DE3129903A1

DE3129903A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von rohren mit abschnittweise wechselnden aussen- und innendurchmessern

Info

Publication number: DE3129903A1
Application number: DE19813129903
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr.-Ing. 4330 Mülheim Pfeiffer; Horst Ing.grad. 4156 Willich Stinnertz; Fritz Dr.-Ing. 4050 Mönchengladbach Zeunert
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1981-07-24
Filing date: 1981-07-24
Publication date: 1983-02-10
Also published as: US4445354A; CA1193120A; IT8221700A1; IT1151582B; JPS5850113A; IT8221700A0; FR2510002A1

Description

Di^ Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Rohn-n mit abschnittweise wechselnden Außen- und ggfs. Innendurchmessern durch Reduzieren mittels in einem hin- und hergehenden Walzgerüst drehbar gelagerter zwangsangetriebenen Ringwalzen über einen,

In vielen Anwendungsbereichen werden Rohre mit Innen- und/oder außenverdickten Teillängen benötigt. Das gilt in besonderem flaße für ülfrVIdrohre, insbesondere für Bohrgestängerohre mit verdickten Enden. Rohrgestängerohre werden z. Zt. warmgewalzt, die verdickten Enden werden warn angestaucht und mechanisch bearbeitet. Die vorbearbeiteten Gewindeanschlußstiicke werden angeschraubt oder angeschweißt; die geforderte Endfestigkeit wird durch Vergüten erreicht. . .

Für diesen Prozeß ist der technische und finanzielle Aufwand sehr groß. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln, mit der dieser Aufwand" wesentlich reduziert werden kann und zwar durch Anwendung des Kaltpilgerverfahrens.

Es ist grundsätzlich bekannt, den Außendurchmesser von Rohran beim Ka-Ttpiltjiirn zu variieren (Deutsche Patentanmeldung 5S3 662). Dazu sind zwei Maßnahmen bekannt, nämlich das Verändern des V.'alzenabstandes"während des Ualzan eines Rohres und das Verändern der wirksamen Reduktionslänye eines l.'alzenkalibers. Letzteres läßt sich einmal durch Veränderung des wirksamen Kurbelradius erreichen, so daß zum Herstellen einer Außenverdickung auslaufseitig ein Teil der Kaliberlänge nicht gewalzt wird oder durch Verdrohen der Walzen durch eine Verstellung der Zahnstangen, so daß-auch hierbei ein Teil der Kaliberlänge nicht gewalzt wird. Beide bekannten Maßnahmen sind mit Nachteilen behaftet, so daß sie sich bisher in der Praxis nicht durchsetzen- konnten.

Die Veränderng des Walzenabstanden während des Walzens des Rotires erfordert ei non aufwendigen Maschinenbau. Die Kaliberweite ist dem größten Rohrdurchmessnr zuzuordnen und damit für den kleineren Rohrdurchmesser zu groß. Das bedeutet schlechte Rohroberfläche und ungünstüge Uniformeigenschaften. Das

Verfahren ist zudem ungeeignet für die bei Bohrrohren 'geforderton Durchmesserunterschiede.

Auch di-e Veränderung der wirksamen Reduktionslänge eines Walzenkali!>ers ist nachteilig. So erfordert die Veränderung des wirksamen Kurbelradius ebenfalls einen aufwendigen Maschinenbau. Außerdem ist im Bereich der Verdickung kein Glättkaliber vorhanden, so daß eine schlechte Rohrobcrfliiche zu erwarten ist. Das Verfahren ist für größere Durchmesserunterschiode wegen der hierfür erforderlichen Kaliberwelten und den damit verbundenen Uniform- und Qualitätsnachteilen ungeeignet.

Die Verdrehung der Walzen durch Zahnstangenverstellung zur Veränderung der wirksamen Reduktionslänge des Walzenkalibers bedeutet zwar einen ycrinycren maschinenbaulichen Aufwand, doch treten ansonsten die gleichen Nachteile auf, wie beim zuvor beschriebenen Verfahren.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zur Mcrstellu.oo unterschiedlicher Außendurchmesser unterschiedlich;.'.Kai iber angewendet werden, wobei jedem Kaliber eine Glättzone und mindestens ei non Kaliber eine zum Drehen bzw. Vorschieben des Rohres dienende Zone zugeordnet ist.

