EP0962267A2 - Method of fabrication of composite metallic tubes, composite tube and its use - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Rohres aus Metall, das eine von einem äußeren nahtlosen Rohr ummantelte rohrartige Einlage aufweist, wobei Einlage und äußeres Rohr teleskopartig ineinandergesteckt und dann durch Ziehen radial zusammengepreßt werden, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundrohres aus Metall, das durch Ziehen radial zusammengepreßt wird; weiterhin betrifft die Erfindung nach den Verfahren hergestellte Verbund-Rohre und die Verwendung solcher Verbund-Rohre.The invention relates to a method for producing a composite pipe made of metal, the one having a tubular insert encased by an outer seamless tube, insert and outer tube telescopically inserted and then pressed together radially by pulling be, as well as a method for producing a composite pipe made of metal, which by Pulling is compressed radially; the invention further relates to those produced by the processes Composite pipes and the use of such composite pipes.
Aus der EP 0 445 904 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen, dickwandigen Hochdruckrohres bekannt, bei dem zunächst zwei in den Querschnittsabmessungen unterschiedliche Vorrohre teleskopartig ineinander gesteckt und dann durch Kaltziehen radial zusammengedrückt werden; die Umformung erfolgt vorzugsweise durch ein Ziehen mit Innenwerkzeug, bei der die Wanddickenreduzierung insbesondere des Innenrohres einen hohen Anteil an der jeweiligen Gesamtverformung hat, wobei die Vor-Rohre im kaltverfestigten Zustand mit geringem Spiel ineinandergeschoben werden und das so erzeugte Doppelwandrohr zunächst wärmebehandelt und anschließend mindestens einmal kalt gezogen wird; nach dem letzten Kaltzug erfolgt eine Endwärmebehandlung, wobei der nach der ersten Wärmebehandlung des erzeugten Doppelwandrohres folgende erste Kaltzug als Ziehen mit einem Innenwerkzeug durchgeführt wird. Als problematisch erweist sich die Herstellung eines solchen Verbundrohres insbesondere im Miniaturbereich, wobei der Innendurchmesser beispielsweise bei 2,5 mm liegen und der äußere Durchmesser bei 4 mm liegen soll; insbesondere erweist es sich als problematisch, das Innenrohr mit einer zusätzlichen Beschichtung zu versehen, die beispielsweise eine Funktion zur Strahlungsführung mittels Reflexion wahrnehmen kann, wie es beispielsweise aus der DE 36 05 737 A1 bekannt ist. In der Praxis würde dies beispielsweise zu einer verhältnismäßig aufwendigen nachträglichen Galvanisierung der inneren Oberfläche des Verbundrohres fuhren.EP 0 445 904 A2 describes a method for producing a thick-walled metal High-pressure pipe is known, in which two different cross-sectional dimensions Front tubes telescoped and then radially compressed by cold drawing become; the forming is preferably carried out by drawing with an internal tool, in which the wall thickness reduction, in particular of the inner tube, has a high proportion on the respective total deformation, with the pre-tubes in the work-hardened state can be pushed into one another with little play and the double-wall pipe thus produced initially heat treated and then cold drawn at least once; after this The final cold draft is followed by a final heat treatment, the one after the first heat treatment of the double wall pipe produced following the first cold drawing as a pulling with an internal tool is carried out. The production of such a composite pipe proves to be problematic especially in the miniature range, with the inside diameter being, for example 2.5 mm and the outer diameter should be 4 mm; in particular it turns out as problematic to provide the inner tube with an additional coating, for example can perform a function for guiding radiation by means of reflection, as it does is known for example from DE 36 05 737 A1. In practice, for example, this would be too a relatively expensive subsequent galvanization of the inner surface of the Composite pipe run.
Aus DE-PS 597 120 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Rohren aus Blechstreifen bekannt, bei der das Blech über einen zylindrischen Dorn durch eine Matrize hindurch gezogen wird; die Matrize ist derart ausgebildet, daß das Blech - beginnend von seiner Längsmittellinie - fortschreitend auf den Durchmesser des Dorns umgebogen wird.From DE-PS 597 120 a device for producing tubes from sheet metal strips is known, in which the sheet is drawn through a die through a cylindrical mandrel; the The die is designed such that the sheet - starting from its longitudinal center line - progressively is bent to the diameter of the mandrel.
