DE3405963A1 - Kontinuierliches verfahren zum herstellen diskreter rohrabschnitte verminderten durchmessers - Google Patents

Kontinuierliches verfahren zum herstellen diskreter rohrabschnitte verminderten durchmessers

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DE3405963A1
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DE19843405963
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Fletcher Calvin Wilmington N. C. Eddens
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23DPLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D31/00Shearing machines or shearing devices covered by none or more than one of the groups B23D15/00 - B23D29/00; Combinations of shearing machines
    • B23D31/002Breaking machines, i.e. pre-cutting and subsequent breaking
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B21/00Pilgrim-step tube-rolling, i.e. pilger mills

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)

Description

  • Kontinuierliches Verfahren zum Herstellen dis-
  • kreter Rohrabschnitte verminderten Durchmessers Die Erfindung betrifft die Herstellung diskreter Walzprodukte aus einem langen Teilstück in einer kontinuierlichen Walzoperation und sie betrifft mehr im besonderen ein neues Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen diskreter Abschnitte oder Längen, die jeweils vorbestimmte Abmessungen halen, aus dem langgestreckten Teilstück durch gleichzeitiges Deformieren und Trennen.
  • Die Herstellung von Walzprodukten, wie von diskreten Abschnitten von Stahlstäben verminderten Durchmessers aus einem einzigen langen Stab größeren Durchmessers, wird im allgemeinen in zwei Stufen ausgeführt. In der ersten Bearbeitungsstufe wird der Stab hinsichtlich seines Durchmessers verkleinert mit der Folge der Zunahme seiner Gesamtlänge. In der zweiten Bearbeitungsstfe wird der Stab verminderten Durchmessers und größerer Länge dann in einzelne Abschnitte zerschnitten. Die Anforderungen an den dafür erforderlichen Raum und die Automatisierung vieler Aspekte der Metallfabrikation haben dazu geführt, daß bei vielen Walzoperationen in der Metallverarbeitungsindustrie eine sogenannte fliegende Abschneidetechnik benutzt wird, um die vorgenannten einzelnen Stababschnitte herzustellen. Dieses sogenannte fliegende Abschneiden erfolgt durch Ergreifen des langen Stabes verringerten Durchmessers, wenn er aus der Bearbeitungsstation austritt, indem man eine Säge oder ein anderes Schneidgerät daran festklemmt und dieses Schneidgerät mit dem austretenden Stab so lange weiterbewegt, bis das Abschneiden erfolgt ist.
  • Der Zweck des Trennens des austretenden Stabes in der vorgenannten Weise ist ein zweifacher: (1) Zum Ausführen des Fabrikationsprozesses in einer kontinuierlichen Weise, (2) um den für den Fabrikationsprozeß erforderlichen Raum möglichst gering zu halten.
  • In einem typischen Beispiel kann die Verminderung des Querschnittes eines Werkstückes, wie eines zylindrischen Stabes, dazu führen, daß die ursprüngliche Länge des Stabes um das Vier- oder Mehrfache vergrößert wird. Dies würde eine sehr lange Ausgabeplattform erfordern, die z. B. 15 m übersteigen würde, und die ihrerseits ein entsprechend großes Gebäude benötigt, um sie z-asammen mit der Bearbeitungsstation darin unterzubringen. Durch Anwendung der obigen sogenannten fliegenden Abschneidtechnik wird der erforderliche Bearbeitungsraum beträchtlich verringert, da die Stababschnitte entfernt werden können, nachdem sie abgeschnitten worden sind.
  • Obwohl diese fliegende Abschneidtechnik in Situationen, in denen die Kontinuierlichkeit der Bearbeitung wichtig ist und wo Walzprodukte gleicher Länge wiederholt von einem einzigen Werkstück.
  • abzuschneiden sind, gut eingeführt ist, sind mit dieser Technik jedoch gewisse Nachteile und Beschränkungen verbunden. So die relativ hohen Kosten für die zusätzliche Ausrüstung, die erforderlich ist, um das Abschneiden auszuführen. Ein anderer Nachteil besteht darin, daß das fliegende Abschneiden in erster Linie anwendbar ist auf übliche rollende Walzen und auf kontinuierlich arbeitende; den Querschnitt verringernde Werkzeuge.
  • In allen diesen Vorrichtungen tritt das Werkstück, z. B. ein Metallstab, Draht oder Blech, mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit aus der Bearbeitungsstation aus. Eine solche Ausrüstung, obwohl brauchbar beim Dünnermachen von Stahlblechen oder zum Reduzieren des Durchmessers eines Drahtes oder Stabes, verbunden mit der sich ergebenden Verlängerung des ur-Spl inglichen Werkstückes, kann nicht für jede Art von Werkstück eingesetzt werden, die deformiert werden soll.