Während alle bekannten Kaltpilgerverfahren zur Herstellung unterschiedlicher Rohrdurchmesser lediglich mit einem Kaliber arbeiten, das cjanz oder bei Außenverdickungen teilweise in Eingriff kommt, liegt dar Erfindung der Gedanke zugrunde, auf einer Ringwalze mehrere Kalibor vorzusehen, wobei ein Kaliber definiert ist als eine geschlossene Uniformzone, die von einem definierten Luppenquerschnitt zu einem definierten Rohrquerschnitt führt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind zwei Kaliber vorgesehen, von denen zum Walzen des großen Außendurchmessers nur das erste Kaliber und zum Walzen des kleinen Außendurchmessers bzw. des Rohres während eines Genisthubes nacheinander das erste und mindestens ein Teil des zweiten Kalibers in Eingriff gebracht werden. Dieser Vorschlag gestattet in vorteilhafter Weise durch die Anordnung mehrerer unterschiedlicher Kaliber auf der Ringwalze zwischen den Kalibern Glättzonen vorzusehen, wodurch die Qualität der Rohroberfläche und die Geometrie der Übergangszone vom großen zum kloinen Außendurchmesser den bisher bekannten Verfahren weit überlegen 1st.

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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, drei Kaliber vorzusehen, wobei der große Außendurchmesser mit einem ersten fallenden Kaliber gewalzt, anschließend mit einem steigenden Kaliber ein erster Abschnitt des kleinen Außendurchmessers angewalzt und mit einem anschließenden weiteren fallenden Kaliber der kleine Außendurchmesser ausgewalzt wird. '

Mit diesem Verfahren läßt sich unter Beibehaltung der vorstehend erwähnten Vorteile die Länge der Obergangszone vom großen zum kleinen Außendurchmesser erheblich verringern. Außerdem kann bei diesem Vorschlag das Drehen und Vorschieben des Rohres im Auslauftotpunkt erfolgen, so daß sowohl beim Hin- als auch beim Rückhub des Gerüstes Verformungsabeit geleistet werden kann.

Günstigorwüise wird vorgeschlagen, daß die Glättzonc und/oder die zum Drehen bzw. Vorschieben des Rohres dienende Zone für zwei benachbarte Kaliber gemeinsam benutzt wird. Dadurch erhält man bei gegebenem Walzendurchmesser große Kaliberlängen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ringwal ze mit zwei Kalibern versehen ist, von denen das erste Kaliber stetig fallend verläuft, wobei der Anfang des Kalibers dem Luppendurchmesser und das Ende des Kalibers dem großen Außendurchmesser des Rohres entsprechend ausgebildet ist und der Anfang des ebenfalls stetig fallenden zweiten Kalibers dem großen Außendurchmesser und das Ende dieses Kalibers dem kleinen Außendurchmesser des Rohres entsprechend ausgebildet ist.

Durch diese Ausbildung ist ein gegebener Walzenumfang optimal zu nutzen und zwar dadurch, daß bei der großen Reduktion vom Luppen- zum Rohrquerschnitt die Addition beider Kaliber verwendet werden kann.

Eine andere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit drei Kalibern, die das Walzen kurzer Obergänge zwischen den Unterschiedlichen Durchmessern ermöglichen, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ringwalze mit einem ersten in walzrichtung steigenden und zwei weiteren

in Walzrichtung fallenden Kalibern versehen ist, wobei die Kaliber unterschiedliche Profile aufweisen. Dabei dient das in Walzrichtung steinende Kaliber zum Auswalzen des Rohres, während das in Walzrichtung fallende Kaliber zur Walzung der Verdickung vorgesehen ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der i?ber^ang vom Eingriff eines Kalibers zum Nächsten durch Verschiebung der die Wolznritzel antreibende Zahnstange erfolgt. Diese ansich bekannte Maßnahme ermöglicht in Verbindung mit dem erfindunnsgemäßen Verfahren eine maschinenbaulich einfache Vorrichtung, die der Wirtschaftlichkeit der Anlage und des Verfahrens zugute kommt.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Zahnstangenverstellung zur Minimierung der Luppen- und Dornstangenkräfte eine ständig oszilierende Bewegung ausführt. Vorzugsweise ist die oszilierende Zahnstangenverstellung in Abhängigkeit vom Walzprogramm einstellbar.

