DE3224308A1

DE3224308A1 - Verfahren zur herstellung eines gewellten, mehrschichtigen metallbalgs

Info

Publication number: DE3224308A1
Application number: DE19823224308
Authority: DE
Inventors: Cyril J. Ontario Astill; Peter Deep River Ontario Janzen
Original assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Current assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Priority date: 1981-09-09
Filing date: 1982-06-29
Publication date: 1983-03-24
Also published as: CA1148795A; FR2512360B1; GB2105621B; US4453304A; FR2512360A1; DE3224308C2; GB2105621A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines gewellten Metallbalgs.

Aus der US-PS 1 644 823 ist es bekannt, zuerst eine relativ dünne rohrförmige Wand der mechanischen Einwirkung zusammenwirkender Rollen auszusetzen, die an gegenüberliegenden Seiten der Rohrwand angeordnet sind, um eine sich in Längsrichtung erstreckende Reihe von beabstandeten ringförmigen Nuten um die Rohrwand herum zu formen; danach wird das Rohr durch Fluiddruck auswärts ausgedehnt, während teilbare Formstücke um die Rohrwand herum und in den Nuten angeordnet sind, um einen Balg zu formen.

Die US-PS 1 644 823 beschreibt zwar ein nützliches Verfahren für die Herstellung eines einschichtigen, einfach zu formenden dünnwandigen Metallbalges, doch besteht ein Bedürfnis für ein Verfahren zur Erzeugung eines mehrschichtigen Metallbalges mit starken Wänden zur Verwendung in Hochdrucksystemen, bei dem die Lagen gleichmäßig um die ringförmigen Nuten herum und zwischen diesen geschichtet sind, so daß sichergestellt wird, daß bei dem letzten hydraulischen Formvorgang das Material in jeder Lage um einen gleichen Betrag um die Faltungsscheitel und Wände herum gestreckt wird.

Wenn der Balg mehr als etwa 4 Falten aufweisen soll, ist es nicht möglich, die inneren Rollen gemäß der US-PS 1 644 823 in ausreichender Weise abzustützen, wenn die ringförmigen Nuten eines mehrschichtigen Rohrs oder eines Rohrs mit dicker Wand einwärts gewalzt werden.

Aus diesem Grund walzen viele Hersteller die ringförmigen Nuten in mehrschichtige Rohre ohne innere RohrabStützung. Diese ermöglicht es jedoch, daß jede Lage eine leicht unterschiedliche Form mit progressiv weniger Material in jeder Lage annimmt, so daß andererseits eine beträchtlich geringere axiale Länge an Rohr in der inneren Lage verbleibt, die hydraulisch

auf die gleiche Länge wie das Material in der äußeren Lage gestreckt werden muß.

Diese unkontrollierbaren Variablen des Herstellungsverfahrens führen zu ungleichmäßigen Prüfergebnissen beim Endprodukt.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung eines gewellten, mehrschichtigen Metallbalgs geschaffen, das sich dadurch auszeichnet,

a) daß in im wesentlichen koextensiver Weise eine Anzahl von rohrförmigen Metallschichten zur Bildung eines mehrschichtigen Rohres teleskopisch ineinander geschoben werden,

b) daß dann nacheinander von einem ersten Ende des mehrschichtigen Rohres intern in im wesentlichen der rohrförmigen Gestalt nur Teile des mehrschichtigen Rohres abgestützt werden, die in der Nähe gegenüberliegender Seiten jeweils einer Reihe von in Längsrichtung beabstandeten ringförmigen Nuten liegen, die einwärts in dem mehrschichtigen Rohr geformt werden, wobei jeder der Teile des mehrschichtigen Rohres durch eine Reihe von radial auslenkbaren Rollen auf einer Tragwelle abgestützt wird, die sich durch jedes Ende des mehrschichtigen Rohres hindurch erstreckt und an jedem Ende gehaltert ist,

c) daß während dessen nacheinander ausgehend von dem ersten Ende des mehrschichtigen Rohres jede der Reihen von in Längsrichtung beabstandeten ringförmigen Nuten mit gerundeten Ecken in dem mehrschichtigen Rohr einwärts gewalzt wird, während nur die Teile des mehrschichtigen Rohres in der Nähe gegenüberliegender Seiten derjenigen ringförmigen Nut in der im wesentlichen rohrförmigen Gestalt abgestützt sind, die im wesentlichen undeformiert bleiben, und während man das mehrschichtige Rohr in der Länge zur Berücksichtigung der Bildung der ringförmigen Nuten abnehmen läßt, die

