DE3005719A1

DE3005719A1 - Rohr aus kugelgraphitgusseisen und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3005719A1
Application number: DE19803005719
Authority: DE
Inventors: Gerard Germain Gaudel
Original assignee: Pont a Mousson SA
Current assignee: Pont a Mousson SA
Priority date: 1979-03-02
Filing date: 1980-02-15
Publication date: 1980-09-04
Also published as: CH643930A5; BR8001249A; US4321950A; ES489025A1; FR2450400A1; FR2450400B1; DE3005719C2; IT8067251A0; JPS55119278A

Description

Rohr aus Kugelgraphitgußeisen und Verfahren zu seiner

Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf ein gußeisernes Rohr und betrifft insbesondere Rohre oder dergleichen aus bildsamem Gußeisen oder Kugelgraphitgußeisen, die durch Schleudergießen erhalten wurden.

Bekanntlich werden Rohre und röhrenförmige Gegenstände aus Stahl, Aluminium oder einem Kunststoffmaterial, bei denen es sich um bekannt verformbare und schmiedbare Gegenstände handelt, manchmal mit Wellungen oder kreisförmigen Vorsprüngen für gewisse Anwendungsfälle versehen, beispielsweise zum Zwecke der Versteifung, wenn sie einen großen Durchmesser und eine geringe Dicke bezüglich dieses Durchmessers aufweisen, um beständig gegen Zusammendrückung, wenn sie eingegraben sind, zu sein oder um Röhrenmontagegebilde zu schaffen, wo ein Vorsprung oder eine Wellung eine Rolle, beispielsweise als Abstützung für ein Verriegelungsbauteil der Montage oder Verankerungsanordnüng für eine Dichtungsgarnitur, bilden soll.

Diese Kreis(ring)vorsprünge werden durch Verformen oder Schmieden dieser Materialien, welche für eine solche Arbeit günstige Dehnungscharakteristiken aufweisen, erhalten und bilden so einen integralen Bestandteil der Wandung des röhrenförmigen Gegenstandes.

Bis jetzt ist es nicht gelungen, zufriedenstellende gewellte Vorsprünge auf der Wandung der Rohre oder röhrenförmigen Werkstücke aus bildsamem Gußeisen zu erhalten, da bei Übertragung der für Rohre aus

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Stahl, Aluminium oder Kunststoffmaterial bekannten Techniken, Verformungsversuche zu Rissen und Brüchen führten, sobald sich auch nur eine Erhebung auszubilden begann. Insbesondere war es nicht möglich, an Rohren aus bildsamem Gußeisen Vorsprünge aus mehr oder weniger abgeflachten kreisförmigen Falten oder mit Dreiecks- oder Trapezprofil zu erhalten, wobei deren Winkel relativ spitze Kanten haben; oder auch nur Vorsprünge mit kleinem Bogenprofil oder Festonprofil oder Halbmondprofil, die geringfügig vorstehen, zu erhalten, die jedoch einen Übergang mit spitzer Kante mit der zylindrischen Wandung bildeten, d.h. Profile, die häufig in Form von Falten oder Kreisringnuten in den genannten Rohren aus Materialien mit starkem Längungsvermögen auftraten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rohr oder dergleichen aus bildsamem Gußeisen herzustellen, welches ausreichend vorstehende kreisförmige Erhebungen für die oben definierten Funktionen aufweist, und dies trotz der wesentlich geringeren Längung oder Dehnung dieses Materials verglichen mit den vorgenannten Materialien.

Überraschend wird dies erfindungsgemäß bei einem Rohr aus Kugelgraphitgußeisen der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß es auf seiner zylindrischen Wandung wenigstens einen kreisförmigen Wellungsvorsprung von einer Dicke gleich der dieser Wandung aufweist, wobei dieser Kreisringvorsprung ein Meridianprofil v.on der Form eines gleichschenkligen Dreiecks mit stumpfer Spitze und abgerundetem Kopf aufweist, wobei das Dreieck mit der zylindrischen Wandung längs großer Rundungen verbunden ist, deren

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Radius größer als der des Kopfs und mehrfach größer als «tee Dicke dieser Wandung ist.

