EP1393832A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Induktivbiegen von Rohren - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Induktivbiegen von Rohren Download PDF

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EP1393832A1
EP1393832A1 EP03090269A EP03090269A EP1393832A1 EP 1393832 A1 EP1393832 A1 EP 1393832A1 EP 03090269 A EP03090269 A EP 03090269A EP 03090269 A EP03090269 A EP 03090269A EP 1393832 A1 EP1393832 A1 EP 1393832A1
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plane
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pressure
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Norbert Leppmann
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Vodafone GmbH
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Mannesmannroehren Werke AG
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D7/00—Bending rods, profiles, or tubes
    • B21D7/02—Bending rods, profiles, or tubes over a stationary forming member; by use of a swinging forming member or abutment
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    • B21D7/025—Bending rods, profiles, or tubes over a stationary forming member; by use of a swinging forming member or abutment by a swinging forming member and pulling or pushing the ends of the work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D9/00—Bending tubes using mandrels or the like
    • B21D9/16—Auxiliary equipment, e.g. machines for filling tubes with sand
    • B21D9/18—Auxiliary equipment, e.g. machines for filling tubes with sand for heating or cooling of bends

Definitions

  • the invention relates to a method for inductively bending pipes according to the Preamble of claim 1.
  • DE-OS 2112019 discloses a method for inductively bending pipes. at In this method, an inductive coil is used to partially pipe a section of the pipe entire pipe circumference heated and bent with the help of a bending arm.
  • a disadvantage of This method is that the pipe bend due to the acting forces over the entire arc area has an ovality, the reworking of the arc area required to achieve the given diameter.
  • This proposed procedure is to be carried out by a system in which before or behind or in front of and behind the inductor in an adjustable distance from the tube Scaffold at least four in their distance from each other with the help of known hydraulic Actuators from a hydraulic system via hydraulic elements continuously adjustable Pressure rollers arranged in at least two mutually perpendicular planes are.
  • the proposed procedure does not lead to the desired success because the required one Pre-ovalization or the expected springback can only be determined inaccurately. She can be preset too strong or too weak, so that after the springback a intolerable ovality remains. The default is problematic because it is used by many Parameters at the same time.
  • the s / D ratio, the R / D ratio and the flow Material The manufacturing process of the output pipe also influences the degree of Springback.
  • JP 56026625 A discloses a device for inductively bending pipes.
  • a guide is arranged in front of the inductor, consisting of a holding device comprising the tube with a plurality of pressure rollers arranged distributed over the circumference. The distance between two opposing pressure rollers corresponds to the actual outside diameter of the incoming pipe.
  • the pressure rollers which can be set to a predetermined distance, are intended to prevent ovalization of the bent tube.
  • two axially spaced pressure rollers are provided per roller set.
  • the object of the invention is to provide a method for inductively bending pipes, with the reproducible the formation of an impermissible ovality in the arch area is avoided.
  • the arc section leaving the heating zone is in each case in one level selected the greatest expected ovality to at least two Setting the circumference to the nominal outside diameter of the pipe bend, in a rearward extension the plane is the center of rotation of the bending arm cuts.
  • This procedure presupposes that at the beginning of the bending process a piece first Arc must be generated in order to at this first arc section and not at Output pipe to be able to exercise a guide by means of adjustable rollers.
  • the optimal positions and spacing of the rolls are set by previous calculation, e.g. B. determined using the finite element method (FEM).
  • FEM finite element method
  • FIG. 1 a schematically inductively bent pipe cross section 2 has been drawn into an ideal pipe cross section 1 for demonstration purposes.
  • Figure 2 shows the same cross-section 2 of an arc section as Figure 1 but with an exaggerated representation of the wall thickness.
  • the output tube is not only pressed oval by the forces acting during inductive bending, but at the same time the wall thickness 3 is reduced in the tension zone and the wall thickness 4 is compressed in the pressure zone.
  • FIG. 3 schematically shows an inductive bending system 5 designed according to the invention. It consists of a water-cooled inductor 6, only indicated here, a clamping element 7 with a bending arm 8 attached to it. The alignment lines from the inductor 6 and from the bending arm 8 intersect at the pivot point 9.
  • a scaffold 11 is arranged according to the invention behind the inductor 6.
  • it is equipped with three, preferably hydraulically adjustable, pressure rollers 14, 14 ', 14 "(see FIG. 4 ).