Reihe der in Längsrichtung beabstandeten ringförmigen Nuten i) ringförmige Nuten in der Nähe äußerer Enden der Balgmanschetten bildenden Teile dös mehrschichtigen Rohrs bilden, sowie

ii) ringförmige Nuten an Stellen, an denen Wurzelteile von Wellungen an Positionesn zwischen in die Balgmanschetten formenden Teilen angeordnet werden,

d) daß dann das mehrschichtige Rohr von der Tragwelle und den radial auslenkbaren Rollen getrennt wird und beabstandete Wellungswurzelhalte- und scheitelformende Formstücke extern und umfangsmäßig um jede der ringförmigen Nuten, an" denen Wurzelteile der Wellungen anzuordnen sind, angebracht werden, daß die Formstücke voneinander beabstandet sind und im wesentlichen ebene Seiten aufweisen, die sich auswärts von dem mehrschichtigen Rohr und tangential von den inneren, die gerundeten Wurzeln haltenden Enden zu äußeren gerundete Scheitel formenden Endteilen erstrecken,

e) daß dann Endscheitelformungs-Formstücke extern und umfangsmäßig um jede der ringförmigen Nuten in der Nähe der äußeren Enden der Balgmanschettenformungsteile des mehrschichtigen Rohrs angebracht werden, daß die Endscheitelformungs-Formstücke von den Wellungswurzelhalte- und Scheitelformungs-Formstücken beabstandet sind und im wesentlichen ebene Seiten aufweisen, die sich auswärts von dem mehrschichtigen Rohr und tangential von den gerundeten Eckteilen weg erstrecken, die von den inneren Enden der Rohrteile, welche die Balgmanschetten bilden, zu äußeren gerundete Scheitel bildenden Endteilen führen,

f) daß dann die Bohrung des mehrschichtigen Rohrs mit einem Fluid unter Druck gesetzt werden, wobei die Formstücke in ihrer Position stehen, während die Enden des mehrschichtigen Rohrs zusammengedrückt werden, um die im wesentlichen undeformierten Teile auswärts auszubeulen, und zwar in der Nähe ringförmiger Nuten, wo Wurzelteile von Wellungen angeordnet werden sollen, um den im wesentlichen ebenen Seiten

der Formstücke zu folgen und um ringförmige Falten mit gerundeten Scheiteln zu formen,

g) daß dann alle Formstücke aus den ringförmigen Nuten entfernt werden,

h) daß dann Abstandsbeilagen um das mehrschichtige Rohr herum und zwischen die Falten angeordnet werden und das mehrschichtige Rohr in Längsrichtung komprimiert wird, bis alle Falten in Berührung mit den Abstandsbeilagen dazwischen gelangen und diese sanft halten,

i) und daß dann die in Längsrichtung angelegte Kompression von dem derart geformten mehrschichtigen Balg gelöst und die Beilagen davon entfernt werden.

Einige Ausführungsformen der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, daß die Enden des mehrschichtigen Rohrs dadurch zusammengedrückt werden, während die Bohrung des mehrschichtigen Rohrs mit einem Fluid unter Druck gesetzt wird, daß eines der Endscheitelformungs-Formstücke gegen Bewegung in Richtung der Längsachse des mehrschichtigen Rohrs gehaltenwird, während das andere Endscheitelformungs-Formstück in dieser Richtung und zu dem gehaltenen Endscheitelformungs-Formstück hin gedrückt wird.

Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, daß die radial auslenkbaren Rollen sich entlang ihrer Drehachse verjüngen und auf sich entsprechend verjüngenden, ringförmigen Tragflächen gehalten sind, um das mehrschichtige Rohr abzustützen, und daß die Rollen radial durch relative Bewegung entlang der Achse des mehrschichtigen Rohrs zwischen den Rollen und ihren Tragflächen zurückgezogen werden.

Einige Ausführungsformen der Krfindung zeichnen sich dadurch aus, daß beide Reihen von Rollen im Abstand gehalten sind und

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radial durch Bewegung einer Stützfläche, die eine Reihe von Rollen abstützt, von den anderen Stützflächen, die die andere Reihe von Rollen abstützen, zurückgezogen werden.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine Wand

eines herkömmlichen mehrschichtigen Balgs, wobei die Ringnuten ohne innere RohrabStützung einwärts gerollt wurden;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Endteiles

von vier rohrförmigen, teleskopisch und koextensiv ineinandergeschobenen Metallschichten, die durch radial auslenkbare Rollen auf einer Tragwelle gehalten sind und innerhalb einer Rolle angeordnet sind, die zum Einwärtsrollen ringförmiger Nuten in dem mehrschichtigen Rohr dienen, welches aus den rohrförmigen Metallschichten besteht;

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, wobei

die Walze bzw. die Rolle eine ringförmige Nut in dem mehrschichtigen Rohr in der Nähe von Teilen des mehrschichtigen Rohrs rollt, welche Balgmanschetten bilden;

Fig. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Ansicht, wobei

die Rolle und die radial auslenkbaren Rollen auf der Tragwelle weiter entlang des mehrschichtigen Rohrs in eine Position zum Rollen einer ringförmigen

Nut in dem mehrschichtigen Rohr bewegt sind, an welcher ein Wurzelteil einer Wellung an einer Position angeordnet werden soll, die zwischen den die Balgmanschetten bildenden Teile liegt;

Fig. 5 eine der Fig. 4 ähnliche Ansicht, wobei

die Rolle die ringförmige Nut in dem mehrschichtigen Rohr an einer Stelle walzt, an welcher ein Wurzelteil der Wellung angeordnet werden soll;

