DE2107460A1

DE2107460A1 - Internally expanding pipes - to centrally increase their buckling strength

Info

Publication number: DE2107460A1
Application number: DE19712107460
Authority: DE
Inventors: Armin 5970 Plettenberg Mylaeus
Original assignee: MYLAEUS GEB
Current assignee: MYLAEUS GEB
Priority date: 1971-02-17
Filing date: 1971-02-17
Publication date: 1972-08-31

Abstract

Pipes are internally expanded at their endangered central region by introducing an incompressible filler material into the pipe and placing pistons into both ends of the pipe. The advancing pistons exert such a pressure against each other that the filler is radially displaced resulting in a predetermined expansion of the pipe casing. The method is simple and inexpensive.

Description

Verfahren zum Aufweiten von Rohren mittels radial auf die Rohrinnenwandung wirkendem Druck Es ist bekannt, Rohre zum Zwecke der Erhöhung der zulässigen Knicklasten bei Beanspruchung auf Druck in Richtung der Rohrlängsachse mittig aufzuweiten, so daß die Rohre im gefährdeten mittleren Bereich einen größeren Durchmesser aufweisen als an den Enden. Bei einem bekannten Verfahren werden Pulverladungen in das Rohrinnere eingebracht und gezündet, so daß die Rohre infolge des Explosionsdruckes aufweiten und gegen eine Gesenk wand gedruckt werden. Bei einem weiteren zum Stande der Technik gehörenden Verfahren werden beidendig in das Rohr Elektroden eingebracht und dieselben, die im Abstand voneinander stehen, gegebenenfalls mit einer Brücke in Form eines leichtschmelzbaren Drahtes verbunden. Unter Wasser erfolgt alsdann durch elektrische Zündung das Überspringen eines elektrischen Funken von der einen zur anderen Elektrode. Durch die hierbei auftretende starke Erhitzung entsteht eine Wasserdampf-Expansion, die die Rohrwandungen nach außen gegen ein Gesenk drUcken. Diese bekannton Verfahren sind relativ aufwendig und kostspielig und ihr. Method for expanding pipes by means of radial on the pipe inner wall acting pressure It is known to use pipes for the purpose of increasing the permissible buckling loads expand centrally in the direction of the pipe's longitudinal axis when subjected to pressure, see above that the pipes in the endangered central area have a larger diameter than at the ends. In one known method, powder charges are introduced into the interior of the pipe introduced and ignited, so that the pipes expand as a result of the explosion pressure and printed against a die wall. Another of the prior art corresponding processes are introduced into the tube at both ends and electrodes are which are at a distance from each other, possibly with a bridge in the form of a easily fusible wire connected. Then under water takes place by electrical Ignition is the jump of an electrical spark from one electrode to the other. The strong heating that occurs here causes water vapor expansion, which press the pipe walls outwards against a die. These are known methods are relatively complex and expensive and you.

Durchführung ist nur für Einzelanfertigungen, nicht aber für die Serienanfertigung geeignet.Implementation is only for one-off productions, but not for series production suitable.

Zum Aufweiten von Rohren ist auch ein durch mechanische Mittel durchzuführendes Verfahren bekannt geworden, wobei Spreizkörper geringen Durchmessers auf größere Durchmesser gebracht werden. -Als nachteilig gilt bei einem derartigen Verfahren Jedoch die rippenförmige Aufweitung, so daß derartig aufgeweitete Rohre zwar z. B. als Wärmeaustauscher, nicht dagegen aber als Axialdruck aufnehmende Rohrstreben geeignet sind.To expand pipes there is also one to be performed by mechanical means Method has become known, with expanding bodies of small diameters to larger ones Diameter are brought. -A disadvantage is such a procedure However, the rib-shaped expansion, so that such expanded tubes, although z. B. as a heat exchanger, but not as axial pressure absorbing tubular struts are suitable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mittels dessen das Aufweiten von Rohren im gefährdeten Bereich mit einfachen Mitteln kostengünstig durchzuführen ist.The invention is based on the object of creating a method by means of which the expansion of pipes in the endangered area with simple means is inexpensive to carry out.

