DE2449221A1 - Ausweitbarer dorn oder kern zum biegen von metallrohren mit grossem durchmesser - Google Patents

Description

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PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT₁ DIPLOMCHEMIKER

5 KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90

Köln, den 15. Oktober 197 Ax/Fi/195

Pneumatiques, Caoutchouc Manufacture et Plastiques Kleber-Colombes, Place de Valmy, 92 Colombes/Frankreich

Ausweitbarer Dorn oder Kern zum Biegen von Metallrohren

mit grossem Durchmesser

Die Erfindung betrifft ausdehnbare Dorne oder Schläuche, die zum Biegen von Metallrohren von großem Durchmesser verwendet werden, die zur Förderung und Fortleitung von Erdölprodukten (Ölleitungen oder Gasleitungen) oder anderen Medien dienen. Diese Art von Dorn oder Schlauch wird in den zu biegenden Teil des Rohres eingeführt und dient als genügend starre innere Stütze, um zu verhindern, daß die Rohrwand sich während des Biegevorgangs faltet oder unrund wird.

Bisher wurden zum Biegen von Rohren mit Durchmessern von etwa 15 bis 50 cm ausdehnbare Dorne verwendet, die im wesentlichen aus einem an beiden Enden geschlossenen Gummischlauch bestehen, der mit Luft oder einer Flüssigkeit aufblasbar ist und sich hierbei gegen die Innenwand des zu biegenden Rohres preßt. Für Rohre mit größeren Durchmessern (50 bis 90 cm oder sogar 120 cm) können diese

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biegsamen und aufblasbaren Kerne nicht verwendet v/erden, da sie die Aufblasdrücke, die notwendig sind, um die Wände der zu biegenden Rohre wirksam abzustützen, nicht aushalten. Es war somit erforderlich, mechanische Dorne zu entwickeln und zu verwenden, die mehrere Reihen von Arbeitszylindern aufweisen, die backenradial gegen die Rohrwand pressen, um sie während des Biegevorgangs abzustützen. Dieses System des mechanischen Dorns ist äußerst kompliziert, kostspielig herzustellen und empfindlich bei der Verwendung auf Baustellen, wo kräftige und robuste Materialien gewünscht werden.

Außerdem geht auf dem Gebiet des Pipelinebaus heute die Tendenz dahin, dünnwandige Metallrohre von großem Durchmesser aus hochfestem Stahl zu verwenden, damit die Leitungsabschnitte relativ leicht sind. Das Biegen von Rohren dieses Typs ist jedoch schwieriger, und zur Vermeidung von Fehlern durch Falten der Rohrwand ist man gezwungen, Dorne oder Kerne zu entwickeln, die auf die Rohrwand noch höhere Drücke auszuüben vermögen. Die vorstehend genannten Schläuche des bekannten Typs sind hierbei nicht in der Lage, solche Drücke auszuüben.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die genannten Nachteile auszuschalten oder zu vermindern und demzufolge ausdehnbare Biegedorne- oder kerne verfügbar zu machen, die in der Lage sind, die Wand der zu biegenden Rohre zu stützen und auf die Wand sehr hohe Drücke zu übertragen,um die Wand während des Biegevorgangs wirksam abzustützen und Verfor-'mungen des Rohres zu vermeiden. Die Dornkonstruktionen

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gemäß der Erfindung sind einfach, wirtschaftlich und robust und ermöglichen die Verwendung unter strengen Bedingungen, wie sie bei der Verlegung von Ölleitungen und Gasleitungen auf den Baustellen vorliegen.

Allgemein bestehen die Biegedorne- oder kerne gemäß der Erfindung in Kombination aus einem ausdehnbaren zentralen Schlauch mit Gummiwand, die mit wenigstens zwei Lagen von Metallkabeln verstärkt sind, die sich von einer Lage zur anderen kreuzen und in einem Winkel von 10 bis 45 Grad zur Längsachse geneigt sind, und einem dickwandigen zylindrischen Gummimantel, der außen mit in Längsrichtung verlaufenden und am Mantel haftenden flexiblen Lamellen belegt ist. Gemäß der Erfindung sind in die Wand des Mantels außerdem wenigstens zwei verstärkende Lagen aus Metallkabeln eingebettet, deren Richtungen sich kreuzen, und die einen Winkel bilden, der etwas kleiner ist als der Winkel der inneren Verstärkungslagen des ausdehnbaren Schlauchs.