Fig. 6 eine seitliche Schnittansicht der die

Wellungswurzel haltenden und die Scheitel formenden Formstücke und der Endscheitel bildenden Formstücke, die in vielförmigen Nuten des mehrschichtigen Rohrs angebracht sind;

Fig. 7 eine der Fig. 5 ähnliche seitliche Schnitt

ansicht, nachdem die Bohrung des mehrschichtigen Rohrs unter Fluiddruck gesetzt wurde, während die Enden des Rohrs aufeinander zu gedrückt werden, um im wesentlichen nicht deformierte Teile des mehrschichtigen Rohrs zu Höckern bzw. Buckeln auszubeulen;

Fig. 8 eine seitliche Schnittansicht eines Teils

des in der Fig. 7 gezeigten mehrschichtigen Rohrs, nachdem die Formstücke weggenommen und Abstandsbeilagen zwischen den Höckern um das Rohr herum angeordnet wurden;

Fig. 9 eine der Fig. 8 ähnliche seitliche

Schnittansicht eines Teils des mehrschichtigen Rohrs, wobei jedoch die Enden zusammengedrückt sind, um die Abstandsbeilagen zwischen den Höckern sanft zu halten; und

Fig. 10 eine seitliche Schnittansicht des in

der Fig. 9 dadurch geformten Teils des mehrschichtigen Balgs, daß die die Enden des mehrschichtigen Rohrs zusammendrückende Kraft gelöst und die Abstandsbeilagen entfernt wurden.

In der Fig. 1 ist ein herkömmlicher mehrschichtiger Balg gezeigt, der vier Falten aufweist, deren Endstücke mit den Bezugszeichen 1 bis 4 bezeichnet sind, wobei die ringförmigen Nuten 5 und 7 in bekannter Weise einwärts gerollt wurden, ohne daß für die Falten 1 bis 4 eine innere Abstützung vorgesehen war.

Wie in der Fig. 1 zu sehen ist, erzeugt das in herkömmlicher Weise durchgeführte Einwärtswalzen der ringförmigen Nuten eine schlechte Schichtung und Leerräume zwischen den Schichten 1 bis 4 an den Seiten der ringförmigen Nuten 5 und 7. Dies beläßt weniger Material in den inneren Schichten durch Erzeugung eines progressiven Einwärtskriechens der Schichten 1 bis 4 zu den äußeren Schichten hin, so daß beim Formen des Balgs die inneren Schichten in größerem Maß gestreckt werden als die äußeren und dadurch geschwächt werden.

In den Fig. 2 bis 10 sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in der Fig. 1 bezeichnet.

Mit Bezug auf die Fig. 2 bis 10 wird ein Verfahren zur Herstellung eines gewellten, mehrschichtigen Metallbalgs gemäß der Erfindung beschrieben, das die folgenden Maßnahmen umfaßt:

a) teleskopisches Zusammenschieben in im wesentlichen koextensiver Weise einer Anzahl von rohrförmigen Metallschichtteilen, die mit den Bezugszeichen 1 bis 4 (Fig. 2) versehen ist, so daß ein mehrschichtiges Rohr 6 geformt wird;

b) aufeinanderfolgend von einem ersten Ende 8 des mehrschichtigen Rohrs 6 aus internes Abstützen in im wesentlichen rohrförmiger Gestalt von Teilen des mehrschichtigen Rohrs 6, die nur mit den Bezugszeichen 10 bis 16 (Fig. 3) versehen sind, welche angrenzend an gegenüberliegende Seiten jeder einer Reihe von in Längsrichtung beabstandeten, ringförmigen Nuten 18 bis 23 angeordnet sein sollen, welche in dem mehrschichtigen Rohr nach innen geformt werden sollen, wobei jeder der Teile 10 bis 16 des mehrschichtigen Rohrs 6 durch eine Reihe von radial auslenkbaren Rollen abgestützt ist, von denen zwei der einen Reihe gezeigt und mit den Bezugszeichen 24 und 25 bezeichnet sind und zwei der anderen Reihe ebenfalls gezeigt und mit den Bezugszeichen 26 und 27 bezeichnet sind, und diese Rollen auf einer Tragwelle 17 angeordnet sind, die sich durch das mehrschichtige Rohr 6 hindurcherstreckt und an jedem Ende eines mehrschichtigen Rohrs 6 durch Lager 28 und 29 (Fig. 3) gehaltert sind, während

c) mittels einer umlaufenden, nutformenden Rolle 9 von dem ersten Ende 8 des mehrschichtigen Rohrs 6 her jede der Reihe von in Längsrichtung beabstandeten ringförmigen Nuten 18 bis 2 3 mit gerundeten Ecken in dem mehrschichtigen Rohr 6 einwärts gerollt werden, wobei nur diejenigen Teile, beispielsweise 10 und 11 des mehrschichtigen Rohrs 6 angrenzend an gegenüberliegende Selten derjenigen ringförmigen Nuten, beispielsweise 18, in der im wesentlichen rohrförmigen Gestalt abgestützt werden, so daß sie im wesentlichen undeformiert bleiben, und wobei man das mehrschichtige Rohr 6 in der Länge abnehmen läßt, um die Bildung der ringförmigen Nuten 18 bis 23 zu gestatten, und wobei die Reihe der in Längsrichtung beabstandeten, ringförmigen Nuten 18 bis 23

