DE10354554A1

DE10354554A1 - Vorrichtung zum Richten eines Rohres

Info

Publication number: DE10354554A1
Application number: DE10354554A
Authority: DE
Inventors: Uwe Feldmann; Manfred Kolbe; Arno Topüth; Hans-Jürgen Fischer
Original assignee: SMS Meer GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2023-11-22
Also published as: US7159435B2; PL1533051T3; US20050126252A1; DE502004000981D1; JP2005153022A; EP1533051B1; EP1533051A1; DE10354554B4; ATE333330T1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Richten eines Rohres (2), die einen in das Rohr eintauchenden, radial aufweitbaren Expanderkopf (8) und mindestens einen Richtsattel (3) aufweist, der an einer gewünschten Position (x) entlang der Längsachse (L) des Rohres (2) positioniert werden kann und der auf einen Teil der Wandung des Rohres (2) eine radiale Kraft (F) ausüben kann, um das Rohr (2) zu richten. Zur Verbesserung des Richtens des Rohres ist der mindestens eine Richtsattel (3) im zeitgleichen Zusammenwirken mit dem Expanderkopf (8) als Rohrjustiervorrichtung ausgebildet, wobei ein in das Rohrinnere (I) einführbarer stangen- oder rohrförmig ausgebildeter Holm (4) vorgesehen ist, der mindestens eine Richtsattel (3) entlang der Längsachse (L¶T¶) des Holmes (4) verschiebbar angeordnet ist und wobei Mittel (5) vorgesehen sind, mit denen der Richtsattel (3) von der Längsachse (L¶T¶) des Holmes (4) radial nach außen gedrückt werden kann, so dass der Richtsattel (3) auf die innere Oberfläche des Rohres (2) drückt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Richten eines Rohres, die einen in das Rohr eintauchenden, radial aufweitbaren Expanderkopf und mindestens einen Richtsattel aufweist, der an einer gewünschten Position entlang der Längsachse des Rohres positioniert werden kann und der auf einen Teil der Wandung des Rohres eine radiale Kraft ausüben kann, um das Rohr zu richten.
Bei der Fertigung von Rohren aus dicken Blechtafeln, die nach dem U-O-E-Verfahren, dem Formpressverfahren, dem 3 Walzenbiegeverfahren oder ähnl. zu einem runden Schlitzrohr eingeformt und dann verschweißt werden, wird das Rohrmaterial beim kontinuierlichen Längsnaht-Schweißen in aller Regel einer sehr hohen thermischen Belastung unterzogen. Beim Herstellen eines Rohres in dieser Weise entsteht folglich das Problem, dass das Rohr aufgrund des Schweißprozesses einem erheblichen Verzug unterliegt. Das Rohr ist nach dem Herstellprozess in aller Regel also ungerade (Bananenform), so dass es zur Erzielung des benötigten Geradheitsgrades gerichtet werden muss.

Zum Richten von Rohren sind Vorrichtungen der eingangs genannten Art im Einsatz, wobei derartige Anlagen Richtsättel oder Rollen aufweisen, die von außen an das Rohr angesetzt werden und die das Rohr in radialer Richtung mit einer Kraft beaufschlagen. Dadurch wird in das Rohr ein Biegemoment eingeleitet, mit dem ergänzend zu der Einwirkung des Expanderkopfes versucht wird, die im Rohr vorhandene Ungeradheit zu eliminieren. Die von außen an das Rohr angesetzten Richtsättel erfordern hierbei eine große, sperrige Umbauung zur notwendigen Kraftaufnahme.

Weiterhin nachteilig ist bei den vorbekannten Richtvorrichtungen für Rohre, dass der Richteffekt zumeist nur auf eine Achsrichtung, d. h. beispielsweise nur auf die vertikale Richtung, begrenzt ist. Bekannte Rohrrichtvorrichtungen weisen darüber hinaus eine relativ große Elastizität auf, was durch den relativ langen Weg bis zur Krafteinleitungsstelle bedingt ist.

