschnitt in einer Ebene an mindestens zwei Stellen des Umfangs auf Nennaußendurchmesser des Rohrbogens zwangsweise geführt, wobei in rückwärtiger Verlängerung die Ebene den Drehmittelpunkt des Biegearmes schneidet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Induktivbiegen von Rohren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE-OS 2112019 ist ein Verfahren zum Induktivbiegen von Rohren bekannt. Bei diesem Verfahren wird mittels einer Induktivspule partiell ein Rohrabschnitt über den gesamten Rohrumfang erwärmt und mit Hilfe eines Biegearmes gebogen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass der Rohrbogen aufgrund der einwirkenden Kräfte über den gesamten Bogenbereich eine Ovalität aufweist, die eine Nacharbeit des Bogenbereiches erforderlich macht, um den vorgegebenen Durchmesser zu erzielen.
Zur Überwindung dieses Problems ist bereits vorgeschlagen worden ( DE 3150381 A1 ), dass während des Biegevorganges, unmittelbar vor oder hinter bzw. vor und hinter der Erwärmungszone, in mindestens zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen ein beidseitig auf das Rohr wirkender, erforderlichenfalls sich im Bogenablauf umkehrender, Druck ausgeübt wird. Dieser Druck soll eine umgekehrte Rückfederung berücksichtigende Vorovalität sowohl in waagerechter Biegeebene als auch senkrecht dazu im elastoplastischen Werkstoffbereich bewirken.
Diese vorgeschlagene Verfahrensweise voll durch eine Anlage erfolgen, bei der vor oder hinter bzw, vor und hinter dem Induktor in einem im Seitenabstand vom Rohr einstellbaren Gerüst mindestens vier in ihrem Abstand voneinander mit Hilfe an sich bekannter hydraulischer Stellmotoren von einem Hydrauliksystem über Hydraulikelemente stufenlos anstellbare Druckrollen in mindestens zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen angeordnet sind.
Die vorgeschlagene Verfahrensweise führt nicht zum gewünschten Erfolg, da die erforderliche Vorovalisierung bzw. die zu erwartende Rückfederung nur ungenau ermittelbar ist. Sie kann zu stark oder zu schwach voreingestellt sein, so dass nach der Rückfederung eine nicht tolerierbare Ovalität verbleibt. Die Voreinstellung ist problematisch, da sie von vielen Parametern gleichzeitig abhängt. Es fließen das s/D-Verhältnis, das R/D-Verhältnis und der Werkstoff ein. Auch das Herstellverfahren des Ausgangsrohres beeinflusst den Grad der Rückfederung.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Induktivbiegen von Rohren anzugeben, mit dem reproduzierbar die Ausbildung einer unzulässigen Ovalität im Bogenbereich vermieden wird.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.
Nach der Lehre der Erfindung wird jeweils der die Erwärmungszone verlassende Bogenabschnitt in einer Ebene an mindestens zwei Stellen des Umfanges auf Nennaußendurchmesser des Rohrbogens zwangsweise geführt, wobei in rückwärtiger Verlängerung die Ebene den Drehmittelpunkt des Biegearmes schneidet.
Aufgrund der ungleichen Kraftverhältnisse in der Zugzone im Vergleich zur Druckzone liegt die Ovalform nicht symmetrisch zum Koordinatensystem. Um dies zu berücksichtigen wird weiterbildend vorgeschlagen, eine dritte Druckrolle im Bereich der Druckzone vorzusehen.
Im Unterschied zum bekannten Verfahren wird keine Vorovalisierung erzeugt, sondern die nach und nach die Erwärmungszone verlassenden Bogenabschnitte werden zwangsweise geführt.
Diese Verfahrensweise setzt voraus, dass zu Beginn des Biegevorganges zuerst ein Stück Bogen erzeugt werden muss, um an diesen ersten Bogenabschnitt und nicht am Ausgangsrohr einen Führungszwang mittels anstellbarer Rollen ausüben zu können.
Um die üblicherweise mit Fortschreiten des Biegevorganges eintretende und sich stärker ausprägende Ovalisierung verhindern zu können, werden vorzugsweise die beiden einander gegenüber liegenden Rohen, bei Bedarf auch eine dritte Rolle, angestellt.
Die einzustellenden optimalen Positionen und Abstände der Rollen werden jeweils durch vorherige Berechnung, z. B. mittels Finiter Elemente-Methode (FEM) ermittelt. Damit können gezielt die Umfangsbereiche geführt werden, in denen die größte Ovalität auftritt. Der Haltedruck der angestellten Rollen muss so hoch sein, dass die eingestellten Abstände zueinander trotz der ansteigenden entgegenwirkenden Kräfte unverändert bleiben.
Auf diese Weise werden die die Erwärmungszone verlassenden Bogenabschnitte zwangsgeführt und die Ausbildung einer unzulässigen Ovalität unterdrückt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von einem in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
Es zeigen:
1 schematisch den Vergleich gebogener Rohrquerschnitt mit idealem Rohrquerschnitt,
2 die Wanddickenverteilung in einem gebogenen Rohrquerschnitt,
3 schematisch eine erfindungsgemäß ausgebildete Induktivbiegeanlage,
4 eine Ansicht in Richtung X in 3.