Zur Herstellung von Rohren mit innenverdickten Enden wird nach einem besonderen Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß der Dorn mit einem Bereich geringeren Durchmessers versehen ist, der durch Längsverschieben des Dornes in die Verformungszone bringbar ist. Der Dorn ist also in ansich bekannter Weise in eine Zone für das Walzen der Innenvcrdickung und in eine solche für das Walzen des eigentlichen Rohrquerschnittes aufgeteilt, wobei je nach Innendurchmesser die eine oder die andere Zone zur Wirkung kommt. Dieses ansich bekannte Verfahren bietet in Verbindung mit dem erfindungs-gemäßen Verfahren die Möglichkeit, in optimaler Weise innen- bzw. außenver-dickte Rohre herzustellen, was bisher lediglich durch Warmwalzen in wirt-schaftlicher Weise möglich war.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die dazu verwendete Vorrichtung werden anhand von Ausführungsbeispielen nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ringwalze mit zwei Kalibern, Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Ringwalze mit drei Kalibern,

Fig. B jeweils Schnitte durch den Walzspalt in den unterschiedlichen bis fa Kaliberbereichen gemäß F1g. 2.

In Fig. 1 ist die Ringwalze mit 1 bezeichnet, auf der zwei Abwälzbereiche 2 und 3 angeordnet sind. Dabei dient der erste Abwälzbereich 2 dem Reduzieren der Luppe auf eine Verdickung und der zweite Abwälzberoich 3 dem Reduzieren der Luppe auf den fertigen Rohrquerschnitt. Der erste Abwälzbereich 2 vom Einlauftotpunkt ETl zum Auslauftotpunkt ATl umfaßt den Schaltbereich 4 zum Drehen und Vorschieben des Rohres im Einlauftotpunktberoich, eine Leerzone ohne Kontakt zwischen Walzen und Rohr, die erste Umfornizone 5 zum Walzen der Verdickung und die erste Glättzone 6 zum Glätten der Verdickung. Zum Anwalzen des Rohrdurchmessers wird die Walze 1 bei vorzugsweise ausgeschaltetem Rohrvorschub, aber laufendem Walzwerk, so verdreht, daß schrittweise der zweite Abwälzbereich 3 mit den Totpunkten ET2-AT2 in Eingriff gebracht wird* Der zweite Abwälzbereich 3 umfaßt den zweiten Schaltbereich 7, die Umform- und Glättzone 5 und 6 zum Walzen der Verd.ickung, sowie die zweite Umformzone 8 zum Reduzieren der Verdickung auf den Rohrdurchmesser und die zweite Glättzone 9 zum Glätten des Rohres.

Ein Arbeitszyklus für das Walzen eines Rohres geschieht nach diesem Ausführungsbeispiel wie folgt:

Zunächst rollt der erste Abwälzbereich 2 auf dem Walzgut ab. Im ersten Schaltbereich 4 wird das Rohr gedreht und vorgeschoben, wobei das Walzgut vom nicht dargestellten Dorn gelöst wird. Mit einem Kaliberduchmesser, der etwas größer als der Luppendurchmesser ist, wird nun das Walzgut ohne Kontakt mit der Walze bis zum Beginn der ersten Umfornizone 5 überrollt. Diese Zone entspricht dem Verstell bereich der Walzen 1. Die erste Umformzone 5 v/alzt nun den Luppendurchmesser auf den Durchmesser der Verdickung auf der geforderten Länge. Anschließend beginnt die Verdrehung der Walze 1 bei vorzugsweise ausgeschaltetem Vorschub, wobei die zweite Umformzone 8 schrittweise in das Walzgut eintaucht. Hierbei wird durch die schrittweise Reduktionszunahme eine kegelförmige Übergangszone der schon gewalzten Verdickung zum entstehenden Rohr erzeugt. Hat hierbei .die Walze den zweiten Abwälzbereich 3 erreicht, wird ggfs. der Vorschub wieder eingeschaltet und der eigentliche Rohrquerschnitt wird auf seiner vollen Länge gewalzt. Dies geschieht bei jedem Gerlisthub in zwei Stufen, nämlich mit der ersten Umformzone 5 von der Luppe auf die Verdickung, mit der zweiten Umformzone 8 von der Verdickung auf das Rohr. Ist die vorgesehene Rohrlänge ausgewalzt, wird die Walze 1 wieder auf den ersten Abwälzbereich zurückgedreht,

das hintere verdickte Ende wird gewalzt und ein Arbeitszyklus ist damit abgeschlossen. Die Verdrehung der Walze erfolgt dabei in herkömmlicher Weise durch Verschieben der Zahnstange für den Walzenantrieb.