Es wurde festgestellt, daß man überraschend mit einem solchen Profil kreisförmige Erhebungen erhalten konnte, die stark gegenüber der zylindrischen Wandung vorstanden, und zwar ohne den geringsten Riss bzw. Bruch, wobei noch der Graphit in Kugelform in dem verformten Teil beibehalten wurde. Bei einem besonders geeigneten Profil, das erhalten wurde, hat der Vorsprung eine Höhe, die mehrfach größer als seine Dicke ist und zwischen einem Zwölftel und einem Siebtel des Außendurchmessers dieser zylindrischen Wandung liegt, wobei seine Länge klar größer als die der Höhe ist.

Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rohres. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß nach Schleudern und Kühlen des im Schleudergießverfahren hergestellten Rohres und nach seiner vollständigen Verfestigung lokal eine kreisförmige Zone des Rohres, an der der kreisringförmige Wellungsvorsprung entstehen soll, bis auf Erweichungstemperatur des bildsamen Gußeisens erwärmt wird, daß dann das Rohr axial komprimiert wird, wobei der axiale Schub unterbrochen wird, sobald das kreisförmige Falten in der erwärmten Zone ein Profil entsprechend den Ansprüchen 1 bis 4 erreicht hat, wonach die vorher erwärmte und gefaltete Ringzone abkühlen gelassen wird.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

Fig. 1 eine teilgeschnittene Ansicht in kleinerem

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Maßstab eines Rohres aus bildsHmom Gußeisen nach der Erfindung, wobei ebenfalls «du* Verfahren zum Schmieden des Rohres illustriert ist;

Fig. 2 eine Teildarstellung, im Axialschnitt in größerem Maßstab des Endteiles des Rohres der Fig. 1;

Fig. 3 ein 5OOfach vergrößertes Schliffbild des bildsamen Gußeisens in einem nicht verformten Teil der zylindrischen Wandung des Rohres;

Fig. 4 ein analoges Schliffbild (Vergrößerung: 500) des Gußeisens in einem Bereich nahe dem äußeren Rand des Vorsprungs oder verformten Teils;

Fig. 5 ein Schliffbild (Vergrößerung: 500) des Gußeisens in einem Bereich nahe dem inneren Rand des verformten Teils;

Fig. 6 ein Schliffbild in 100facher Vergrößerung des Gußeisens am Innenrand des Kopfs der erhaltenen Welle;

Fig. 7 eine schematische Teildarstellung im Axialschnitt einer dichten und verriegelten Verbindung zwischen zwei Rohren, von denen das eine einen Vorsprung nach der Erfindung aufweist; und

Fig.8 eine schematische Darstellung in der Ansicht, im gleichen Maßstab wie Fig. 1, eines anderen Rohres aus bildsamem Gußeisen n.ich der Erfindung .

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Das in Fig< 1 dargestellte Rohr ist ein Rohr aus Kugelgraph it gußeis en von der Achse X-X, das durch Schleudergießen hergestellt wurde. Es umfaßt einen zylindrischen Schaft 2 großer Länge, der auf einer Seite in einem Rinsteckendc 3 endet und am anderen Ende in eine Muffe oder sogenannte Rohrtulpe 4 übergeht. Die Muffe 4 umfaßt auf der Innenseite, von außen nach innen gesehen, eine Kammer 5 mit konischer Wandung 6, gefolgt von einem Radialbund 7.· Letzterer ist in der Ausbildung derart, daß er das Einsteckende 3 eines gleichen anderen Rohres zur Bildung einer dichten Verbindung aufnimmt. Außen weist die Muffe 4 am Eingangsende eine beim Formen hergestellte Erhebung 8 auf. Die Formgebung der Muffe 4 hängt von der Art der gewählten Dichtung ab; weiter unten wird ein Beispiel gegeben. Die Längung des Rohres 1 nach Bruch, gemessen an einem Probekörper von einer Länge gleich dem 5fachen Durchmesser, beträgt 12%.