i) ringförmige Nuten 18 und 23 (Fig. 3 und 4) in der Nähe äußerer Enden 30 und 31 des mehrschichtigen Rohrs 6 bilden, sowie

ii) ringförmige Nuten 19 bis 22 (Fig. 4 und 5) an Stellen, an welchen Wurzelteile der Wellungen an Positionen zwischen den die Balgmanschetten bildenden Teile 32 bzw. 33 angeordnet werden sollen;

d) danach Abtrennen des mehrschichtigen Rohrs 6 von der Tragwelle 17 und den radial auslenkbaren Rollen, wie 24 bis 27, und Anbringen beabstandeter, Wellungswurzelhalte-Formstücken und Scheitelbildungsformstücken 34 bis 37 (Fig. 6 und 7), und zwar außerhalb und umfangsmäßig um jede der ringförmigen Nuten 19 bis 22 herum, wobei an den Wurzelteilen der Wellungen die Formstücke 34 bis 37 im Abstand zueinander anzuordnen sind und im wesentlichen ebene Seiten, wie die Seiten 38 und 39 des Formstücks 34 aufweisen, die sich auswärts von dem mehrschichtigen Rohr 6 erstrecken und tangential weg von den inneren, die gerundeten Wurzeln bildenden Enden, wie dem Wurzelhalteteil 40 des Formstücks 34, zu äußeren, die gerundeten Scheitel bildenden Endteilen, die den Scheitel bildenden Teilen 42 und 43 des Formstücks 34;

e) dann werden die Scheitelformungs-Formstücke 44 und 45 (Fig. 6 und 7) außerhalb und umfangsmäßig jeweils um die ringförmigen Nuten 18 und 23 herum in der Nähe der äußeren Enden 30 und 31 der Balgmanschetten-Formungsteile 32 bzw. 33 des mehrschichtigen Rohrs 6 angebracht, wobei die Endscheitelformungs -Formstücke 44 und 45 im Abstand zu den Wellungswurzelhalte-Formstücken und den Scheitelformstücken 34 bis 37 angeordnet sind und im wesentlichen ebene Seiten, wie die Seite 48 des Endscheitelformungs-Formstücks 44 aufweisen, die sich auswärts von dem mehrschichtigen Rohr'6 und tangential zu den gerundeten Eckteilen 49 und 50 erstrecken, die von den inneren Enden 52 und 53 der Rohrteile 32 bzw. 33, welche die Balgmanschetten bilden, zu äußeren gerundeten Scheitelformungs-Endteilen

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54 des Endscheitelformungs-Formstücks 44 führen,

f) dann wird die Bohrung des mehrschichtigen Rohrs 6 mit einem Fluid unter Druck gesetzt, wobei die Formstücke 34 bis 37 und 44 und 45 in ihrer Position stehen, während die Enden 56 und 57 (Fig. 6 und 7) des mehrschichtigen Rohrs 6 zusammengedrückt werden, um die im wesentlichen nicht deformierten Teile 11 bis 15 nach außen auszubeulen, und zwar jeweils in der Nähe der ringförmigen Nuten 19 bis 22, wo die Wurzelteile der Wellungen anzuordnen sind, so daß sie den im wesentlichen ebenen Seiten der Formstücke 34 bis 37 und 44 bis 45 folgen und ringförmige Falten 58 bis 62 mit gerundeten Scheiteln, wie in der Fig. 7 gezeigt, bilden,

g) danach werden alle Formstücke 34 bis 37 und 44 und 45 aus den ringförmigen Nuten entfernt,

h) nun werden Abstandsbeilagen 64 bis 67 um das mehrschichtige Rohr 6 und zwischen die Falten 58 bis 62 eingesetzt, wie in der Fig. 8 gezeigt, und das mehrschichtige Rohr6 in Längsrichtung komprimiert, bis alle Falten 58 bis 62 in Kontakt mit den Abstandsbeilagen 64 bis 67 gebracht und halten diese sanft, wie in der Fig. 9 gezeigt,

i) schließlich wird der auf diese Weise geformte mehrschichtige Balg von der in Längsrichtung angelegten Kompression freigegeben und die Beilagen 64 bis 67 werden davon abgenommen, wie in der Fig. 10 dargestellt.

Für die rohrförmigen Metallschichten 1 bis 4 wurden genaue, in Längsrichtung nachgeschweißte Rohre verwendet, die nach dem in US-PS 4 207 453 beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, wobei die Nahtschweißungen voneinander in ümfangsrichtung versetzt sind.