Die Lösung nach der Erfindung besteht darin, daß Jeweils in ein Rohr ein inkompressibler J?t1llstoff und beidendig in das Rohr Jeweils der Kolben eine Zylinders eingeführt werden, wobei die Kolben durch fortschreitenden gegeneinander gerichteten Druck eine solche radiale Ausweichung des FUllstoffes herbeiführen, daß eine Aufweitung des Rohrmantels von zu bestimmender Grdße hergestellt wird, Die Kolben können dabei mittels druckmittelbetätigter Zylinder oder auch mechanisch angetrieben werden.The solution according to the invention is that each in a tube an incompressible liquid and both ends in the tube each piston one Cylinder are introduced, the pistons by advancing towards each other directed pressure cause such a radial deflection of the filler, that a widening of the pipe jacket of a size to be determined is produced, The pistons can be operated mechanically or by means of cylinders that are actuated by pressure medium are driven.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet zwei gegenläufige Kolben, die sich mit ungleichfbrmiger Geschwindigkeit bewegen.The method according to the invention uses two pistons rotating in opposite directions, that move at irregular speeds.

Zu Beginn des Arbeitsweges steigt die Geschwindigkeit sehr schnell auf einen hohen Wert an und zeigt dann eine stark abschwellende Tendenz, so daß die Geschwindigkeit der beiden sich gegeneinander bewegenden Kolben mit dem sich erhöhenden Druck am Ende des Arbeitsweges sehr stark abnimmt. In Jedem Zeitabschnitt sind natürlich die momentanen Geschwindigkeiten beider Kolben gleich. Durch die Verwendung zweier Kolben mit der oben angedeuteten Geschwindigkeitscharakteristik wird eine gleichmäßigere Verformung über die Länge des Werkstücks erzielt, als bei Verwendung nur eines Kolbens von einer Seite, denn der Füllstoff erfährt bei den hohen erforderlichen Drücken senkrecht zur Rohrinnenwand eine erhebliche Reibung an der Letzteren, so daß seine Bewegung vor dem Kolben an der Rohrwand abgebremst und der Füllkörper zurückgehalten und dabei vor dem Kolben stärker aufXebaucht wird. Diese Erscheinung läßt sich zwar durch Schmierung der Fu#llkörperhaut mit Talkum oder ähnlichen Mitteln vermindern, wird aber erst durch die Verwendung von zwei gegenläufigen Kolben praktisch beseitigt, so daß eine gleichmäßige zylindrische Verformung oder, falls erwünscht, sogar eine parabelförmige Ausbauchung des Rohres erzielt werden kann.At the beginning of the commute, the speed increases very quickly to a high value and then shows a strong decongesting tendency, so that the speed of the two pistons moving against each other with the increasing Pressure decreases very sharply at the end of the commute. In Of course, the current speeds of both pistons are for each period of time same. By using two pistons with the speed characteristics indicated above a more uniform deformation is achieved over the length of the workpiece than with Use only one piston from one side, because the filler learns from the high required pressures perpendicular to the pipe inner wall a considerable friction on the latter, so that its movement is braked in front of the piston on the pipe wall and the filling body is retained and in the process more bulged in front of the piston. This phenomenon can be avoided by lubricating the filler skin with talc or similar means, but only through the use of two counter-rotating piston practically eliminated, so that a uniform cylindrical Deformation or, if desired, even a parabolic bulge of the pipe can be achieved.