  • wo es z. B. erwünscht ist, den Querschnitt der meisten Arten von Rohren zu vermindern, ist eine andere Ausrüstung erforderlich, um zu verhindern, daß das Rohr beim Verengen zusammenfällt. Eine bekannte Vorrichtung für den letztgenannten Zweck ist als Pilgerwalze bekannt, bei der ein Paar rotierender Werkzeuge oder Walzen auf den gegenüberliegenden Seiten des ursprünglichen, noch nicht verengten Rohres angeordnet sind und ein Dorn, der vorzugsweise an einem Ende einen kleineren Durchmesser aufweist bzw. abgeschrägt ist, innerhalb des Rohres angeordnet ist. Der äußere Rand jedes dieser Werkzeuge ist als halbkreisförmige abgeschrägte Ausnehmung ausgebildet, die an ihrem weitesten Ende im wesentlichen der Krümmung des Rohres angepaßt ist. Während die Werkzeuge gemeinsam einen Vorwärtshub ausführen, bewegen sie sich über eine seitliche Distanz parallel zur Rohrachse, indem sie sich von einer ersten in eine zweite seitliche Werkzeugposition bewegen. Während dieses Vorwärtshubes drehen sich beide Werkzeuge bzw. Walzen in wechselseitig entgegengesetzten Richtungen um ihre jeweiligen Achsen, um eine vorwärts gerichtete rollende Bewegung auszuführen. Während des nachfolgenden Pückführungshubes führen die Werkzeuge eine umgekehrte rollende Bewegung zurück in die erste seitliche Werkzeugposition aus, in der sich beide Werkzeuge wieder in ihren ursprünglichen Rotationspositionen befinden.
  • Die Werkzeuge können während der vorwärtsgerichteten Rollbewegung eine zunehmende Kompressionskraft auf das stationäre Rohr ausüben. Diese Kompressionskraft wird in entgegensetzten Richtungen senkrecht zur Achse ausgeübt und deformiert das Rohr.
  • Im vorliegenden Falle wird während jedes Hubes der Rohrdurchmesser in Richtung der Rohrkompression vermindert. Als Folge des Zusammenpressens zwischen den Werkzeugen und dem innerhalb des Rohres befindlichen Dorn wird auch die Dicke der Rohrwandung vermindert. Auf diese Weise erfolgt eine Verlängerung des Rohres beim Zusammenpressen. Befinden sich die Werkzeuge oder Walzen in der Ruhestellung in der ersten oder zweiten seitlichen Werkzeugposition, dann ist ihre Rotationsposition derart, daß keines der Werkzeuge in Eingriff mit dem dazwischenliegenden Rohr steht, d. h. sie halten einen Abstand zum Rohr. Befinden sich die Werkzeuge in der ersten Werkzeugposition, wird das Rohr längs des Dornes vorgeschoben. Das Vorschieben des Rohres findet in Stufen statt, die sich mit der Rohrkompression abwechseln. Das Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis das Rohr die zweite Werkzeugposition völlig passiert hat und in seiner vollen Länge deformiert worden ist.
  • Die Pilgerwalzen-Technik der Rohrdeformation ist von besonderem Interesse bei der Herstellung von Brennstäben für Kernreaktoren.
  • Jeder solcher Brennstäbe in einem typischen Reaktor besteht aus einem Rohr, das in einem Beispiel eine Länge von etwa 3,90 m hat und einen äußeren Durchmesser von etwa 12,3 mm. Die Brennstoffpellets, d. h. Urandioxid-Pellets sind,Endstück-an-Endstück gelegt,innerhalb des Rohres gestapelt. Das für ein solches Rohr benutzte Metall kann aus einer Zirkoniumlegierung bestehen, z. B. einer Legierung, die im Handel unter der Bezeichnung "Zircaloy" erhältlich ist. Diese Zircaloy-Rohre, die auch als Wasser- und als Halterohre im Kernreaktor benutzt werden können, haben vorzugsweise dünne Wandungen von z. B. in der Größenordnung von 0,8 mm, um die Neutronenabsorption zu vermindern, und das Gewicht der Stäbe zu reduzieren. Zusätzlich zur Schaffuna von Rohren geringen Durchmessers mit einer gewünschten Wandstärke kann man mit der Pilgerwalzen-Technik auch eine gewunschte Kornorientierung in jedem hergestellten Zircaloy-Rohr erhalten. In solchen Rohren ist die Mehrzahl der Gitter-Grundebenenparallel zur Zentralachse des Rohres orientiert, was ein wesentlicher zur Festigkeit der Rohre beitragender Faktor ist.
  • Die Pilgerwalze kann nicht leicht mit den Geräten zum fliegenden Abschneiden der Art kombiniert werden, wie sie oben beschrieben sind, weil das Werkstück nicht mit einer konstanten Geschwindigkeit aus der Bearbeitungsstation austritt. Vielmehr wird das Rohr in der Pilgerwalze stufenweise vorgeschoben sowit periodisch um seine Achse gedreht. Ein an das Rohr geklerr£ntes Gerät zum Abschneiden würde daher relativ hohen Trägheitsberastungen durch die wiederkehrende Beschleunigung und Verlang-SlNlU!lt es Rehres mit grßencrdnunqsmäßig 250 Zyklen/Min. ausgesetzt werden. Darüber hinaus müßte ein solches Schneidgerät zusammen mit dem Rohr rotieren oder man müßte es während der Rohrrotation abnehmen und dann wieder festklemmen.
  • Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Technik des fliegenden Abschneidens unter Bedingungen ungeeignet ist, bei denen eine stoßweise Bewegung erforderlich ist. Die volle Länge des Rohres reduzierten Durchmessers muß daher bei den Techniken nach dem Stand der Technik aufgenommen und gelagert werden, bevor das Rohr in einzelne Abschnitte erwünschter Länge geschnitten werden kann. Bei der Herstellung von Zircaloy-Rohren,bei denen das ursprüngliche Werkstück eine Länge von etwa 3,90 m oder mehr hat, ist das Rohr mit dem verminderten Durchmesser, das aus der Pilgerwalze austritt, um das Vierfache verlängert. Es ist daher eine Ausgabeplattform von etwa 15,6 m oder mehr erforderlich, die mit der Pilgerwalze ausgerichtet sein mußund es erfordert ein spezielles Gebäude, um die ganze Vorrichtung aufzunehmen. Zu einem späteren Zeitpunkt muß dann das etwa 15,6 m lange Rohr verminderten Durchmessers in einem separaten Arbeitsgang in die gewünschten Längen geschnitten werden. Die derzeit praktizierte Fabrikation solcher Brennstabrohre erfordert daher nicht nur eine ungewöhnlich lange Ausgabeplattform zum Abstützen des langen Rohres verminderten Durchmessers und ein geeignetes Gebäude dafür, sondern außerdem separate Handhabungs- und Schneideoperationen sowie die Ausrüstung und den zusätzlichen Raum zur Ausführung dieser Operationen. Die Unmöglichkeit, das Verengen und Schneiden bei den derzeitigen Fabrikationstechniken für Rohre zu kombinieren, hat bisher die Herstellung solcher Rohre in kontinuierlicher Arbeitsweise ausgeschlossen.
  • Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes kontinuierliches Verfahren zum Herstellen einzelner Walzprodukte mit vorbestimmten Abmessungen aus einem langen Teil zu schaffen, das die vorgenannten Begrenzungen und Nachteile nicht aufweist.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes kontinuierliches Verfahren zum Herstellen von einzelnen Walzprodukten mit vorbestimmten Abmessungen aus einem langen Teil im wesentlichen gleichförmigen Querschnittes zu schaffen, indem man das Teil an einer üblichen Bearbeitungsstation gleichzeitig deformiert und trennt.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes kontinuierliches Verfahren zum Herstellen diskreter Walzprodukte mit vorbestimmten Abmessungen aus einem langen Teilstück zu schaffen, bei dem das erforderliche Ausgabeareal relativ klein ist.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes kontinuierliches Verfahren zum Herstellen diskreter Walzprodukte vorbestimmter Abmessungen aus einem langen Teilstück zu schaffen, bei dem der Umfang und die Karten der erforderlichen Ausrüstung geringer sind als bei den bekannten Techniken zum Herstellen solcher Produkte.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines kontinuierlichen Verfahrens zum Herstellen von Rohrabschnitten verminderten Durchmessers und vorbestimmte Länge aus einem einzelnen langen Rohr durch gleichzeitiges Reduzieren der Querschnittsabmessungen und Trennen des Rohres in Abschnitte erwünschter Länge.
  • Und es ist schließlich eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung; ein Verfahren zum Herstellen diskreter, im wesentlichen identischer Rohrabschnitte verminderten Durchmessers und vorbestimmter Länge aus einem Rohr größeren Durchmessers in einer kontinuierlichen Weise zu schaffen, indem man das Rohr größeren Durchmessers an vorbestimmten Stellen entlang seiner Länge schwächt und nachfolgend ein gleichzeitiges Verengen uns Trennen an einer üblichen Bearbeitungsstation ausführt.
  • Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird das ursprüngliche lange Teilstück an vorbestimmten Trennlinien, an denen schließlich das Trennen erfolgen soll, geschwächt, bevor eine Kompressionskraft auf das Teilstück ausgeübt wird. Ist das ursprüngliche Teil ein Rohr, dann kann das Schwächen durch Nuten, Kerben, Schneiden, durch Anwenden eines Spannungsaufsatzes oder in anderer Weise an vorbestimmten Stellen entlang der Länge des Rohres erfolgen. Nachfolgend wird das Rohr in dem Maße, indem es in die Bearbeitungsstation vorgeschoben wird, durch die Anwendung einer fortschreitend zunehmenden Kompressionskraft, die im rechten Winkel zur Rohrachse ausgeübt wird, deformiert.
  • Wird ausreichend Kompressionskraft auf eine gekerbte Stelle des Rohres ausgeübt, dann breitet sich ein Querriß auf dem Umfang durch die Rohrwandung hindurch aus und das Rohr trennt sich an der erwünschten Trennlinie. Da das Rohr an aufeinanderfolgenden Stellen längs seiner Achse getrennt wird, erhält man einzelne Abschnitte des deformierten Rohres mit vorbestimmten Abmessungen und sie können in dem Maße von der Ausgabe entfernt werden, wie sie dort ankommen.
  • Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen: Figur 1 eine Darstellung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer Vorrichtung zum Verengen eines Rohres, bei der ein Paar rotierender Werkzeuge in Startposition des Werkzeughubes zusammen mit einem Rohr in der Startposition gezeigt ist, Figur 2 die Vorrichtung der Figur 1, wobei die Werkzeuge sowohl in der Start- als auch der Endposition des Hubes und das Rohr in einem Ubergangszustand der Verengung gezeigt sind, Figur 3 eine Teilquerschnittsansicht längs der Linie I - I in Figur 2 und Figur 4 eine Teilquerschnittsansicht längs der Linie II - II in Figur 2.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist anwendbar auf die kontinuierliche Herstellung von Metallrohrabschnitten aus Zirkoniumlegierungen, wie Zircaloy, zur Verwendung in einem Kernreaktor, Doch ist das erfindungsgemäße Verfahren auch anwendbar zur kontinuierlichen Herstellung andererWalzprodukte, die aus irgendeinem Material mit ähnlichen Eigenschaften bestehen. Beispiele solcher Materialien sind Titan, Aluminium, und deren Legierungen sowie andere Materialien, die zur Rißausbreitung neigen, wenn eine ausreichende Deformationskraft darauf ausgeübt wird.
  • In der Zeichnung ist ein langgestrecktes Teil 10 in Form eines Rohres gezeigt, das einen im wesentlichen gleichmäßigen Querschnitt aufweist, wie am besten aus Figur 1 veranschaulicht.