Es ist wichtig, anzumerken, daß die Roll- bzw. Walzmaschine dazu gestaltet ist, in vertikaler Weise zu arbeiten, wie in den Fig. 2 bis 5 gezeigt. Die radial auslenkbaren Rollen 24 und 25 (Fig. 2) sind zwei aus einer Reihe von sieben ähnlich sich verjüngenden Rollen, die in gleichen Abständen um die Welle 17 durch Walzenkäfig-Abstandshalter angeordnet sind, wobei zwei eines Rollenkäfigs 78 gezeigt und mit den Bezugszeichen 69 und 70 bezeichnet sind. Die radial auslenkbaren Rollen 26 und 27 sind zwei aus einer Reihe von sieben ähnlich sich verjüngenden Rollen, die in gleichen Abständen um eine stationäre, axial festgelegte, sich verjüngende Welle 72 durch Rollenkäfig-Abstandshalter gehalten sind, von denen für den Rollenkäfig 78 zwei gezeigt und mit den Bezugszeichen und 74 bezeichnet sind. Die sich verjüngende Welle 72 weist einen Kragenteile 76 auf, wobei ein Hülsenabschnitt 77 des Rollenkäfigs 78 frei gleitend und drehbar darauf angebracht ist. An dem Hülsenabschnitt 77 des Rollenkäfigs 78 sind die Abstandshalter, wie 69, 70, 73 und 74 befestigt, welche die Rollen, wie 24 und 25, im Abstand zu den Rollen, wie 26 und 27 halten. Im Betrieb (Fig. 3) hält der Hülsenabschnitt 77 des Rollenkäfigs 78 die sich verjüngenden Rollen, wie 24 und

25 in einem geeigneten Abstand von den Rollen, wie 26 und 27, so daß die innerste Schicht 1 ohne Verdünnung des Materials geformt wird, wenn die ringförmigen Nuten 18 bis 23 gewalzt werden.

Die Welle 17 ist gleitend in der Bohrung 79 der sich verjüngenden Welle 72 aufgenommen. Die Welle 17 weist einen größeren sich verjüngenden Teil 80 auf, der im Betrieb die Rollen, wie 24 und 25, abstützt, sowie einen parallelen Teil 81, der gleitend in einem Lager 20 (Fig. 3) aufgenommen ist. Um die sich verjüngende Welle 72 herum ist eine Positionierhülse befestigt, um die richtige Positionierung der Rollen, wie

26 und 27, auf dem verjüngenden Teil sicherzustellen. Um den parallelen Teil der Welle 81 herum ist eine Positionierhülse 84 befestigt, um die korrekte Positionierung der Rollen, wie

24 und 25, auf dem sich verjüngenden Teil der Welle 80 sicherzustellen. Der ungewalzte Teil des mehrschichtigen Rohrs 6 ist in einem Spannfutter (nicht gezeigt) gehalten und wird während des Walzvorgangs gedreht. Die umlaufende, nutformende Rolle 9 ist drehbar in einem Schlitten (nicht gezeigt) montiert, der sie von der unwirksamen Position, wie in der Fig. gezeigt, zu der in der Fig. 3 gezeigten Betriebsposition bewegt. Wenn sie aus der unwirksamen Position vorgeschoben wird, beginnt die nutformende Rolle 9 sich zu drehen, wenn sie in Berührung mit dem rotierenden mehrschichtigen Rohr 6 gelangt; sie fährt fort, um die Oberfläche herum zu rollen, bis sie zu einem Halt mit voller Tiefe (nicht gezeigt) geführt wurde, wobei an diesem Punkt die ringförmige Nut mit der gewünschten Tiefe gewalzt wurde.

Wenn das mehrschichtige Rohr 6 aufgehört hat, sich zu drehen, wird das Spannfutter gelöst und die Einrichtung zum Nachuntenhalten der Welle 17 wird entfernt und axial weg von der sich verjüngenden Welle 72 bewegt. (Fig. 2). Während das mehrschichtige Rohr 6 genau in die nächste Stellung zum Walzen vorgeschoben wird, werden die sich verjüngenden Rollen, wie 24 und 25, durch die vorher gewalzte Nut in dem mehrschichtigen Rohr 6 nach innen gedrückt, und zwar in den Raum, der in der Nähe desjenigen Teils der Welle 17 gelegen ist, der durch die vollständige Zurückziehung der Welle 17 von der sich verjüngenden Welle 72 erzeugt wurde. Nachdem das mehrschichtige Rohr 6 in die entsprechende Position für die nächste Nut vorgeschoben worden 1st, wird die Welle 17 axial in die in der Fig. 5 gezeigte Betriebsposition bewegt. Um sicher zu stellen, daß die Rollen, wie 24 und 25, sich auswärts bewegen, um es zu gestatten, daß die sich verjüngende Welle 80 axial in die in der Fig. 3 gezeigte Position vorgeschoben wird, sind kleine Permanentmagneten (nicht gezeigt) in die Wand der nutformenden Rolle 9 eingebettet. Wenn sich die Welle 17 in der Betriebsposition befindet und das mehrschichtige Rohr 6 fest in dem Spannfutter (nicht gezeigt) ergriffen ist, ist die Maschine

dazu bereit, in Bewegung gesetzt, zu werden, um die nächste Nut zu walzen.

Dieses Verfahren wird wiederholt, bis alle der ringförmigen Nuten 18 bis 23 in das mehrschichtige Rohr 6 gewalzt worden sind.