Bei der Fertigung von Rohren mit immer größeren Wandstärken und höheren Materialfestigkeiten, wie sie mehr und mehr verlangt werden, stoßen vorbekannte Rohrrichtvorrichtungen an ihre Grenzen. Sie können nicht mehr die Anforderungen erfüllen, um einen effizienten und damit kostengünstigen Rohrherstellungsprozess zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Rohrrichtvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile überwunden werden und damit der Herstellprozess des Rohres und insbesondere der Richtprozess verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der mindestens eine Richtsattel im zeitgleichen Zusammenwirken mit dem Expanderkopf als Rohrjustiervorrichtung ausgebildet ist, wobei ein in das Rohrinnere einführbarer stangen- oder rohrförmig ausgebildeter Holm vorgesehen ist, der mindestens eine Richtsattel entlang der Längsachse des Holmes verschiebbar angeordnet ist und wobei Mittel vorgesehen sind, mit denen der Richtsattel von der Längsachse des Trägerelements radial nach außen gedrückt werden kann, so dass der Richtsattel auf die innere Oberfläche des Rohres drückt. Indem der Richtsattel bzw. die Richtsättel bei dicken Rohrwänden als Rohrjustierungsvorrichtung zeitgleich mit dem Expandieren angedrückt werden, läßt sich eine effektive Vorpositionierung erreichen und im Zusammenspiel mit dem Expanderkopf der von diesem bewirkte mehrachsige Spannungszustand mit einem Fließen des Rohrmaterials dazu ausnutzen, das Rohr gerade zu biegen. Es ist ein Kraftfluß auf engstem Raum ohne Umlenkung möglich. Die innnenliegend vorgesehenen Richtsättel erfordern zudem keinen weiteren Aufwand, weil eine Umbauung zur Kraftaufnahme entbehrlich ist.

Eine erste Weiterbildung sieht Bewegungsmittel vor, mit denen der mindestens eine Richtsattel an einer vorgegebenen Position entlang der Längsachse des Holmes positioniert werden kann.

Bevorzugt ist an einem axialen Ende des Holmes der Expanderkopf angeordnet, der relativ zur Längsachse des Holmes radial aufweitbare Segmente aufweist.

Für die Bewegung der Richtsättel in Radialrichtung ist vorteilhaft vorgesehen, dass jeder Richtsattel mit einem Keil in Verbindung steht, durch dessen translatorische Bewegung in Richtung der Längsachse des Holmes der Richtsattel radial bewegt wird. Für die Bewegung des Keils kommt insbesondere ein Linearaktuator zum Einsatz.

Mit Vorteil sind über den Umfang des Holmes mehrere, vorzugsweise vier, Richtsättel gleichmäßig verteilt angeordnet.

Eine weitere Ausgestaltung sieht Messmittel vor, mit denen der radiale Abstand des Richtsattels von der Längsachse des Holmes gemessen werden kann.

Weiterhin kann am Holm mindestens ein Messmittel angeordnet sein, mit dem der Abstand zwischen der Längsachse des Holmes und der inneren Oberfläche des Rohres gemessen werden kann. Bevorzugt sind dabei mehrere Messmittel gleichmäßig verteilt über den Umfang des Holmes angeordnet.

Schließlich kann vorgesehen werden, dass der mindestens eine Richtsattel samt Mittel zum radialen Bewegen des Richtsattels auf einem Träger angeordnet ist, der translatorisch relativ zum Holm in Richtung dessen Längsachse beweglich ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Richten eines Rohres stellt in vorteilhafter Weise einen relativ kurzen Kraftfluss zwischen dem Expanderkopf und den Richtsätteln sicher, wodurch die einzuleitende Kraft genauer dosiert aufgebracht werden kann. Die Effizienz der Vorrichtung und damit des Rohrherstellprozesses wird dadurch verbessert. Weiterhin kann die Vorpositionierung mittels der Rohrjustiervorrichtung an beliebiger Stelle vorgesehen werden.