  • Dieses Rohr 10 wird anfänglich dadurch angeordnet, daß man es üker einen langgestreckten abgeschrägten Dorn 26 gleiten läßt, dessen dickeres Ende 26A zwischen einem Paar im wesentlichen identischer Rotationswerkzeuge 100 und 102 abgestützt ist, wie Figur 1 zeigt. Das Endstück 26A des Dornes ist so bemessen, daß ein Spalt 32 zwischen der Rohrinnenwand und der Dornaußenwand verbleibt, der es gestattet, das Rohr, wie dargestellt, anzuordnen. An dem Dornendstück 26A ist ein Dornstab 28 befestigt, und erstreckt sich axial davon. Der Dornstab 28 kann während der anfänglichen Anordnung des Rohres entfernt und anschließend wieder befestigt werden. Das freie Endstück 29 des Dornstabes 28 wird an einem fixierten Punkt außerhalb des Rohres 10 befestigt, z. B. an einer Verankerungsbefestigung 30, nachdem das Rohr 10, wie in der Figur 1 gezeigt, angeordnet worden ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren teilweise mit einer Pilgerwalze derart ausgeführt, wie sie von der Wean United Company als Modell 25 VMR erhältllcl ist. sie Werkzeuge bzw. Walzen 100 und 102 bilden einen Bestandteil der Pilgerwalze und sie sind in Figur 1 in ihrer Startposition gezeigt, die in Figur 2 mit I - I bezeichnet ist. Diese Position wird in der vorliegenden Anmeldung auch bisweilen als die erste Werkzeugposition bezeichnet. Dieser Begriff bezeichnet eine seitliche Werkzeugposition relativ zur Möglichkeit, diese Werkzeuge bzw. Walzen seitlich in einer Richtung zwischen den Positionen I - I und II - II zu bewegen, die parallel zu der üblichen Rohr- und Dornachse 9 verläuft.
  • Die seitliche Walzenposition bestimmt auch die Rotationsposition der Werkzeuge 100 und 102 um ihre Drehachsen 104 und 106, wie sich aus der nachfolgenden Erläuterung ergeben wird.
  • In der ersten Werkzeugposition, wie sie in Figur 1 gezeigt ist, ist der gegenseitige Abstand zwischen den Werkzeugen ausreichend groß, um einen Abstand 120 zu lassen, wenn das Rohr 10 zwischen den Walzen angeordnet ist. Zu Beginn des Arbeitsganges ist die Rohrwand des Rohrendes 10A also zwischen den Werkzeugen und dem Dornende 26A angeordnet. Der Rest des abgeschrägten Dornes 26 erstreckt sich nach rechts vom Rohrende 10A und den Werkzeugen, wobei sich das dünne Endstück 26B des Dornes bis zu einer Stelle erstreckt, die in etwa die Endposition der Werkzeuge ist.
  • Das Rohr 10 wird vorzugsweise von einem nicht-dargestellten Zuführungswagen gehalten, wenn es, wie in Figur 1 veranschaulicht, angeordnet wird. Zusätzlich zum Ergreifen des Rohres führt der Zuführungswagen, der an sich bekannt ist, das Rohr der Bearbeitungsstation, d. h. der Pilgerwalze, stufenweise zu. Der Zuführungswagen oder irgendeine andere bekannte entsprechende Vorrichtung ist weiter geeignet, das Rohr periodisch um seine Achse zu drehen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Rohr vor dem Verengen in der Pilgerwalze an einer Reihe von erwünschten Teilungslinien strukturell geschwächt worden, die sich jeweils an einem vorbestimmten Ort längs der Rohrachse befindet. Im Zusammenhang mit dem Rohr 10 bedeutet der Begriff "Teilungslinie" eine Linie, die sich um den Umfang des Rohres erstreckt und dieser Begriff bezieht sich außerdem auf die Querschnittsoberfläche des Rohres, die durch diese Linie bestimmt ist und an der das Rohr getrennt werden soll.
  • Das Schwächen des Rohres kann durch Nuten, Kerben, Schneiden der Rohrwandung 11 an den vorbestimmten Orten entlang der Rohrlänge oder in anderer Weise erfolgen und dies bis zu einem Grad, der die erwünschte Wirkung ergibt, wenn eine ausreichende Druckkraft auf das Rohr ausgeübt wird. In Figur 1 zeigen Kerben 12 und 14 die beiden vorbestimmten Stellen, an denen das Rohr geschwächt worden ist. Das Anbringen dieser Kerben kann entweder von Hand, z. B. mit einem üblichen Rohrschneidewerkzeug oder mit einer speziell für diesen Zweck geeigneten Maschine erfolgen.
  • Es ist jedoch darauf zu achten, daß die Rohrwandung 11 nicht zu einem Ausmaß geschwächt wird, daß das Rohr die erforderliche Utarrheit; sich als einheitlicher Körper zu bewegen verliert.
  • Die Maximaltiefe der Kerbe an jeder Stelle ist daher im allgemeinen nicht größer als 50 % der Dicke der Rohrwandung. Doch können die Kerben beträchtlich flacher ausgeführt werden und trotzdem den erwünschten Zweck erfüllen, vorausgesetzt, daß die Kerbe am Boden scharf ist. Bei einer anfänglichen Rohrwandungsdicke in der Größenordnung von 2,5 mm hat sich eine Kerbentiefe im Bereich von etwa 0,05 bis etwa 0,075 mm als brauchbar erwiesen.