Die Scheitelformungs-Formstücke 34 bis 37 und 44 und 45 sind entlang einer Durchmesserachse in Hälften gespalten und die Hälften sind in herkömmlicher Weise (nicht gezeigt) zusammen in den ringförmigen Nuten 18 bis 23 festgelegt, so daß sie daraus entfernbar sind. Es ist anzumerken, daß bei dieser Ausführungsform jedes benachbarte Paar von Scheitelformungs-Formstücken, wie die mit den Bezugszeichen 44 und 34 versehenen, benachbarte Hälften eines äußeren gerundeten Scheitels zwischen sich formen.

Die Enden 56 und 57 (Fig. 6 und 7) des mehrschichtigen Rohrs können dadurch aufeinander zu gedrückt werden, daß das Endscheitelf ormungs-Formstück 45 durch nicht gezeigte Mittel gegen eine Bewegung in Richtung der Längsachse des mehrschichtigen Rohrs 6 gehalten wird, während das Endscheitelformungs-Formstück 44 durch nicht gezeigte Mittel in dieser Richtung und zu dem gehaltenen Endscheitelformungs-Formstück 45 gedrückt wird, bis alle Scheitelformungs-Formstücke 34 bis 37 und 44 und 45 miteinander in Berührung stehen.

Die Beilagen 64 bis 67 können geeigneterweise jeweils zwei halbe Teile (nicht gezeigt) umfassen, die an einem Ende in schwenkbarer Weise wie ein Greifzirkel aneinander befestigt sind, so daß sie auf dem mehrschichtigen Rohr 6 zwischen den Falten 58 bis 62 (Fig. 8) aufgesetzt werden können.

Wenn das mehrschichtige Rohr 6 zu einem Balg geformt ist, können die Enden des mehrschichtigen Rohres 6 abgeschnitten werden, um diejenigen Teile zu entfernen, welche die ringförmigen Nuten 18 und 23 enthalten.

Untersuchungen haben gezeigt, daß der mehrschichtige Metallbalg dazu neigt, an den Wurzeln der Wellungen auszufallen. Dies führte zu der Vermutung, daß ein mehrschichtiger Metallbalg, deran den Wurzelteilen der Wellungen eine verhältnismäßig hohe Festigkeit aufweist, eine größere Betriebslebensdauer hat. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten mehrschichtigen Metallbälge haben diese Vermutung bestätigt.

Das Einrollen der Wurzeln der Wellungen gemäß der Erfindung durch die Nutformungsrolle 9 unter Unterstützung des mehrschichtigen Rohrs 6 durch die Rollen, wie 24 bis 27 (Fig. 3), konditioniert das Metall an den Wurzeln der Wellungen. Dieses Einwärtsrollen mit gleichzeitiger Unterstützung des mehrschichtigen Rohrs 6 härtet die äußeren Schichten des mehrschichtigen Rohrs 6 an den Wurzeln der Wellungen und diese sind die am meisten beanspruchten Teile des Balges im Betrieb und sind den schlimmsten Arbeitsbedingungen ausgesetzt. Die äußeren Schichten des mehrschichtigen Metallrohrs müssen an den Wurzeln der Wellungen von hoher Integrität sein, während die inneren Schichten an diesen Stellen als Träger für die äußeren Schichten betrachtet werden können. Sogar wenn eine oder mehrere der inneren Schichten ausfällt, funktioniert der Balg immer noch, solange die äußere Schicht nicht ebenfalls ausfällt.

Das Einwärtswalzen des mehrschichtigen Rohrs 6 gemäß der Erfindung weist einen weiteren Vorteil auf, daß eine vernachlässigbare Verdünnung der Schichten des Balgs insbesondere um die Wurzeln herum stattfindet, und zwar weil aufgrund einer guten Schichtung während des Einwärtswalzens das Strecken während des Auswärtsausbeulens der Falten durch den inneren Fluiddruck auf ein Minimum gebracht wird.

Ein weiterer Vorteil des Einwärtswalzens des mehrschichtigen Rohrs 6 gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Formung der Scheitelteile der Wellungen durch aufeinanderfolgende

Auswärtsausbeulung in dem Scheitelmaterial eine vernachlässigbare Bearbeitungshärtung und eine minimale Verdünnung verursacht, und zwar wegen der vernachlässigbaren Streckung während des Ausbeulungsvorgangs. Die Verteilung der Materialdeformation während der zyklischen Bearbeitung der Balgen wird daher rückgeordnet, um die hohe Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls an den Windungswurzeln zu beseitigen, wie es vorher bei einem Balg-Prüfprogramm festgestellt wurde.

Ein weiterer Vorteil des Einwärt swalzens gemäß der Erfindung besteht darin, daß der mehrschichtige Balg 6 aus einem Metall geformt werden kann, das zur Herstellung von Balgen zur bekannte Verfahren ungeeignet ist. Bei Inconel 600 (Warenzeichen) führen derzeit benutzte Verfahren entweder zu einer Arbeitshärtung des Materials an den falschen Stellen oder zu einer sehr geringen Arbeitshärtung. Bei Inconel 625 (Warenzeichen), (das eine höhere Streckgrenze aufweist und rascher arbeitshärtet) sind bekannte mechanische Formungsverfahren zur Herstellung von Balgen nicht geeignet. Die Korrosionsfestigkeitseigenschaften und die arbeitsgehärtete Streckgrenze dieser Materialien führen zu einer schwierigeren Bearbeitbarkeit, sie sind jedoch bei der Herstellung von Metallbalgen funktionell wünschenswerter.