Weiterhin ist aus der DE 36 30 625 C2 ein Verfahren zur Herstellung eines im Inneren mit einer Zinkschicht versehenen Rohres zur Anwendung in der Kälte- und Automobilindustrie bekannt, bei dem ein Blechband einseitig galvanisch verzinkt und anschließend zu einem Schlitzrohr mit innenliegender Zinkschicht verformt wird; anschließend wird dieses Schlitzrohr unter Einsatz von Gleichstrom oder niederfrequentem Strom zwischen einer Schweißrolle und einer rotierenden Schweißelektrode bei ausreichender Spülung der Schweißzone mit Inertgas verschlossen.Furthermore, DE 36 30 625 C2 describes a method for producing an interior with a Zinc-coated pipe known for use in the refrigeration and automotive industries, in which a sheet metal strip is galvanized on one side and then to a slotted tube internal zinc layer is deformed; then this slotted tube is used of direct current or low frequency current between a welding roller and a rotating one If the welding zone is sufficiently flushed, the welding electrode is sealed with inert gas.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung von Verbundrohren mit kleinem Durchmesser von beispielsweise 2 bis 10 mm und einer Länge von 0,5 bis zu 6 m anzugeben; zusätzlich sollen die Rohre eine spiegelnde Innenoberfläche aufweisen, um sie beispielsweise für die Strahlungsführung von Infrarotstrahlung mittels Reflexion eines Teiles der Strahlung einsetzen zu können; darüberhinaus soll ein Verbundrohr mit erhöhter Stabilität und nahtlos geschlossenem Außenmantel angegeben werden.The object of the invention is to produce composite pipes with a small diameter of for example, 2 to 10 mm and a length of 0.5 to 6 m; additionally should the tubes have a reflective inner surface, for example for guiding the radiation of infrared radiation by reflecting part of the radiation can; In addition, a composite pipe with increased stability and seamlessly closed Outer jacket can be specified.
Die Aufgabe wird für ein erstes Verfahren dadurch gelöst, daß in einem ersten Schritt ein Metall-Band,
das auf wenigstens einer Bandseite eine Beschichtung aus Edelmetall aufweist, so in
der Ziehvorrichtung mit feststehendem Innendorn geführt wird, daß die beschichtete Bandseite
die Innenfläche der zu erstellenden rohrförmigen Einlage bildet, wobei das Metall-Band mit einem
Ende in einen gegenüber der Ziehvorrichtung beweglichen Ziehschlitten eingespannt und
durch Bewegung des Ziehachlittens zu der rohrartigen Einlage gebogen wird, wobei die Breite
des Bandes zumindest näherungsweise dem mittleren Umfang der rohrartigen Einlage entspricht;
Als besonders vorteilhaft erweist sich das besonders einfache und konstengünstige Herstellverfahren, wobei gleichzeitig eine hohe Stabilität des Verbundrohres erzielt wird.The particularly simple and inexpensive manufacturing process has proven to be particularly advantageous, at the same time a high stability of the composite pipe is achieved.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird im ersten Schritt die rohrförmige Einlage zu einem Einlagerohr so geformt, daß dessen Rohrmantel einen nahezu geschlossenen Spalt entlang der Rohrlängsachse aufweist; hierbei erweist es sich als vorteilhaft, daß aufgrund des nahezu geschlossenen Spaltes praktisch keine Dämpfungsverluste in der Übertragung der Strahlung mittels Reflexion auf der Beschichtung des Rohrinneren auftreten, sofern eine Verwendung zur Temperaturmessung gemäß der eingangs genannten DE 36 05 737 beabsichtigt ist.In a preferred embodiment of the method, the tubular insert becomes the first step formed into an insert tube so that its tubular jacket is almost closed Has a gap along the longitudinal axis of the pipe; here it proves to be advantageous that due to the almost closed gap practically no loss of attenuation in the transmission of Radiation occurs by means of reflection on the coating of the inside of the pipe, if used intended for temperature measurement according to DE 36 05 737 is.
