DE3116060C2

DE3116060C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Schraubennahtrohren

Info

Publication number: DE3116060C2
Application number: DE19813116060
Authority: DE
Inventors: Toshio Kimitsu Chiba Hirokawa; Kazutoshi Kitakyushu Fukuoka Kakita; Yasumi Fukuoka Shimazaki; Yoshito Kitakyushu Fukuoka Tsuyama
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-04-22
Filing date: 1981-04-22
Publication date: 1986-07-17
Also published as: DE3116060A1

Abstract

Bei der Herstellung von Spiralrohren wird zunächst die maximal erforderliche Krümmung des Bandes zur Herstellung des Rohres ermittelt, so daß das fertige Rohr das gewünschte Restmoment aufweist. Nach dem Biegen des Bandes mit der maximalen Krümmung kann dieses aus dem gebogenen Zustand zurückfedern. Die maximale Krümmung wird ermittelt unter Berücksichtigung der Dicke, dem YoungΔschen Modul und der Streckspannung des Bandes sowie aus der gewünschten Krümmung des fertigen Rohres und dessen gefordertem Restmoment. Durch Einstellen der Lage dreier Reihen von Formwalzen, die an den Ecken eines Dreiecks angeordnet sind, wird das flache Band kontinuierlich zu einer Spirale gebogen, die die so ermittelte maximale Krümmung aufweist. Das so erhaltene spiralförmige Band kann bis zum Durchmesser des fertigen Rohres zurückfedern, und die Ausdehnung bei diesem Zurückfedern wird unterbrochen, wenn vor dem vollständigen Zurückfedern der Rohrenddurchmesser erreicht ist; falls das Zurückfedern aufhört bevor der Rohrenddurchmesser erreicht ist, wird das spiralförmige Band aufgeweitet. Schließlich wird die Naht des spiralförmigen Bandes verschweißt, wenn dieses den gewünschten Rohr enddurchmesser hat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Hersteller, von Schraubcnr»ahtrohren mit vorgegebenem Restmoment gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 8.
Die Verfahren zur Herstellung von Spiralrohren können in drei Hauptgruppen eingeteilt werden:

1. Herstellung bei äußerer Halterung,

2. Herstellung bei innerer Halterung, und

3. Herstellung ohne jegliche Halterung.

Bei der Herstellung mit äußerer Halterung wird das Band schraubenförmig rundgebogen, indem drei Formwalzensätze dreieckförmig angeordnet werden. Während das Zurückfedern des spiralförmig gebogenen Bandes durch mehrere stationäre, äußere Haltewalzen verhindert wird, die von außen auf das Rohr einen Druck ausüben, werden die aneinander anliegenden Ränder des Bandes miteinander verschweißt. Daher erfolgt das Verschweißen, während das noch nicht verschweißte, gebogene Band in Berührung mit den Haltewalzen steht. Daher wird das Rohr nicht geschweißt, während es vollständig unbelastet ist. Dies bedeutet die Ausbildung der Naht ohne Entlastung der elastischen Spannung innerhalb des Rohrmaterials. Wenn daher ein Längsschlitz in das P.ohr geschnitten wird, federt dieses wegen des Restmoments in eine Richtung zurück, so daß sich das Rohr aufweitet (nachstehend als sogenannte »negative RingöfTnung« bezeichnet; das Restmoment wird als positiver Wert definiert). Bei der Herstellung mit innerer Halterung wird unter Verwendung ähnlicher Forrmvalzen das Band gebogen, und danach werden die aneinander anliegenden Ränder miteinander verschweißt, wobei mit Hilfe mehrerer stationärer, innerer Haltewalzen eine Kraft ausgeübt wird, die eine geringfügige Expansion des gebogenen Bandes bewirkt. In diesem Fall bewirkt ein Längs- chnitt im Rohr ein Rückfedern, so daß die Ränder des Schlitzes sich wegen des Restmoments überlappen (nachstehend als »Ringöffnung« oder als »Ringschluß« bezeichnet; das Restmoment wird als negativer Wert definiert).

Bei der Herstellung des Spiralrohres ohne Verwendung von Haltewalzen wird das Band so gebogen, daß es den gewünschten Außendurchmesser nach vollständigem Rückfedern sowohl nach innen als auch nach außen aufweist. Bei derartig eliminiertem Restmoment federt das geschweißte Rohr selbst dann nicht mehr zurück, wenn ein Längsschlitz eingeschnitten wird, d. h. das sogenannte Aufspringmaß hat den Wert Null.

Bei der Herstellung von Spiralrohren mit üblichen Verfahren ergibt sich trotz gegenteiligen Bestrebens eine bestimmte Rückfederung in eine bestimmte Richtung. Es ist daher bisher nicht vorgeschlagen worden, absichtlich ein Restmoment im Rohr vorzusehen. Mit zunehmender Verbreiterung von Spiralrohren hat es sich jedoch im Rahmen der Erfindung gezeigt, daß das Übersehen dieses Restmoments für mehrere Nachteile oder Beeinträchtigung von Vorteilen des Spiralrohrs verantwortlich ist. So beschleunigt beispielsweise ein positives Restmoment in einem Spiralrohr für saure Gase die Entwicklunp von Spannungs-Korrosionsrissen. Es ist daher erwünscht, dies mit Hilfe eines negativen Restmoments auszugleichen. Das unter externer Halterung hergestellte Spiralrohr weist eine große Restspannung auf, die ein positives Ecstmoment entwickelt. Wenn ein derartiges Rohr bei einer Rohrleitung eingesetzt wird, so führt der Druck der transportierten Flüssigkeit (oder des Gases) zu einer Ausdehnung des Rohrs und damit zu einer Verringerung von dessen Festigkeit. Wenn an einem Spiralrohr mit negativem Restmoment oder überhaupt keinem Restmoment eine Spundbohle befestigt wird, kann sich das Rohr in seinem Querschnitt verziehen oder verwerfen. V.enn ein ausreichend großes positives Restmoment vorliegt, behält das gleiche Rohr seinen ursprünglichen runden Querschnitt. Es ist daher in Abhängigkeit vom Einsatzzweck erforderlich, das Restmoment (innere elastische Spannung) zu kontrollieren, das das Zurückfedern verursacht, so daß es innerhalb eines geeigneten Bereichs bleibt. Trotz dieser Notwendigkeit ermöglichen die üblichen Herstellungsverfahren und Vorrichtungen lediglich die Herstellung von Spiralrohren mil dem gewünschten Durchmesser, ohne jedoch das Restmoment zu beachten oder gar einzustellen.

Aus der DE-OS 25 09 329 ist ein Steuerungsverfahren zum Verstellen der Biegewalzen einer Schraubennahtrohrmaschine beginnt, bei dem durch geeignete Auswertung der Streckspannung des Rohrmaterials und der Banddicke das Aufspringmaß des fertigen Rohrs den Wert Null erhält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Schraubennahtrohren anzugeben, mit deren Hilfe die Größe und die Richtung des dem Rohr aufgeprägten Restmoments frei steuerbar ist. Ferner soll durch Einsatz einer einzigen Formvorrichtung in der gewünschten Weise einem Spiralrohr entweder ein positives, ein negatives oder überhaupt kein Restmoment aufgeprägt werden. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche I bzw. 8 gelöst. Erfindungsgemäß kann ein Spiralrohr mit dem gewünschten Restmoment hergestellt werden, indem die Formbedingungen entsprechend einer Änderung einer Dicke und der Streckspannung des bandförmigen Rohrmaterials automatisch geändert werden.