Es sollte angemerkt werden, daß ein wesentliches Merkmal der Erfindung die Verwendung der Beilagen 64 bis 67 (Fig. 7) während der Längskompression des mehrschichtigen Rohrs 6 darstellt, da dieses Merkmal einen Balg bildet, der zwischen seinen Wurzeln Lücken aufweist, so daß der Wurzelradius durch Überkompression nicht deformiert werden kann.

Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zur Herstellung von Hochdruckbalgen für ungefähr 1,7 MPa (2500 psi), und zwar bis ungefähr 65 mm (2,5 Zoll) Innendurchmesser.

Erfindungsgemäße Balgen wurden mit den folgenden Daten erfolgreich hergestellt:

Rohrschichten aus Inconel 600 oder 625, je Schicht

Außendurchmesser der Schichtanordnung

Außendurchmesser der einwärts gewalzten Wurzel

Außendurchmesser der Windungskrone nach der hydraulischen Formung Tiefe der Windung

Steigung der Windung - nach dem Zusammenfallen

0,2 mm
28,5 mm

(0,008 Zoll) (1,120 Zoll)

25,4 mm (1,000 Zoll)

36,6 mm
5,6 mm

(1,440 Zoll) (0,220 Zoll)

5,1 mm (0,200 Zoll)

Hydraulische Formungsdrücke
3-schichtiges Inconel 600 4-schichtiges Inconel 600 3-schichtiges Inconel 625 4-schichtiges Inconel 625

31 Mpa (4500 psig)

34 Mpa (5000 psig)

38 Mpa (5500 psig)

41 Mpa (6000 psig)

Bei der Herstellung von gewellten, mehrschichten Balgen gemäß der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:

a) Die Tiefe der einwärts gewalzten Nuten und/oder der axiale Abstand zwischen den Nuten können ohne weiteres verändert werden, um eine Wellungsgestalt zu erzeugen, die für eine bestimmte Balganwendung besser geeignet ist.

b) Innerhalb praktischer Grenzen können die Anzahl der Falten oder die Wanddicke des Balges ohne weiteres praktisch verändert werden, und zwar aufgrund des neuartigen Verfahrens der internen Rollenabstützung für das mehrschichtige Rohr während des EinwärtswalzVorganges jeder Wellungswurzel.

c) Innerhalb praktischer Grenzen können die Anzahl der Wellungen (oder die Länge der, Balges) ohne weiteres verändert werden, und zwar aufgrund des neuartigen Verfahrens der internen Abstützung des mehrschichtigen Rohrs durch Walzen während des Einwärtswalzvorgangs der Faltungswurzel.

d) Die Beilagen können zwischen den die Wurzel haltenden und die scheitelformenden Formstücken und den den Endscheitel formenden Formstücken verwendet werden, um minimale Veränderungen der Wurzelgestalt während des hydraulischen Formungsvorgangs zu erhalten, so daß die präzise Entwicklung einer Wellüngsgestalt zur Anpassung an eine bestimmte Balganwendung ermöglicht wird.

Bei einigen Ausführungen der Erfindung weisen die Wurzelhalte- und Scheitelformungs-Formstücke leicht verjüngte ebene Seiten auf, die eine hydraulische Wicklung des mehrschichtigen Rohrs um den Wurzelradius der Formstücke um mehr als 180 gestatten. Bei dieser Ausführungsform verursachen die elastischen Restspannungen in dem mehrschichtigen Rohrmaterial eine axiale Ausdehnung des Balges, die eine Entfernung der Formstücke nach dem hydraulischen Formen gestattet. Dies gestattet eine weitere Beseitigung von Materialbeanspruchungen in dem Material des mehrschichtigen Rohrs, die während des Vorgangs auftreten kann, bei dem das mehrschichtige Rohr in Längsrichtung komprimiert wird, bis die Falten in Berührung mit den Abstandsbeilagen gebracht werden und diese sanft halten.

Claims

PATENTANWÄLTE

PATENT ATTOHUEYi

DR. WOLFGANG MÜLLER-BOR£ (PATENTANWALT VON 1927 - 1975) DR. PAUL DEUFEL, DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DtPL.-CHEM. WERNER HERTEL, DIPL-PHYS.