Bei der Verwendung von zwei gegenläufigen Kolben werden die oben beschriebenen Reibungskräfte besser über die Länge des Füllzylinders verteilt als bei der Verwendung nur eines Kolbens, und dadurch wird einer intermolekularen Zerstörung des PUllstoffes vorgebeugt, so daß die Ftillstoffkörper eine größere Zahl von Verformungen aushalten, Die Geschwindigkeit beider Kolben wird in der Weise abschwellend geregelt, daß die Kolben mit hoher Anfangsgeschwindigkeit zusammenfahren und beim Anwachsen des Verformungsdruckes laufend erheblich langsamer werden. Dadurch wird erreicht, daß der Reibungsfaktor des Eüllkbrpers gegen die Rohr-Innenwand über einen möglichst langen Teil des Kolbenweges im Zustand der "Gleitenden Reibung" und damit niedrig gehalten wird. Im Moment des höchsten Verformungadruckes wird dann nur noch ein geringer Gleitweg des Füllkörpers gegenüber der Rohrwand benötigt, was auch zur Schonung des Füllstoffes beiträgt und dieses Verfahren überhaupt erst wirtschaftlich macht.When using two opposing pistons, those described above are used Frictional forces are better distributed over the length of the filling cylinder than when using only one piston, and thereby an intermolecular destruction of the PUllstoffes prevented so that the filler bodies can withstand a greater number of deformations, The speed of both pistons is regulated so that the swelling decreases Collapse the pistons at a high initial speed and at The increase in the deformation pressure will be considerably slower. This will achieved that the friction factor of the Eüllkbrpers against the pipe inner wall over a as long as possible part of the piston travel in the state of "sliding friction" and thus is kept low. At the moment of the highest deformation pressure, only a small sliding path of the filler against the pipe wall is required, which is also required helps to protect the filler and makes this process economical in the first place power.

Der Kolben muß zudem ein verhältnismäßig großes Spiel im Rohr haben, damit die Fertigungstoleranzen des Rohrinnendurchmessers kein Hindernis für das Einführen des Kolbens bilden. Um zu verhindern, daß bei den hohen Drücken, die eine Kaltverformung z. B.The piston must also have a relatively large clearance in the tube, so that the manufacturing tolerances of the pipe inner diameter are not an obstacle to the Insertion of the piston form. In order to prevent that at the high pressures, the one Cold deformation z. B.

von Stahlrohren oder dickwandigeren Leichtmetallrohren erfordern, der Füllstoffkörper in den Spalt zwischen Werkstück und Kolben eindringt, wird der Kolben erfindungsgemäß soweit vorn wie möglich mit einem abdichtenden Kolbenring versehen.of steel pipes or thick-walled light metal pipes, the filler body penetrates into the gap between the workpiece and the piston, the Piston according to the invention as far forward as possible with a sealing piston ring Mistake.

Das Verfahren nach der Erfindung stellt eine fortschrittliche Bereicherung der Kaltumformtechnik dar. Es läßt sich mit einfachen Mitteln durchführen und eignet sich insbesondere für die Serienfertigung. Als Anwendungsgebiet für mittig aufgeweitete Rohre bieten sich insbesondere aus Rohrstreben und Knotenelementen gebildete Raumfachwerke an, deren einzelne Stäbe ausschließlich auf Zug oder Druck belastet werden.The method according to the invention represents an advanced asset the cold forming technology. It can be carried out with simple means and is suitable particularly suitable for series production. As an area of application for centrally widened Pipes are particularly suitable as space frameworks formed from pipe struts and junction elements whose individual bars are only subjected to tension or compression.

Da die Verformung bei Raumtemperatur vorgenommen wird, ist das Aufweiten begrenzt durch die Dehnungseigenschaft des Jeweiligen zur Aufweitung gelangenden Rohres. So kann die Aufweitung verständlicherweise nur im Rahmen der plastischen Dehnung geschehen, da anderenfalls das Jeweilige Rohr aufreißen würde. Wie durch Versuche ermittelt werden konnte, ist mittels des neuartigen Verfahrens eine Aufweitung zwischen 10 % und 15 % des Außendurch messers möglich. Hieraus resultiert aber, daß die Knicklast der aufgeweiteten Stäbe bei Beanspruchung auf Druck in Richtung der Längsachse um 25 % bis 30 ,~ erhöht werden kann.Since the deformation is done at room temperature, the expansion is limited by the elongation property of the respective one reaching the expansion Pipe. Understandably, the widening can only take place in the context of the plastic Expansion occurs, otherwise the respective pipe would tear. How through Tests could be determined, is an expansion by means of the new method between 10% and 15% of the outer diameter possible. However, this results in that the buckling load of the expanded rods when subjected to pressure in the direction the longitudinal axis can be increased by 25% to 30 ~.

