DE2812803C2

DE2812803C2 - Vorrichtung zum Anstauchen von Rohrenden, insbesondere für Bohrgestängerohre mit Vorschweißverbindern

Info

Publication number: DE2812803C2
Application number: DE2812803A
Authority: DE
Inventors: Bernhard 5500 Trier Hübner; Dietfried Dipl.-Ing. 5501 Gusterath Tresser
Original assignee: LAEIS-WERKE AG 5500 TRIER DE; LAEIS-WERKE AG 5500 TRIER
Current assignee: TH Kieserling and Albrecht GmbH and Co
Priority date: 1978-03-23
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1982-11-18
Also published as: GB2016964B; DE2812803A1; FR2424774A1; JPS54131564A; FR2424774B1; US4192167A; GB2016964A; BR7803781A; JPS6146212B2

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anstauchen von Rohrenden, Insbesondere für Bohrgestängerohre mit Vorschwelßverblndern nach Patent 26 29 796. Beim Betrieb der Vorrichtung wird das Rohrende in einer Matrize festgehalten und ein Bunddorn unter glelchzeitigen Anrauchen und Ausfüllen des freien Raumes zwischen der Matrize und dem Rohrende In das Rohrende hineingefahren.

Mit der bekannten hydraulischen Rohrendümformmaschine können Rohre sowohl nach außen als auch nach innen angestaucht werden, jedoch tritt beim Anstauchen der Rohrenden nach innen die Schwierigkeit auf, einen genau definierten Übergangsbereich zwischen dem ange* stauchten Rohrabsatz und dem nicht verformten Rohrende zu erhalten. Derartige, definierte Übergangsbereiche werden jedoch für Bohrgestängerohre mit Vorschweißverbindern gefordert, die sowohl mit einer nach innen gerichteten Anstauchung ajs auch mit einer nach außen gerichteten Anstauchung sowie einer Kombination der beiden genormt sind.

Aufgabe der Erfindung Ist daher eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der es möglich Ist, auf einfache und schnelle Welse RohreaJen anzustauchen, die einen genau definierten Übergangsbereich aufweisen und keinerlei Nachbearbeitung auf dem Umfang erfordern. Die Umformwerkzeuge sollen für alle Umformstufen In das Rohr nur von einer Seite her einführbar sein, wodurch Mch eine maschinelle Herstellung auf einer Umformmaschine ermöglichen soll.

Die zur Lösung der gestellten Aufgabe wesentlichen Merkmaie der Erfindung sind im Patentanspruch 1 genannt. Die Unteransprüche nennen Ausfürrungsarten der Erfindung.

Es ist zwar aus der DE-PS 4 39 258 eine Kaltumformung hekannt, bei der in einem Hämmerverfahren In kleinen aber heftigen Schlägen nur langsam zuerst das Rohrende außen zu einem zylindrischen Rohrabsatz mit konischem Übergangsbcrelch unter Beibehaltung des Innendurchmessers des Rohres gestaucht wird und danach der Rohrabsatz durch Ziehen nach innen verlagert wird. Dieses b -kannte Verfahren ist einerseits mühsam und daher aufwendig, andererseits läßt sich mit ihm ein definierter konischer Übergangsbereich nicht genau erreichen. Schließlich müssen bei diesem bekannten Verfahren für die einzelnen Umformschritte die Umformwerkzeuge von beiden Rohrenden her in das Rohr hinein geführt werden, dadurch ist eine maschinelle Herstellung unter Verwendung von Revolverköpfen nicht möglich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß ein außenliegender Rohrabsatz ohne Schwierigkeit definiert hergestellt werden kann. Indem ein einteiliges Außenwerkzeug das Rohr Im Verformungsbereich ganz umschließ« und das Rohrende sich Im erwärmten Bereich auf dem Zapfen eines Bunddornes abstützt. Der In einem eimlgen Arbeitsgang hergestellte, äußere Absatz hat eine geometrisch ähnliche Form wie der verlangte Innere Absatz. Wenn nun im darauffolgenden Verfahrungsschrltt der Rohrabsatz mittels eines Einziehwerkzeuges nach innen eingezogen wird, so erhält man den geforderten, inneren Rohrabsatz mit definiertem Übergangsbereich

Will man sowohl einen Inneren als auch einen äußeren Rohrabsatz erhalten, so Ist dies auf zweierlei Weise möglich. Man kann einerseits das Einziehwerkzeug Im zylindrischen Bereich mit einem Durchmesser versehen, der größer als der Außendurchmesser des Rohres ist. In diesem Falle wird der im ersten Verfahrensschritt geformte Rohrabsatz nur teilweise nach Innen eingezogen, so daß der Rohrabsatz mehr oder weniger symmetrisch nach Innen und nach außen über den Rohrinnenbzw -außendurchmesser herausragt. In diesem Falle Hegen die Inneren und äußeren Übergangsbereiche einander genau gegenüber.