Hl/U-A 2640 29. Juni 1982

Verfahren zur Herstellung eines gewellten, mehrschichtigen Metallbalgs

Patentansprüche

M.J Verfahren zur Herstellung eines gewellten, mehrschichtigen Metallbalgs, dadurch gekennzeichnet ,

a) daß in im wesentlichen koextensiver Weise eine Anzahl von rohrförmigen Metallschichten zur Bildung eines mehrschichtigen Rohres teleskopisch ineinander geschoben werden,

b) daß dann nacheinander von einem ersten Ende deä mehrschichtigen Rohres intern in im wesentlichen der rohrförmigen Gestalt nur Teile des mehrschichtigen Rohres abgestützt werden, die in der Nähe gegenüberliegender Seiten jeweils einer Reihe von in Längsrichtung beabstandeten ringförmigen Nuten liegen, die einwärts in dem

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mehrschichtigen Rohr geformt werden, wobei jeder der Teile des mehrschichtigen Rohres durch eine Reihe von radial auslenkbaren Rollen auf einer Tragwelle abgestützt wird, die sich durch jedes Ende des mehrschichtigen Rohres hindurch erstreckt und an jedem Ende gehaltert ist, c) daß während dessen nacheinander ausgehend von dem ersten Ende des mehrschichtigen Rohres jede der Reihen von in Längsrichtung beabstandeten ringförmigen Nuten mit gerundeten Ecken in dem mehrschichtigen Rohr einwärts gewalzt wird, während nur die Teile des mehrschichtigen Rohres in der Nähe gegenüberliegender Seiten derjenigen ringförmigen Nut in der im wesentlichen rohrförmigen Gestalt abgestützt sind, die im wesentlichen undeformiert bleiben, und während man das mehrschichtige Rohr in der Länge zur Berücksichtigung der Bildung der ringförmigen Nuten abnehmen läßt, die Reihe der in Längsrichtung beabstandeten ringförmigen Nuten

i) ringförmige Nuten in der Nähe äußerer Enden der Balgmanschetten bildenden Teile des mehrschichtigen Rohrs bilden, sowie

ii) ringförmige Nuten an Stellen, an denen Wurzelteile von Wellungen an Positionen zwischen in die Balgmanschetten formenden Teilen angeordnet werden,

d) daß dann das mehrschichtige Rohr von der Tragwelle und den radial auslenkbaren Rollen getrennt wird und beabstandete Wellungswurzelhalte- und scheitelformende Formstücke extern und umfangsmäßig um jede der ringförmigen Nuten, an denen Wurzelteile der Wellungen anzuordnen sind, angebracht werden, daß die Formstücke voneinander beabstandet sind und im wesentlichen ebene Seiten aufweisen, die sich auswärts von dem mehrschichtigen Rohr und tangential von den inneren, die gerundeten Wurzeln haltenden Enden zu äußeren gerundete Scheitel formenden Endteilen erstrecken,

e) daß dann Endscheitelformungs-Formstücke extern und umfangsmäßig um jede der ringförmigen Nuten in der Nähe der

äußeren Enden der Balgmansche· ttenformungsteile des mehrschichtigen Rohrs angebracht werden, daß die Endscheitelformungs-Formstücke von den Wellungswurzelhalte- und Scheitelformungs-Formstücken beabstandet sind und im wesentlichen ebene Seiten aufweisen, die sich auswärts von dem mehrschichtigen Rohr und tangential von den gerundeten Eckteilen weg erstrecken, die von den inneren Enden der Rohrteile, welche die Balgmanschetten bilden, zu äußeren gerundete Scheitel bildenden Endteilen führen,

f) daß dann die Bohrung des mehrschichtigen Rohrs mit einem Fluid unter Druck gesetzt wird, wobei die Formstücke in ihrer Position stehen, während die Enden des mehrschichtigen Rohrs zusammengedrückt werden, um die im wesentlichen undeformierten Teile auswärts auszubeulen, und zwar in der Nähe ringförmiger Nuten, wo Wurzelteile von Wellungen angeordnet werden sollen, um den im wesentlichen ebenen Seiten der Formstücke zu folgen und um ringförmige Falten mit gerundeten Scheiteln zu formen,

g) daß dann alle Formstücke aus den ringförmigen Nuten entfernt werden,

h) daß dann Abstandsbeilagen das mehrschichtige Rohr herum und zwischen die Falten angeordnet werden und das mehrschichtige Rohr in Längsrichtung komprimiert wird, bis alle Falten in Berührung mit den Abstandsbeilagen dazwischen gelangen und diese sanft halten,

i) und daß dann die in Längsrichtung angelegte Kompression von dem derart geformten mehrschichtigen Balg gelöst und die Beilagen davon entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des mehrschichtigen Rohrs dadurch zusammengedrückt werden, während die Bohrung des mehrschichtigen Rohrs mit einem Fluid unter Druck gesetzt wird, daß eines der Endscheitelformungs-Formstücke gegen Bewegung in Richtung der Längsachse des mehrschichtigen Rohrs gehalten wird, während das andere Endscheitelformungs-

Formstück in dieser Richtung und zu dem gehaltenen Endscheitelf ormungs-Formstück hin gedrückt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial auslenkbaren Rollen sich entlang ihrer Drehachse verjüngen und auf sich entsprechend verjüngenden, ringförmigen Tragflächen gehalten sind, um das mehrschichtige Rohr abzustützen, und daß die Rollen radial durch relative Bewegung entlang der Achse des mehrschichtigen Rohrs zwischen den Rollen und ihren Tragflächen zurückgezogen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Reihen von Rollen im Abstand gehalten sind und radial durch Bewegung einer Stützfläche, die eine Reihe von Rollen abstützt, von den anderen Stützflächen, die die untere Reihe von Rollen abstützen, zurückgezogen werden.