Der dickwandige zylindrische Gummimantel kann vor? ausdehnbaren zentralen Schlauch entfernbar oder mit diesem in einem Stück ausgebildet sein. In beiden Fällen dehnt und zieht sich dieser Gummimantel gleichzeitig mit dem zentralen Schlauch zusammen, und er vermag auf die Rohrwand den hohen Druck zu übertragen, auf den der mittlere Schlauch auf Grund seiner Verstärkung aus Metallkabeln aufgeblasen werden kann.

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Die Erfindung wird nachstend ausführlich unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben.

Figur 1 ist eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Biegedorns- oder kerns.

Figur 2 ist ein Querschnitt längs der Linie 2-2 von Figur 1.

Figur 3 zeigt als Teilansicht im Querschnitt längs der Linie 3-3 eine andere Ausführungsform eines aus einem Stück bestehenden Doms.

Figur 4 zeigt als Teilansicht im Längsschnitt längs der Linie 3-3 den in Figur 3 dargestellten Dorn.

Bei der in Figur 1 und Figur 2 dargestellte Biegedorn besteht aus einem ausdehnbaren zentralen Schlauch 10 und einem vom Schlauch 10 abstreifbaren zylindrischen Außenmantel 11.

Der Schlauch 10 besteht aus einer zylindrischen Wand aus Gummi, die innen mit wenigstens zwei Lagen 12 aus gummiumhüllten Metallkabeln verstärkt ist. Diese Metallkabel liegen innerhalb jeder Lage parallel zueinander und sind in geneigten Richtungen angeordnet, die sich von einer Lage zur anderen kreuzen. Diese Richtungen der Kabel bilden Winkel zwischen 10 und 45 Grad zur Längsachse des Schläuche. Der Neigungswinkel ist in Abhängigkeit von der Größe der Ausweitung gewählt, die man zu erreichen wünscht,

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Kleine Winkel ermöglichen eine stärkere Ausweitung. Hierbei können beispielsweise Neigungswinkel von etwa 15 bis 20 Grad zur Längsachse für die Kabel der Lagen 12 gewählt werden.

Die Enden des zentralen Schlauchs 10 sind an metallischen Verschlußstücken 14 befestigt, von denen wenigstens eines mit einem Verbindungsstück für den Anschluß einer Leitung zum Aufblasen versehen ist. Die Verschlußstücke 14 sind ferner mit Rollen 15 versehen, die das Einschieben des Gesamtkerns in das zu biegende Rohr erleichtern, wenn er nicht aufgeblasen ist.

Der Außertmantel 11 ist ein dickwandiger Schlauch aus Gummi, dessen Innendurchmesser im wesentlichen dem Außendurchmesser des zentralen Schlauchs im nichtaufgeblasenen Zustand entspricht, wobei lediglich das notwendige radiale Spiel vorhanden ist, um den Mantel um den zentralen Schlauch legen zu können. Die Dicke des Mantels 11 wird so groß wie möglich gewählt, um den Durchmesser des aufblasbaren Schlauchs 10 klein zu halten und demzufolge die axialen Kräfte, die auf die Verschlußstücke 14 ausgeübt werden, wenn der Schlauch unter Druck ist, zu reduzieren, jedoch muß sie innerhalb annehmbarer Grenzen bleiben, um die eigene Trägheit des Mantels gegenüber den Ausdehnungs- und Kontraktionsbewegungen zu begrenzen. Der Mantel 11 hat ungefähr die gleiche Länge wie der Sehlauch 10 und ist außen mit in Längsrichtung ver-· laufenden metallischen Lamellen besetzt. Diese Lamellen sind biegsam, um sich der Längskrümmung anzuschmiegen, die. das Rohr während des Biegens annimmt. Sie sind nebeneinander so angeordnet, daß sie sich fast berühren, wobei sie um den Mantel eine praktisch geschlossene Auflagefläche in Umfangs-

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richtung bilden. Sie sind außerdem in den Gummi des Mantels beispielsweise bis zur ihrer halben Dicke eingebettet und während der Vulkanisation des Mantels mit dem Gummi verbunden worden.

Dieser Belag aus Lamellen ermöglicht eine wirksame Stützung der Rohrwand in Längsrichtung während des Biegens und widersetzt sich hierbei der Faltung der Rohrwand. Während der Dehnung des Mantels 11 können sie sich jedoch voneinander entfernen, wenn der zentrale Schlauch 10 unter Druck gebracht wird. Zwischen den aufeinanderfolgenden Biegevorgängen bilden die Metallamellen,wenn der Mantel zum Zusammenziehen entleert wird, einen Belag, der sehr leicht auf der Innenfläche des Rohres während der Relativbewegung des Mantels und des Rohres gleiten kann.