Bei der erfindungsgemäßen Herstellung von Spiralrohren wird zunächst die maximale Krümmung ermittelt, auf die das Band zunächst gebogen werden soll, um das gewünschte Restmoment zu zeigen; diese Ermittlung ίο der maximalen Krümmung beruht auf der Dicke, dem Elastizitätsmodul in Längsrichtung (Youngs Modul) und der Streckspannung des Bandes sowie der Krümmung des herzustellenden Rohrs und dem Restmoment, mit dem das Rohr beaufschlagt werden soll. Diese vorgegebene Krümmung ist größer (d. h. geringerer Krümmungsradius) als die Krümmung des fertigen Rohrs. Das flache Band wird durch drei Reihen von Formwalzen hindurchgeführt, die an den Ecken eines Dreiecks angeordnet sind, wobei die Relativluge der einzelnen Walzen zueinander in der gewünschten Weise eingestellt werden können, so daß das Band kontinuierlich in eine Spiralform mit maximaler Krümmung gebogen wird. Danach kann das spiralförmig gebogene Band zurückfedern oder wird auf den Durchmesser des fertigen Rohrs ausgedehnt. Schließlich werden die aneinander liegenden Ränder des so verformten Bandes miteinander verschweißt.

Bei dem erfinduiissgemäßen Verfahren wird das Band zunächst se gebogen, daß der Krümmungsradius :i> kleiner ist als der des fertigen Rohrs, und danach wird der kleinere Radius bis zum Endradius erhöht. Dadurch kann dem Rohr mit Hilfe einer einzigen Rohrherstellungsanlage ein Restmoment mit der gewünschten Größe und Richtung aufgeprägt werden.

Ferner werden das Verhältnis der Änderung der Formbelastung zur Änderung der Streckspannung oder der

Biegegröße ermittelt, während das Band spiralförmig verbogen wird. Unter Ausnutzung dieser Information wer-

den die relativen Positionen der Formwalzen eingestellt, wenn sich eine Änderung der Streckspannung oder der Dicke des Bandes ergibt. Dies ermöglicht das Aufprägen des gewünschten Restmoments auf das fertige Rohr mit hoher Genauigkeit.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist Walzen zum Aufpräg -.τ eines Biegemoments auf, die in der Nähe

des Austrittsendes der drei Reihen von Formwalzen angeordnet sind. Diese Walzen zum Erzeugen des Biege-

3υ moments sorgen dafür, daß die Krümmung des spiralförmig gebogenen Bandes gleich der des fertigen Rohrs bleibt, indem die Rückfederung des spiralförmigen Bandes verringert oder das spiralförmige Band expandiert

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. la und Ib schematische Darstellungen des Ringöfmungsverhältnisses des fertigen Rohrs, vor (Fig. la) ;<5 bzw. nach (Fig. Ib) dem Einschneiden des Schlitzes,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Rohrkrümmung etwa in der Mitte des Biegevorgangs und beim fertigen Rohr gegenüber dem Biegemoment,

Fig. 3 eine Endansicht einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Rohrformvorrichtung mit äußerer Halterung.
Fig. 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Aufbaus eines Walzgerüsts für die Walzen zum Aufprägen des Biegemoments bei der Vorrichtung gemäß Fig. 4,

Fig. 6 und 7 schematische Ansichten zur Erläuterung des Biege Vorgangs bei äußerer Halterung,

Fig. 8 eine Endansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Formvorrichtung mit innerer Halterung.

Fig. 9 und 10 schematische Ansichten zur Erläuterung des Biegevorgangs bei innerer Halterung,

Fig. 11 eine Endansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Formvorrichtung ohne Haltewalzen.

Fig. 12 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Relativlage der Formwalzen,

Fig. 13 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Lage der Formwalze (öJLr) und dem Restmoment (}).

Fig. 14 ein Diagramm zur Erläuterung der Restmomenteinsteüung durch Ändern der Position der Formwalzen.

Fig. 15 eine schematische Darstellung einer Formvorrichtung mit automatischer Steuerung der Biegegröße durch Ermittlung der Änderung der Streckspannung des zu verformenden Bandes,

Fig. 16 ein Fhißdiagramm zur Erläuterung der arithmetischen Operationen des Prozeßrechners gemäß Fig. 15,

F i g. 17 eine schematische Darstellung einer Formvorrichtung mit einer automatischen Steuerung der Biegegröße durch Ermittlung des Verhältnisses zwischen den Änderungen der Biegegröße und der Formbelastung und

Fie. 18 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der arithmetischen Operationen des Prozeßrechners gemäß Fig. 17.

Zum Steuern der Biegegröße des Bandes in einer Formvorrichtung und in den Walzen zum Aufprägen des Biegemoments muß bekannt sein, wie stark sich eine Änderung der Streckdehnung des zu verformenden Bandes auf das fertige Rohr auswirkt. Diese Information kann man aus der nachstehend erläuterten Biegetheorie sowie aus Untersuchungen vor der Herstellung des Rohrs ableiten. Diese Untersuchungen ermitteln die Beziehung des Restmoments, der Streckdehnung und der Größe der Schraubenanstellung an der Lehre der Formvorrichtung sowie der Größe der tatsächlichen Schraubenanstellung und der Krümmung. Die Untersuchungs-

crgebnisse werden in Form einer graphischen Darstellung oder einer Tabelle wiedergegeben. Danach werden die relevanten Eigenschaften der Bandänderung und der Schraubenanstellung der Formvorrichtung unter Verwendung der graphischen Darstellung oder der Tabelle eingestellt, so daß das hergestellte Rohr immer das gewünschte Restmoment aufweist.

Nachstehend werden die Herstellung eines Spiralrohrs, basierend auf der fundamentalen Biegetheorie, sowie die Steuerung des Durchmessers und des Restmoments des fertigen Rohrs, beruhend auf den Untersuchungsergebnissen, erläutert.

Zji.iächst wird das Ringöffnen oder -schließen erläutert, das eine direkte Beziehung zum Restmoment aufweist.

Das Ringöffnungsverhältnis gemäß Fig. 1 gehorcht den folgenden geometrischen Beziehungen:

a = 2 ix, sin -^- ,

2 η p_r = (2 π - 0) ρ,, ,

μ_ρ— Krümmungsradius ucS fertigen RuiifS,

ρ, = Krümmungsradius des geformten Rohrs mit dem Ringöffnungsverhältnis, das im größtmöglichen Umfang zurückfedern konnte.

Wenn das Ringöffnungsverhältnis folgendermaßen definiert ist:

ye*a/D_r,

so wird )' unter Berücksichtigung der obigen zwei Gleichungen folgendermaßen ausgedrückt:

_ysin ^, (D

Pp lh ω -^>l'

Po -'5

Im folgenden wird die Krümrnijngsänderung aufgrund der Ringöffnung oder des Ringschlusses erläutert, das auf der Beziehung zwischen dem Biegemoment und der Krümmung beruht. Gemäß F i g. 2 wird zum Verformen eines Rohrs mit einer Krümmung 1I p_p und mit einem positiven Restmoment das Bandmaterial zunächst bis zum Punkt A gebogen, wo die maximale Krümmung = 1 Ip₁ ist. Dann werden die Ränder des geformten Bandes zur -in fertigen Rohrform am mittleren Punkt B miteinander verschweißt, und zwar durch Rückfedern zu einer spannungsfrei gebogenen Form, so daß das fertige Rohr eine Krümmung Mp₁, und ein positives Restmoment M₁ aufweist. Wenn in dieses Rohr ein Längsschlitz geschnitten wird, so bildet sich dort ein Zwischenraum unter Verringerung des Restmoments. Das so aufgeschnittene Rohr weist eine Krümmung Mp₀ auf, wie dies am Punkt C (Ringöffnung) dargestellt ist. Zum Verformen eines Rohrs mit einer Krümmung Mp₁, mit einem negativen Restmoment wird das Band zum Punkt A' gebogen, wo die maximale Krümmung größer ist, so daß ein negatives Restmoment M₂ aufgeprägt werden kann. In diesem Fall bei fehlendem Restmoment, d. h. wenn die Rückfederung bis zum spannungsfreien Zustand abgeschlossen ist, ist der Krümmungsradius Mp₀ des geschlitzten Rohrs größer als der des fertigen Rohrs, und das Rohr muß auf den gewünschten Durchmesser mit der Krümmung I/p, ausgedehnt werden. Bei diesem Durchmesser wird geschweißt. Erfolgt dann der Schnitt, überlappen sich die Ränder des Rohrs entlang dem Schnitt. Daher wird in Fig. 1 der Wert α negativ und damit wird auch γ negativ (Ringschluß). Um die Krümmungen B' und C des fertigen Rohrs zu erhalten, muß daher das geformte Band von innen nach außen gebogen werden. Es zeigt sich, daß in beiden Fällen das Bandmaterial zunächst bis zu einer Krümmung gebogen wird, die größer ist (d.h. mit kleinerem Krümmungsradius) als die Krümmung des fertigen Rohrs, da gemäß F i g. 2 die Dehnungskurve sich beim Loslassen des gebogenen Bandes nach links unten neigt; beim Biegen mit positivem Restmoment wird die Basislinie mit fehlender Spannung links von dem gewünschten Rohrdurchmesserund beim Biegen mit negativem Restmoment rechts vom gewünschten Rohrdurchmesser geschnitten. Wenn die maximale Krümmung so ist, daß die Linie die Basislinie am gewünschten Rohrdurchmesser schneidet, so liegt kein Restmoment vor.