  • Obwohl gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Kerben des Rohres 10 stattfindet, nachdem es in der in Figur 1 gezeigten Position angeordnet worden ist, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. Da die Kerben nicht so tief sind, um das Rohr 10 seiner strukturellen Starrheit zu berauben, die erforderlich ist, um es als einheitlichen Körper zu bewegen, kann das Kerben oder eine andere Art des Schwächens auch an einer Stelle ausgeführt werden, die entfernt ist von der Vorrichtung zum Verengen des Rohres. Im letzteren Fall erfolgt das Anordnen des Rohres in der in Figur 1 gezeigten Position nach dem Anbringen der Schwächungsstellen.
  • Wie am besten in den Figuren 3 und 4 gezeigt, hat jedes Werkzeug 100 und 102 ein Paar beabstandeter Flansche die in Flanschoberflächen 108 bzw. 110 enden, die als die Bodenplatten des Werkzeugs bezeichnet werden. Wie in gestrichelter Linie in Figur 1 gezeigt, befinden sich die Werkzeug-Bodenplatten in Berührung miteinander längs einer horizontalen Ebene, die die Achse 9 einschließt, und sie bleiben während der seitlichen Werkzeugbewegung in Kontakt miteinander. Zwischen jedem Paar von Flanschen befindet sich eine Ausnehmung etwa halbkreisförmigen Querschnittes, deren innere Oberflächen die Werkzeugoberflächen bilden, die das Rohr 10 von den gegenüberliegenden Seiten ergreifen. Wie in Figur 2 gezeigt, begrenzt die Werkzeugoberfläche 111 eine abgeschrägte Ausnehmung 112 und die Werkzeugoberfläche 113 begrenzt eine abgeschrägte Ausnehmung 114. Die erweiterten Reliefabschnitte 112A und 114A der Ausnehmung beenden die Ausnehmungen 112 und 114 am großen Ende jeder Ausnehmung und sorgen so für den Abstand 120 zwischen den Werkzeugoberflächen und dem Rohr 10, wie am besten in Figur 3 ersichtlich. Die Weite der abgeschrägten Ausnehmungen 112 und 114 folgt der Abschrägung des Dornes 26 und nimmt fortschreitend zwischen den Reliefabschnitten 112A und 114A und den Ausnehmungsabschnitten 112B und 114B ab. Auch dies ist in den Figuren 3 und 4 gezeigt.
  • Gemäß dem Betrieb der Pilgerwalze bewegen sich beide Werkzeuge 100 und 102 während ihres Vorwärtshubes gleichmäßig in einer seitlichen Richtung und zwar von der Start- zur Endposition, bzw. von der ersten Werkzeugposition I - I zur zweiten Werkzeugposition II - II, wie sie in Figur 2 gezeigt sind. Gleichzeitig drehen sich die Walzen 100 und 102 in entgegensetzter Richtung längs der Pfeile 116 und 118, wobei die Flanschoberflächen 108 und 110 der Werkzeuge in Kontakt miteinander bleiben. Auf diese Weise führen die Werkzeuge während ihres Vorwärtshubes eine vorwärtsgerichtete rollende Bewegung aus. Bei Ankunft in der Endposition hat sich jedes Werkzeug etwa 1800 um seine Drehachse gedreht. Da die engen Abschnitte 112B und 114B der Ausnehmung sich über die 180°-RotationspunOte der Werkzeuge hinaus erstrecken, wie dargestellt, wird der zwischen den Werkzeugen angeordnete Rohrabschnitt zu diesem Zeitpunkt festgehalten.
  • Während des Rückwärtshubes wird die vorbeschriebene Bewegung umgekehrt, d. h. die Werkzeuge 100 und 102 rotieren entgegengesetzt, wie durch die Pfeile 117 und 119 in Figur 2, rechter Teil, gezeigt, um eine rückwärtige Rollbewegung auszuführen. Nach Beendigung des rückwärtigen Hubes befinden sich die Werkzeuge wieder in der ersten Werkzeugposition. Zu diesem Zeitpunkt wird das Rohr 10 nicht mehr von den Werkzeugen ergriffen und kann daher in Axialrichtung stückchenweise vorwärts bewegt werden, d. h.
  • zur rechten Seite der Figuren 1 und 2, während der Dorn 26 stationär gehalten wird.
  • Der vorbeschriebene Zyklus wird wiederholt und das Rohr 10 jewei~s ein Stückchen weiter befördert, nachdem die Werkzeuge in ihre Position zurückgekehrt sind. Das Ausmaß des stufenweisen Vorrückens kann selektiv reguliert werden, doch ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in der Größenordnung von etwa 3 mm. Der Abstand 120 stellt sicher, daß sich das Rohr relativ zu den Werkzeugen frei bewegen kann.
  • In Figur 2 sind die Wegstücke der Werkzeugoberflächen 111 und 113 113 vor dem Inberührunggelangen mit dem Rohr 10 während des Vorwärtshubes durch die gestrichelten Linien 90 und 92 veranschaulicht. Nur wenn die stufenweise Vorwärtsbewegung des Rohres 10 das Rohrendstück 10A eine ausreichende Strecke über die in Figur 1 gezeigte Position hinaus bewegt hat, d. h. über den Punkt hinaus, in dem die Wegstücke 90 und 92 der Werkzeugoberfläche das Rohr schneiden, wie in Figur 2 gezeigt, stützen sich die Werkzeugoberflächen 111 und 113 während des Vorwärtshubes auf dem Rohr ab.
