DE3405641A1 - Verfahren zum ziehen eines nahtlosen metallrohres - Google Patents

Description

Klaus-Peter Uhlmann 15.Febr.1984

Verfahren zum Ziehen eines nahtlosen Metallrohres

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ziehen eines nahtlosen Metallrohres nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Kupferrohrfertigung für den Sanitärbereich wird üblicherweise von einem Preßblock bzw. Walzblock ausgegangen, der zu einem Rohr gewalzt oder gepreßt wird. Dieses sogenannte Preß- oder Walzrohr wird in nachgeschalteten Kaltverarbextungseinrichtungen auf einen geringeren Querschnitt reduziert und anschließend auf das Endmaß heruntergezogen. Da das Gewicht des Preß- oder Walzblockes nicht unendlich hoch gewählt werden kann, liegen bei den anschließenden Kaltverarbeitungsvorgängen relativ kurze Rohrlängen vor. Die Wirtschaftlichkeit dieses bisher kostengünstigsten Rohrherstellungsverfahrens kann noch verbessert werden, wenn es gelingt, das Verhältnis von Ziehzeiten zu Nebenzeiten zu verbessern. Unter Nebenzeiten versteht man die Zeit, die bei der Vorbereitung des Rohres vor dem Ziehen verstreicht. Dazu gehören beispielsweise Einfüllen eines Ziehöls, Einführen des Dornes, Anformen der Ziehangel, Einführen der Ziehangel in die Matrize und Fassen der Ziehangel mit. der Ziehzange. Diese Arbeitsgänge müssen vor jedem Zug durchgeführt werden.

Aus der DE-OS 26 23 385 ist ein Verfahren der eingangs erwähnten Art beschrieben, bei dem in die zu ziehende Rohrlänge die entsprechend ihrer Zuordnung zu den Matrizen hintereinander angeordneten und lösbar miteinander verbundenen Dorne eingeführt werden, wonach die Rohrlänge angespitzt und durch die erste Matrize hindurchgeführt wird. Das Rohr wird so weit gezogen, bis der zur ersten Ziehmatrize gehörige erste Dorn seine Lage während des Ziehvorgangs erreicht hat. In diesem Augenblick werden die übrigen Dorne vom ersten Dorn getrennt und der nächsten Ziehstufe zugeführt, wobei sich die Arbeitsgänge bis zur vorletzten Ziehstufe wiederholen. Bei diesem Verfahren wird für mehrere Ziehstufen das Einfüllen von Ziehöl und das Einführen der Dorne nur einmal durchgeführt und in sofern konnten die Nebenzeiten verringert werden. Hierbei ist aber zu bedenken, daß bei mehr als beispielsweise vier Zügen in einem Arbeitsgang die Ziehangel bedingt durch den Querschnitt der letzten Ziehmatrize so dünn wird, daß sie die Zugkräfte nicht zu übertragen vermag. Auch wird die Ziehangel vor jedem Zug so stark deformiert, daß die Einführung in die nächste Ziehstufe manchmal unmöglich ist. Sind die Zugglieder beispielsweise sogenannte Schlittenziehmaschinen, bedeutet das bei diesem Verfahren, 'daß hinter jeder Matrize die Ziehangel neu verformt werden muß, da der Durchmesser der Ziehangel bei der Verwendung von Schlittenziehmaschinen dem Durchmesser des gezogenen Rohres weitestgehend entsprechen muß, da sonst die Ziehbacken der Schlittenziehmaschine die Ziehangel nicht fassen können.