Der Wert ω liegt normalerweise in der Nähe von i. Daher kann y durch die nachstehende Näherung ausgedrückt werden:

_ sin ω π ^. π(\—ω) .-.

y — . (ζ)

ω ω

Unter der Annahme, daß das Rohrband ein perfekt elastisch-plastisches Material ist, kann die Spannungs-Dehnungs-Beziehung des Bandes unter Berücksichtigung der fundamentalen Biegetheorie folgendermaßen ausgedrückt werden:

wobei

jj E- Yoiingscher Modul,

"$ (7, = Streckspannung,

2 / = Eanddicke.

% in Beim üblichen Vertormen wird der dritte Term des Klammerausdrucks in Gleichung (3) vernachlässigbar. % Daher uilt:

Po μ V J Ei'

(47

Wenn der Youngsche Modul E und die Streckspannung O) des Bandes, die Rohrdurchmesser (2 / und p_n) und die maximale Biegekrümmung Mp. aus den Gleichungen (2) und (4) ermittelt werden, so erhält man auch das Ringöffnungsverhältnis γ.

Wenn fliis Restmoment positiv oder 0 ist :o

>>0 (ω < Il .

dann gilt
-5 p,. > p., > ρ■.

Wenn das Restmoment negativ ist, d. h.

) <0 (ω >1).
dann gilt

p_r > pn > p,.

>> Wenn die Restspannung an der äußersten Oberfläche des fertigen Rohrs a,_t betrügt, so wird das RingölTnungsverhältnis unter Berücksichtigung der fundamentalen Biegetheorie folgendermaßen ausgedrückt:

1 - c- Et \ ι σ·,.ι

Ferner werden das Biegemoment M pro Längeneinheit bei maximaler Krümmung Mp, und das Restmoment Λ/., pro Längeneinhe·'. des Rohrs folgendermaßen ausgedrückt:

(6)

oder

* (±1Λ1^ J (7)

Po/ ³Pp " + )'

Gemäß vorstehender Biegetheorie wird das Band zunächst auf der Formvorrichtung bis zu einem Krümmungsradius p, gebogen, der kleiner ist als der Radius p_p für das fertige Rohr. Wenn das so geformte Band vollständig zurückgefedert hat, um das Restmoment auf 0 zu reduzieren, hat das geformte Band einen Krümmungsradius P₀. Die Größe und die Richtung des Restmoments des fertigen Rohrs hängt davon ab, um wieviel der Krümmungsradius Po größer oder kleiner ist als der Radius p_p des fertigen Rohrs. Das geformte Band wird dann zu dem fertigen Rohr verschweißt und dabei außen oder innen durch Haltewalzen oder durch Walzen, durch die das Biegemoment aufgeprägt wird, gehaltert, die sich in Richtung des Durchmessers des herzustellenden Rohrs bewegen, um dadurch den Krümmungsradius p, auf den Radius p_p des fertigen Rohrs einzustellen. Dies ermöglicht nicht nur eine Steuerung der Größe des Restbiegemoments, sondern auch die Erzeugung eines positiven oder negativen Restmoments.

Erfindungsgemäß kann daher ein negatives Hesimoment im fertigen Rohr erzeugt werden, was bisher bei der Rohrherstellung mit äulierer Halterung unmöglich war: dies geschieht dadurch, daß zunächst das Band stärker gebogen wird als das Endprodukt schließlich sein muß. und danach wird das geformte Band von innen unter Verwendung von ein Biegemoment ausübenden Walzen (Biegemomentwalzen) gehaltert. Um ein negatives Rest-

moment/W; auf der Momenten-Krümmungskurve in Fig. 2 beispielsweise zu erzeugen, biegt die Biegevorrichtung das Band zum Punkt A', so daß das negative Moment M₂ bei der Krümmung Mp₁, für das fertige Rohr erzeugt wi>'d. Dann wird das geformte Band zu dem fertigen Rohr verschweißt, während die Biegemomentwalzen das geformte Band zurück zu der Größe des fertigen Rohrs drücken oder die Krümmung zum Punkt B' reduzieren. Durch Steuerung der Biegegröße mit Hilfe der Formvorrichtung, so daß die maximale Krümmung zwischen A und A' variiert werden kann, wird die Linsteilung der Größe des Restmoments im fertigen Rohr innerhalb des Bereichs M\ bis M₂' einschließlich des Restmoments mit dem Rest 0 ermöglicht.

Andererseits erhält man ein positives Rcstmomenl im fertigen Rohr, indem das geformte BanJ durch Verwendung äußerer stationärer Hallewalzen gegen Rückfedern gehaltert wird, insbesondere durch Walzen, die unmittelbar hinter der Formvorrichtung angeordnet sind.

Bei der Rohrherstellung mit innerer Halterung war es bisher unmöglich, ein fertiges Rohr mit positivem Restmoment herzustellen. Dies wird erfindungsgemäß nunmehr möglich, indem zunächst das Band auf eine kleinere maximale Krümmung gebogen und danach das geformte Band von außen unter Verwendung von Biegemomentwalzen gehalten wird. Zur Erzeugung eines positiven Restmoments Λ/| in der Momenten-Krümmungs-Kurve in Fig. 2 biegt die Formvorrichtung das Band zum Punkt Λ, so daß das positive Moment M\ beider Krümmung Mp_p für das fertige Rohr erzeugt wird. Dann wird das geformte Band zu dem fertigen Rohr verschweißt, während die Biegemomentwalzen das geformte Band zur Größe des fertigen Rohrs drücken, d. h. die Krümmung zum Punkt B verringern. Dabei kann ein negatives Restmoment erzeugt werden, indem das ^ueformt£ Bsrid unter Ven.vendun° von inneren, stationären Miiltewslzen "shallert wird, insbesondere solche Walzen, die unmittelbar nach der Formvorrichtung angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit wie Erzeugung eines positiven oder negativen Restmomentr. frei kontrollierbarer Größe im fertigen Rohr unter Verwendung einer einzigen Formvorrichtung. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit auch ein Restmoment mit dem Wert 0 erzeugt werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine erfindungsgemäß einsetzbare Vorrichtung zum Herstellen von Rohren mit äußerer Halterung. Auf einer Basis U befinden sich eingangsseitigein äußeres Formgerüst 12 und ausgangsseitig ein äußeres Formgerüst 13. An einem Rahmen 15 auf der Basis 11 ist mit Hilfe einer Stützplatte 17 und einem Zapfen 16 ein inneres Formgerüst 14 aufgehängt, das gegenüber den beiden Formgerüsten 12 und 13 angeordnet ist. Die Formgerüste 12 bis 14 weisen drehbare Formwalzen 18, 19 bzw. 20 auf. Die F i g. 4 zeigt die Anordnung der Formwalzen 18 am Eintrittsende. In Längsrichtung des herzustellenden Rohrs sind mehrere Formwalzen 18 angeordnet, deren Achsen gegenüber der Rohrachse unter dem gleichen Winkel geneigt sind, wie der Schrau- ;o benwinkel der Rohrspirale. Die Formwalzen 19 und 20 sind ebenfalls in dergleichen Weise wie die Formwalzen 18 angeordnet. Betrachtet man die Vorrichtung von ihrem Ende her, so sind die Formwalzen 18.19 und 20 an den Ecken eines Dreiecks angeordnet.