Will man jedoch für den Inneren und äußeren Rohrabsatz unterschiedliche Konturen bzw. an anderen Stellen liegende Übergangsbereiche erreiche^ so kann das EInzlehwerkzeug so ausgebildet werden, daß nach dem EInzlehvorgang das Rohrende wieder den gleichen Außendurchmesser wie ursprünglich aufweist, daß somit der gesamte Rohrabsatz nach Innen eingezogen ist. Um nun^ mehr den gewünschten, außenllegenden Rohrabsatz zu

erreichen, genügt es, in einem weiteren Schritt erneut, wie beim ersten Verfahrensschrltt, einen äußeren Rohrabsatz anzustauchen.

Zu bemerken ist noch, daß mit der erClndungsgemSßen Vorrichtung die Werkzeuge bei Beendigung des Stauchvorganges nicht auf eine feste Position gefahren werden, sondern daß der Preßhub kraftabhänglg beendet wird, so daß Rohrtoleranzen keinerlei Einfluß auf die geometrische Form der Rohrabsätze und Übergänge haben können. Die Rohrtoleranzen können sich nur auf die Länge des freien Ende's auswirken, was jedoch im vorliegenden Falle ohne Bedeutung ist, da in der Regel eine mechanische Bearbeitung der angestauchten Rohrenden nachfolgt, um z. B. einen Reibschweißvorgang zu ermöglichen. Als weiterer Vorteil ist zu erwähnen, daß mit der erftndungsgemäßen Vorrichtung stets nur auf dem kalten Teil eines Rohres gespannt wird, so daß die Überbrükkung der Rohrdurchmessertoleranzen nur im elastischen Bereich erfolgt und somit nach dem Spannvorgang keine plastische Deformationen in Form von Graten oder Flossen entstehen. Es Ist somit mit dem Verfahren und der Vorrichtung möglich. Rohre innerhalb des gesamten Bereiches der zulässigen Wandstärkenunterschiede ausschußfrei mit definierten Übergängen herzust-Uen, was mit den bekannten Vorrichtungen nur mit Rohren mit sehr engen Wandstärkentoleranzen bzw. unter Inkaufnahme von entsprechend hohen Ausschußraten möglich war.

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachstehenden, anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfühnsngsbelsplels gegebenen Beschreibung und es zeigt

Flg. 1 eine Steltenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit einer hydraulischen Rohrendumformmaschlne,

Fig. 2 die Stellung der Werkzeuge vor dem ersten Verfahrensschritt.

Fig. 3 die Stellung der Werkzeuge nach dem ersten Verfahrensschritt,

Fig. 4 die Stellung der Werkzeuge vor dem zweiten Verfahrensschritt,

Fig. 5 die Stellung der Werkzeuge nach dem zweiten Verfahrensschritt,

Fig. 6 die Stellung der Werkzeuge vor dem dritten Verfahrensschritt und

Fig. 7 die Stellung der Werkzeuge nach dem dritten Verfahrensschritt.

Die Roh.endumformmaschine ist entsprechend dem Hauptpatent aufgebaut. Sie umfaßt ein Gestell 2, In dem die Hydraulikaggregate zur Betätigung der einzelnen Vorrichtungen angeordnet sind. Oberhalb des Gestells 2 Ist eine Aufnahme la füi -;ine Spannzange 4 angeordnet. Die Spannzange 4 kann entsprechend der DE-AS 12 96 934 ausgebildet sein jnd durch einen zusätzlichen Bund an der äußeren Hülse, der in einem Zylinder angeordnet Ist und als Ringkolben wirkt, verschiebbar gestaltet werden

Auf der anderen Seite des Gestells 2 Ist eine Aufnahme Ic für eine Hydraulikkolbenzylindereinheit angeordnet. Die Aufnahmen la und Ic sind mittels Zugankern 6 miteinander verbunden, die die beim Umformen auftretenden Kräfte aufnehmen.