In einer modernen Rohrfertigung besteht der erste Kaltarbeitsgang an dem Preß- oder Walzrohr aus einem Pilgerwalzen, in dem mehrere Walz- oder Preßrohre gemeinsam gepilgert werden. Bei diesem Pilgerverfahren sind maximale Querschnittsabnahmen möglich. Das Pilgerrohr wird anschließend in mehreren Trommelzügen bis auf das notwendige Endmaß heruntergezogen. Der Nachteil des sogenannten Trommelziehverfahrens ist darin zu sehen,

daß die jeweils gezogene Rohrlänge in einem korbartigen Behälter gelagert wird und dann der nächsten Ziehstufe zugeleitet wird. Arbeitet man beispielsweise mit einer Ziehtrommel, so benötigt man für eine wirtschaftliche Fertigung eine Vielzahl von korbartigen Behältern. Der Grund hierfür liegt darin, daß um häufigen Matrizenwechsel zu vermeiden, zunächst eine größere Anzahl von Pilgerrohren heruntergezogen wird, wobei jede Rohrlänge in einem korbartigen Behälter gelagert wird. Die korbartigen Behälter werden auf einer Bahn geführt und gelangen auf ihrem Wege wieder zur Ziehtrommel zurück. In diesem Augenblick wird die Ziehmatrize gewechselt und sämtliche im Umlauf befindlichen Rohrlängen werden auf das nächste Maß heruntergezogen. Diese Vorgehensweise wiederholt sich bis die gewünschte Endabmessung erreicht ist. Neben dem relativ hohen maschinellen Aufwand ist ein weiterer Nachteil dieses Trommelziehverfahrens darin zu sehen, daß es zu Ungleichwandigkeiten des Rohres kommt. Darüber hinaus wird das Rohr auf der Trommel oval verformt.

Aus diesem Grunde wäre es wünschenswert, Rohre im sogenannten Geradeauszug zu fertigen. Dies ist bisher an der relativ geringen Maximalgeschwindigkeit der sogenannten Schlittenziehmaschinen von 150 m pro Minute aus wirtschaftlichen Gründen gescheitert.

Gegenüber dem Trommelziehverfahren hat das Geradeausziehen noch den Vorteil, daß die maximalen Querschnittsabnahmen höher gewählt werden können. So sind beim Geradeausziehen Querschnittsabnahmen von bis zu 40 % möglich, wogegen beim Trommelziehen maximale Querschnittsabnahmen von 35 % auftreten, da ein Teil der für die Verformung erforderlichen Kraft zum Biegen des Rohres notwendig ist. Durch das Geradeausziehen könnten aus diesem Grund beispielsweise ein oder mehrere Züge eingespart werden.

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Der vorliegenden Erfindung liegt, von daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, nahtlose Rohre in einem kontinuierlichen Arbeitsgang in wirtschaftlicher Weise in mehreren Ziehstufen geradeaus zu ziehen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch das im Kennzeichen des Anspruchs 1 Erfaßte gelöst. Dadurch, daß die Ziehangel gestuft angeformt wird und die Durchmesser der Abstufungen in gleicher Weise abnehmen wie die lichten Weiten der hintereinander angeordneten Ziehmatrizen, braucht die Fertigung nach dem Einfädeln der zu ziehenden Rohrlängen in die erste Matrize nicht mehr angehalten zu werden. Die Zugglieder bei den ersten Ziehstufen, d.h. bei Geschwindigkeiten bis zu 150 m pro Minute können sogenannte Schlittenziehmaschinen sein. Bei den letzten Ziehstufen wird man vorteilhafterweise sogenannte Rollenabzüge verwenden, die aus mindestens drei hintereinander angeordneten Rollen bestehen, die sowohl in Längs- als auch in Querrichtung des Rohres versetzt zueinander angeordnet sind. Ein solcher Rollenabzug ist beispielsweise in der DE-PS 26 35 615 beschrieben. Eine derartige Rollenabzugsvorrichtung ist imstande, Rohre mit einer Geschwindigkeit von bis zu 400 m pro Minute geradeaus abzuziehen.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird jede Abstufung durch Kaltziehen oder Hämmern angeformt. Dabei wird im wesentlichen der Durchmesser des anzuspitzenden Rohres reduziert, wogegen die Wanddicke nur geringfügig abnimmt. Will man dagegen größere Wanddickenabnahmen erzielen, so ist es vorteilhaft, das Kaltziehen oder Hämmern über einen Dorn vorzunehmen. Die Dorne für jede Ziehstufe werden vor dem Anformen der Ziehangel in das Ende des Rohres eingebracht. Um zu verhindern, daß insbesondere die kleineren Dorne sich verlagern und sich unter Umständen