Bei der in Figur 3 und Figur 4 dargestellten Ausführungsform bildet der ausdehnbare Kern ein einheitliches Ganzes, bei dem der Mantel 11 mit dem Schlauch 10 verbunden und mit diesem in einem Stück ausgebildet ist. Ebenso wie bei der ersten Ausführungsform ist der Schlauch mit wenigstens zwei Lagen von gummierten Metallkabeln 12 verstärkt, in denen die Metallkabel sich von einer Lage zur anderen kreuzen und jeweils in geringen Winkeln von etwa 15 bis 20 Grad zur axialen Längsrichtung geneigt sind. Ebenso ist die Außenseite des Mantels, mit der er sich gegen das Rohr legt, mit in Längsrichtung verlaufenden biegsamen Metallamellen 16 belegt, die mit dem Gummi des Mantels 11 fest verbunden sind,

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Wenn es sich bei den vorstehend beschriebenen beiden Ausführungsformen um Biegekerne von großem Durchmesser handelt, ist es vorteilhaft, den Gummimantel des Kerns durch zusätzliche Lagen oder Gruppen von Lagen aus gummierten Metallkabeln zu verstärken. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei zusätzliche Lagen 17 und 18, die mit Abstand zueinander angeordnet sind, und Verstärkungslagen 12 sowie Lamellen 16 vorgesehen. Die Anordnung der Verstarkungslagen 17 und 18 mit Abstand zueinander erhöht die Knickfestigkeit des Gesamtkerns, so daß er eine starke Stütze für die Wand des zu biegenden Rohres bildet und dem Falten dieser Wand widersteht. Um jedoch die Ausweitbarkeit des Kerns während des Aufdrückens nicht stark zu verringern, verlaufen die Kabel dieser Verstarkungslagen 17 und 18 vorzugsweise in Richtungen, die im Vergleich zu dem Winkel, den die Kabel der inneren Lagen 12 bilden, einen etwas kleineren Winkel beispielsweise von 5 Grad bilden.

Figur 4 zeigt außerdem die Konstruktion der Enden des Kerns, die es ihm ermöglicht, den hohen Drücken zu widerstehen, auf die er aufgeblasen werden muß, insbesondere wenn er zum Biegen von Rohren von großem Durchmesser bestimmt ist. Vor der Vulkanisation des Kerns werden die Enden 12 der gummierten inneren Verstarkungslagen 12 radial auswärts gebogen, um zwischen den beiden Teilen 19-20 eines Flansches, die sich ineinanderlegen können, eingeschlossen zu werden, während die innere Gummilage 21 des Schlauchs unter dem Flansch verlängert ist. Anschließend an die Enden 12 der Lagen kann eine zusätzliche Teillage 22 angeordnet sein, die ebenfalls zwischen den beiden Teilen des Flansches eingeschlossen

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ist und sich bis in den dicken Teil des Biegekerns erstreckt. Diese zusätzliche Lage 22 besteht ebenfalls aus gummiumhüllten Metallkabeln, die vorzugsweise in Längsrichtung verlaufen. Während der Vulkanisation des Kerns werden die beiden Teile des Flansches durch Schraubbolzen parallel zur Achse zusammengepreßt, wodurch während der Vulkanisation eine feste Verbindung des die Lagen 12 und 22 umhüllenden Gummis mit den Metallteilen 19-20 des Flansches erzielt wird. Anschließend wird am Flansch mit Hilfe von Schrauben ein Boden 23 befestigt, der dazu dient, das entsprechende Ende des Kerns zu verschließen,

Es ergibt sich aus der vorstehenden Beschreibung, daß man zum Biegen eines Teils der Rohrleitung zunächst den Kern im zusammengezogenen Zustand in das Rohr einführt. Anschließend wird dieser Kern vorzugsweise mit einer Flüssigkeit aufgeblasen, um ihn auszuweiten und seine mit den Metallamellen verstärkte Außenseite mit der Innenwand des Rohres in Berührung zu bringen. Das Aufblasen wird fortgeführt, um den Innendruck im Kern und den Anpreßdruck des Kerns an das Rohr zu steigern, damit der Kern eine Stütze bildet, die unerwünschten örtlichen Verformungen des Rohres während des Biegevorgangs widersteht. Der Innendruck des Kerns kann beispielsweise auf etwa 20 bar gebracht werden.Nach dem Biegen wird der Druck entspannt, damit der Kern sich durch die vereinigte Rückstellungskraft des Gummis und der Metallkabel der Verstarkungslagen elastisch zusammenzieht, worauf der Kern axial weiterbewegt wird, um ihn in eine neue Biegestellung zu bringen. Das Biegen des Rohres erfolgt somit in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten, zwischen denen die Zeit des Aufblasens und Entleerens des Kerns Totzeiten sind, deren möglichst weitgehende Verkürzung erwünscht ist.