  • Um die Wirkungsweise zu veranschaulichen, zeigt die Figur 2 das Rohr 10 als sich über die Distanz des Vorwärtshubes des Werkzeuges hinaus erstreckend, wobei das Rohrende 10A über die Endposition der Werkzeuge hinaus bewegt ist. In dieser Position des Rohres üben die Werkzeuge eine vorwärtsgerichtete Rollbewegung während des Vorwärtshubes aus, bei dem die Werkzeugoberflächen 111 und 113 eine Druckkraft in entgegensetzten Richtungen auf das Rohr ausüben. Die ausgeübte Druckkraft deformiert das Rohr 10 auf die Oberfläche des Dornes 26 herab, der innerhalb des Rohres angeordnet ist. In dem Maße, in dem sich die Werkzeuge von der Start- zur Endposition bewegen, nimmt die Kompressionskraft und folglich auch die resultierende Rohrdeformation fortschreitend zu, da immer engere Abschnitte der Ausnehmungen 112 und 114 während der vorwärtsgerichteten Rollbewegung auf das Rohr drücken. Der Rohrquerschnitt, der gezwungen ist, sich den verengenden Werkzeugausnehmungen anzupassen, wird somit in dem Maße fortschreitend verengt, in dem die Werkzeuge ihre vorwärtsgerichtete Rollbewegung ausüben. Darüber hinaus verursacht die Anwesenheit des Dornes 26 innerhalb des Rohres 10 eine fortschreitende Dickenverminderung der Rohrwandung 11 durch die Einwirkung der Werkzeuge. Diese Verminderung der Querschnittsabmessungen des Rohres führt zu einer Verlängerung des Rohres. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat sich eine vierfache Verlängerung des ursprünglich etwa 3,90 m langen Rohres aufgrund der kompressiven Wirkung der Walzen ergeben.
  • Um einen im wesentlichen runden Querschnitt im komprimierten Rohr aufrechtzuerhalten, wird das Rohr von Zeit zu Zeit um seine Achse gedreht. Dies erfolgt durch gemeinsames Rotieren des Rohres 10 und des Dornes 26 und wird geeigneterweise durch den Zuführungswagen gemacht, wenn sich die Werkzeuge in der ersten Position befinden. In diesem Fall wird das Rohr 10 dann schrittweise sowohl axial vorgeschoben als auch um seine Achse gedreht. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Drehwinkel zu 600 ausgewählt, so daß 6 schrittweise Rohrdrehungen eine völlige Drehung ergeben. Da das Rohr gemäß der bevorzugten. Ausführungsform der Erfindung axial in 3 mm-Schritten vorgeschoben wird, vollendet das Rohr eine volle Drehung um seine Achse für jeweils etwa 18 mm Vorschieben in der Axialrichtung. Das ursprünglich etwa 3,90 m lange Rohr erfährt daher über 200 völlige Drehungen, während es durch die Bearbeitungsstation geschoben wird, was einen im wesentlichen runden Querschnitt über die volle Länge des komprimierten Rohres sicherstellt.
  • Wie in Figur 4 gezeigt, weicht in der Praxis der Querschnitt der abgeschrägten Ausnehmungen 112 und 114 in den Werkzeugen tatsächlich leicht von einer halbkreisförmigen Konfiguration ab, wie sich aus den seitlichen erhabenen Räumen 115 ergibt.
  • Doch stellt die Rotation des Rohres beim Fortschreiten durch die Pilgerwalze einen im wesentlichen runden Querschnitt der fertigen Rohrabschnitte sicher.
  • Vo; der Anwendung der Kompressionskraft wurde das Rohr strukturell an vorbestimmten Orten entlang seiner Achse geschwächt.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt dies durch Einkerben bzw. Nuten des Rohres längs einer erwünschten Teilungslinie an jedem der vorbestimmten Orte.
  • Jede Nut bzw. Kerbe, wie sie z. B. mit den Bezugsziffern 12 und 14 in Figur 1 bezeichnet sind, umgibt den Rohrumfang. Während des Vorwärtshubes der Werkzeuge entwickelt sich ein Riß bzw. Bruch an jeder Kerbe. Spezifisch breitet sich an jeder Kerbe ein Riß in die Rohrwandung 11 hinein aus, wenn ausreichend Druckkraft angwendet wird. In dem Maße, in dem sich eine Kerbstelle in Stufen der Bearbeitungsstation nähert, nimmt die darauf ausgeübte Kompressionskraft mit jedem Vorwärtshub zu. Der Riß breitet sich daher weiter durch die Rohrwandung aus, bis das Rohr an der erwünschten Teilungslinie schließlich völlig getrennt wird. In Figur 2 ist bei 124 und bei 126 das Rohr 10 als abgetrennt gezeigt. Es werden daher diskrete Rohrabschnitte 128 und 130 als Ergebnis des kontinuierlichen Bearbeitens während der Verengung des Rohres 10 zum erwünschten Durchmesser gebildet. Durch Vorschieben des Rohres in axialer Richtung werden diese Rohrabschnitte über die zweite Werkzeugposition II-II hinausogestoßen, von wo sie entfernt werden können.
  • Es ist dem Fachmann klar, daß die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Rohrabschnitte eine Endbearbeitung der Kanten erfordern können, da die Risse sich selten als glatter Oberflächenbruch ausbreiten. Eine solche Kantenbearbeitung ist jedoch beim Schneiden eines Rohres in Abschnitte ebenfalls erforderlich, so daß durch die Kantenbearbeitung im vorliegenden Fall keine zusätzlichen Kosten verursacht werden.
  • Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht darauf, daß die Bearbeitung kontinuierlich für jedes zu verengende Rohr ausgeführt werden kann, d. h. das Verfahren erfordert kein separates Schneiden des Rohres. Ein weiterer Vorteil ist der, daß keine große Endplattform und somit kein großes Gebäude zur Aufnahme dieser Endplattform erforderlich sind. Die mit der vorliegenden Erfindung erhaltenen diskreten Rohrabschnitte und andere Walzenprodukte mit vorbestimmten Abmessungen können daher rascher und wirtschaftlicher als bisher hergestellt werden.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß Rohrabschnitte des erwünschten Durchmessers unterschiedliche vorbestimmte Längen haben können. Da die Verlängerung des Rohres eine Funktion der angewandten Kompressionskraft und der Größe des Dornes ist, die beide kontrolliert werden können, bestimmt die Anordnung der Kerben an ausgewählten Orten daher die genaue Länge der gebildeten Rohrabschnitte. Es ist klar, daß die in einem einzelnen kontinuierlichen Bearbeitungsvorgang hergestellten Rohrabschnitte aus dem gleichen Ausgangsrohr nicht die gleiche Länge zu haben brauchen, sondern daß sie in Abhängigkeit von den ausgewählten axialen Orten der Kerben auf dem ursprünglichen Rohr variieren können.
  • Außerdem ist dem Fachmann klar, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellte und beschriebene bevorzugte Ausführungsform beschränkt ist. Wenn z. B. die Ausnehmuncsabschnitte 112B und 114B der Werkzeuge 100 und 102 in gleicher Weise ausgebildet sind, wie die Ausnehmungsabschnitte 112A und 114A, dann kann das Vorschieben und Drehen des Rohres wahlweise entweder in der Start- oder der Endposition der Werkzeuge erfolgen. Andere Modifikationen der Vorrichtung und des Verfahrens ergeben sich für den Fachmann von selbst.
  • Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme auf eine konventionelle Pilgerwalze und die dazu,gehörige Rohr-Zuführungsvorrichtung beschrieben worden ist, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. So ist die Erfindung gleichermaßen brauchbar in Situationen, in denen derzeit die oben beschriebene Ausrüstung zum sogenannten *fliegenden Abschneiden" benutzt wird, um diskrete Längen eines Drahtes herzustellen. Obwohl diese Ausrüstung bereits das Herstellen von diskreten Walzenprodukten in einer kontinuierlichen Weise gestattet, erfolgt derzeit mit die-5er Ausrüstung ein Trennen durch Schneiden, nachdem der QuerscHnitt des ursprünglichen Werkstückes reduziert worden ist.
  • Im Gegensatz dazu erfolgt bei der vorliegenden Erfindung das Trennen gleichzeitig mit dem Reduzieren des Querschnittes.
  • Außerdem können die Kosten der Ausrüstung zum fliegenden Abschneiden, die derzeit erforderlich ist, die Kosten des Kerbens oder in anderer Weise Schwächen des ursprünglichen Werkstückes an ausgewählten Orten, bevor man mit dem Vermindern des Durchmessers beginnt, weit übersteigen.
  • Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind auch anwendbar, wenn Walzenprodukte herzustellen sind, die andere als runde Querschnitte aufweisen. Wenn z. B. die Vorrichtung zum Reduzieren Stanzmatrizen umfaßt, dann kann das langgestreckte ursprüngliche Werkstück eher breitseits als Iängsseits der Bearbeitungsstation zugeführt werden. In jedem Fall wird sich an einer geschwächten Stelle ein Riß durch Anwendung einer ausreichend großen Kompressionskraft ausbreiten, der schließlich da Werkstück in entsprechende Abschnitte trennen wird. Es ist klar, daß die letztgenannte Technik unterschiedliche Werkzeuge an verschiedenen Abschnitten des ursprünglichen Werkstückes erfordert und daher unterschiedliche Arten von Walzenprodukten in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt werden können.
  • Auch ist die vorliegende Erfindung nicht auf Zircaloy und andere Zirkoniumlegierungen beschränkt. Es können andere Metalle und auch nicht metallische Materialien benutzt werden, vorausgesetzt sie gestatten das Ausbreiten eines Risses an einer vorher ausgewählten erwünschten Trennlinie, wenn ausreichend Kompresssionskraft ausgeübt wird.