Die Erfindung ermöglicht quasi „ferngesteuerte" Richtsättel, die auf einem Trägerelement verschiebbar angeordnet sind, zur Vorpositionierung, wobei als Trägerelement insbesondere der Holm des Expanders zum Aufweiten des Rohres zum Einsatz kommt. Hierdurch kann das Rohr bei sehr kurzem Kraftfluss von innen gebogen und damit gerichtet werden.

Die Größe und Richtung des Richtmomentes ist problemlos für jeden Expansionsschritt des Rohres individuell einstellbar, so dass der Richtprozess optimiert durchgeführt werden kann.

Werden die maßgeblichen Rohrdaten beim Einsatz der vorgeschlagenen Rohrrichtvorrichtung durch entsprechende Messmittel erfasst, lässt sich der Richtprozess teilweise automatisieren. Aber auch wenn keine Automatisierung vorgesehen wird, kann der Richtprozess zumindest interaktiv manuell korrigiert werden.

Die vorgeschlagene Vorrichtung kommt insbesondere beim Richten von Großrohren zum Einsatz.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 den Schnitt durch ein Rohr mit in diesem angeordneter Rohrrichtvorrichtung samt Expanderkopf und
2 den Schnitt A-B gemäß 1.
Ein größeres, dickwandiges Rohr 2 weist nach dem Verschweißen einen Verzug auf, d. h. es ist nicht ideal gerade. Um diese Ungeradheit zu eliminieren, wird die Vorrichtung 1 zum Richten des Rohres 2 eingesetzt. Die Vorrichtung 1 weist einen Holm 4 auf. Die Längsachse L_T des Holmes 4 ist identisch mit der Längsachse L des Rohres 2. Die Vorrichtung 1 ist zum Richten des Rohres 2 im Inneren 1 des Rohres 2 angeordnet.
An einem axialen Ende 7 des Holmes 4 ist ein Expanderkopf 8 angeordnet, der mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Segmente 9 aufweist. In 1 ist das senkrecht nach oben sowie das senkrecht nach unten ausgerichtete Segment 9 zu sehen. Der Expanderkopf 8 weist einen Pyramidenstumpf 15 auf, auf dem die Segmente 9 radial verschiebbar angeordnet sind. Der Holm 4 umfaßt noch eine Zugstange 17, wobei diese Teile koaxial zueinander angeordnet sind. Der Holm 4 wirkt axial unverschieblich mit den Segmenten 9 zusammen. Dadurch ist es möglich, bei einer relativen axialen Verschiebung der Zugstange 17 in Richtung der Längsachse L_T des Holmes 4 mittels des Pyramidenstumpfes 15 die Segmente 9 radial von der Längsachse L_T weg zu bewegen und damit ihr radial außenliegendes Ende gegen die innere Rohrwand zu pressen.
Auf dem Holm 4 ist ein Träger 14 in Form einer Trägerplatte oder dergleichen angeordnet. Der Träger 14 kann dabei mit Bewegungsmittel 6 an einer gewünschten Position x des Holmes 4 positioniert werden.
Auf dem Träger 14 sind Keile 10 angeordnet, die in Richtung der Längsachse L_T des Holmes 4 auf dem Träger 14 mittels Linearaktuatoren 11 verschoben werden können. Die Keile 10 wirken dabei mit mehreren eine Rohrjustiervorrichtung bildenden Richtsätteln 3 zusammen, die auf den Keilen 10 so angeordnet sind, dass bei der Verschiebung der Keile 10 in Richtung der Längsachse L_T die Richtsättel 3 radial nach außen bewegt werden. Dadurch erzeugen die Richtsättel 3 eine radial nach außen gerichtete Kraft F auf die innere Oberfläche des Rohres 2.
Wie in 2 gesehen werden kann, besteht im Ausführungsbeispiel die Rohrjustiervorrichtung aus vier Richtsätteln 3, die gleichmäßig über den Umfang des Holmes 4 – der Träger 14 ist hier nicht dargestellt – verteilt angeordnet sind. Durch entsprechende Ansteuerung der jeweiligen Linearaktuatoren 11 wird genau an derjenigen Stelle zeitgleich mit dem Einwirken des Expanderkopfes 8 eine Kraft F zur Vorpositionierung erzeugt, die dem Expanderkopf 8 eine solche Verformung (Biegung) des Rohres 2 ermöglicht, dass seine Geradheit erreicht wird.
