DE2343981C3 - Ziehdorn zum Aushalsen von Rohren - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Ziehdorn zum Aushallen von Rohren im kalten Zustand, dessen Körper in •einem Außendurchmesser der Größe des auszuhalsenden Stutzens im Rohr entspricht.

Ein bekannter Ziehdorn gemäß der obengenannten Gattung (vgl. hierzu US-PS 25 11 836, F i g. 10 und 12) hat eine langgestreckte Körperform, dessen eine tndzone vertikal abgestumpft ist und in einem Uber-Kangsbereich eine Formfläche aufweist. Die andere Endzone des einen elliptischen Querschnittes aufweisenden Ziehdornes ist nach innen sich verjüngend ausgebildet und erstreckt sich in dieser Form über den gesamten Außenumfang), mit Ausnahme der bereits erwähnten abgestumpften Endzone.

Mit einem solchen bekannten Ziehdorn ist es nachteiligerweise nicht möglich, eine Aushalsung in einem einzigen Arbeitsgang herzustellen. Vielmehr ist es bei der Herstellung von Stutzen an einem Rohr erforderlich, in einer ersten Arbeitsstufe eine im Rohr vorhandene Bohrung mitteL eines ersten Hilfszieh- «iornes aufzuweiten. In diesen vorgeweiteten Rohrstutzen wird im nächste« Verfahrensschritt der eigentliche Ziehdorn gemäß der oben beschriebenen Gattung eingesetzt und durch diesen dann in die gewünschte Endform gezogen. Hierbei ist von wesentlicher Bedeutung, daß der eigentliche Ziehdorn nicht aus der Bohrung des Rohres herausgezogen, sondern nur gegen die Wandung einer auf dem Rohr aufliegenden Matritze gepreßt wird, wodurch die Endform des ausgehalsten Stutzens entsteht.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den bekannten Ziehdorn so auszugestalten, daß die Aushalsung eines Rohres mittels eines einzigen Ziehdornes und in einer einzigen Arbeitsstufe und damit in einem wesentlich kürzerem Zeitraum vorgenommen werden kann, wobei darüber hinaus auch weiterhin sichergestellt ist, daß durch den Aushalsvorgang eine gleich dicke Stutzenwandung erzielt wird und somit keine Risse in der Wandung entstehen können

Zur Lösung der genannten Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß eine Ziehfläche des im wesentlichen zylindrischen Ziehdornes im mittleren Bereich als Teil einer Zylindermantelflache ausgebildet ist deren Mantellinien in Ziehstellung parallel zur Längsachse eines Langloches im Rohr verlaufen, und daß der übrige Teil der Ziehfläche gegenüber der Zylindermantelfläche zurückgesetzt ist

Von Vorteil ist es hierbei, wenn die Ziehttacne aus zwei sich kreuzenden Zylindermantelflächen besteht, so daß vier symmetrische Sektoren entstehen. Weiterhin ist es günstig, wenn der Körper mit mindestens einer Abstufuna versehen ist. wobei die Abstufung einen kleineren^Durchmesser aufweist als der Innendurchmesser des auszuhalsenden Rohrstutzens. Schließlich ist es noch vorteilhaft, wenn die untere Stirnseite des Zylinderkörpers abgerundet ist.

Durch die Erfindung sind vorteilhaft Aushalsungen in einem Zk'hvorgang herstellbar, deren Wanddicke der des Rohres entspricht, und zwar auch in den Bereichen die in einem bekannten Fall mit Kegelziehdorn besonders stark verändert werden. Darüber hinaus ist von Vorteil, daß die Stirnseite der Aushalsung nahezu eben ist. Diese Vorteile sind darauf zurückzuführen, daß durch den als Zylmdermantelfläche ausgebildeten Teil der Ziehfläche während des Aushalsens das Material besonders in dem rißgefährdeten Bereich gedrückt wird (Material fließt). Eine Erwärmung des Rohres entfällt ebenfalls vorteilhaf:. Weiterhin ist von Vorteil, daß mit der Erfindung sowohl Rohre aus einem leicht verformbaren Material (beispielsweise Kupfer oder Baustahl) als auch aus einem schwer verformbaren Material (V2A-Cr-Nickel-Stahl) optimal aushalsbar sind. Ferner ist man von der manuellen Geschicklichkeit und Erfahrung einer Bedienungsperson unabhängig.