Im ersten Schritt wird ein Metallband mit einer Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,8 mm und einer Breite im Bereich von 6 bis 30 mm zu einem Einlagerohr gebogen, wobei im zweiten Schritt die rohrförmige Einlage mit einer Länge im Bereich von 0,5 m bis zu 6 m in das bereits als Rohling vorgefertigte, nahtlose äußere Rohr eingeschoben wird; der Innendurchmesser des äußeren Rohres ist dabei geringfügig größer als der Außendurchmesser des einzubringenden Einlagerohres.In the first step, a metal strip with a thickness in the range of 0.1 to 0.8 mm and one Width in the range of 6 to 30 mm bent into an insert tube, the second step being the tubular insert with a length in the range of 0.5 m to 6 m into the already as blank prefabricated, seamless outer tube is inserted; the inside diameter of the outside The pipe is slightly larger than the outside diameter of the pipe to be inserted Insert tube.
Hierbei handelt es sich um eine verhältnismäßig einfache Handhabung, die sich vorteilhafterweise auch durch einfache fachmännische Maßnahmen automatisieren läßt.This is a relatively simple handling, which is advantageous can also be automated by simple professional measures.
Im Verfahren wird ein Metallband eingesetzt, das auf wenigstens einer Bandseite eine Beschichtung aus Edelmetall - vorzugsweise Gold - aufweist, wobei das Band so in der Ziehvorrichtung geführt wird, daß die beschichtete Bandseite die spätere Innenfläche der zu erstellenden rohrförmigen Einlage bildet.A metal strip is used in the process, which has a coating on at least one side of the strip made of precious metal - preferably gold - with the band in the pulling device is carried out that the coated hinge side the later inner surface of the to be created forms tubular insert.
Hierbei erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß ein bereits vorgefertigtes mit Edelmetall/Goldbeschichtung versehenes Metallband eingesetzt werden kann, welches ohne spätere zusätzliche galvanische Verfahren bereits die für optimale Reflexionseigenschaften erforderliche Oberfläche aufweist. Dabei läßt sich auch ein verhältnismäßig sparsamer Verbrauch von Edelmetall im Beschichtungsverfahren erzielen. Die Beschichtung kann durch Galvanisieren, Walzplattieren oder Sputtertechnik - vorzugsweise einseitig - aufgebracht werden. It proves to be particularly advantageous that an already prefabricated one with a precious metal / gold coating provided metal band can be used, which without later additional galvanic processes are already required for optimal reflection properties Surface. A relatively economical consumption of Achieve precious metal in the coating process. The coating can be done by electroplating, Roll cladding or sputtering - preferably on one side - can be applied.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des dritten Verfahrensschrittes wird der Durchmesser sowohl der rohrartigen Einlage als auch des äußeren Mantelrohres um 5 bis 50 Prozent - vorzugsweise um 10 bis 30 Prozent - verringert; aufgrund der radialen Pressung läßt sich eine optimale Oberfläche der Edelmetall- bzw. Goldbeschichtung des Einlagerohres erzielen.In an advantageous embodiment of the third method step, the diameter is both the tubular insert and the outer jacket tube by 5 to 50 percent - preferably by 10 to 30 percent - reduced; due to the radial pressure, an optimal Achieve the surface of the precious metal or gold coating of the insert tube.
Somit läßt sich eine optimale Stabilität des Verbundrohres mit einer optimalen optischen Qualität vorteilhafterweise kombinieren.This enables the composite pipe to be optimally stable with an optimum optical quality advantageously combine.