Nach der Erfindung ist das Rohr 1 mit einem einzigen kreis ringförmigen Aüßenvorsprung 9 auf der Wandung des glatten Rohrteils 2 benachbart dem Einsteckende 3 versehen. Dieser nach einem weiter unten beschriebenen Warmschmiedeverfahren erhaltene Vorsprung 9 ist frei von Rißbildung und Zugeinschnürung; seine metallurgische Struktur sowie seine Dicke sind die gleichen wie beim Rest des glatten Rohrteils 2. Die Form des Vorsprungs 9, bei der es sich um einen Umdrehungskörper um die Achse X-X handelt, ist die folgende.

Der Kreisringvorsprung 9 (Fig. 2) hat ein Meridianprofil in Form eines gleichschenkligen Dreiecks mit abgerundetem Kopf 10 und stumpfen Scheitelwinkel x; seine Höhe h ist mehrfach größer als die Dicke e_ des — Rohres und liegt in der Größenordnung von einem Siebtel

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bis einem Zwölftel des Außendurchmessers d des Schaftteils 2. Beispielsweise ist h ■ d/10. Die Ba#i» de» gleichschenkligen durch den Vorsprung 9 gebildeten Dreiecks hat eine Länge 1_, die wesentlich größer als die Höhe h ist, obwohl diese Länge 1. schwierig genau zu messen ist, weil die beiden abgerundeten Obergänge 11 zwischen dem Vorsprung 9 und dem Schaftteil 2 sich nicht klar bestimmen lassen. Der Vorsprung 9 ist nämlich mit der zylindrischen Wand über Abrundungen 11 verbunden, deren kleinster Krümmungsradius R mehrfach größer als die Dicke £ ist und ist auf alle Fälle größer als die Höhe h des Vorsprungs 9, während der äußere Krümmungsradius jr am Kopf 10 mehrfach kleiner, in der Größenordnung von dem 2 bis 5fachen der Dicke £ ist. Die Dicke e_ des Vorsprungs 9 ist die gleiche wie die des laufenden Rohrteils 2. Es wird also nicht dünner. Det Vorsprung 9 hat ein Meridianprofil in Wellenform und kann somit als ein "gewelltes Relief" angesehen werden.

Für einen Außendurchmesser d. von 170 mm und eine Dicke e_ in der Größenordnung von 6 mm beispielsweise, kann die Höhe h_ in der Größenordnung von 15 mm (h/d^ii) betragen, wobei die Länge 1_ in der Größenordnung von 60 bis 90 mm entsprechend den schlecht zu definierenden Meßgrenzen, der Winkel χ in der Größenordnung von 100° liegt. In einem anderen Fall ist für einen Außendurchmesser d gleich 634 mm und eine Dicke e in der Größenordnung von 12 mm, die Höhe h größenordnungsmäßig gleich 30 mm; die Länge I^ liegt in der Größenordnung von 170 mm und der Winkel χ bei etwa 115°. Man sieht, daß das Verhältnis h/d dann in etwa gleich 1/21, d.h. nicht innerhalb der oben angegebenen Grenzen, liegt.

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Der Kreisringvorsprung 9 befindet sich unter einem Abstand m vom Endabschnitt des Einsteckendes 3, welches sehr viel größer als die Länge I^ ist; wenn man jedoch diese Länge m bezüglich der Gesamtlänge des Rohres Ί betrachtet, ist diese Entfernung m derart, daß der Vorsprung 9 sich benachbart dem Ende des Einsteckendes 3 befindet.

Der Vorsprung 9 wird nach einem Schmi ede verfahr en", das nun mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben werden soll, erhalten.