Der aktuelle Verschiebeweg der Keile 10 relativ zum Holm 4 kann mit Messmitteln 12 erfasst werden. Der vom Messmittel 12 gemessene Wert kann herangezogen werden, um über die kegelige Fläche des Keils 10 den radialen Abstand der radial außenliegenden Fläche des Richtsattels 3 von der Längsachse L_T des Holmes 4 zu bestimmen.
Der Holm 4 bzw. Träger 14 und die auf diesem angeordneten Keile 10 sowie Richtsättel 3 stellen zusammen mit den Linearaktuatoren 11 und den Messmitteln 12 Mittel 5 dar, mit denen die Richtsättel 3 von der Längsachse L_T des Holmes 4 radial nach außen gedrückt werden können, so dass die Richtsättel 3 den gewünschten Vorpositionierungseffekt durch Aufbringen der Kräfte F, d. h. durch Andrücken an die Rohrinnenwand erzeugen. Auf dem Holm 4 können weiterhin Messmittel 13 angeordnet sein, die den Abstand der inneren Oberfläche des Roh res 2 vom Holm 4 ermitteln. Von diesen Messmitteln 13 können mehrere über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sein.
In 1 ist dargestellt, dass das Messmittel 13 fest auf dem Holm 4 angeordnet ist und den Abstand bis zur inneren Rohrwand misst. Es sei angemerkt, dass das Messmittel 13 genauso auch auf der Trägerplatte 14 angeordnet sein kann und damit dann bei der Verschiebung der Trägerplatte 14 relativ zum Holm 4 mitfährt.
Durch die Messmittel 12 und 13 sowie durch die Bewegungsmittel 6 bzw. Linearaktuatoren 11 sind alle Voraussetzungen dafür geschaffen, dass der Richtprozess vollautomatisch oder teilautomatisch durchgeführt werden kann bzw. im Falle der manuellen Durchführung mit größtmöglicher Unterstützung erfolgen kann.
Zur Automatisierung bzw. Unterstützung des Richtprozesses können (nicht dargestellte) Steuer- bzw. Regelmittel eingesetzt werden, die die Lage der Innenwandung des Rohres 2 durch die Messmittel 13 erfassen, und zwar an verschiedenen axialen Positionen des Rohres 2. Weiterhin tiefem die Messmittel 12 Informationen über die radiale Lage der radial außenliegenden Enden der Richtsättel 3. Hierdurch kann nach an sich bekannten Algorithmen bestimmt werden, an welcher axialen Position x des Rohres 2 über welchen Richtsattel 3 eine Andrück-Kraft F aufgebracht werden muss, um im Zusammenspiel mit dem Expanderkopf 8 ein solches Biegemoment in das Rohr 2 einleiten zu können, dass eine möglichst hohe Geradheit des Rohres erzielt wird.
Die radiale Bewegung der Richtsättel 3 erfolgt im Ausführungsbeispiel über die Keile 10. Es sei angemerkt, dass hierfür grundsätzlich auch Spindeln, Hydraulikzylinder oder ähnliche Bewegungselemente eingesetzt werden können.
Die Richtsättel 3 können als Platten oder zum Ausgleich von Längsdehnungen des Rohres 2 auch als Platten-Rollensegment oder als Gleitplatte ausgebildet sein.
Sowohl die Bewegungsmittel 6 als auch die Linearaktuatoren 11 sind im Ausführungsbeispiel schematisch als Kolben-Zylinder-Einheiten skizziert. Auch hierzu sei angemerkt, dass beliebige Bewegungsmittel zum Einsatz kommen können, beispielsweise elektrische Antriebe mit Spindelsystemen.
Wie in 2 zu sehen ist, sind die vier Richtsättel 3 gleichmäßig über den Umfang des Holmes 4 verteilt angeordnet. Zum Richten des Rohres 2 ist mindestens ein Richtsattel 3 erforderlich. Je mehr Richtsättel 3 die Rohrjustiervorrichtung auf dem Holm 4 aufweist, desto genauer kann das Richten erfolgen.