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in der falschen Ziehstufe festsetzen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die mit einer längsaxialen Bohrung versehenen Dorne mit Abstand zueinander auf einer Stange anzuordnen und gemeinsam in das Ende des Rohres einzuschieben. Wichtig ist, daß die Dorne relativ fest auf der Stange angeordnet sind, damit sie gemeinsam mit der Stange unter Beibehaltung ihres längsaxialen Abstandes zueinander von dem in der Ziehmatrize festsitzenden Dorn abgetrennt werden können. Aus diesem Grunde ist es sinnvoll, eine Stange zu verwenden, deren Durchmesser ebenfalls leicht abgestuft ist. Die Innenbohrungen der einzelnen Dorne sind diesen Abstufungen angepaßt. Hinter jedem Dorn könnte ein festsitzender Gummiring auf der Stange aufsitzen, der eine Verschiebung der Dorne verhindert.

Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele sowie der Tabellen 1 und 2 näher erläutert.

In der Fig. 1 ist mit 1 ein Kupferrohr bezeichnet, beispielsweise ein kaltgepilgertes Rohr mit einer Länge von ca. 90 m, einem Außendurchmesser von 55 mm und einer Wanddicke von 2,3 mm. In das Ende dieses Rohres 1 wird zunächst eine Portion Ziehöl eingebracht, eine Delle 21 eingeformt und anschließend sechs Dorne 2a, 2b, 2c, 2d, 2f gegen die Delle geschoben. Die Abmessungen der Dorne 2a bis 2f sind auf die einzelnen Ziehstufen abgestimmt. Die Dorne 2a bis 2f sind auf eine Stange 3 aufgefädelt, die von links nach rechts gesehen leicht abgestuft ist. Nach dem Einführen der Dorne 2a bis 2f wird an das Ende des Kupferrohres 1 eine ZiehangeL angeformt. Das Anformen der Ziehangel 4 geschieht zweckmäßi-

30 gerweise durch Hämmern oder durch Kaltziehen.

Gemäß der Lehre der Erfindung ist die Ziehangel 4 abgestuft ausgebildet. Die Abstufungen 4a, 4b, 4c, 4d, 4e und 4f wer-

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den nacheinander angeformt und sind bezüglich ihres Durchmessers auf die lichten Weiten der hintereinander angeordneten Ziehmatrizen 5 abgestimmt. Die Länge der einzelnen .Abstufungen 4a bis 4f entspricht jeweils der Länge einer üblichen Ziehangel. Die Wanddicke im Bereich der einzelnen Abstufungen 4a bis 4f kann gleich oder auch geringer als die Wanddicke des Kupferrohres 1 sein. Wesentlich ist jedoch, daß der Querschnitt im Bereich der einzelnen Abstufungen 4a bis 4f ausreichend ist, um die notwendige Zugkraft zu übertragen.

Die so angeformte Ziehangel wird nun durch eine Matrize 5 hindurchgeführt bis die Abstufung 4a teilweise aus der Matrize 5 herausragt. Der Durchmesser der Abstufung 4a entspricht also der lichten Weite der Matrize 5 bzw. ist geringfügig kleiner. Hinter der Ziehmatrize 5 ist ein Klernmbackenpaar 6 einer Schlittenziehmaschine angeordnet, welches an dem Rohr 1 in dem Bereich der Abstufung 4a angreift und das Rohr 1 durch die Ziehmatrize 5 hindurchzieht. Dabei wird der Dorn 2a in dem Bereich der Matrize 5 transportiert und nimmt die für den Ziehprozeß erforderliche Lage ein. In diesem Augenblick wird mittels einer hinter der Matrize 5 angeordneten Eindellvorrichtung 7 in dem Kupferrohr 1 eine Delle 8 erzeugt, die die Dorne 2b bis 2f sowie die Stange mitnimmt. Dieser Vorgang wiederholt sich bei den nächsten drei Ziehstufen, wobei die Dorne 2b, 2c und 2d in den entsprechenden Matrizen hängenbleiben, wogegen die restlichen Dorne mit der Stange 3 mitgenommen werden.