Eine besonders einfache Herstellung der Aushalsung wird dadurch erreicht, daß das Langloch gefräst wird und der Fräs- sowie der Ziehvorgang in der gleichen Rohreinspannung durchgeführt werden.

Es ist auch vorteilhaft, wenn der Ziehvorgang mn einer Geschwindigkeit von höchstens 3 m min voreenommen wird. Ein fberschreiten dieses Wertes fuhrt in der Regel zu Rissen in dem Material dci Aushalsung.

Die durch den Ziehvorgang erhaltene ebene Stirnfläche der Aushalsung ist ausreichend, um ein Rohi mittels eines Handschweißverfahrens (Autogen-Schutzgaslichtbogen-, Plasmaschweißverfahren) anzuschweißen. Soll dagegen ein Rohr mittels eine; Schweißautomaten an die Aushalsung angeschweißi werden, so ist es besser, wenn nach dem Ziehvorganj der ausgehalste Rohrstutzen plangefräst und da: Planfräser) vorzugsweise in der gleichen Rohrein spannung wie der Ziehvorgang vorgenommen wird.

Eine besonders optimale Aushalsung ist dam gewährleistet, wenn ein Langloch gefräst wird, dessci Länge L=- J - 2h u.id dessen Breite B = \ - I ist. wobei »ti« der Außendurchmesser des auszuhal

senden Rohrstutzens und »/i« die Höhe der Aushalsung ist.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Es zeisit

F i g. 1 ein in ein auszuhalsendes Rohr eingeführter erfindungsgemäßer Ziehdorn in Vorderansicht.

Fig. 2 eine Seitenansicht der A.iordnuns aemäß Fig. 1.

Fig. 3 eine Draufsicht der Anordnung aemäß Fig. 1,

F ι g- 4 e;u weiterer in ein auszuhalsendes Rohr eingeführter erfindungsgemäßer Ziehdorn in Vorderansicht.

Fig. 5 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig-4, ^

Fig. 6 eine Draufsicht der Anordnuna aemäß Fig. 4,

F i g. 7 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 8 eine Ansicht in Pfeilrichtung A aemäß F i g. 7,

Fi g. 9 eine weitere Ansicht in Pfeilrichtune A aemäß F1 g. 7.

In den F i g. 1 bis 3 ist ein Ziehdorn 10 in ein Rohr 11 eingeführt, welcher insbesondere vorteilhaft zum Aushalsen von Rohren aus Stahl (ST 35, ST 38) geeignet ist. In der Mantelfläche 12 des Rohres 11 ist erfindungsgemäß ein Langloch 13 vorgesehen, welches vorzugsweise durch Fräsen hergestellt worden ist. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich und insbesondere bei großen Langlochabmessungen zweckmäßig, das Langloch durch Brennschneiden. Plasmaoder Laserschneiden auszuarbeiten. Auch durch Nebeneinanderbohren von Löchern ist das Langloch herstellbar. Darüber hinaus ist es möglich, an Stelle des Langloches eine Ellipse vorzusehen. Der Ziehdorn 10 aus Bronze (GBZ 12) oder gehärtetem Stahl (59, 19) besteht aus einem Körper 14 mit im wesentlichen zylindrischer Form und weist einen Außendurchmesser 15 auf, der dem Innendurchmesser 16 des auszuhalsenden Rohrstutzens 17 — in den Fi g. 1 und 3 gestrichelt angedeutet entspricht. Die Ziehfläche 18 des Ziehdornes 10 ist im mittleren Bereich 19 als Teil einer Zylindermantelfläche 20 ausgebildet, deren Mantellinien 21 parallel zur Längsachse 22 des Langloches 13 verlaufen. Der übrige Teil 23. 24 der Ziehfläche 18 ist gegenüber der Zylindermantelfläche 20 zurückgesetzt. Dabei sind die Übergangsbereiche (Pfeile 25) gerundet ausgebildet. Der Körper 14 ist ferner mit einer Abstufung 26 versehen. deren Durchmesser 27 kleiner ist (etwa 1 bis 2 mm) als der Innendurchmesser 16. Die untere Stirnseite 28 des Ziehkörpers 14 ist zylinderförniig ausgebildet, wobei vorzugsweise der Radius 29 dem Innenradius 30 des Rohres 11 entspricht. Dadurch wird vorteilhaft eine Zentrierung und Fixierung des Ziehdornes 10 innerhalb des Rohres 11 erreicht.