Gemäß F i g. 4 weist das am Eintrittsende befindliche Formgerüst 12 einen beweglichen Tisch 21, der auf der Basis 11 angeordnet ist und in Richtung der Rohrachse bewegt werden kann, sowie einen Walzenstütztisch 22 auf, der auf dem beweglichen Tisch 21 angeordnet ist und auf und ab bewegt werden kann. Der bewegliche Tisch 21 weist eine sägezahnförmig geneigte Oberfläche 23 auf, die in Richtung der Rohrachse geneigt ist. Eine sich in Richtung der Rohrachse erstreckende Axialbohrung 24 ist im hinteren Ende des beweglichen Tisches 21 vorgesehen, während eine Gewindehülse 25 in das hintere Teil der Axialbohrung 24 eingepaßt ist. In die Gewindehülse 25 ist eine Gewindestange 26 eingeschraubt, die in einem Lager 27 drehbar gelagert ist. Wird die mit einem Motor 28 über ein Untersetzungsgetriebe verbundene Gewindestange 26 gedreht, so bewegt sich der bewegliche Tisch 21 nach vorne und zurück. Der Walzenstütztisch 22 weist eine geneigte Oberfläche 29 ähnlich der auf dem beweglichen Tisch 21 auf, die mit der Oberfläche 23 in Gleitverbindung steht. Der Walzenstütztisch 22 befhdet sich auf dem beweglichen Tisch 21. so daß die Oberflächen 23 und 29 miteinander in Kontakt gehalten weraen. Eine Nut 31 ist am vorderen Ende der geneigten Oberfläche 29 des Walzenstütztisches 22 eingeschnitten. Ein Zapfen 32, der am nicht dargestellten Rahmen der Basis 11 befestigt ist, ist in die Nut 31 eingepaßt. Wenn sich der Tisch 21 nach rückwärts oder vorwärts bewegt, verhindert der Zapfen 32. daß sich der Walzenstütztisch 22 ebenfalls nach Rückwärts oder vorwärts bewegt. Dagegen bewegt sich der Walzenstütztisch 22 in Vertikalrichtung, d. h. nach oben oder unten. Auf der Oberseite des Walzenstütztisches 22 befindet sich ein Block 33. auf dem die eintrittsseitigen Formwalzen 18 drehbar gelagert sind.

Das austrittsseitige Formgerüst 13 weist den gleichen Aufbau wie das eintrittsseitige Formgerüst 12 auf. Die Vertikalposition der Formwalzen 18 und 19 wird dadurch eingestellt, daß man die beweglichen Tische 21 vorwärts oder rückwärts bewegt. Wenn eine vertikal wirkende Formlast auf den beweglichen Tisch 21 während des Formvorganges einwirkt, bewegt sich der Tisch 21 nicht nach rückwärts oder vorwärts (wegen der Reibung zwischen den geneigten Oberflächen und wegen der Gewindehülse), so daß sich der Walzenstütztisch 22 überhaupt nicht nach oben oder unten bewegt. Daher wird die eintrittsseitige Formwalze 18 in dervoreingestelsten Lage gehalten. Das gleiche gilt für die Formwalze 19.

Gemäß Fig. 3 stehen auf der Basis 11 Pfeiler 35 und tragen ein im Querschnitt C-förmiges Gehäuse 36. das sich in Richtung der Rohrachse erstreckt. Das Formgehäuse 36 umschließt ein herzustellendes Rohr 2 und deckt damit einen Bereich ab, der sich zwischen dem Anfangspunkt Tür die Herstellung des Rohrs 2 und dem Punkt p0 erstreckt, wo das Schweißen durchgeführt wird. Das Formgehäuse 36 trägt mehrere drehbare äußere Haltewalzen 37, die entlang dem Umfang des Rohrs 2 angeordnet sind, und zwar mit Hilfe von Stützgliedern 38 mit jeweils einer Schraubvorrichtung. Die Schraubvorrichtung der Stützglieder 38 bewegt die äußeren Haltewaizen 37 hinein und heraus in Richtung des Rohrradius, um die Haltepositionen der Walzen einzustellen. Die äußeren Haltewalzen 37 kommen mit dem Umfang des Rohrs 2 in Berührung und drehen sich während der Spiralbewegung des Rohrs.

An dem inneren Formgerüst 14 sind mehrere Biegemomentwalzen 41 befestigt und entlang der Rohrachse angeordnet. Gemäß Fig. 3 befinden sich die Biegemomentwalzen 41 zwischen den austrittsseitigen Form-

walzen 19 und den äußeren Haltewalzen 37, d. h. auf der Austrittsseite in Richtung des Rohrumfangs. Vorzugsweise sind die Biegemomentwalzen 41 so nahe wie möglich an den austrittsseitigen Formwalzen 19 angeordnet. Die Biet«momentwalzen 41 sind in dergleichen Weise an dem inneren Formgerüst 14 befestigt, wie die eintritts- und austrittsseitigen Fonmwalzen. So stützt eine Basis 42 auf dem inneren Formgerüst einen beweglichen Tisch s 43 ab, der eine sägezahnformig geneigte Oberfläche 44 aufweist. Eine Gewindestange 45, die über ein Untersetzungsgetriebe durch einen Motor 46 in Drehbewegung versetzt wird, bewegt den Tisch 43 in Richtung der Rohrachse nach hinten oder vorne. Ein Walzenstütztisch 48 ist ebenfalls mit einer sägezahnlormig geneigten Oberfläche 49 versehen. Die Basis 42 stützt den Walzenstütztisch 48 so ab, daß die geneigte Oberfläche 49 mit der Gleitfläche 44 des Tisches 43 in Berührung steht. Wie bei dem eintrittsseitigen Fonngerüst 12 ι« bewegt sich der Walzenstütztisch 48 nach oben oder unten, wenn sich der Tisch 43 nach rückwärts oder vorwärts bewegt.

In der Nähe des vorderen (d. h. in der Nähe des linken Endes in F i g. 4) des inneren Fonngerüstes 14 ragt ein Schweißbrenner 50 heraus. Das vorderste Ende des Schweißbrenners 50 ist zu einer Naht 3 auf der Innenseite des Rohrs 2 gerichtet. Zum Schweißen der Naht auf der Außenseite des Rohrs ist in der Nähe des Schweißbrenners 50 ein weiterer nicht dargestellter Schweißbrenner vorgesehen.

Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Spiralrohrs mit dem gewünschten Restmoment unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung erläutert.

Zunächst werden alle Walzen auf vorgegebene Positionen eingestellt So sind die inneren Formwalzen 20

derart angeordnet, daß sie die Innenfläche des Rohrs 2 halten, so daß das Rohr2 die maximale Krümmung \lp, an der Stelle der inneren Formwalze 20 einnimmt. Die eingangsseitigen und ausgangsseitigen, äußeren Formwalzen 18 und 19 sind so angeordnet, daß sie die äußere Oberfläche des Rohrs 2 halten, so daß dieses eine- Krümmung erhält, die im wesentlichen identisch mit der (Wp₁,) des fertigen Rohrs an der Steife der äußeren Formwalze 19 ist. Die äußeren Haltewalzen 37 ode·, die Biegemomentwalzen 41 sind so angeordnet, daß sie mit der äußeren bzw. mit der inneren Oberfläche des Rohrs 2 in Berührung kommen, das durch die Formwalzen 18,19 und 20 geformt ist, um die Endkrümmung \lp_r zu erhalten.

Gemäß F i g. 3 wird ein flaches Band horizontal und kontinuierlich der erfindungsgemäßen Vorrichtung zügeführt, wobei die Walzen alle auf die vorstehend erläuterten Positionen eingestellt sind. Das Band 1 wird zwischen der eingangsseitigen Formwalze 18 und der inneren Formwalze 20 zunehmend gebogen, wobei man im wesentlichen die maximale Krümmung Up, an der inneren Formwalze 20 erhält. Wegen der Rückfederung nimmt die Krümmung des Bandes 1 zwischen der inneren Formwalze 20 und der ausgangsseitigen Formwalze 19 allmählich ab, so daß man die Endkrümrnung \/p_p an der ausgangsseitigen Formwalze 19 erhält.