Beim kalten Rohr 1 legt man es auf nicht dargestellte Träger zwischen den Scheiben P1 und P2 einer Presse und führt es dabei quer durch einen Heizmantel M, dessen Innendurchmesser wesentlich größer als der Außendurchmesser des Rohres 1 ist und dessen Länge geringfügig größer als die Länge JL des herzustellenden Vorsprungs 9 ist. Die Scheibe P1 ist fest, während die Scheibe P2 axial in Richtung des Pfeiles £_, ausgehend von der strichpunktiert in Fig. 1 gezeigten Stellung, ist.

Der Heizmantel M wird beispielsweise über einen Induktor beheizt, der durch elektrische Kabel. C gespeist ist. Nach einer Variante kann er aber mit einem Ringbrenner oder mehreren kreisförmig verteilten Brennern versehen sein. Wesentlich ist, daß der Mantel M das Rohr 1 bis zur Erweichung in einer gut lokalisierten Zone entsprechend dem Vorsprung 9 erwärmen kann, indem die dem Schaftteil 2 benachbarten Zonen, ohne daß sie erwärmt werden, kalt bleiben.

Wenn die gewünschte Temperatur erreicht ist, wird die

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Scheibe der beweglichen Presse P2 an die feste Platte P1 derart angenähert, daß ein längs der Achse X-X gerichteter Axialschub ausgeübt wird. Aus der ursprünglichen strichpunktiert angedeuteten Lage erreicht die Scheibe P2 die in voll ausgezogenen Linien gezeigte Stellung und sorgt dabei durch Stauchen für regelmäßiges kreisförmiges Falten der Wandung des Rohres 1. Dieses Falten hat ein Meridianprofil in der Form eines gleichschenkligen Dreiecks und ist natürlich von einer Verkürzung des Rohres 1 bezüglich seiner Ausgangslänge am Austritt aus der Schleudergießmaschine (nicht dargestellt) begleitet. Die Verschiebung der Scheibe P2 wird unterbrochen, wenn der Vorsprung 9 eine ausreichende jedoch nicht übermäßige Amplitude h hat und man einen ausreichend abgerundeten Kopf 10 besitzt, damit sein Winkel.χ stumpf bleibt. Das oben beschriebene Profil ermöglicht es, jede Rißbildung infolge Biegung zu vermeiden. Schließlich läßt man die gerade geformte Zone abkühlen, indem man beispielsweise einfach die Heizung abschaltet, derart, daß der Vorsprung 9 die gleiche Gußeisenstruktur wie die benachbarten Teile des Rohrschaftteils 2 und des Einsteckendes beibehalten kann.

Beim vorbeschriebenen Verfahren bleibt praktisch die Kugelgraphitstruktur des bildsamen Gußeisens des im Schleudergießverfahren geformten Rohres erhalten; diese Kugelgraphitstruktur ist im Schliffbild der Fig. 3 zu erkennen, die in einem nicht verformten Bereich der zylindrischen Wandung 2 (Punkt A der Fig. 2) hergestellt wurde.

Die Figuren 4 und 5 zeigen bei gleicher Vergrößerung die Strukturen des verformten Teils oder Vorsprungs 9: was einen dem äußeren Rand des Vorsprungs 9 benachbarten Bereich betrifft, so stellt man im laufenden Teil hiervon

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(Punkt B der Fig. 2) fest, daß der größere Teil des freien Graphits die Form von Kugelgraphitknötehen beibehalten hat.

Fig. 5 !rißt die Struktur eines dem inneren Rand des laufenden Teils des Vorsprungs 9 benachbarten Bereich (Punkt B' der Fig. 2) erkennen, wo der freie Graphit ebenfalls die Form von Kugelgraphitknötehen für den größten Teil der Knötchen beibehalten hat. Schließlich stellt man eine leichte Längung der Knötchen in |il!ipsoidfonii fest, wobei deren große Achse senkrecht zur Druckbcanspruchung liegt.

In Fig. 6 erkennt man ebenfalls die Kugelgraphitstruktur im Kopfbereich des Vorsprungs 9 nahe dem inneren Rand (Punkt D in Fig. 2).

Darüber hinaus stellt man am Vorsprung 9 keinerlei Beschädigung fest.