Das Verfahren nach der Erfindung schließt auch die Möglichkeit ein, Rohre, deren Wandung infolge fertigungstechnischer Toleranzen unterschiedliche Dicke besitzt, aufzuweiten, und zwar unter Gewährleistung einer rotationssymmetrischen Form. Ein diesbezügliches Merkmal ist dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Rohr mit seinem aufzuweitenden Bereich in eine zweiteilige, eine der Aufweitungsgröße entsprechende Ausnehmung aufweisende Vorrichtung eingespannt wird, Das erfindungsgemäße Verfahren macht von Füllstoffen in Form von Gummisylindern, Kunststoffzylindern mit vergleichbaren Eigenschaften oder mit Wasser, Öl od. dgl. gefüllten Gummiblasen Gebrauch. Die Füllstoffe müssen auf Jeden Fall die Eigenschaft haben, ganz oder nahezu inkompressibel zu sein.The method according to the invention also includes the possibility of Pipes whose walls differ in thickness due to manufacturing tolerances owns to expand, while ensuring a rotationally symmetrical Shape. A related feature is characterized in that each one tube with its area to be expanded into a two-part, one of the expansion size corresponding recess having device is clamped, the inventive Procedure makes of fillers in the form of rubber cylinders, plastic cylinders with comparable properties or rubber bladders filled with water, oil or the like Use. The fillers must in any case have the property, whole or to be almost incompressible.

Wie das neuartige Verfahren im einzelnen durchzuführen ist, soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert werden.How the novel process is to be carried out in detail is intended in will be explained in more detail below with reference to the drawing.

Gemäß Fig. 1 wird ein umzuformendes Rohr 4 beispielsweise eine Rohrgerüststrebe von Einheitslänge in Werkstttckaufnahmen 5 gelegt, die über dem Rohr in bekannter Weise scharnierförmig geschlossen werden können und wodurch die Rohrlage fixiert ist.According to FIG. 1, a tube 4 to be reshaped is, for example, a tubular frame strut of unit length placed in Werkstttckaufnahme 5, which is known above the pipe Way can be closed in the shape of a hinge and thereby fixes the pipe layer is.

In das Innere des Rohres 4 wird ein z.B. Gummizylinder 6 eingelegt, der einen geringeren Durchmesser als der Innendurchmesser des Rohres besitzt. Von beiden Seiten werden alsdann Kolben 7 in das Rohrinnere mittels der Kolbenstangen 71 eingefahren und mittels dieser Kolben 7 der Gummizylinder 6 zusammengedrückt, so daß er sich aufweitet, bis er an der Innenwand des Rohres 4 anliegt. Nunmehr wird der Druck der Kolben 7 gegeneinander verstärkt, bis die notwendige Rohraufweitung beendet ist. Sobald der Arbeitsgang beendet ist, werden die Kolben 7 aus dem Rohr 4 herausgezogen, der Gummizylinder 6 nimmt seine ursprüngliche Gestalt wieder an und kann aus dem Rohr herausgezogen werden.A rubber cylinder 6, for example, is inserted into the interior of the tube 4, which has a smaller diameter than the inner diameter of the pipe. from Then pistons 7 are pushed into the interior of the tube by means of the piston rods on both sides 71 retracted and compressed by means of this piston 7 of the blanket cylinder 6, so that it expands until it rests against the inner wall of the tube 4. Now the pressure of the pistons 7 is increased against each other until the necessary expansion of the pipe is finished. As soon as the operation is finished, the pistons 7 are out of the tube 4 pulled out, the blanket cylinder 6 returns to its original shape and can be pulled out of the tube.

Zur Verdeutlichung ist in Fig. 2 die theoretische Verformung des Gummizylinders 6 in den freien Raum bei Druck der beiden Kolben 7 auf die Endflächen des Gummizylinders gezeigt.For clarification, the theoretical deformation of the blanket cylinder is shown in FIG 6 into the free space when the two pistons 7 press against the end faces of the blanket cylinder shown.

Die gewünschte Endaufweitung kann durch Versuchsreijien, die entsprechend den jeweiligen Rohrdurchmessern und -Qualitäten tabellarisch aufgezeichnet werden sollten, oder auch durch am Rohr unmittelbar angreifende Fühler von Meßorganen ermittelt werden.The desired end widening can be achieved by trial and error, the corresponding the respective pipe diameters and qualities are recorded in a table should, or also determined by sensors of measuring organs directly attacking the pipe will.