Während die Endkrümmung l/p,, durch die Wirkung der Biegemomentwalze 41 oder der äußeren Haltewalze 37 aufrechterhalten wird, erfolgt das Schweißen der Naht 3 des spiralförmig gebogenen Bandes mit Hilfe des Schweißbrenners SQ

Nachstehend wird näher erläutert, wie erfindungsgemäß das fertige Rohr ein negatives Restmoment erhält. Gemäß Fi g. 6 werden die Formwalzen 18 und 19 derart eingestellt, daß das Band eine Krümmung erhält, die zu dem gewünschten negativen Restmoment rührt. Das so gebogene Band (vgl. die gestrichelte Linie) wird dann von innen auf den gewünschten Rohrdurchmesser zurückgedrückt (vgl. die durchgezogenen Linien), und zwar unter Verwendung der Biegemomentwalze 41. Das zu der Krümmung l/p,am Punkt A' in Fig. 2 auf der Formvorrichtung vorgeformte Band wird von innen herausgedrückt (c' - S) unter Verwendung der Biegemomentwalze 41 bis man den gewünschten Röhrendurchmesser erhält. Mit dem Band in diesem Zustand wird dann die Naht zur Fertigstellung des Spiralrohrs verschweißt. Das erhaltene fertige Spiralrohr hat ein negatives Restmoment M₂-

Ein positives Restmoment erhält man in der nachstehenden Weise: Das Band wird zunächst entsprechend den gestrichelten Linien in F i g. 7 unter Verwendung der Formvorrichtung gebogen und dann mit Hilfe der äußeren Halte walze 37 auf den gewünschten Rohrenddurchmesser nach innen (oder zurück) gedrückt (vgl. die durchgezogenen Linien). Das am Punkt A in Fig. 2 so weit vorgeformte Band, daß es sich beim Rückfedern bis zum Punkt Causdehnt, wird am Punkt B mit Hilfe der äußeren Haltewalze 37 gehalten. In diesem Zustand wird die Naht des Bandes geschweißt, so daß man im Rohr ein positives Restmoment M_x erhält. Somit kann man im Bereich von 5 bis B' ein Restmoment mit gewünschter Größe und Richtung erzeugen, indem die maximale Biegekrümmung auf einen Wert zwischen A und A' eingestellt wird.

Das Band kann zunächst bis zu einem Punkt zwischen A und A' gebogen werden, so daß es beim Rückfedern

sich genau bis zum Durchmesser des fertigen Rohrs ausdehnt; zu diesem Zeitpunkt wird das Band verschweißt.

Die F i g. 8 zeigt eine Endansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform mit innerer Halterung. Bauteile, die denen der Vorrichtung gemäß den F i g. 3 und 4 gleichen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nicht mehr erläutert.

Eine Vorrichtung oder eine sogenannte Dreiwalzen-Biegevorrichtung mit äußeren Formwalzen 18 und 19 und einer inneren Formwalze 20 biegt ein Band zu einem Spiralrohr 2. Bei diesem Formvorgang wird der Rohrdurchmesser D_r = 2 p_r durch mehrere innere Haltewalzen 52 aufrechterhalten, die jeweils auf einem Gerüst 51 so M) gelagert sind, daß sie in Richtung der Rohrachse hin- und herbewegt werden können. Das Gerüst 51 besteht aus einer Kombination eines Walzensiütztischcs mit einem beweglichen Tisch mit jeweils dergleichen sägezahnlormig geneigten Oberfläche, die bereits vorstehend beschrieben worden ist; die Vorrichtung weist ferner Biegemomentwalzen 55 auf, die auf einem Gerüst 54 gelagert sind. Die Biegemomentwalzen 55 sind hinter und auf der Außenseite der ausgangsseitigen äußeren Walzen 19 der Dreiwalzen-Biegcvorrichtung vorgesehen. Die Biegemornentwalzen 55 werden mit Hilfe einer Vorrichtung bewegt, die ebenso wie die Vorrichtung mit äußerer Halterung ?u diesem Zweck einen Keil aufweist. Das innere Formgerüst 14 und das Gerüst 51 werden durch einen Stütztisch 57 fur die inneren Haltewal/en gelagert, der auf der Innenseite des herzustellenden Rohrs 2 angeordnet ist.

Zur Erzeugung eines positiven Restmoments wird gemäß den F i g. 2 und 9 das Band zunächst am Punkt .-I (vgl. die gestrichelten Linien) vorgeformt und dann nach innen gedrückt (vgl. die durchgezogenen Linien) mit Hilfe der Biegemomentwalzen 55; danach ist das so vorgeformte Band zum Verschweißen fertig. Das vorgefonnte Band mit der Krümmung wie an der Stelle C in Fig. 2 nach vollständigem Rückfedem wird zum Punkt B in Fi g. 2 zurückgedrückt, so daß man den gewünschten Rohrenddurchmesser erhält; in diesem Zustand wird die Naht des Rohrs geschweißt Dadurch hat das fertige Rohr ein positives Restmoment Af_t.

Zum Erzeugen eines negativen Restmoments wird das mit einer Krümmung gemäß den gestrichelten Linien in Fig. 10 vorgeformte Band von innen unter Verwendung der inneren Haltewalzen 52 ausgedehnt, so daß man den gewünschten Rohrenddurchmesser erhält (vgl. die durchgezogenen Linien). Somit wird das Band, das bis zur Krümmung am Punkt A' in F i g. 2 gebogen worden ist, bis zum Punkt B" unter Verwendung der inneren Hai- to tewalzen 52 zurückgedehnt und in diesem Zustand geschweißt. Dadurch erhält man ein negatives Restmoment M₂. Durch derartiges Andern der Bandkrümmung im Bereich zwischen A und A' kann das Restmoment innerhalb des Bereichs von B bis ff variiert werden.

Bei der in Fig. 11 dargestellten Ausfuhrungsform werden keinerlei Haltewalzen verwendet. H inter der Formvorrichtung sind zwei Biegemomentwalzen 61 und 62 vorgesehen, die auf der Innenseite bzw. auf der Außen- Ί5 seite des Transportweges des herzustellenden Rohrs liegen. Das Restmoment erhält man durch Verwendung entweder beider (innerer und äußerer) Biegemomentwalzen 61 und 62 oder einer dieser Walzen. Einzelheiten des Verfahrensablaufs werden nicht näher erläutert, da dieser ähnlich dem bei den vorstehend beschnei-:rnen Vorrichtungen mit äußeren und inneren Haltewalzen ist.

Erfindungsgemäß kann die gewünschte Größe und Richtung des Restmoments des fertigen Rohrs beliebig eingestellt werden. Dies erfolgt ferner auf einer einzigen Rohrfertigungsstrecke, d. h. ohne Verwendung verschiedener Fertigungsanlagen. Somit können auf der gleichen Anlage Spiralrohre mit positivem, negativem oder keinem Restmoment hergestellt werden. Ferner kann, falls erforderlich, ein einzelnes Spiralrohrstück hergestellt werden, dessen Restmoment sich kontinuierlich von einem positiven zu einem negativen Wert vom einen Ende bis zum anderen Ende des Rohrs ändert.

Nachstehend werden die grundlegenden Maßnahmen zum Steuern des Restmoments näher erläutert.

1. Einstellen des Anfangswerts des Restmoments oder des Ringöfihungsverhällnisses

Wenn der Youngsche Modul fund die Streckspannung σ, des Bandes, die Rohrdurchmesser 2 / und p„ und das gewünschte Restmoment oder das Ringöffnungsverältnis y beispielsweise vorgegeben sind, so wird die maximale Krümmung l/p,-, die dem Band auf der Formvorrichtung erteilt werden muß, aus den Gleichungen (2) und (4) in der nachstehenden Weise abgeleitet:

1 1 / κ ■ 3 O) ■ p„\ _l(r. \ >

Pi Pp \ 'T + y 2 E-IJ

Gewöhnlich ist p, schwierig direkt zu messen. Daher kann der Anfangswert von γ beispielsweise dadurch ermittelt werden, indem zunächst die Beziehung zwischen der Krümmung des Bandes direkt unter den inneren Formwalzen der Formvorrichtung und der Position der Walzen in der Formvorrichtung und dann die Position der Walzen, die dem p-, in Gleichung (8) entsprechen, bestimmt werden. Dies wird nachstehend näher erläutert.