In Fig. 2 ist die Ringwalze ebenfalls mit 1 bezeichnet. Bei diesum freispiel ist die Ringwalze mit drei Kalibern 11, 12 und 13 versehen. Das Kaliber 11 dient zum Walzen des verdickten Rohrstückes, wobei der Gerüsthub vom Einlauftotpunkt ETl bis zum Auslauftotpunkt ATI reicht. Wogen der hierbei auftretenden geringen Duchmesser- und Wandreduktion des Rohres ist kein echtes Kaliber erforderlich. Das Kaliber 11 weist deshalb einen sich nicht verjüngenden Verlauf auf, wobei die Kalibertiefe dem Durchmesser des verdickten Endes des Rohres und die Kaliberweite dem Durchmesser der Luppe entsprechend gegeben sind. Das Kaliber im Bereich der Schnitteben'? Λ-Λ ist in Fig. 3 dargestellt, dabei ist mit Rl die obere Ringwalze und mit R2 die untere Ringwalze bezeichnet, das Kaliber ist bei 14 angedeutet. Der Rohrquerschnitt ist mit 15 beziffert, der Dorn mit 16.

Ist die Verdickung des Rohres auf der erforderlichen Länge ausgewalzt, wird ohne Stillstand des Walzgerüstet, jedoch vorzugsweise bei ausgeschaltetem Luppenvorschub, das Ringwalzenpar Rl, R2 durch Verschieben der Zahnstange soweit gedreht, bis der Gerüsthub durch den Ein! auf totpunkt ET2 und d?:n Auslauftotpunkt AT2 gekennzeichnet ist. Während des Verdrehens der Ri ngwalzen Rl, R2 ohne Luppenvorschub von der Position ETl bis ATl in Position ET2 bis AT2 erzeugt das Kaliber 2 eine örtliche Durchmesserverminderung hinter dem verdickten Rohranfang. Nach Einschalten des Luppevorschubs wird nun eine Rohrlänge ausgewalzt, die ca. der Länge des Kalibers 12 entspricht.

In Fig. 4 ist der Querschnitt durch das Kaliber und das Rohr im Bereich des Einlauftotpunktes ET2 dargestellt. Es ist erkennbar, daß anschließend an das verdickte Rohrstück, das Rohr eine erhebliche Verringerung des Au3endurchmessers erfahren hat.

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Durch allmähliches Weiterdrehen der Ringwalzen 1, 2 mit Hilfe der Zahnstangen in die Position Einlauftotpunkt ET3 bis Auslauftotpunkt AT3 ohne Vorschub, wird nun die Voraussetzung für das Walzen des eigentlichen Rohrquerschnittes geschaffen. Die Position ET3 bis AT3 ist die Position für den normalen Walzprozeß des Rohrquerschnittes mit dem Kaliber 13, mit dem nun die volle Länge des eigentlichen Rohres bis zum Beginn dos Obergangs zum hinteren verdickten Ende ausgewalzt wird. Das hintere verdickte Ende kann nun durch weitere Rotation in Position ETl bis ATl gewalzt werden.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch das Kaliber und das Rohr im 3ereich des Einlauftotpunktes ET3 also zu Beginn des Walzvorganges des eigentlichen Rohres. F1g. 6 zeigt das Kaliber und das Rohr 1m fertigen Zustand, etwa im Bereich des Glättkalibers. ·

Mit dem hier beschriebenen Vorgang ist ein Arbeitszyklus für ein Rohr geschlossen und das nächste Rohr kann unmittelbar anschließend begonnen werden.

Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Walzverfahren ist der, daß aer Walzprozeß ohne Stillsetzen des Walzwerkes durchführbar 1st, so daß eine hohe Wirtschaftlichkeit erreichbar 1st. Das zweite beschriebene Verfahren ist für das Drehen und Vorschieben der Luppe im Aus!auftotpunktbereich konzipiert.