In den F i g. 4 bis 6 ist ein Ziehdorn 31 in ein Rohr 32 eingeführt, welcher vorteilhaft /um Aushalsen von Rohren aus Cr-Ni-Stahl geeignet ist. Das in Rohr 32 eingefräste Langloch ist entsprechend den F i g. I bis 3 mit 13 bezeichnet. Der Ziehdorn 31 unterscheidet sich von dem in den F i g. 1 bis 3 veranschaulichten Ziehdorn 10 in der Ziehflächo. ist ansonsten aber gleich ausgebildet. <>s

Die Ziehfläche 33 besteht aus zwei sicli kreuzenden Zylindermantelflächen 34 und 35. so daß vier symmetrische Sektoren 36. 37. 38. 39 entstehen. Die Mantellinien 40 der die Zylindcrmantelfläche 34 bildenden Sektoren 36 und 37 liegen parallel zur Längsachse 22 des Langloches 13. Die Bereiche, an denen sich die Sektoren berühren (Pfeile 39a), sind gerundet ausgebildet.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den F1 g. 1 bis 6 ist ferner eine auf dem Rohr 11 bzw. 32 gehaltene Ziehmatrize 40 vorgesehen. Die Kreisöffnung 41 der Ziehmatrize 40 weist einen Innendurchmesser 42 auf, der dem Außendurchmesser 43 des auszuhalsenden Rohrstutzens 17 entspricht. Ferner ist die Kreisöffnung 41 an der dem Rohr 11 bzw. 32 zugewandten Seite 44 mit einem Radius 45 versehen. Der Radius entspricht etwa der halben Rohrwandstärke 46. Die Vorrichtung 47 weist einen zweiteilig ausgebildeten Süulenmaschinenständer 48 auf, dessen unterer und oberer Teil 48a bzw. 48/) über ein feststellbares Drehlager 49 miteinander verbunden sind. Am unteren Ständerteil 48a ist eine Prismenspannvorrichtung 72 und am oberen Suindertei) 48/), vorzugsweise gegenüberliegend, eine Fräseinheit 50 und eine Zug-Druck-Einheit 51 befestigt.

Bevorzugt ist das Drehlager 49 als hydraulisches Lager ausgebildet, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß bei einer Drucköizufuhr der obere Ständerteil 4Sb vom unteren Ständerteil 48a geringfügig abgehoben wird — der obere Ständerteil kann dann von Hand gedreht werden ■-- und daß bei einem Unterbrechen der Drucköizufuhr der obere Ständerteil 4Sb wieder auf den unteren Ständerteil 48a aufgesetzt wird und durch die Masse des oberen Ständerteiles in Verbindung mit der Reibungskraft oder vorgesehener Nocken an Ober- und Unterteil gegeneinander fixiert werden -- der obere Ständerteil ist dann nicht mehr drehbar.

Die Prismenspannvorrichtung 72 weist zwei beidseitig des auszuhalsenden Rohrbereiches 52 angreifende Prismenspannbackenpaare 53 und 54 auf. deren obere Spannbacken 53a, 54a direkt am unteren Ständerteil 48a befestigt sind und deren untere Spannbacken 52b. 54b mit am unteren Ständerteil 48a angeordneten Druckzylinder 55 in Verbindung stehen. Durch die im gewissen Abstand von dem Maschinenständer 48 a angeordneten Spannbacken ist es vorteilhaft möglich, auch gekrümmte Rohre einzuspannen. Es ist ferner möglich, die Spannbacken dreh- bzw. verschwenkbar auszubilden.

Die Fräseinheit 50 weist vorteilhaft einen parallel zur Rohreinspannebene 57 verschiebbaren Fräskopf auf. Der Fräskopf 58 steht mit einem Kurbeltrieb in Verbindung, welcher zum Hin- und Herschieben des Fräskopfes 58 zur Langlochherstellung dient.

Die Zug-Druck-Zylindereinheit 51 umfaßt zwei die Ziehmatrize 40 gegen das Rohr 11, 32 pressende Druckzylinder 60, 61 und ferner einen den Ziehdorn 10. 31 aus dem Rohr 11. 32 ziehenden Zugzylinder Ein näheres Fingehen auf die konstruktive Ausbildung der Fräseinheit 50 und der Zug-Druck-Zylindereinheit 51 ist nicht erforderlich, da diese nicht zum Gegenstand der Erfindung zählen.