Durch theoretische Analyse der Bandverformung unter Verwendung dreier Formwalzen an den Ecken eines Dreiecks hat es sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, daß das Ringöffhungsverhältnis y durch Einstellen der Relativlage der Formwalzen gesteuert werden kann. Dies wird im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 12 näher erläutert, die die Lagebeziehung zwischen den Formwalzen zeigt. Es sind drei Formwalzen vorgesehen, und zwar eine eingangsseilige Walze 18, eine innere Walze 20 und eine ausgangsseitige Walze 19. Diese Walzen haben alle den gleichen Durchmesser 2 r. Der Äquivalenzradius jeder Formwalze wird folgendermaßen wiedergegeben:

r, = r + t (Banddicke = 2 t). 5u

Die F i g. 12 ist so gezeichnet, als ob die Formwalzen in Berührung mit einer Linie ,Vsind, die sich in Längsrichtung in der Mitte des Bandes erstreckt (neutrale Faser). Die eintrittsseitigen u::d austrittsseitigen Formwalzen 18 und 19 weisen gegenüber der inneren Formwalze 20 den gleichen Horizontalabstand L auf. Die Vertikallage der eintritts-und austrittsseitigen Form walzen 18 und 19 wird durch den Abstand d_t und<5_: zwischen einer Horizontallinie H (Tangente am Umfang der inneren Formwalze 20 an dem untersten Punkt) und dem Umfang jeder Walze 18 und 19 an deren höchstem Punkt ausgedrückt. Wenn der mittlere Schraubenanstellabstand der Formwalzen durch ö,„ = (<5, + £₂)/2 ausgedrückt wird, so hängt der Wert O_1nIL¹ von dem Youngschen Modul £ und der Streckspannung σ, des Bandmaterials und dem Radius p_r der Wanddicke 2 ι und dem Ringöffnungsverhältnis γ ab. M)

Die F i g, 13 zeigt graphisch die Beziehung zwischen γ und ö„/L', die empirisch nachgewiesen worden ist. Die hierfür erforderlichen Versuche sind unter den nachstehenden Bedingungen durchgeführt worden: Rohrradius P₁, = 400 mm, Bnnddicke 2 ι = 9 mm, Formwalzenradius r - 40 mm und Streckspannung a_Y = 30 kg/mm^:. Das Restmoment ändert sich dabei von einem positiven zu einem negativen Wert mit zunehmender Größe Ö,„IL^:.

Im allgemeinen werden der Radius r der Formwalzen und der /wischen diesen liegende Abstand L in der Formvorrichtung festgelegt, so daß der einzig veränderbare Wert hinsichtlich der relativen Position zwischen den Formwalzen während des Formvorgangs die mittlere Schraubenanstellung <5„, ist. Der mittlere

Schraubenanstellabstand ö_m kann in der Weise eingestel It werden, daß man den Abstand <J, der eingangsseitigen Formwalze 18 und den Abstand O₁ der ausgangsseitigen Formwalze 19 oberhalb der Linie H durch jeweilige Änderung der Schraubenanstellung ändert. Im Rahmen der Erfindung hat sich ferner gezeigt, daß das Restmoment genau gesteuert werden kann, wenn O₁ auf einem geeigneten Wert festgehalten wird, während ^₁ allein abgeändert wird, oder umgekehrt

Im Idealfall sollte die ausgangsseitige Formwalze 19 in Berührung mit dem Umfang des Bandes bleiben, das zu der Endkrümmungp_p gebogen wird (vgl. Fi g. 12). Diese Figur ist so gezeichnet, als ob die ausgangsseitige Formwalze den Äquivalentradius r_s aufweist und die Mittellinie /V(neutrale Faser) des Bandpunktes ^berührt. Wenn eine derartige Berührung erreicht wird oder wenn beispielsweise die ausgangsseitige Formwalze 19 höher angeordnet ist (d. h. wenn δ₂ größer ist), wird der Teil des Bandes in der Nähe des Punktes, an dem die Formwalze 19 dieses berührt, entgegengesetzt gebogen, so daß die Außenfläche des geformten Rohrs eingedrückt wird. Dies führt zu einem unnötigen Verbrauch an Verformungsenergie und macht die Steuerung des Restmoments unmöglich. Wenn dagegen die ausgangsseitige Formwalze 19 niedriger angeordnet wird, d. h. wenn S₂ kleiner ist, bildet sich ein Abstand zwischen dem Band und der Formwalze 19, so daß das Band nicht mit der gewünschten Krümmung gebogen werden kann.

Die geeignete Lage oder optimale Schraubenanstellposruon für die Einstellung des Abstandes O₂ der ausgangsseitigen Formwalze 19 oberhalb der Linie H wird in der nachstehenden Weise ermittelt (vgl. Fig. 12): wenn die effektive Biegetänge in der neutralen Faser des Bandes mit / und der Neigungswinkel beim Biegen mit θ bezeichnet wird, so können diese Größen durch die nachstehenden geometrischen Beziehungen ausgedrückt werden:

/ =A«sin0. (9)

L = l + r_cs\nQ. (10)

Aus den Gleichungen (9) und (10) ergibt sich:

L =(/v + r,)sin0. (11)

Die effektive Schraubenanstellposition (Walzhöhe am Berührungspunkt P) o* wird folgendermaßen ausgedrückt:

<5* = Ö- r, (\ - cos Θ) = p_p(\ -cos Θ). (12)

Hieraus ergibt sich:

Ö; ={p_p + r,){l-COS0). (13)

Aus den Gleichungen (Ii) und (13) ergibt sich:

L- ₊(_Pp + r, -O₂)² _{= u}
-W (p. + r,)' (p_r+r,Y

und aus Gleichung (14) erhält man:

öl = P_r +r. - V(P₁. + r,)¹ - L² . (15)

Die Schraubenanstellposition der ausgangsseitigen Formwalze 19 im Abstand <5₂ oberhalb der Linie //sollte entsprechend der Gleichung (15) vorgegeben werden.

Wie vorstehend ausgeführt, besteht eine bestimmte Beziehung zwischen δ,,,/L² und dem RingötTnungsverhältnis)' oder dem Restmoment in dem fertigen Rohr. Daher kann das RestTrsoment dadurch gesteuert werden, 5ü indem der mittlere Schraubenanstellabstand o„, = <<5, + δ₂)/2 der Formwalzen variiert wird. Wenn der Schraubenanstellabstand O₂ der ausgangsseitigen Formwalze 19 durch die Gleichung (15) wiedergegeben wird, so kann das Restmoment durch Verändern des Schraubenanstellabstands (5, der eingangsseitigen Formwalze 18 alleine gesteuert werden.

-""⁵ 2. Maßnahmen zum Ausgleich von Störungen (oder Änderungen von σ_γ und 2 t)

Nachstehend wird erläutert, wie das Restmoment M_P gesteuert werden sollte, wenn Störungen aufgrund einer Änderung der Streckspannung σ, und der Dicke des zu verformenden Bandes auftreten.

Wegen der elastischen Verformung der Schraubenanstellvorrichtung, des Gehäuses usw. der Formvorrichtung t>0 stimmen der scheinbare Schraubenanstellabstand S₁₁, und der tatsächliche Schraubenanstellabstand δ,,, der Formwalzen nicht miteinander überein, Die Beziehung zwischen diesen zwei Werten kann folgendermaßen ausgedrückt werden:

Q K(S.,.- ().„). (Id)

Q = Biegebelastung,

Ä' = Federkonstante des Formgerüstes.

Empirisch hat es sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, daü die Biegekraft Q im wesentlichen eine Funktion von σ_γ, 2 r und ö„, ist, d. h.