Um eine Anwendung dieses Vorsprungs 9 zu erläutern, zeigt Fig. 7 einen Schnitt einer verriegelten Dichtung zwischen dem Einsteckende 3 eines Rohres 1 und der Muffe 4 eines anderen Rohres 1. Diese Montage ist von dem unter dem Warenzeichen "EXPRESS" bekannten Typ und ist in der FR-PS 1 403 830 beschrieben. In der inneren Kammer 5 der Muffe 4 lagert eine Ringdichtungsgarnitur 12 aus Gummi oder einem anderen elastischen Material von konjugierter äußerer Form und zylindrischer Innengesta 11.

Das Einsteckende 3 des Rohres 1 wird frei in die Kammer 5 durch die Dichtungsgarnitur 12 und den Bund 7 eingeführt,' bis der Vorsprung 9 nahe der Einstrittsseite der Muffe 4 sich befindet. Auf dem Vorsprung 9 stützt

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sich ein Gegenflansch·13 mit ringförmiger Stützschürze 14 ab. Der Gegenflansch 13 wird vervollständigt durch einen konischen Druckring 15, der sich gegen eine kreisförmige Innenschulter 16 des Gegenflansches 13 stützt, die dem Endabschnitt der Muffe 4 gegenüberliegt. Der Gegenflansch 13 ist axial gegen die Muffe 4 vermittels Bolzen 17 verspannt, die über den Umfang des Gegenflansches verteilt sind und sich gegen das Außenrelief 8 der Muffe 4 abstützen. Der Kreisringvorsprung 9 lagert im dreieckigen Raum, der zwischen Schürze 14 und konischer Ringscheibe 15 begrenzt ist.

So wird die Dichtungsgarnitur 12 durch die konische Ringscheibe 15 gegen das Einsteckende 3 des ersten Rohres gespannt oder komprimiert, sowie gegen die konische Wandung 6 seines Lagers 5 und gegen den Innenbund 7, während die so zwischen den beiden Rohren gebildete dichte Montageanordnung axial durch die Kombination von Gegenflansch 13 und Vorsprung 9 verriegelt ist.

Das in Fig. 8 dargestellte Rohr 1a unterscheidet sich vom Rohr 1 der Fig. 1 durch die Tatsache, daß es mit einer gewissen Anzahl von Vorsprüngen oder Wellungen 9 versehen ist, die regelmäßig längs seines Schaftes 2a mit regelmäßig nicht gewellten Intervallen 18 zwischen den Vorsprüngen 9 versehen ist. Das Rohr 1a erhält man, indem man nacheinander die Vorsprünge 9 nach dem gleichen Verfahren wie für den einzigen Vorsprung der !■'ig. I schmiedet.

Hieraus folgt selbstverständlich eine merkliche Verkürzung der Länge des Rohres 1a bezüglich der Ursprungslänge des aus der Schleudergießmaschine kommenden Rohres

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Das Rohr la hat den Vorteil, daß es eine gesteigerte Steifigkeit trotz seiner geringen Dicke aufweist. Obwohl ein solches Rohr 1a mit dem gleichen Durchmesser wie dem der Fig. 1 dargestellt wurde, bei dem es sich um eines mit kleinem oder mittlerem Durchmesser handelt, tritt dieser Vorteil besonders merklich bei Rohren großen Durchmessers, beispielsweise wenigstens gleich 700 mm, die tatsächlich bis zu 200 m gehen können, auf. Das Vorhandensein eines einzigen Kreisringvorsprungs 9 benachbart dem Einsteckende 3 ist wie am Rohr 1 der Figuren 1 und 2 ebenfalls vorteilhaft, da hierdurch ein Ovalwerden des Einsteckendes 3, indem dieses versteift wird, vermieden wird.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf Muffenrohre beschränkt. Sie ist ebenfalls anwendbar auf Rohrverzweigungen in T- oder Y-Form (Hosenrohre) oder in Form einer einfachen Hülse, unabhängig davon, ob diese Elemente über eine Muffe verfügen oder nicht.