Vor dem Kolben der Hydfäullkkölbenzyllnderelnhelt 11 Ist eine Aufnahme Ib für Umformwerkzeuge angeordnet, die z. B, als Revolverkopf ausgebildet sein kann, so daß die verschiedenen, für die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte notwendigen Umformwerkzeuge auf einfache Weise In die Arbeltsstellung gebracht werden können. Ein Klemmbügel 14 ist auf den Zugnnkern 6 befestigt und dient zur Aufnahme eines ortsfesten Mutrizenteils 8, durch den ein Rohr 16, das von der Spannzange 4 gehalten wird, hindurchgeführt ist. Ein Bunddorn 10 ragt mit einem Zapfen 106 in das Rohrende hinein, wobei Sich der Bund 1Oo des Bunddorns 10 am Rohrende abstützt. Der Bunddorn 10 ist von einem beweglichen Matrizenteil 40 umgeben, das am ortsfesten Matrizenteil 8 unter Zwischenschaltung eines abnehmbaren Matrizenringes 50 zur Anlage gebracht werden kann.

Die Erhitzung des Rohrendes vor dem Umformen erfolgt mittels Induktionsspulen 12, bevor das Rohrende durch den ortsfesten Matrizenteil 8 hindurchgeschoben wird.

Zum Spannen und Verschieben des Rohres 16 mittels der Spannzange 4 ist ein Hydraulikkreis vorgesehen, der mittels eines Hebels 22 gesteuert werden kann. Die Spannkraft der Spannzange 4 kann über einen Einstellknopf 28 den Gegebenheiten angepaßt werden, wobei ein Manometer 34 diesen Vorgang zu überwachen gestattet. Ein weiterer Hydraulikkreis wird mittels eines Hebels 24 gesteuert. Für diesen Hydraulikkreis ist ein Einstellknopf 30 vorgesehen, sowie ein Manometei .<&. Diese Elemente dienen der Steuerung der Verschiebung ~es Bunddornes 10, wobei sowohl die Verschlebegeschwindlgkeit als auch die aufgewendete Kraft einstellbar sind Schließlich ist noch ein Hebel 26 vorgesehen, der die Bewegung der Aufnahiiie Ib für die Umformwerkzeuge steuert. Auch hier kann der Hydraulikdruck über einen Einstellknopf 32 verändert und über ein Manometer 38 überwacht werden.

In den Fig. 2 bis 7 sind die verschiedenen Umformwerkzeuge, die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden, in vergrößertem Maßstab dargestellt, wobei jeweils die Positionen der Werkzeuge vor und nach dem Umformvorgang dargestellt sind.

Der ortsfeste Matrlzentei' 8 liegt mit einem Bund 86 am Klemmbügel 14 an. Eine Bohrung 18 ist im ortsfesten Matrizenteil 8 vorgesehen, welche den gleichen Durchmesser aufweist wie der Außendurchmesser des zu verarbeitenden Rohres 16. Die Bohrung 18 gehl ;n eine konische Erweiterung 20 über, welche zur Formgebung des konischen Übergangsbereiches des angestauchten Ronrabsatzes dient. Ein Matrizenring 50 Ist mit einer konischen Außenfläche 54 in eine entsprechende konische Bohrung 8a des ortsfesten Matrizentei's 8 eingesetzt. Der Matrizenring 50 weist eine konische Bohrung 52 auf, die die Fortsetzung der konischen Erweiterung 20 im ortsfesten Matrlzentell 8 darstellt. Ein beweglicher Matrizenteil 40. der an der Aufnahme Ib für die Umformwerkzeuge befestigt ist, wird an den Matrizenring 50 angelegt. Indem die Aufnahme Ib mit Hilfe der Hydraullkkolbenzyllndereirhelt 11 verschoben wird. Der bewegliche Matrlzentell 40 weist eine zylindrische Ausnehmung 42 auf, deren Durchmesser gleich dem Außend'jrci,messer des Bundes 1Oo am Bunddorn 10 ist. Der Zapfen 106 weist einen Außendurchmesser auf. der gleich dem Innendurchmesser des Rohres 16 ist, und dient zur Abstützung des Rohrendes beim Anstauchen.

Das Anstauchen wird dergestalt durchgeführt, daß. nachdem der bewegliche Matrizenteil 40 zur Anlage an den Matrizenring 50 gebracht Ist. und ein auf Warmformgebungstemperatur gebrachtes Rohrende in die Matrizen 8, 50, 40 in der dargestellten Welse tllnelngeschoben 1st, der Bunddorn 10 mit Hilfe der Hydraulikkolbenzyllnderelnhelt 11 solange verschoben wird, bis das Rohrende angestaucht Ist und den Ringraum zwischen dem beweglichen Matrizenteil 40, dem Matrizen-

ring 50, der konischen Erweiterung 20 und deni Zapfen 106 vollständig ausfüllt. Auf diese Welse wird ein verdicktes Rohrende angestaucht, das aus einem äußeren, zylindrischer) Rohfabsalz 64a und einem äußeren, konischen Übergangsbereich 66a besteht. Die Außenkontur dieses Rohrabsalzes Ist durch die Form der verwendeten Matrizen 8, 50, 40 eindeutig bestimmt, wobei die Länge des äußeren, zylindrischen Rohrabsatzes 64a etwas schwanken kann und von den Rohrdickentoleranzen abhängt, da die Bewegung des Buriddofnes 10 bei Erreichen eines bestimmten Hydraulikdruckes zum Stillstand kommt