Q = <p{a_Y, 2 t, ÖJ. (17)

Die Fig. 14 zeigt qualitativ die Beziehung Q= φ (a_u 2 /, d„,).
Da etwa δα l/p, ist auch O_n, eine Funktion von p,. Das heißt

S_m = v(_Pi). (18)

Aus den Gleichungen (16) bis (18) ergibt sich:

S_m = ~ · Ψ ior, 25, JJ + ψ (p,) (19)

Die Einstellung des Restmoments wird nachstehend unter der Annahme erläutert, daß sich σ, während des Ii Formvorgangs nach <f_Y ändert.

Um den Rohrenddurchmesser 2 p_p und das Restmoment }· konstant zu halten, muß sich bei Änderung von σ_} nach dy der Wert p, nach p) ändern (vgl. die Beziehung gemäß Gleichung (8t).

Insbesondere sollte der Schraubenanstellabstand der Formwalzen von S_m nach S'_m gemäß der Gleichung (19) geändert werden:

S'_m - 4r φ (<f_} , 2 /, Ö'J + ψ (ρ)). (20)

Die Fig. 14 ergibt die vorstehende Berechnung graphisch wieder. Eine Gruppe gerader Linien S„, S'_m und S'J,, die die elastischen Charakteristika der Formvorrichtung wiedergeben, drücken die Gleichung (16) mit S_n, als Parameter aus. Eine Gruppe von Kurven Q, Q' und Q", die die Formbelastung wiedergeben, drücken die Gleichung (17) mit der Streckspannung σ, als Parameter aus. Tatsächlich ist auch die Banddicke 2 r in Gleichung (17) variabel; hier wird jedoch 2 t als konstant angesehen. Die gerade Linie M_P (oder y) gibt das gewünschte Restmoment an. Bei gegebenem, gewünschten Restmoment M_P kann beispielsweise die gerade Linie AC in Fig. 2 etwa durch die gerade Linie M_P in Fig. 14 annähernd ausgedrückt werden, da M_P = Q ■ I und annähernd δ a Mp.

In F i g. 14 zeigt der Punkt a, daß ein Rohr mit einem Restmoment M_P durch Verformen eines Bandes mit einer Streckspannung σ> durch einen Schraubenanstellabstand S_n, erhalten werden kann. Mit einer Änderung der Streckspannung nach tf_Y ändert sich auch die Formbelastung, und man erhält gemäß Gleichung (17) eine Belastungskurve Q'. Um das gewünschte Restmoment zu erhalten, sollte die Verformung mit einer Belastung .-5 am Punkt b durchgeführt werden, wo sich die Gerade M_P und die Kurve Q' schneiden. Dabei wird der scheinbare Schraubenanstellabstand S'_m durch die Gerade wiedergegeben, die durch den Schnittpunkt b läuft.

Wenn sich die Banddicke 2 / ändert, so kann dem fertigen Rohr in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben das gewünschte Restmoment aufgeprägt werden.

Nachstehend wird ein automatisches Verfahren zur Steuerung der Größe der Bandbiegung erläutert, um das gewünschte Restmoment dem fertigen Rohr aufzuprägen, wenn sich die Streckspannung σ> und/oder die Dicke 2 t des Bandes ändern.

Die F i g. 15 zeigt schematisch eine Formvorrichtung mit einer Steuerung. Vor dem Biegen wird ein Band 1 mit einer Walzen-Planiereinrichtung 65 flach gewalzt. Bei der Planiereinrichtung besteht eine funktionelle Beziehung zwischen der Belastung W auf den Waizen 66 und der Streckspannung σ, des Bandes 1. Wenn daher die Funktion σ₍ = f (W) empirisch ermittelt wird, kann man die Streckspannung σ, durch Messung der Belastung Wbestiriimen. Die Belastung W wird während des Verfahrensablaufs kontinuierlich mit Hilfe einer Belastungsmeßeinrichtung 67 unter Verwendung einer Lastzelle oder dergleichen gemessen. Die gemessene Belastung W wird in einem Steuerkomputer (Prozeßrechner) 68 eingegeben, wo die Streckspannung a_y aus der Funktion/ (W) ermittelt wird. Eine Dickenlehre 69 ist am Transportweg des Bandes vorgesehen, um die Dicke 2 ; des Bandes zu messen, uriii die gemessene Dicke wird in den Prozeßrechner 68 eingegeben. Der Rechner 68 ist so programmiert, daß er entsprechend den zwei Funktionen Q = φ (σ>, 2 t, ö_m) und Q = K (S_m~öJ nach Fig. 14 rechnet. Der Rechner 6S berechnet den Schraubenanstellabstand S_n, für die Formvorrichtung aus diesen Funktionen entsprechend den Änderungen derStreckspannung σ> und/oder der Dicke 2 ι des Materialbandes, wobei dem vorstehend beschriebenen Ablauf gefolgt wird.

Die Fig. 16 zeigt ein Flußdiagramm für die arithmetischen Operationen des Rechners 68. Der gewünschte Rohrdurchmesser D_P und das Restmoment M_P sind in dem Rechner 68 voreingestellt. Dann werden die Streckspannung ay und die Dicke 2 / des Bandes gemessen und als Anfangswert n_} ₀ und 2 r₀ in den Rechner68 eingegeben. Ausgehend von diesen Anfangswerten wird der Schraubenanstellabstand S„. durch Rechnung gemäß Fig. 14 ermittelt und dann vom Rechner 68 eingestellt.

Nach Abschluß des Einstellvorgangs wird die Herstellung des Rohrs begonnen, und die Werte σ, und 2 ι werden gemessen. Wenn die Meßwerte σ,, ι und 2 /, gleich den Anfangswerten σ, ₀ bzw. 2 t₀ sind, wird die Rohrherstellung mit dem anfänglich berechneten Schraubenanstellabstand S„, fortgesetzt. Wenn die gemessenen Werte und Anfangswert nicht gleich sind, wird der Schraubenanstellabstand S₁₁, korrigiert, und dabei werden ay \ und 2 ζ, als neue Anfangswerte im Rechner 68 eingestellt.

Der so ermittelte Schraubenanstellabstand S_n, wird einer Schraubenanst^üvorrichtung 70 zugeführt. Die Zeitverzögerung aufgrund des Abstandes zwischen der Formvorrichtung und der Walzen-Planiervorrichtung 65 wird durch die Trans^ortgeschwindigkeit ν des Bandes 1 korrigiert, die durch ein mit einer Klemmwalze 71

gekoppeltes Geschwindigkeitsmeßgerät 72 gemessen wird. Wenn somit der Teil des Bandes 1. wo die Belastung W'der Walzen-Planiervorrichtung 65 gemessen wird, die Formvorrichtung erreicht, wird der für diesen Teil erforderliche Schraubenanstellabstand S„, in der Formvorrichtung eingestellt.

Der tatsächliche Schraubenanstellabstand <5,„ der Formvorrichtung wird durch einen Sehraubenanstelldctektor 73 efmittelt, der die Lage der Walze oder der Walzenwelle bestimmt. Der so ermittelte Schraubenanstellabstand O_n, wird zum Rechner 68 zurückgeführt.