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Gemäß der Erfindung können diese Totzeiten verkürzt werden, indem man den Kabeln der Verstärkungslagen 12 des Schlauchs 10 größere Neigungswinkel beispielsweise von etwa 30 bis 45 Grad zur Längsachse und den Verstärkungslagen 17/ 18 des Mantels 11 entsprechende/etwas geringere Neigungen (z. B. etwa 25 bis 40 Grad) gibt. Es wurde festgestellt/ daß mit diesen Werten des Neigungswinkels der Kabel dieser Verstärkungslagen die Ausweitung des Kerns erst von einem verhältnismäßig hohen Druck ab beginnt, der dicht bei dem zum Biegen erforderlichen Stützdruck liegt. Beispielsweise beginnt die Ausweitung eines solchen Kerns erst von einem Aufblasedruck von 15 bar ab, während der zum Biegen notwendige Druck 20 bar beträgt. Um von einer Phase des Biegens zur folgenden überzugehen, genügt es somit, den Druck im Kern nur um 5 bar zu senken, um das Zusammenziehen des Kerns zu bewirken und seine axiale Verschiebung zur Einnahme der Stellung für die folgende Biegephase zu ermöglichen.Ebenso genügt es nach der Einnahme dieser Stellung, den Druck von 15 bar auf 20 bar zu erhöhen, um die Ausweitung und die notwendige Anpressung des Kerns im Rohr zu erreichen. Mit dieser Konstruktion des Kerns ist es somit möglich, die Zeit des Aufdrückens und die Zeit der Druckentspannung, d. h. die Totzeiten zwischen den aufeinanderfolgenden Biegephasen zu verkürzen und dennoch im Kern den hohen Druck einzustellen, der während des Biegens not-j wendig ist.

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Claims (6)

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   Patentansprüche

   1-^Auswertbarer Dorn oder Kern zum Biegen von Metallrohren von großem Durchmesser, die beispielsweise zur Förderung und Fortleitung von Erdölprodukten dienen, gekennzeichnet durch einen ausdehnbaren zentralen Schlauch mit Gummiwand, die mit wenigstens zwei Lagen 12 von Metallkabeln verstärkt ist, die sich von einer Lage zur anderen kreuzen und in einem Winkel zwischen 10 und 45 Grad geneigt sind, und einen dickwandigen zylindrischen Mantel 11 aus Kautschuk/ der außen mit in Längsrichtung verlaufenden biegsamen Lamellen 16 belegt ist, die mit dem Gummi des Mantels verklebt und verbunden sind, und wenigstens zwei in die Wand des Mantels 11 eingebettete Verstärkungslagen (17, 18) aus Metallkabeln, die in sich kreuzenden Richtungen verlaufen und einen Winkel bilden, der etwas kleiner ist als der Winkel der inneren Verstärkungslagen (12) des ausdehnbaren Schläuche (10) .'
2. 2. Biegekern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkabel der Verstärkungslagen (12) des ausdehnbaren Schläuche (1O) in einem Winkel von 30 bis 45 Grad zur Längsrichtung geneigt sind, während die Metallkabel der Verstärkungslagen (17, 18) des Mantels (11) in einem Winkel von 20 bis 40 Grad zur Längsrichtung geneigt sind.
3. 3. Biegekern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungslagen (17, I8)des Mantels (11) mit Abstand zueinander und zu der Außenseite und Innenseite des Kerns angeordnet sind.

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4. 4. Biegekern nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gummimantel (11) mit dem ausdehnbaren Schlauch (10) verbunden und in einem Stück mit diesem ausgebildet ist.
5. 5. Biegekern nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der inneren Verstärkungslagen (12) des ausdehnbaren Schlauchs (10) radial auswärts abgebogen und axial zwischen zwei sich ineinanderlegenden Teilen (19,20) eines ringförmigen Endflansches eingeklemmt sind, an dem ein druckfester Metallboden 23 befestigt ist.
6. 6. Biegekern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Teillage von Metallkabeln (22) mit den Enden der Verstärkungslagen (12) des ausdehnbaren Schlauchs

   (10) kombiniert und die Gesamtheit dieser Verstärkungslagen (12-22) zwischen den Teilen (19, 20) der Endflansche des Biegekerns eingeklemmt ist.

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   , Λ.

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