Die Aufgabe wird für ein zweites Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Rohres aus Metall, das durch Ziehen radial zusammengepreßt wird, dadurch gelöst, daß ein Metall-Band mit wenigstens einer mit Edelmetall beschichteten Bandseite in eine Ziehmatrize einer Ziehvorrichtung mit feststehendem Innendorn eingebracht, mit einem Ende in einen gegenüber der Ziehvorrichtung beweglichen Ziehschlitten eingespannt und durch Bewegung des Ziehschlittens zu einem Verbund-Rohr mit nahezu geschlossenem Längsspalt gebogen wird, wobei die Breite des Bandes zumindest näherungsweise dem mittleren Umfang der rohrartigen Einlage entspricht und das Metall-Band so in der Ziehvorrichtung geführt wird, daß die beschichtete Bandseite die Innenfläche des zu erstellenden Verbund-Rohrs bildet. Auch beim zweiten Verfahren kann die Beschichtung des Metallbandes durch Galvanisieren, Walzplattieren oder Sputtertechnik aufgebracht werden.The task is for a second method of manufacturing a composite pipe from metal, which is radially compressed by pulling, solved in that a metal band with at least a strip side coated with precious metal in a drawing die of a drawing device inserted with a fixed internal mandrel, with one end in one opposite the drawing device movable slide and clamped by moving the slide to one Compound pipe is bent with an almost closed longitudinal gap, the width of the band corresponds at least approximately to the average circumference of the tubular insert and the metal strip is guided in the pulling device so that the coated side of the strip is the inner surface of the composite pipe to be created. In the second method, too Coating of the metal strip is applied by electroplating, roll cladding or sputtering become.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des zweiten Verfahrens wird ein Metall-Band mit einer Dikke im Bereich von 0,1 bis 0,8 mm und einer Breite im Bereich von 6 bis 30 mm zu dem Verbund-Rohr gebogen; das Verbundrohr wird vorzugsweise in einer Länge bis zu 6 m gezogen.In a preferred embodiment of the second method, a metal strip with a thickness is used in the range of 0.1 to 0.8 mm and a width in the range of 6 to 30 mm to the composite pipe bent; the composite pipe is preferably drawn up to a length of 6 m.
Als vorteilhaft erweist sich das zweite Verfahren im Hinblick auf gute Oberflächenqualität der Rohr-Innenseite und auf die kostengünstige Herstellung des Verbundrohres.The second method proves to be advantageous in terms of good surface quality Inside of the pipe and on the cost-effective production of the composite pipe.
Die Aufgabe wird für ein Verbundrohr aus einem Einlagerohr und einem äußeren, nahtlosen Mantelrohr die durch einen Ziehvorgang nach dem ersten Verfahren (gemäß Anspruch 1 bis 5) zu einem einzigen Verbundrohr radial zusammengepreßt sind, dadurch gelöst, daß das Einlagerohr einen längs der Rohrachse verlaufenden nahezu geschlossenen Spalt aufweist.The task is for a composite pipe consisting of an insert tube and an outer, seamless Jacket tube which by a drawing process according to the first method (according to claims 1 to 5) are radially compressed into a single composite tube, solved by the fact that the insert tube has an almost closed gap running along the tube axis.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verbundrohres liegt der Innendurchmesser im Bereich von 1,5 bis 9 mm und sein äußerer Durchmesser im Bereich von 2 bis 10 mm; die innere Beschichtung mit Edelmetall bzw. Gold weist eine Dicke von mindestens 0,1 µm auf, wobei sich die optische Qualität der reflektierenden Beschichtung durch den im dritten Schritt vorgenommenen Ziehvorgang mit radialer Pressung erheblich verbessern läßt. Als Werkstoff für die rohrförmige Einlage (Einlagerohr) haben sich Buntmetalle (Messing oder Kupfer), Edelmetall oder Edelstahl als besonders geeignet erwiesen; als Werkstoff für das äußere, nahtlose Rohr sind Buntmetalle (Kupfer oder Messing) oder Edelstahl besonders geeignet, wobei es sich hierbei um verhältnismäßig preisgünstige Werkstoffe handelt.In an advantageous embodiment of the composite pipe, the inside diameter is in the range from 1.5 to 9 mm and its outer diameter in the range from 2 to 10 mm; the inner Coating with precious metal or gold has a thickness of at least 0.1 µm, whereby the optical quality of the reflective coating by the one carried out in the third step Drawing process with radial pressure can be improved considerably. As a material for the tubular Inlay (insert tube) are non-ferrous metals (brass or copper), precious metal or Stainless steel proved to be particularly suitable; as a material for the outer, seamless tube Non-ferrous metals (copper or brass) or stainless steel are particularly suitable are relatively inexpensive materials.