Nach Beendigung des ersten Verfahrensschritles wird der bewegliche Matrizenteil 40 zurückgezogen, das Rohr 16 mit dem angestauchten, äußeren Rohrabsatz 64a. 66a wird aus dem ortsfesten Matrizenteil 8 und dem Matrlzenrlng 50 herausgefahren, und die Aufnahme Ib für die Umformwerkzeuge wird so verstellt, daß ein bewegliches Einziehwerkzeug 44 In Form einer Matrize mit einer konischen Bohrung 46. die In eine zylindrische Bohrung 48 übergeht, genau vor dem Rohrabsatz 64a. 66a ausgerichtet Ist. Das bewegliche Einziehwerkzeug 44 ist In einem Matrizenträger 43 gelagert, welcher an der Aufnahme U befestigt Ist. Der größere Durchmesser der konischen Bohrung 46 Ist etwas größer als der bzw mindestens gleich dem Außendurchmesser des äußeren, zylindrischen Rohrabsatzes 64a, während der Durchmesser der zylindrischen Bohrung 48 Im dargestellten Beispiel gleich dem Außendurchmesser des Rohres 16 Ist

Im zweiten Verfahrensschritt wird das bewegliche Einziehwerkzeug 44 mit Hilfe der Hydraullkkolbenzyllndereinhelt 11 über den äußeren, zylindrischen Rohrabsatz ' 64a und den konischen Übergangsbereich 66a geschoben, wodurch ein Innerer, zylindrischer Rohrabsatz 68 mit einem inneren, konischen Übergangsbereich 70 geschaffen wird, während der Außendurchmesser des angestauchten Rohrendes wieder auf den gleichen Durchmesser wie der Durchmesser des Rohres 16 gebracht wird. Da das Einziehen des zylindrischen Rohrabsatzes 64a mit dem konischen Übergangsbereich 66a nach innen erfolgt, ohne daß sich die geometrischen Verhältnisse, insbesondere des konischen Übergangsbereiches, verändern, ergibt sich für den inneren, zylindrischen Rohrabsatz 68 und den inneren, konischen Übergangsbereich 70 eine definierte Ausbildung, die den geforderten Abmessungen entspricht, und ausschließlich von der Form des äußeren, konischen Übergangsbereiches 66<7 und des äußeren, zylindrischen Rohrabsatzes 64a abhängt.

Zu bemerken Ist noch, daß der Durchmesser der zylindrischen Bohrung 48 auch größer als der Durchmesser des Rohres 16 sein kann. In diesem Falle wird die äußere Anstauchung des Rohrendes nicht vollständig nach innen eingezogen, so daß auf diese Weise in zwei ATbeitsschfiUen eine Anstauchung des Rohrendes nach ihnen und außen/ mit defiriierte'ri Abmessungerieifeicht werden kann. Allerdings Ist die Länge des so geformten, äußeren, zylindrischen Rohrabsatzes gleich der Länge des inneren, zylindrischen Rohrabsatzes und auch die konischen Übergangsbereldhe liegen spiegelbildlich zuelnander.

Wird für einen äußeren, zylindrischen Rohrabsatz mit entsprechendem konischen Übergangsbereich eine andere Lage gefordert als für den Inneren, zylindrischen Rohrabsatz mit innerem, konischen Übergangsbereich, so