Wie bereits weiter oben erwähnt, kann das Füllmittel aus Gummi- -oder anderen Stoffen, insbesondere flexiblem Kunststoff bestehen.As already mentioned above, the filler can consist of rubber or other substances, especially flexible plastic.

Diese Stoffe mUssen allderdings die Eigenschaft haben, ganz oder nahezu inkompressibel zu sein. Wie durch Versuche festgestellt worden ist, kann das Aufweiten der Rohre mittels eines wassergefüllte Gummisackes durchgeführt werden. Hierbei übernimmt das Wasser die eigentliche Verformungsarbeit und das Material des Gummisackes erfährt eine geringere Beanspruchung als bei der Verwendung eines Vollgummizylinders, so daß mit dem wassergefüllten Gummi sack mehr Werkstücke bearbeitet werden können als mit einem Vollgummi zylinder.These substances must, however, have the property wholly or nearly being incompressible. As has been established through experimentation, the expansion can the pipes can be carried out by means of a water-filled rubber bag. Here the water does the actual deformation work and the material of the rubber bag experiences less stress than when using a solid rubber cylinder, so that more workpieces can be processed with the water-filled rubber sack than with a solid rubber cylinder.

Bei Rohren mit am Umfang unterschiedlicher Wanddicke wUrde die Durchführung des anhand der Fig. 1 erläuterten Verfahrens eine ungleichmäßige, außermittige Verformung nach der Seite der dünneren Wand hin verursachtn. Um auch derartigen Rohren bei der Aufweitung einer rotationssymmetrische Form zu vermitteln, sieht die Erfindung die Verwendung eines in Fig. 3 gezeigten Gesenkes vor.In the case of pipes with different wall thicknesses on the circumference, the implementation would be of the method explained with reference to FIG. 1 results in an uneven, off-center deformation towards the side of the thinner wall. To also such pipes To convey the expansion of a rotationally symmetrical shape, sees the invention suggest the use of a die shown in FIG.

Das Gesenk 8 ist zweiteilig und besteht aus den beiden Gesenk hälften 81, die nach dem Einlegen des Rohres 4 verschlossen werden. Die Kolben 7, welche den Gummizylinder od. dgl. Mittel zusammenpressen werden mittels der Kolbenstangen 71 unter einen solch hohen Druck gebracht, daß der Hohlraum 9 des Gesenkes 8 vom Rohr 4 ausgefüllt wird. Da der Gummizylinder dabei eine starke Verkürzung erfährt, bleibt das Rohr 4 im Gesenk 8 beidseitig der gewUnschten Aufweitung noch soweit geführt, daß eine rotationssymmetrische Form gewährleistet bleibt. Nach der Verformung werden die Kolben 7 zurückgezogen, das Gesenk 8 geöffnet, das Rohr 4 entnommen und der Gummizylinder 6 aus dem Rohr herausgezogen. PatentansprüchetThe die 8 is in two parts and consists of the two die halves 81, which are closed after the tube 4 has been inserted. The pistons 7, which the rubber cylinder od. Like. Means are compressed by means of the piston rods 71 brought under such a high pressure that the cavity 9 of the die 8 from Tube 4 is filled. Since the blanket cylinder experiences a strong shortening, the tube 4 remains in the die 8 on both sides of the desired expansion out that a rotationally symmetrical shape is guaranteed. After deformation the pistons 7 are withdrawn, the die 8 is opened, the tube 4 is removed and the blanket cylinder 6 pulled out of the tube. Claims

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Process for expanding pipes by means of pressure acting radially on the inner wall of the pipe, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that an incompressible filler and in each tube Pistons are inserted into the tube at both ends, the piston advancing through pressure directed against one another causes such a radial deflection of the filler bring about that an expansion of the pipe jacket of a size to be determined will.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c That is to say, the pistons have the same, opposing speed characteristics that start at a high initial speed and then when they are reached the highest pressure output towards the end of the commute and significantly to slow down.

3. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the pistons are very close to the working side by piston rings the workpiece to be sealed.

4. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that each tube has to be expanded area in a two-part one of the expansion size corresponding recess having Device is clamped.

5. The method according to claims 1-4, d a d u r c h g e -k e n n notices that rubber cylinders, plastic cylinders with comparable fillers Properties or rubber bladders filled with water, oil or the like.

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