Die Ausführungsform eines nach den Ansprüchen 6 bis 9 hergestellten Verbundrohres ist verhältnismäßig
kostengünstig herzustellen; sie ist insbesondere zur Strahlungsführung mittels Reflexion
an der inneren Oberfläche des Verbundrohres geeignet.The embodiment of a composite pipe manufactured according to
Die Aufgabe wird hinsichtlich einer Verwendung des Verbundrohres zur Übertragung von Strahlung entlang der Rohrachse durch Reflexion wenigstens eines Teils der Strahlung an der inneren Oberfläche des Verbundrohres gelöst; in einer bevorzugten Verwendung wird das Verbundrohr zur Übertragung von Wärmestrahlung für die Temperaturmessung eingesetzt, wie es aus der DE 36 05 737 A1 bekannt ist.The task becomes with regard to the use of the composite pipe for the transmission of radiation along the tube axis by reflection of at least part of the radiation on the inner Surface of the composite pipe released; in a preferred use the composite pipe used for the transfer of heat radiation for temperature measurement as it is known from DE 36 05 737 A1.
Ein wesentlicher Vorteil der Edelmetall enthaltenden Beschichtung auf der Innenseite des Verbundrohres ist in der konstanten, temperaturunabhängigen Reflexionseigenschaft zu sehen. A major advantage of the coating containing precious metal on the inside of the composite pipe can be seen in the constant, temperature-independent reflection property.
Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1a, 1b, 1c sowie 2a, 2b und
2c näher erläutert.
Gemäß Figur 1a weist die teilweise dargestellte Ziehvorrichtung 1 einen entlang der Ziehachse
3 angeordneten Ziehdorn 4 auf, welcher mittels Dornstange 5 und Dornhalterung 6 in der Ziehvorrichtung
1 stationär positioniert ist; im Einlaufsbereich des Metallbandes 2 ist eine Bandführung
11 vorgesehen, in der mit Pfeil 16 gekennzeichneten Bewegungsrichtung des Metallbandes
2 folgt der konisch ausgebildete Einlaufbereich 7 der Zieh-Matrize 8, die mittels Matrizenhalterung
9, 10 stationär an der Ziehvorrichtung 1 positioniert ist; mit Hilfe von Ziehdorn 4 und
der ihn mit Abstand (Abstand ist auf die Dicke des Metallbandes abgestimmt) umgebenden
Zieh-Matrize 8 wird das Metallband 2 zu einem Rohr bzw. rohrförmigen Einlage 12 gebogen.
Der als rohrförmige Einlage ausgebildete Teil des bereits erstellten Vormaterials ist an seinem
vorderen Ende 13 in der Spannzange 14 eines Ziehschlittens 15 eingespannt. Die Transportrichtung
des mittels nicht dargestelltem Antrieb (Kettenantrieb, hydraulischer Antrieb) angetriebenen
Ziehschlittens 15 erstreckt sich entlang der Ziehachse 3. Metallband 2 befindet sich
als massives oder beschichtetes Vormaterial in einer für eine Vielzahl von Ziehvorgängen
ausreichenden Menge auf einer Vorratsspule 17, von der es chargenweise (der Rohrlänge entsprechend)
abgewickelt wird. Durch die Ziehbewegung in Richtung Pfeil 18 wird der Ziehschlitten
15 so weit vorgeschoben, daß sich zwischen Ziehschlitten 15 und Matrize 8 ein Längenbereich
von ca. 0,5 m bis zu 6 m für den Rohling des Einlagerohrs bzw. der rohrförmigen Einlage
12 ergibt. Figur 1a ist zwecks besserer Übersicht in einer entlang der Längsachse gestauchten
Form dargestellt, so daß diese Figur keinesfalls als maßstäblich anzusehen ist; die sich nach
Verlassen der Matrize 8 ergebende rohrförmige Einlage 12 bzw. Einlagerohr 12 ist im Querschnitt
entlang der Schnittebene AA in Figur 1b dargestellt, wobei diese Figur auf eine rohrförmige
Einlage 12 mit aufgebrachter Oberflächenbeschichtung 19 gerichtet ist; der nahezu geschlossene