lö Ist ein weiterer Verfahfeifisschrltt erforderlich. Dieser Ist In Fig. 6 und 7 dargestellt. Nachdem, wie In Flg. 5 dar^ gestellt, ein Innerer, zylindrischer Rohrabsatz 68 mil konischem Übergangsbereich 70 geschaffen wurde und der Außendurchmesser des Rohres 16 auch Im angestauchten Bereich überall einheitlich Ist. wird der Matrizenring 50, der geteili oder ungeteilt sein kann, abgenommen und durch Verdrehen der Aufnahme lh ein weiterer, beweglicher Matrizenteil 56 In den Bereich des Rohrendes gebracht Der bewegliche Matrlzenteil 56 Ist In einem Matrizenträger 58 angeordnet, welcher einen konischen Zentrleransatz 58a besitzt, der in die konische Bohrung 8a des ortsfesten Matrizenteils 8 eingreift Der bewegliche Matrizenteil 56 weist eine zylindrische Bohrung 60 auf, deren Durchmesser dem Außendurchmesser eines Bundes 62σ eines weiteren Bunddornes 62 entspricht. Ferner Ist der Durchmesser der zylindrischen Bohrung 60 gleich dem größeren Durchmesser der konischen Erweiterung 20 im ortsfesten Matrlzenteil 8 Ein Zapfen 626 am Bunddorn 62 greift In den inneren, zyllndrischen Rohrabsatz 68 ein und dient zu dessen Führung bei der Verformung und zur Definition des Innendurchmessers dieses Roiirabsatzes. Wird der Bunddorn 62 mit Hilfe der Hydraullkkolbenzylinderelnhelt Il verschoben, bis er in die In Flg. 7 dargestellte Stellung gelangt, so entsteht erneut ein äußerer, zylindrischer Rohrabsatz 646 Und ein äußerer, konischer Übergangsbereich 666, deren geometrische Form durch den ortsfesten Matrizenteil 8 und den beweglichen Matrizenteil 56 bes'lmmt ist und von der geometrischen Form des Inneren, zylindrischen Rohrabsatzes 68 und dem inneren, konischen Übergangsbereich 70 verschieden ist

Durch die geschilderten Verfahrensschritte und die verwendete Vorrichtung Ist es somit möglich, auf rationelle Weise Rohrenden anzustauchen, die den vorgeschrlebenen Normen entsprechen und die keinerlei mechanischer Bearbeitung mit Ausnahme eines Einstellens der Länge der geformten Rohrabsätze bedürfen.

Je nach verwendetem Ausgangsmateiial kann das Anstauchen kalt durchgeführt werden, oder aber es wird

so eine Erwärmung des Rohrendes auf Warmformgebungstemperatur durchgeführt, weiche zwischen den einzelnen Verfahrensschritten gegebenenfalls wiederholt werden kann, wobei als besonderer Vorteil anzusehen ist, daß jeweils nur die umzuformenden! Bereiche des Rohrendes erwärmt zu werden brauchen.'

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulische Umformmaschine für Rohrenden mit einem ortsfesten Matrizente!! mit einer dem Außendurchmesser des Rohres entsprechenden zylindrischen Bohrung und einem gegenüber der Matrize verschiebbaren Bunddorn, wobei der Durchmesser des Zapfens am Bunddorn, dem Innendurchmesser des Rohres und der Außendurchmesser des Bundes am Bunddorn dem Außendurchmesser des angestauchten Rohres entspricht, nach Patent 26 29 796, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (18) der Matrize auf der dem Bunddorn zugekehrten Seite in eine konische Erweiterung (20) übergeht und ein bewegliches, an das ortsfeste Matrizenteil (8) anlegbares Matrizenteil (40) mit einer der konischen Erweiterung (20) entsprechenden zylindrischen Ausnehmung (42) aufweist, und ferner ein bewegliches Einziehwerkzeug (44) in Form einer weiteren Matrize mit elnei konlsehen Bon.ung (46), deren größerer Durchmesser mindestens gleich dem Durchmesser der zylindrischen Ausnehmung (42) im beweglichen Matrizenteil (40) Ist und an dessen kleineren Durchmesser sich eine zylindrische Bohrung (48) anschließt.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ortsfesten Matrizenteil (8) und dem beweglichen Matrizenteil (40) ein abnehmbarer Matrizenring (50) angeordnet ist, dessen Innenbohrung (52) konisch als Fortsetzung der konischen Erweiterung (20) des ortsfesten Matrizenteils (8) ausgebildet Ist.

3 Maschine nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der zylindrischen Bohrung (48) gleich dem Durchmesser der Bohrung (18) Im ortsfesten Matrlzeiaell (8) Ist.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen weiteren, beweglichen, an den ortsfesten Matrizenteil (8) anlegbaren Matrizenteil (56) mit einer zylindrischen Bohrung (60), deren Durchmesser gleich dem kleineren Durchmesser der konischen Bohrung (52) Im abnehmbaren Matrizenring (50) Ist, und durch einen weiteren, im beweglichen Matrizenteil (56) verschiebbaren Bunddorn (62), bei dem der Durchmesser eines Zapfens (62ύ) am Bunddorn (62) gleich dem Innendurchmesser des eingezogenen Rohrabsatzes (68) entspricht, und mit einem Bund (62a), dessen Durchmesser dem Durchmesser der zylindrischen Bohrung (60) Im beweglichen Matrizenteil (56) entspricht.