1: Vorrichtung
2: Rohr
3: Richtsattel
4: Holm
5: Mittel zum radialen Bewegen des Richtsattels
6: Bewegungsmittel
7: axiales Ende des Holmes
8: Expanderkopf
9: Segment
10: Keil
11: Linearaktuator
12: Messmittel
13: Messmittel
14: Trägerplatte
15: Pyramidenstumpf
17: Zugstange
x: Position
L: Längsachse des Rohres
L_T: Längsachse des Trägerelements
F: radiale Kraft
I: Inneres des Rohres

Claims

Vorrichtung (1) zum Richten eines Rohres (2), die einen in das Rohr eintauchenden, radial aufweitbaren Expanderkopf (8) und mindestens einen Richtsattel (3) aufweist, der an einer gewünschten Position (x) entlang der Längsachse (L) des Rohres (2) positioniert werden kann und der auf einen Teil der Wandung des Rohres (2) eine radiale Kraft (F) ausüben kann, um das Rohr (2) zu richten, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Richtsattel (3) im zeitgleichen Zusammenwirken mit dem Expanderkopf (8) als Rohrjustiervorrichtung ausgebildet ist, wobei ein in das Rohrinnere (1) einführbarer stangen- oder rohrförmig ausgebildeter Holm (4) vorgesehen ist, der mindestens eine Richtsattel (3) entlang der Längsachse (L_T) des Holmes (4) verschiebbar angeordnet ist und wobei Mittel (5) vorgesehen sind, mit denen der Richtsattel (3) von der Längsachse (L_T) des Holmes (4) radial nach außen gedrückt werden kann, so dass der Richtsattel (3) auf die innere Oberfläche des Rohres (2) drückt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Bewegungsmittel (6), mit denen der mindestens eine Richtsattel (3) an einer vorgegebenen Position (x) entlang der Längsachse (L_T) des Holmes (4) positionierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem axialen Ende (7) des Holmes (4) der Expanderkopf (8) angeordnet ist, der relativ zur Längsachse (L_T) des Holmes (4) radial aufweitbare Segmente (9) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Richtsattel (3) mit einem Keil (10) in Verbindung steht, durch dessen translatorische Bewegung in Richtung der Längsachse (L_T) des Holmes (4) der Richtsattel (3) radial bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (10) von einem Linearaktuator (11) beaufschlagt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang des Holmes (4) mehrere, vorzugsweise vier, Richtsättel (3) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch, ein den radialen Abstand des Richtsattels (3) von der Längsachse (L_T) des Holmes (4) erfassendes Messmittel (12).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Holm (4) mindestens ein Messmittel (13) angeordnet ist, mit dem der Abstand zwischen der Längsachse (L_T) des Holmes (4) und der inneren Oberfläche des Rohres (2) messbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Messmittel (13) gleichmäßig verteilt über den Umfang des Holmes (4) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Richtsattel (3) samt Mittel (5) zum radialen Bewegen des Richtsattels (3) auf einem Träger (14), insbesondere auf einer Trägerplatte, angeordnet ist, der translatorisch relativ zum Holm (4) in Richtung dessen Längsachse (L_T) beweglich ist.