  • the pressure rollers 14, 14', 14" preferably have a diaboloid shape in cross section.
  • the hydraulic units 12, 13, 13 ' which actuate the pressure rollers are indicated. In this exemplary embodiment, they are arranged such that two 13, 13 'lie approximately opposite one another in the Y axis and a hydraulic unit 12 is located in the pressure zone region in the X axis.
  • the circumferential arrows drawn on the hydraulic units 13, 13 ' are intended to indicate the possibility of being able to variably set the optimal position.
  • LIST OF REFERENCE NUMBERS No. description 1 ideal pipe cross-section 2 curved pipe cross-section 3 Wall thick train zone 4 Wall thick pressure zone 5 inductive bending 6 inductor 7 clamping element 8th bending arm 9 pivot point 10 outlet pipe 11 framework 12 hydraulic power unit 13, 13 ' hydraulic power unit 14, 14 ', 14 " pressure rollers

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zum Induktivbiegen von Rohren, insbesondere Großrohre, bei dem während des Biegevorganges unmittelbar hinter der Erwärmungszone ein auf das Rohr wirkender Druck ausgeübt wird. Hierbei wird jeweils der die Erwärmungszone verlassende Bogenabschnitt in einer die größte zu erwartende Ovalität ausgewählten ausgewählten Ebene an mindestens zwei Stellen des Umfangs auf Nennaußendurchmesser des Rohrbogens zwangsweise geführt, wobei in rückwärtiger Verlängerung die Ebene den Drehmittelpunkt des Biegearmes schneidet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Induktivbiegen von Rohren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE-OS 2112019 ist ein Verfahren zum Induktivbiegen von Rohren bekannt. Bei diesem Verfahren wird mittels einer Induktivspule partiell ein Rohrabschnitt über den gesamten Rohrumfang erwärmt und mit Hilfe eines Biegearmes gebogen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass der Rohrbogen aufgrund der einwirkenden Kräfte über den gesamten Bogenbereich eine Ovalität aufweist, die eine Nacharbeit des Bogenbereiches erforderlich macht, um den vorgegebenen Durchmesser zu erzielen.
Zur Überwindung dieses Problems ist bereits vorgeschlagen worden (DE 3150381 A1), dass während des Biegevorganges, unmittelbar vor oder hinter bzw. vor und hinter der Erwärmungszone, in mindestens zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen ein beidseitig auf das Rohr wirkender, erforderlichenfalls sich im Bogenablauf umkehrender, Druck ausgeübt wird. Dieser Druck soll eine umgekehrte Rückfederung berücksichtigende Vorovalität sowohl in waagerechter Biegeebene als auch senkrecht dazu im elastoplastischen Werkstoffbereich bewirken.
Diese vorgeschlagene Verfahrensweise soll durch eine Anlage erfolgen, bei der vor oder hinter bzw. vor und hinter dem Induktor in einem im Seitenabstand vom Rohr einstellbaren Gerüst mindestens vier in ihrem Abstand voneinander mit Hilfe an sich bekannter hydraulischer Stellmotoren von einem Hydrauliksystem über Hydraulikelemente stufenlos anstellbare Druckrollen in mindestens zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen angeordnet sind.
Die vorgeschlagene Verfahrensweise führt nicht zum gewünschten Erfolg, da die erforderliche Vorovalisierung bzw. die zu erwartende Rückfederung nur ungenau ermittelbar ist. Sie kann zu stark oder zu schwach voreingestellt sein, so dass nach der Rückfederung eine nicht tolerierbare Ovalität verbleibt. Die Voreinstellung ist problematisch, da sie von vielen Parametern gleichzeitig abhängt. Es fließen das s/D-Verhältnis, das R/D-Verhältnis und der Werkstoff ein. Auch das Herstellverfahren des Ausgangsrohres beeinflusst den Grad der Rückfederung.
In der JP 56026625 A ist eine Vorrichtung zum Induktivbiegen von Rohren offenbart. Vor dem Induktor ist eine Führung angeordnet, bestehend aus einer das Rohr umfassenden Haltevorrichtung mit einer Vielzahl von über den Umfang verteilt angeordneten Druckrollen.