Die Fig. 17 zeigt eine schematische Ansicht einer Formvorrichlung mit einer nach einem anderen Prinzip arbeitenden Steuerung.
Diese Vorrichtung ermittelt die Belastung Q und den realen Schraubenanstellabsland 6,„ der Formwalze 20

ίο unter Verwendung einer Belastungsmeßvorrichtung 75 bzw. einem Schraubenanstelldetektor 76. Die ermittelten Werte Q und ό.., werden einem Prozeßrechner 77 eingegeben, der mit der Funktion Q = φ (σ,, 2 ι, δ,,,), dem Sollwert AQlA ό,,. = A und der Gerade M₁, gemäß Fig. 14 programmiert wird. Daher wird der tatsachliche Schraubenanstellabstand ö„, durch Steuerung des scheinbaren SchraubenanstellabstandesS,,, so eingestellt, daß J QlJ £)„, immer den konstanten Wert A hat.

i.^; Ändert sich beispielsweise die Streckspannung des Bandes von a_t nach t/, heim Formvorgang am Punkt α der Verformungslastkurve Q in Fig. 14, so ändert sich diese Kurve von Q nach Q'. Wenn daher die Verformung unter Aufrechterhaltung des Schraubenanstellabstandes S„, der Formwalzen fortgesetzt wird, ändert sich die Verformungsbedingung vom Punkt α zum Punkt c. Dabei wird das Verhältnis der Änderung des Formlast Q zur Änderung des tatsächlichen Schraubenanstellabstandes n„, = Δ Q¹IA 6'_m\ dies ist größer als der Sollwert. Daher wird

:ii das Restmoment des fertigen Rohrs gleich Λ//· anstelle des gewünschten M₁,. Daher gibt der Rechner 77 ein Steuersignal ab, um den Schraubenanstellabstand .S₁₁, nach S'„, zu ändern, worauf sich der Punkt c für die Formbedingung entlang der Kurve Q' bis zum Punkt b bewegt. Dabei wird das Verhältnis A QlA ö.„ gleich dem Sollwert A-. so daß das fertige Rohr das gewünschte Restmoment M_r erhält.
Die Fig. 18 zeigt ein Flußdiagramm der arithmetischen Operation des Prozeßrechners 77, in dem der

:5 gewünschte Rohrdurchmesser D₁, und das Restmoment Λ/,· voreingestellt sind. Ferner werden die vorläufig gemessene Streckspannung σ> und die Dicke 2 ; des Bandes als Anfangswerte eingegeben. Auf diesen Eingangsdaten beruhend wird der Schraubenanstellabstand S,„ durch Rechnung gemäß Fig. 14 ermittelt, und der erhaltene Wert wird im Prozeßrechner 77 eingestellt.
Nach Abschluß dieses Einstellvorgangs wird die Rohrherstellung begonnen, und die Formbelastung und der

•i\ Schraubenanstellabstand werden ais Anfangswerte Üi und n„ gemessen. Bei Fortsetzung der Rohrherstellung werden die Formbelastung Q₁ und der Schraubenanstellabstand 6, gemessen. Falls Q· = Q₀ ist, wird der Betrieb fortgesetzt Wenn Q, nicht gleich Q₁ ist. wird das Verhältnis A QlA δ ermittelt. Wenn dann dieses Verhäitnis gleich A ist. wird der Beirieb fortgesetzt. Falls jedoch dieses Verhältnis nicht gleich A ist, wird der Schraubenanstellabstand 5., durch die Schraubenanstellvorrichtung 78 so eingestellt, daß A WlA ö gleich k wird.

=5 Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformcn beschränkt. Beispielsweise können die Formwalzen bei den vorstehenden Ausführungsformen unterteilt sein (z. B. Schlitzwalzen), das heißt es können mehrere Walzen zur Durchführung des Verformungsvorganges eingesetzt werden. Jedoch kann auch eine einzelne Formwalze ausreichend sein. Ferner kann der Tisch mit der sägezahniörmig geneigten Oberfläche zum Einstellen der Lage der Formwalze durch eine mit einem Gewinde oder einem hydraulischen Antriebsaggregat ausgerüstete Schraubenanstellvorrichtung ersetzt werden.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Schraubennahtrohren mit vorgegebenem Restmoment durch

a) kontinuierliches, wendelformiges Verformen eines flachen Bandes aus Rohrmaterial, indem das Band in seiner Längsrichtung durch drei an den Ecken eines Dreiecks und auf dem Umfang des herzustellenden Rohrs angeordneten, aufgrund von Meßparametern einstellbaren Biegewalzen hindurchgeführt wird,

b) kontinuierliches Verschweißen des wendelförmig verformten Bandes entlang der Schraubennaht, und

c) Ermitteln der erforderlichen maximalen Krümmung beim Verformen aus der Dicke und der Svreckspannung des Bandes sowie aus der Krümmung und dem gewünschten Restmoment des fertigen Rohrs und wendeiförmiges Verformen mit dieser maximalen Krümmung durch entsprechendes vertikales Verstellen der Biegewalzen senkrecht zur Bandebene des Bandes,

dadurch gekennzeichnet,

daß man vor dem Verfahrensschritt b) das wendelförmig verformte Band auf die gewünschte Krümmung und das gewünschte Restmoment des fertigen Rohrs entspannt und gegebenenfalls zwangsverformt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Krümmung \fp, folgender Gleichung genügt:

_L=

P, Pp

wobei

σ> = Streckspannung des Bandes multipliziert mit einem vorgegebenen Koeffizienten,

E = Youngscher Modul des Bandmaterials,

2 t = Banddicke,

p_p = Radius des fertigen Rohrs,

und wobt·: y aus der Gleichung

Vf - ^{2Et> V}

3/», - + y
abgeleitet wird mit

Mp = gewünschtes Restmoment.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Positionieren der Formwalzeinrichtungen lediglich eine Formwalzeinrichtung bewegt wird, die in Bewegungsrichtung des Bandes gesehen, vor der inneren Formwalzeinrichtung angeordnet ist, und daß die innere Formwalzeinrichtung und die hinter dieser angeordnete Formwalzeinrichtung in vorgegebenen Stellungen verbleiben.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streckspannung und die Banddicke gemessen und die Positionen der Formwalzen ausgehend von diesen Meßwerten eingestellt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bandparameter aus der Streckspannung und/oder der Banddicke gemessen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Streckspannung des Bandes durch eine Walzenplaniereinrichtung vor der Formwalzeinrichtung durch Messen der Planierbelastung der Walzenplaniereinrichtung ermittelt und die gemessene Belastung in die Streckspannung umgewandelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Formwalzeinrichtungen auf das Band ausgeübte Biegebelastung sowie die Position der Formwalzeinrichtungen auf dem Transportweg des Bandes während der Verformung gemessen wird und daß die Position der Formwalzeinrichtungen eingestellt wird, um das Verhältnis der Positionsänderung der Formwalzeinrichtungen zur Änderung der Biegebelastung so einzustellen, daß das gewünschte Restmoment erhalten wird.

8. Vorrichtung zum Herstellen von Schraubennahtrohren mit

a) einer einstellbaren Biegeeinrichtung (18,19,20) zum Umformen eines flachen Bandes in Wendelform mittels dreier Biegewalzen, die am Umfang des herzustellenden Rohrs sowie an den Ecken eines Dreiecks angeordnet sind, und mit

b) einer Schweißvorrichtung zum kontinuierlichen Verschweißen der schraubenförmigen Naht,

dadurch gekennzeichnet,

c) daß eine einstellbare Restmomentbiegewalze (37,41; 52,55; 61,62) zum Abstützen der Bandoberfläiche gegen das Zurückfedern des wendeiförmigen Bandes vorgesehen ist, so daß der Durchmesser gleich dem des fertigen Rohrs ist, und

d) daß die Biegemomentwalze (37, 41; 52, 55; 61, 62) am Austrittsende der Biegeeinrichtung (18 bis 20) und am Umfang des Rohrs angeordnet und in Richtung des Rohrradius verstellbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden anderen Formwalzeinrichtungen zu der ersten Formwalzeinrichtung einstellbar beweglich sind und daß eine Einrichtung zur Ermittlung der Eigenschaften des zu biegenden Bandes und zum Einstellen der Position mindestens einer der beiden beweglichen Formwalzeinrichtungen in Abhängigkeit von den ermittelten Eigenschaften vorgesehen ist. um die gewünschte Biegekraft auf das Band auszuüben.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler- und Einstelleinrichtungen nur die Position eines der beiden Formwalzeinrichtungen einstellt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegemomentwaizeneinrichtung eine äußere Biegemomentwalze aufweist, die auf der Außenseite des Umfangs des herzustellenden Rohrs angeordnet ist, und gegenüber der Bewegungsstrecke des Bandes hin- und herbewegbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegemomentwalzeneinrichtung eine innere Biegemomentwalze aufweist, die auf der Innenseite des Umfangs des herzustellenden Rohrs gegenüber der Bewegungsstrecke des Bandes hin- und herbewegbar ist.