In ansich bekannter Weise erfolgt das Verdrehen der Walzen in die unterschiedlichen Arbeitspositionen über eine Zahnstangenverstelluny, wobei es denkbar ist, die Zahnstangenverstellung dazu zu nutzen, bei jedem Hub des Walzgerüstes eine geringfügige oszilierende Zahnstangenbewegung zu erzeugen. Diese Bewegung wird so festgelegt, daß die momentane Fließscheiden- -geschwindigkeit und die momentane Ritzel Umfangsgeschwindigkeit aneinander so angepaßt werden, daß. die Lä'ngskräfte am Vorschubschlitten und in der Dornstange minimiert werden. Dieses Verfahren 1st besonders vorteilhaft, wenn der Luppenvorschub, wie ansich bekannt, ganz oder teilweise im Auslauftotpunkt erfolgt. Durch diese Maßnahme können die grundsätzlichen Vorteile des ganzen oder teil weisen Vorschubs im Auslauftotpunkt verbunden mit den Vorteilen einer relativ einfachen erfindungsgemäßen Kalibrierung leistungssteigernd und maschinenschonend voll ausgeschöpft werden.

Claims

.Meissner <k^: Meissner

PATENTANWALTS BÜ RO

PATENTANWÄLTE. DIPL-ING. W. MEISSNER (1980) DIPL-ING. P.E. MEISSNER DIPL-ING. H.-J. PRESTING

Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt Professional Representatives before the European Patent Office

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen HERBERTSTR. 22. 1000 BERLIN 33

M/Go. 21 461 24. Juli 1981

Mannesmann AG
Mannesmannufer 2
Düsseldorf 1

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Rohren mit abschnittweise wechselnden Außen- und Innendurchmessern.

Patentansprüche;

Verfahren zum Herstellen von Rohren mit abschnittweise wechselnden Außen- und gegebenenfalls Innendurchmessern durch Reduzieren mittels in einem hin- und hergehenden Walzgerüst drehbar gelagerter zwangsangetriebenen Ringwalzen über einen Dorn, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung unterschiedlicher Außendurchmesser unterschiedliche Kaliber im Walzensatz angewendet werden, wobei jedem Kaliber eine Glättzone und mindestens einem Kaliber eine zum Drehen bzw. Vorschieben des Rohres dienende Zone zugeordnet 1st.

TELEX: TELEGRAMM: TELEFON BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO: 1-85644 INVENTION BERLIN BERLINER BANK AQ. P. MEISSNER, BLN W Invtn d BERLIN 030/991 80 37 BERLIN 31 .404737-103 030/B913028 3098710000

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß zwei Kaliber vorgesehen sind, von denen zum Walzen dos großen Außnndurchmessers nur das erste Kaliber und zum Walzen des kleinen Außendurchmessers bzw. des Rohres während eines Gerüsthubes nacheinander das erste und mindestens ein Teil des zweiten Kalibers in Eingriff gebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß drei Kaliber vorgesehen sind, wobei der große Außendurchmesser mit einem ersten fallenden Kaliber gev/alzt, anschließend mit einem steigenden Kaliber ein erster Abschnitt des kleinen Außendurchmessers angewalzt und mit einem anschließenden weiteren fallenden Kaliber der kleine Außendurchinesser ausgewalzt wird.

"4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Glättzone und/oder die zum Drehen bzw. Vorschieben des Rohres dienende Zone für zwei benachbarte Kaliber gsmeinsam benutzt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I und 2, • dadurch gekennzeichnet,

daß die Ringwalze (1) mit zwei Kalibern (2, 3) versehen ist, von denen das erste Kaliber (2) stetig fallend verläuft, wobei der Anfang des Kalibers dem Luppendurchmesser und das Ende des Kalibers dem großen Außendurchmesser des Rohres entsprechend ausgebildet ist und der Anfang des ebenfalls stetig fallenden zweiten Kalibers (3) dem großen Außen-.durchmesser und das Ende dieses Kalibers dem kleinen Außendurchmessers des Rohres entsprechend ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ringwalze (1) mit einem ersten (11) in Walzrichtung steigenden und zv/ei weiteren in Walzrichtung fallenden Kalibern (12, 13) versehen ist, wobei die Ka-liber (11, 12, 13) unterschiedliche Profile aufweisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der übergang vom Eingriff eines Kalibers (2, 3, 11, 12, 13) zum nächsten durch Verschiebung der die Walzenritzel antreibenden Zahnstange erfolgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstangenverstellung zur Minimierung der Luppen- und Dornstangenkräfte eine ständig oszilierende Bewegung ausführt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die oszilierende Zahnstangenbewegung in Abhängigkeit vom Walzprogramm einstellbar ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Rohren mit innenverdickten Enden der Dorn (16) mit einem geringeren Durchmesserbereich versehen ist, der durch Längsverschieben des Dornes in die Verformungszone bringbar ist.