Der Abstand zweier einander gegenüber liegender Druckrollen entspricht dem IST-Außendurchmesser des einlaufenden Rohres. Die auf einen vorgegebenen Abstand einstellbaren Druckrollen sollen das Ovalisieren des gebogenen Rohres verhindern. Vorzugsweise sind pro Rollensatz zwei axial beabstandet voneinander angeordnete Druckrollen vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Induktivbiegen von Rohren anzugeben, mit dem reproduzierbar die Ausbildung einer unzulässigen Ovalität im Bogenbereich vermieden wird.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.
Nach der Lehre der Erfindung wird jeweils der die Erwärmungszone verlassende Bogenabschnitt in einer die größte zu erwartende Ovalität ausgewählten Ebene an mindestens zwei Stellen des Umfanges auf Nennaußendurchmesser des Rohrbogens zwangsweise geführt, wobei in rückwärtiger Verlängerung die Ebene den Drehmittelpunkt des Biegearmes schneidet.
Aufgrund der ungleichen Kraftverhältnisse in der Zugzone im Vergleich zur Druckzone liegt die Ovalform nicht symmetrisch zum Koordinatensystem. Um dies zu berücksichtigen wird weiterbildend vorgeschlagen, eine dritte Druckrolle im Bereich der Druckzone vorzusehen.
Im Unterschied zum bekannten Verfahren wird keine Vorovalisierung erzeugt, sondern die nach und nach die Erwärmungszone verlassenden Bogenabschnitte werden zwangsweise geführt.
Diese Verfahrensweise setzt voraus, dass zu Beginn des Biegevorganges zuerst ein Stück Bogen erzeugt werden muss, um an diesen ersten Bogenabschnitt und nicht am Ausgangsrohr einen Führungszwang mittels anstellbarer Rollen ausüben zu können.
Um die üblicherweise mit Fortschreiten des Biegevorganges eintretende und sich stärker ausprägende Ovalisierung verhindern zu können, werden vorzugsweise die beiden einander gegenüber liegenden Rollen, bei Bedarf auch eine dritte Rolle, angestellt.
Die einzustellenden optimalen Positionen und Abstände der Rollen werden jeweils durch vorherige Berechnung, z. B. mittels Finiter-Elemente-Methode (FEM) ermittelt. Damit können gezielt die Umfangsbereiche geführt werden, in denen die größte Ovalität auftritt. Der Haltedruck der angestellten Rollen muss so hoch sein, dass die eingestellten Abstände zueinander trotz der ansteigenden entgegenwirkenden Kräfte unverändert bleiben.
Auf diese Weise werden die die Erwärmungszone verlassenden Bogenabschnitte zwangsgeführt und die Ausbildung einer unzulässigen Ovalität unterdrückt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von einem in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
Es zeigen:
Figur 1
schematisch den Vergleich gebogener Rohrquerschnitt mit idealem Rohrquerschnitt,
Figur 2
die Wanddickenverteilung in einem gebogenen Rohrquerschnitt,
Figur 3
schematisch eine erfindungsgemäß ausgebildete Induktivbiegeanlage,
Figur 4
eine Ansicht in Richtung X in Figur 3.
In Figur 1 ist zur Demonstration ein schematisch induktiv gebogener Rohrquerschnitt 2 in einen idealen Rohrquerschnitt 1 eingezeichnet worden.
Wie man gut erkennen kann, wird der ursprünglich nahezu kreisrunde Rohrquerschnitt 1 durch die beim Induktivbiegen einwirkenden Kräfte oval gedrückt. Wird mit X die waagerechte Biegeebene bezeichnet, so wird deutlich, dass in der Y-Achse der Rohrquerschnitt 2 nach außen wandert und außerhalb des idealen Rohrquerschnittes 1 liegt und umgekehrt in der X-Achse der gebogene Rohrquerschnitt 2 nach innen wandert und zumindest auf einer Seite vollständig innerhalb des idealen Rohrquerschnittes 1 liegt.
Figur 2 zeigt den gleichen Querschnitt 2 eines Bogenabschnittes wie Figur 1 aber mit einer übertriebenen Darstellung der Wanddicke. In bekannter Weise wird das Ausgangsrohr durch die einwirkenden Kräfte beim Induktivbiegen nicht nur oval gedrückt, sondern gleichzeitig wird die Wanddicke 3 in der Zugzone verringert und die Wanddicke 4 in der Druckzone angestaucht.
In Figur 3 ist schematisch eine erfindungsgemäß ausgebildete Induktivbiegeanlage 5 dargestellt. Sie besteht aus einem hier nur angedeuteten wassergekühlten Induktor 6, einem Klemmelement 7 mit einem daran befestigten Biegearm 8. Die Fluchtlinien vom Induktor 6 und vom Biegearm 8 schneiden sich im Drehpunkt 9.