Längsspalt ist mit Ziffer 21 bezeichnet; als Oberflächenbeschichtung ist vorzugsweise
Gold vorgesehen, um beispielsweise eine optimale Reflexion der in die rohrförmige Einlage
bzw. in das spätere Verbundrohr eindringenden Strahlung zu ermöglichen, sofern das Verbundrohr
für pyrometrische Temperaturmessung eingesetzt wird.According to FIG. 1a, the pulling device 1 partially shown has one along the pulling
Die Ausführungsform nach Figur 1b eignet sich auch als Verbundrohr ohne zusätzliche äußere
Ummantelung, dessen Herstellung in den Ansprüchen 7 bis 9 beschrieben ist; eine solche Anordnung
ist insbesondere für pyrometrische Temperaturmessung geeignet.The embodiment according to FIG. 1b is also suitable as a composite pipe without an additional outer pipe
Casing, the manufacture of which is described in
Es ist jedoch auch möglich, auf die Oberflächenbeschichtung des Bandmaterials zu verzichten, wie sich aus Figur 1c ergibt; ein solches unbeschichtetes Einlagerohr kann als Vormaterial eines zu erstellenden Verbundrohres mit geschlossenem Außenmantel für die Übermittlung eines Mediums, beispielsweise Gas bzw. als Kanal für ein Kühlmedium eingesetzt werden; als vorteilhaft ist hierbei der Einsatz eines gegenüber dem jeweiligen Medium beständigen Werkstoffes anzusehen.However, it is also possible to dispense with the surface coating of the strip material, as can be seen from FIG. 1c; Such an uncoated insert tube can be used as a raw material composite pipe to be created with closed outer jacket for the transmission of a Medium, for example gas or used as a channel for a cooling medium; as beneficial is the use of a material that is resistant to the respective medium to watch.
Figur 2a zeigt wiederum Ziehvorrichtung 1 mit Ziehdorn 4, Dornstange 5 und Dornhalterung 6,
wobei Ziehdorn 4 von einer Matrize 8 in Matrizenhalterung 9 mit Abstand (Abstand ist auf die
Wanddicken bzw. Endabmessung des zu erstellenden Verbundrohres abgestimmt) umgeben
ist. Als Vormaterial ist nunmehr das in einem äußeren nahtlosen Mantel-Rohr 20 eingesteckte
Einlagerohr 12 vorgesehen, wobei beide Rohre mit ihren vorderen Enden in der Spannzange
14 des Ziehschlittens 15 eingespannt sind. Durch Bewegung des Ziehschlittens 15 entlang der
Ziehachse 3 in Richtung des Ziehpfeils 18 werden beide Rohre in radialer Richtung zur Ziehachse
3 gesehen so zusammengepreßt, daß ein Verbundrohr 22 den Bereich der Matrize 8 in
Pfeilrichtung 18 verläßt; beim Zusammenpressen in radialer Richtung auf dem Ziehdorn 4 wird
die Oberflächenbeschichtung 19 stark geglättet, daß eine optimal reflektierende innere
Oberfläche erreicht wird. Die Oberflächenbeschichtung ist gemäß Figur 2b mit Bezugsziffer 19
gekennzeichnet.FIG. 2a again shows drawing device 1 with drawing
Figur 2c zeigt einen Längsschnitt des fertigen Verbundrohres; gemäß Figur 2c tritt direkte
Strahlung 25 entlang der Rohrachse 23 ein, welche ohne Reflexion das Verbundrohr 22 durchläuft;
Streustrahlung 26 (wie sie beispielsweise auch anhand der DE 36 05 737 A1 beschrieben
ist), tritt dagegen außerhalb der Rohrachse 23 ein und wird mehrfach an der Oberflächenbeschichtung
19 innerhalb des Rohres reflektiert und tritt am Rohrende 24 in eine hier nicht dargestellte
Detektoreinrichtung aus; als Detektoreinrichtung kann sich beispielsweise ein Pyrometer
zur berührungsfreien Temperaturmessung eignen.Figure 2c shows a longitudinal section of the finished composite pipe; according to Figure 2c occurs
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