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Claims

Hern· 1, ; ; : ; - ; -_ ; ; 8000 München 40, !lchnnfornlriiflft 18 'rii*!"! η ü"6 l'' "" ritinnnohor ΘΙιηΠι» 17 Postfach 1140 Ulpl.-lng. H. Π. bahr lOttfacMOo:)«) Pat.-Anw. H»rrm«nn-Trenl«pohl 1"MnI-Dhwe PrIi mrrl Rotator PA-Anw. Brtitor Fernsprecher: 0 23 23 / δ 1(113 Uipi.-PHyS. tCIUarCI ΒΘΙΖΙΘΓ Fernsprecher: OM / 3β 3011 51014 Dlpl.-Ing. W. Herrmann-Trentepohl *»« TelegrammanschrKt: r » r S8 301J Bahrpalente Herne · PATENTANWÄLTE Tolegrammanschrltt: Telex 08 229853 Babetzpat München ., 3005719 T.I.X 52163.0 Binkkonltn: h» W WMtmk Mßnctun m W * AO H M 4» DrMdnw Im* AO Htrn« 7-6M 4» Postscheckkonto Dortmund 65888-487 Re,.: MO 6799 Lw In der Antwort bitte angeben Zuschrift bitte nach: München PONT-A-MOUSSON S.A. 15. Februar 1980 91, Avenue de la Lib§ration 54017 NANCY, Frankreich Rohr aus Kugelgraphitgußeisen und Verfahren zu seiner Herstellung ' PATENTANSPRÜCHE

1.J Rohr aus Kugelgraphitgußeisen, dadurch g e kennzeichnet , daß es auf seiner zylindrischen Wandung (2) wenigstens einen kreisförmigen Wellungsvorsprung (9) von einer Dicke (e) gleich der dieser Wandung aufweist, wobei dieser Kreisringvorsprung ein Meridianprofil von der Form eines gleichschenkligen Dreiecks mit stumpfer Spitze (x) und abgerundetem Kopf (10) aufweist, wobei das Dreieck mit der zylindrischen Wandung längs großer Rundungen (11) verbunden ist, deren Radius (R) größer als der (r) des Kopfs (10) und mehrfach größer als die Dicke (e) dieser Wandung (2) ist.

2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Vorsprung (9) eine Höhe (h) aufweist, die mehrfach größer als seine Dicke (e) ist und zwischen einem Zwölftel und einem Siebtel

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des Außendurchmessers (d) dieser zylindrischen Wandung (2) ausmacht und eine Länge (1) aufweist, die wesentlich größer als diese Höhe Ch) ist.

3. Rohr nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel an der Spitze (x) des Vorsprungs (9) in der.Größenordnung von 100° liegt.

4. Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Krümmungsradius Cr) des Kopfes (10) zwischen dem 2 und 5fachen der Dicke (e) dieser Wandung (2) ausmacht.

5. Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in der Ausbildung als Muffenrohr, gekennzeichnet durch einen einzigen kreisringförmigen Vorsprung (9) benachbart von dessen Einsteckende (3).

6. Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Reihe von kreisringförmigen Vorsprüngen (9), die über die gesamte Länge seiner zylindrischen Wandung (2a) verteilt sind.

7. Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die metallische Struktur des oder jedes Kreisringvorsprungs (9) analog der dieser zylindrischenWandung (2) ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Rohres nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß nach Schleudern und Kühlen des im Schleudergießverfahren hergestellten Rohres und nach seiner vollständigen Verfestigung lokal

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eine kreisförmige Zone des Rohres, an der der kreisringförmige Wellungsvorsprung entstehen soll, bis auf Erweichungstemperatur des bildsamen Gußeisens erwärmt wird, daß dann das Rohr axial komprimiert wird, wobei der axiale Schub unterbrochen wird, sobald das kreisförmige Falten in der erwärmten Zone ein Profil entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 4 erreicht hat, wonach die vorher erwärmte und gefaltete Ringzone abkühlen gelassen wird.

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