Der Biegevorgang läuft nun in der Weise ab, dass das Ausgangsrohr 10 mittels des Induktors 6 in einem schmalen Streifen über den Umfang erwärmt wird. Das am stirnseitigen Ende angebrachte Klemmelement 7 ist mit einem Biegearm 8 verbunden, der entsprechend dem Vorschub langsam geschwenkt wird. Durch die Schwenkung wirken Kräfte auf den erwärmten schmalen Streifen des Ausgangsrohres 10 ein und zwingen es der durch den Biegeradius R festgelegten Kurvenbahn zu folgen.
Um den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Effekt einer Ovalisierung entgegenzuwirken ist erfindungsgemäß hinter dem Induktor 6 ein Gerüst 11 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist es mit drei, vorzugsweise hydraulisch anstellbaren, Druckrollen 14, 14', 14" (siehe Figur 4) bestückt. Vorzugsweise haben die Druckrollen 14, 14', 14" im Querschnitt gesehen eine Diaboloform.
Andeutungsweise sind die die Anstellung der Druckrollen betätigenden Hydraulikaggregate 12, 13, 13' dargestellt. Sie sind in diesem Ausführungsbeispiel so angeordnet, dass in der Y-Achse zwei 13, 13' näherungsweise einander gegenüber liegen und in der X-Achse sich ein Hydraulikaggregat 12 im Druckzonenbereich befindet. Die an den Hydraulikaggregaten 13, 13' eingezeichneten Umfangspfeile sollen die Möglichkeit andeuten, die optimale Position variabel einstellen zu können.
Bezugszeichenliste
Nr. Bezeichnung
1 idealer Rohrquerschnitt
2 gebogener Rohrquerschnitt
3 Wanddicke Zugzone
4 Wanddicke Druckzone
5 Induktivbiegeanlage
6 Induktor
7 Klemmelement
8 Biegearm
9 Drehpunkt
10 Ausgangsrohr
11 Gerüst
12 Hydraulikaggregat
13, 13' Hydraulikaggregat
14, 14', 14" Druckrollen

Claims (11)

  1. Verfahren zum Induktivbiegen von Rohren, insbesondere Großrohre, bei dem während des Biegevorganges unmittelbar hinter der Erwärmungszone ein auf das Rohr wirkender Druck ausgeübt wird
    dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der die Erwärmungszone verlassende Bogenabschnitt in einer die größte zu erwartende Ovalität ausgewählten Ebene an mindestens zwei Stellen des Umfangs auf Nennaußendurchmesser des Rohrbogens zwangsweise geführt wird,
    wobei in rückwärtiger Verlängerung die Ebene den Drehmittelpunkt des Biegearmes schneidet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass der Führungszwang erstmalig ausgeübt wird, wenn der erste Bogenabschnitt eine für das Ansetzen eines Führungsmittels erforderliche Bogenerstreckung erreicht hat.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2
    dadurch gekennzeichnet, dass an zwei gegenüber liegenden Stellen des Umfanges der Führungszwang ausgeübt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3
    dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene des Führungszwanges nahezu mit der senkrechten Biegeebene zusammenfällt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2
    dadurch gekennzeichnet, dass an drei über den Umfang verteilt angeordneten Stellen der Führungszwang ausgeübt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5
    dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Stelle des Führungszwanges in der waagerechten Biegeebene im Druckzonenbereich liegt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6
    dadurch gekennzeichnet, dass durch Abschätzung oder Berechnung die Anzahl, die Position und die Abstände der Stellen des Führungszwanges ermittelt werden.
  8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem wassergekühlten Induktor, einem Biegearm und einem hinter dem Induktor angeordneten Gerüst, in dem stufenlos radial anstellbare Druckrollen befestigt sind
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei in Umfangsrichtung verschiebbare Druckrollen angeordnet sind, die während des Biegevorganges auf einen vorzugebenden Abstand fest einstellbar sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8
    dadurch gekennzeichnet, dass zwei Druckrollen vorgesehen sind, die einander gegenüber liegen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9
    dadurch gekennzeichnet, dass die Anstelleinrichtung für die Druckrollen mit einem Anschlag versehen ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung der zwei einander gegenüber liegenden Druckrollen miteinander gekoppelt ist.
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