Die F i g. 8 und 9 veranschaulichen jeweils eint Ansicht in Richtung des Pfeiles A in F i g. 7. wobei ir Fig. H die Fräseinheil 50 und in F i g. 9 die Zug-Druck-Einheit 51 in Arbeitsstellung geschwenkt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstellen^ an Hand der Fig. 1 bis 9 erläutert.

Aus einem normal geglühten Rohr Π aus Slah (ST 35. ST 38) und einem Innendurchmesser voi

40 mm soll an einer vorbestimmten Stelle ein Rohrstutzen ausgehalst werden, der einen Innendurchmesser von 30 mm aufweist. Die Höhe »/i« (s. Fig. I und Fi g. 4 der Aushalsung) soll 5 mm betragen. Die Wandstärke des Rohres 11 und der Aushalsung beträgt 2 mm und somit der Außendurchmesser »rf« des auszuhalsenden Rohrstutzens 34 mm. Auf Grund dieser Werte wird die Größe des Langloches

L= d - 2h und B - ^- h festgelegt (L= 24 mm.

B = 12 mm).

Das Rohr 11 wird nun beidseitig des auszuhalsenden Bereiches 52 mittels der Prismenspannvorrichtung 72 durch Betätigung des Druckzylinders 55 festgespannt. Anschließend wird mit der in die Arbeitsstellung

— F i g. 8 — geschwenkten Fräseinheit 50 das Langloch 13 gefräst. Das Langloch 13 wird danach gut entgratet, vorzugsweise werden dabei die Kanten des Langloches leicht abgerundet. Dadurch ist gewährleistet, daß während des nachfolgenden Ziehvorganges keine Risse in den Mantel des auszuhalsenden Rohrstutzens 17 entstehen.

Durch ölzufuhr zu dem Drehlager 49 wird der obere Ständerteil 48b verschwenkbar und die Zug-Druck-Einheit 51 in Arbeitsstellung (Fi g. 9) gebracht. Die Matrize 40 wird auf das Rohr 11 aufgelegt und durch die betätigten Druckzylinder 60.61 gegen das Rohr 11 gedruckt. Anschließend wird der in F i g. 1 bis 3 dargestellte Ziehdorn 10 in das Rohr 11 eingeschoben

— Pfeilrichtung B — (s. Fi g. 3). so daß er in einer Position entsprechend den Fig. 1 bis 3 im Rohr 11 angeordnet ist. Durch die Kreisöffnung 41 und das Langloch 17 wird ein Zuganker 64 geführt und in eine nicht dargestellte Gewindebohrung des Ziehdorns eingeschraubt. Danach wird der Zuganker 64 mechanisch mit dem Kolben des Zugzylinders 62 verbunden. Durch Betätigung des Zylinders 62 wird der Ziehdorn 10 in Pfeilrichtung L(S. Fi g. 9) aus dem Rohr 11 herausgezogen, und zwar mit einer Geschwindigkeit von höchstens 3 m min. Die Zugkraft liegt dabei je nach dem Innendurchmesser der Aushalsung. dem Material und der WaniLtärke zwischen etwa 30 und 200 t. Dabei werden insbesondere durch die in Fig. 1 und 3 dargestellten Kanten 66, 67 Material in Richtung des Langloches gedrückt. Das Material fließt somit in die am stärksten gefährdeten und rißempfindlichsten Bereiche 68 (F i g. 3).

Mit dem in F i g. 1 veranschaulichten Ziehdorn 10 wird zuerst die Aushalsung auf einen etwas kleineren Innendurchmesser (beispielsweise 29 mm) gezogen und dann mittels des den gewünschten Innendurchmesser von 30 mm aufweisenden Ziehkörperteil 69 (s. Fig. 2) auf das Endmaß kalibriert, wobei eine zusätzliche Umfangsfixierung des Rohrstutzens 17 durch die Matrize 40 erfolgt. Diese Kalibrierung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Innendurchmesser 16 des Stutzens 17 kleiner als der Innendurchmesser des auszutragenden Rohres 11 ist.

Wahrend des gesamten Ziehvorganges wird zwischen Ziehdorn 10 und auszuhalsendem Rohr ein Schmiermittel zugeführt, beispielsweise ein handelsübliches Tiefziehöl.