In 1 ist zur Demonstration ein schematisch induktiv gebogener Rohrquerschnitt 2 in einen idealen Rohrquerschnitt 1 eingezeichnet worden.
Wie man gut erkennen kann, wird der ursprünglich nahezu kreisrunde Rohrquerschnit 1 durch die beim Induktivbiegen einwirkenden Kräfte oval gedrückt. Wird mit X die waagerechte Biegeebene bezeichnet, so wird deutlich, dass in der Y-Achse der Rohrquerschnitt 2 nach außen wandert und außerhalb des idealen Rohrquerschnittes 1 liegt und umgekehrt in der X-Achse der gebogene Rohrquerschnitt 2 nach innen wandert und zumindest auf einer Seife vollständig innerhalb des idealen Rohrquerschnittes 1 liegt.
2 zeigt den gleichen Querschnitt 2 eines Sogenabschnittes wie 1 aber mit einer übertriebenen Darstellung der Wanddicke. In bekannter Weise wird das Ausgangsrohr durch die einwirkenden Kräfte beim Induktivbiegen nicht nur oval gedrückt, sondern gleichzeitig wird die Wanddicke 3 in der Zugzone verringert und die Wanddicke 4 in der Druckzone angestaucht.
In 3 ist schematisch eine erfindungsgemäß ausgebildete Induktivbiegeanlage 5 dargestellt. Sie besteht aus einem hier nur angedeuteten wassergekühlten Induktor 6, einem Klemmelement 7 mit einem daran befestigten Biegearm 8. Die Fluchtlinien vom Induktor 6 und vom Biegearm 8 schneiden sich im Drehpunkt 9.
Der Biegevorgang läuft nun in der Weise ab, dass das Ausgangsrohr 10 mittels des Induktors 6 in einem schmalen Streifen über den Umfang erwärmt wird. Das am stirnseitigen Ende angebrachte Klemmelement 7 ist mit einem Biegearm 8 verbunden, der entsprechend dem Vorschub langsam geschwenkt wird. Durch die Schwenkung wirken Kräfte auf den erwärmten schmalen Streifen des Ausgangsrohres 10 ein und zwingen es der durch den Biegeradius R festgelegten Kurvenbahn zu folgen.
Um den in den 1 und 2 dargestellten Effekt einer Ovalisierung entgegenzuwirken ist erfindungsgemäß hinter dem Induktor 6 ein Gerüst 11 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist es mit drei, vorzugsweise hydraulisch einstellbaren, Druckrollen 14, 14', 14'' (siehe 4) bestückt. Vorzugsweise haben die Druckrollen 14, 14', 14'' im Querschnitt gesehen eine Diaboloform.
Andeutungsweise sind die die Anstellung der Druckrollen betätigenden Hydraulikaggregate 12, 13, 13' dargestellt. Sie sind in diesem Ausführungsbeispiel so angeordnet, dass in der Y-Achse zwei 13, 13' näherungsweise einander gegenüber liegen und in der X-Achse sich ein Hydraulikaggregat 12 im Druckzonenbereich befindet. Die an den Hydraulikaggregaten 13, 13' eingezeichneten Umfangspfeile sollen die Möglichkeit andeuten, die optimale Position variabel einstellen zu können.
Bezugszeichenliste

Claims

Verfahren zum Induktivbiegen von Rohren, insbesondere Großrohre, bei dem während des Biegevorganges unmittelbar hinter der Erwärmungszone ein auf das Rohr wirkender Druck ausgeübt wird dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der die Erwärmungszone verfassende Bogenabschnitt in einer Ebene an mindestens zwei Stellen des Umfangs auf Nennaußendurchmesser des Rohrbogens zwangsweise geführt wird, wobei in rückwärtiger Verlängerung die Ebene den Drehmittelpunkt des Biegearmes schneidet.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Führungszwang erstmalig ausgeübt wird, wenn der erste Bogenabschnitt eine für das Ansetzen eines Führungsmittels erforderliche Bogenerstreckung erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass an zwei gegenüber liegenden Stellen des Umfanges der Führungszwang ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene des Führungszwanges nahezu mit der senkrechten Biegeebene zusammenfällt.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass an drei über den Umfang verteilt angeordneten Stellen der Führungszwang ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Stelle des Führungszwanges in der waagerechten Biegeebene im Druckzonenbereich liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass durch Abschätzung oder Berechnung die Anzahl, die Position und die Abstände der Stellen des Führungszwanges ermittelt werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem wassergekühlten Induktor, einem Biegearm und einem hinter dem Induktor angeordneten Gerüst, in dem stufenlos radial anstellbare Druckrollen befestigt sind dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Druckrollen angeordnet sind, die während des Biegevorganges auf einen vorgebbaren Abstand fest einstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass zwei Druckrollen vorgesehen sind, die einander gegenüber (legen.
Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Anstelleinrichtung für die Druckrollen mit einem Anschlag versehen ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Druckrollen in Umfangsrichtung verschiebbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung der zwei einander gegenüber liegenden Druckrollen miteinander gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8–12 dadurch gekennzeichnet, dass die Druckrollen im Querschnitt gesehen eine Diaboloform aufweisen.