Claims (10)

  1. Kontinuierliches Verfahren zum Herstellen diskreter Rohrabschnitte verminderten Durchmessers Patentansprüche 0 Kontinuierliches Verfahren zum Herstellen diskreter Rohrabschnitte verminderten Durchmessers und vorbestimmter Länge aus einem langen Rohr (10) im wesentlichen gleichförmigen zylindrischen Querschnittes, wobei das Verfahren die Verwendung einer verengenden Vorrichtung einschließt, die ein Paar rotierender Werkzeuge (100, 102) umfaßt, die das Rohr dazwischen aufnehmen und die übereinstimmend zwischen einer ersten (I-I) und einer zweiten (II-II) Position bewegt werden können, die einen seitlichen Abstand voneinander haben, wobei mit der ersten seitlichen Werkzeugposition eine erste vorbestimmte Drehposition des Werkzeuges verbunden ist, in der die Werkzeuge nicht im Eingriff (120) mit dem Rohr stehen und die Vorrichtung weiter einen langen Dorn (26) aufweist, der zwischen den Werkzeugen angeordnet werden kann und der einen Dornstab (28) einschließt, der sich in Axialrichtung Von dem Dorn weg erstreckt, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die folgenden Stufen: a) strukturelles Schwächen des Rohres (10) an einer Folge erwünschter Trennlinien (12, 14), die an vorbestimmten axialen Stellen auf der Wandung (11) des Rohres angeordnet sind, b) anfängliches Anordnen eines Endstückes (10a) des Rohres zwischen dem Paar von Werkzeugen, so daß die Rohrwandung zwischen den Werkzeugen und einem Abschnitt (26A) des Dornes angeordnet ist, wobei das freie Ende (29) des Dornstabes an einem fixierten Punkt (30) außerhalb des Rohres jenseits des gegenüberliegenden Rohrendstückes befestigt ist, c) Vorschieben des Rohres (10) längs dem Dorn (26) über die anfängliche Rohrposition hinaus, um aufeinanderfolgende Abschnitte der Rohrwandung (11) zwischen dem Dorn und den Werkzeugen (100, 102) anzuordnen, d) Ausführen eines Vorwärtshubes durch gemeinsames Bewegen der Werkzeuge (100, 102) im wesentlich parallel zur Rohrachse (9) von der ersten (I-I) zur zweiten (II-II) Werkzeugposition, während die Werkzeuge im Gegensinne (116, 118) in einer vorwärtsgerichteten Walzbewegung rotieren, wobei die Werkzeuge eine solche Konfiguration haben, daß sie das Rohr (10) während der vorwärts gerichteten Walzbewegung im wesentlichen nach unten auf den Dorn (28) drücken, der in dem Rohr angeordnet ist und aufgrund der angewandten Druckkraft eine Deformation des Rohres resultiert, die einen Riß in der Rohrwandung (11) sich längs jeder der Trennlinien (12, 14) ausbreiten läßt, wenn die entsprechenden Stellen einer ausreichenden Druckkraft ausgesetzt werden, e) Ausführen eines rückwärts gerichteten Hubes durch gemeinsames Bewegen der Werkzeuge (100, 102) im wesentlichen parallel zu der Rohrachse (9) von der zweiten (II-II) zur ersten (I-I) Werkzeugposition, während die Werkzeuge im Gegensinne (117, 119) in einer umgekehrten Walzbewegung rotieren und f) Wiederholen der Stufenfolge (c) bis (e) während das Rohr weiter entlang dem Dorn vorgeschoben wird, bis das Rohr vollständig über die zweite Werkzeugposition hinausgeschoben worden ist, wodurch das Rohr (10) an aufeinanderfolgenden Trennlinien (12, 14) getrennt worden ist, da sich jeder Riß völlig durch die Rohrwandung ausgebreitet hat, wodurch diskrete, im Durchmesser verminderte Rohrabschnitte vorbestimmter Länge gebildet worden sind.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das strukturelle Schwächen ausgeführt wird, bevor das anfängliche Anordnen des Rohres stattfindet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das strukturelle Schwächen ausgeführt wird, nachdem das anfängliche Anordnen des Rohres stattgefunden hat.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das strukturelle Schwächen durch Einkerben des Umfanges des Rohres an jeder der vorbestimmten Stellen ausgeführt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das anfängliche Anordnen des Rohres die folgenden Stufen umfaßt: a) Anordnen eines Endstückes (26A) des Dornes (26) zwischen den Werkzeugen (100, 102), während sich diese in der ersten Werkzeugposition (I-I) befinden, b) Schieben des Rohres (10) auf den Dorn (26), während das genannte Dornende zwischen den Werkzeugen gehalten ist und c) Verankern des freien Endstückes (29) des Dornstabes (28) an dem fixierten Punkt (30) außerhalb des Rohres.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 4, weiter g e k e n n z e i c hn e t d u r c h das Drehen des Rohres (10) um einen vorbestimmten Winkel um die Achse (9) des Rohres, wenn sich die Werkzeuge (100, 102) in der ersten Werkzeugposition (I-I) befinden.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Rohr (10) in gleichen Teilschritten vorgeschoben wird, wenn sich die Werkzeuge (100, 102) in der ersten Werkzeugposition (I-I) befinden, wobei jeder Vorschub klein ist mit Bezug auf den seitlichen Abstand zwischen der genannten ersten und der zweiten (II-II) Werkzeugposition.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, weiter g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h die Stufe des Drehens7(10) um einen vorbestimmten Winkel um seine Achse (9), wenn sich die Werkzeuge (100, 102) in der ersten Werkzeugposition (I-I) zu befinden. /des Rohres
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 4, weiter g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h das Entfernen der diskreten Rohrabschnitte (130) in dem Maße, indem sie nacheinander über die zweite Werkzeugposition (II-II) hinausgeschoben sind.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Rohr (10) aus einer Zirkoniumlegierung besteht, die rotierenden Werkzeuge (100, 102) im wesentlichen identisch sind, wobei jedes der Werkzeuge eine fortschreitend abgeschrägte Ausnehmung (112, 114) aufweist, die sich i wesentlichen über 1800 um die Peripherie des Werkzeuges erstreckt und jede Ausnehmung an ihrem dicken Endstück hinterdreht ist, um einen Abstand (120) zu dem Rohr (10) sicherzustellen, der langgestreckte Dorn einen Zylinder umfaßt, der zwischen der ersten (I-I) und der zweiten (II-II) Werkzeugposition in Ubereinstimmung mit der Abschrägung der Ausnehmungen einen fortschreitend abnehmenden Querschnitt aufweist, wodurch der Durchmesser des Rohres fortschreitend vermindert wird, während sich die Werkzeuge beim Vorwärtshub um im wesentlichen 1800 drehen.
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WO2010037754A1 (en) * 2008-09-30 2010-04-08 Areva Np Cladding tube for nuclear fuel rod, method and apparatus for manufacturing a cladding tube

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