Die erfindungsgemäß hergestellte Aushalsung weist eine gleichmäßige Wandstärke sowie eine glatte Oberfläche auf und ist frei von Rissen, Materialspannunpcn und Verstreckungen. Darüber hinaus tritt keine Verformung des Rohres während des Ziehvorganges auf. auf Grund der gleichbleibenden Einspannungsverhältnisse.

Nach dem Aushalsen werden die Druckzylinder 60. 61 entspannt und die Matrize entfernt, sowie durch Betätigen des Drehlagers 49 und Verschwenken des oberen Ständerteils 48/> die Fräseinheit 50 wieder in Arbeitsstellung gebracht. Mit dem Stirnfräser 7C wird nun die Stirnfläche 71 (s. F i g. 2) des ausgehalsten Rohrstutzens 17 plangefräst. Vorteilhaft sind dei Langlochfräser und der Stirnfräser 70 als eine Werkzeugeinheit ausgebildet.

Nach Lösen der Prismenspannvorrichtung ist da; fertig ausgehalste Rohr aus der Vorrichtung herausnehmbar. An dem ausgehalsten Rohrstutzen kann nur automatisch oder manuell ein Rohrstück angeschweißt werden.

Der oben beschriebene Ablauf gilt auch dann, wenr ein Rohr 32 aus Cr-Ni-Stahl ausgehalst werden soll In diesem Fall wird dann vorteilhaft der in der F i g. 3 bis 6 veranschaulichte Ziehdorn 31 verwendet

Beim oben beschriebenen Verfahrensablauf wurde an einem Rohr mit einem Innendurchmesser von 40 mm eine Aushalsung 17 mit 30 mm Innendurchmesser durchgeführt; das Verhältnis der beiden Innendurchmesser beträgt 1:1,35. Es ist selbstverständlich aber auch möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Aushalsungen mit einem Innendurchmesser herzustellen, welcher gleich oder noch kleiner ist al; der Rohrinnendurchmesser, und zwar vorzugsweise in einem Verhältnis von Aushalsungsdurchmesser zi Rohrdurchmesser, welches im Bereich von 1:1 bis 1:10 liegt. Der mit dem Verfahren größtmögliche wirtschaftlichste Aushalsungsdurchmesser lieet etwt bei NW 300. der kleinste bei NW 20. Der" größtmögliche wirtschaftlichste Durchmesser des auszu halsenden Rohres liegt bei etwa NW 300, der kleinst« bei etwa NW 20 und die Wandstärke des Rohre: etwa zwischen 1,5 und 10 mm.

Ferner ist es selbstverständlich vorteilhaft möglich an Stelle der in den F i g. 7 bis 9 dargestellten Vor richtung eine Art Fertigungsstraße aufzubauen, be der das festeingespannte, auszuhalsende Rohr nach einander einer Langlochfräseinheit, einer Zieheinheit einer Planfräseinheit sowie einer Schweißmaschini zum automatischen Anschweißen eines Rohres an dii Aushalsung zugeführt wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Ziehdorn zum Aushalsen von Rohren im kalten Zustand, dessen Körper in seinem Außendurchmesser der Größe des auszuhalsenden Stutzens im Rohr entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ziehfläche (18) des im wesentlichen zylindrischen Ziehdornes (10) im mittleren Bereich (19) als Teil einer Zylindermantelfiäche (20) ausgebildet ist, deren Mantellinien (21) in Ziehstellung parallel zur Längsachse (22) eines Langloches (13) im Rohr (11) verlaufen, und daß der übrige Teil (23, 24) der Ziehfläche (18) gegenüber der Zylindermantelfläche (20) zurückgesetzt ist.

2. Ziehdorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziehfläche (33) aus zwei sich kreuzenden Zylindermantelflächen (34, 35) besteht, so daß vier symmetrische Sektoren (36, 37, 38,39) entstehen.

3. Ziehdorn nach Anspruch I und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (14) mit mindestens einer Abstufung (26) versehen ist. wobei die Abstufung (26) einen kleineren Durchmesser (27) aufweist als der Innendurchmesser (16) des auszuhalsenden Rohrstutzens (17).

4 Ziehdorn nach Anspruch 1, 2 und oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Stirnseite (28) des Zylinderkörpers (14) abgerundet ist.