Bei den letzten zwei Ziehstufen 16 und 17 (Figur 4-6) ist das Zugglied jeweils eine sogenannte Rollenabzugsvorrichtung. Nach dem Hindurchführen der Ziehangel durch die Matrize 9 und nachdem das Rohr 1 mittels eines verfahrbaren Zuggliedes 22 eine bestimmte Länge durch die Matrize 9 gezogen wurde, werden die Rollen 10 zusammengefahren, so daß sie das Rohr greifen. Die Rollen 10 sind angetrieben und vermögen das

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Kupferrohr 1 durch die Matrize 9 hindurchzuziehen. Auch bei der Ziehstufe 16 hinter der Matrize 9 ist eine Dellvorrichtung 7 vorgesehen, die eine Delle 8 in dem Kupferrohr 1 erzeugt, welche den Dorn 2f mit der Stange 3 mitnimmt. Nachdem die Abstufung 4f durch die letzte Matrize 9 hindurchgeführt und von den Rollen 10 der letzten Ziehstufe gefaßt und der Dorn 2f seine Lage eingenommen hat, wird die Geschwindigkeit der Anlage auf das zulässige Maß erhöht und der Ziehvorgang wird durchgeführt. Beim Erhöhen der Geschwindigkeit wird mittels der fliegenden Säge 20 die Ziehangel 4 abgetrennt. Der gesamte Einfädelungsvorgang läuft vollautomatisch ab und dauert etwa 1 Minute. Es wird nur eine Person zur Bedienung einer oder mehrerer Anlagen benötigt, die während des Ziehvorgangs die vorbereitenden Arbeiten, wie Ziehöl einbringen, Dorne einbringen und das Anformen der Ziehangel durchführt.

Die Figur 6 zeigt einen schematischen Ablauf der Ziehstraße. Das Kupferrohr 1, in dessen Ende die Dorne 2a bis 2f sowie eine Portion Ziehöl eingeführt worden ist, wird in einer Formvorrichtung 11 mit einer Ziehangel gemäß Figur 1 versehen. Das so vorbereitete Kupferrohr 1 wird dann in die Ziehstraße eingebracht, die aus den einzelnen Ziehstufen 12 bis 17 besteht. Jede Ziehstufe setzt sich aus einer Matrize sowie einem Zugglied zusammen. Bei den Ziehstufen 12 bis 15 sind die Zugglieder sogenannte Schlittenziehvorrichtungen, wogegen die Zugglieder bei den Ziehstufen 16 und 17 wegen der höheren Geschwindigkeit des durchlaufenden Kupferrohr, es sogenannte Rollenabzugsvorrichtungen sind. Die Ziehstufen bis 16 weisen noch die Eindellvorrichtungen 7 auf. Nach dem Austritt aus der letzten Ziehstufe 17 kann das Kupferrohr 1 mittels einer fliegenden Säge 20 geschnitten werden oder aber zu Ringbunden 18 gewickelt werden. Anhand der nachfolgend aufgeführten Tabellen 1 und 2 lassen sich die Querschnittsänderungen sowie die Ziehgeschwindigkeiten direkt ablesen.

Aus der Figur 7 läßt sich beispielsweise für ein Rohr mit

den Abmessungen 15 χ 0,95 mm und einer Äbzugsgeschwindigkeifc hinter der letzten Ziehmatrize die Stundenleistung (Ordinate) in Abhängigkeit von der Einziehzeit (Abszisse) für verschiedene Gewichte des Rohres (Parameter) ablesen. So wird z.B. bei einem Gewicht von 300 kg und einer Einziehzeit (Nebenzeit) von 1 Minute die Leistung der Fertigungsstraße 5000 kg/h betragen.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Vorgehens ist noch darin zu sehen, daß gegenüber der herkömmlichen Fertigungsart mit Trommelziehmaschine, der Querschnitt des Ausgangsrohres größer gewählt werden kann, wenn die gleiche Anzahl Züge vorliegt, da wie bereits erwähnt, beim Geradeausziehen höhere Querschnittsabnahmen möglich sind. Ein Vergleich der beiden Tabellen zeigt deutlich, daß beim Geradeausziehen nach der Lehre der Erfindung (s.Tabelle 1) von einem wesentlich größeren Querschnitt des Pilgerrohres ausgegangen werden kann, um mit einer gleichen Zugzahl zu dem Endquerschnitt zu gelangen. Die Tabelle 2 zeigt eine beim Trommelziehen übliche Ziehfolge.

Auch kann ohne große Verteuerung des Verfahrens ein zusätzlicher Zug hinzugefügt werden. Dies kann vorteilhaft für Fertigungsanlagen sein, in welchen, die Produktion des Vorrohres bzw. Ausgangsrohres für das Ziehen ein Engpaß ist. Durch geringere Querschnittsabnahmen in der Vorproduktion, beispielsweise einem Kaltpilgerwalzwerk, gelangt man bei gleicher Geschwindigkeit zu einem höheren Ausstoß gemessen am Gewicht.

Tabelle 1-

Pilgermaß

Zug
Zug
Zug

4. Zug

5. Zug

6. Zug

Abmessung 0 innen 0 außen

mm

49.5

39.8

32.5

25.84

20.5

16.9

13.1

mm

56

Wanddicke

mm

3.25

45	2.6
36.5	2.-
29	1.58
23	1.25
19	1.05
15	0.95

Querschnittsabnahme

35-36
37-38
37-38
37-38
31-32
31-32

Gewicht
kg / m

4.79

3.09

1.93

1.21

0.761

0.527

0.374

Ziehgeschwind,

m / Min

36

58

93

147

213

300

Tabelle 2

Pilgermaß

Zug
Zug
Zug

4. Zug

5. Zug

6. Zug

50.4

40

32.7

25.1

20.5

16.9

13.1

55

2.3

44	2.-
36	1.65
23	1.45
23	1.25
19	1.05
15	0.95

30-31
32-33
31-32
29-30
30-31
28-29

3.39

2.352
1.590
1.078
0.761
0.527
0.374

48 71 104 148 213 300

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   f1.yVerfahren zum Ziehen eines nahtlosen Metallrohres, bei dem ein gepreßtes und/oder gewalztes Metallrohr mittels mehrerer hintereinander angeordneter Ziehmatrizen und innerhalb des Rohres im Bereich der Ziehmatrizen angeordneter fliegender Dorne sowie den Ziehmatrizen nachgeschaltete angetriebene Zugglieder sowohl im Durchmesser als auch in der Wanddicke reduziert wird, bei dem in die zu ziehende Rohrlänge die entsprechend ihrer Zuordnung zu den Matrizen hintereinander angeordneten Dorne eingeführt werden und die Rohrlänge mit einer Ziehangel versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziehangel gestuft angeformt wird und die Anzahl der Abstufungen der Anzahl der hintereinander angeordneten Ziehmatrizen entspricht und die Durchmesser der Abstufungen in gleicher Weise abnehmen wie die lichten Weiten der hintereinander angeordneten Ziehmatrizen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abstufung durch Kaltziehen oder Hämmern angeformt wird.

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3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltziehen oder Hämmern über einen Dorn vorgenommen wird.
4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren Verfahren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer längsaxialen Bohrung versehenen Dorne mit Abstand zueinander auf einer Stange angeordnet werden und gemeinsam in das Ende des Rohres geschoben werden.