EP1393832B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Induktivbiegen von Rohren - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Induktivbiegen von Rohren Download PDF

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EP1393832B1
EP1393832B1 EP03090269A EP03090269A EP1393832B1 EP 1393832 B1 EP1393832 B1 EP 1393832B1 EP 03090269 A EP03090269 A EP 03090269A EP 03090269 A EP03090269 A EP 03090269A EP 1393832 B1 EP1393832 B1 EP 1393832B1
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bending
plane
pressure rollers
pressure
induction
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Uwe Arenz
Norbert Leppmann
Johannes Dr. Gross-Weege
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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
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    • B21D7/024—Bending rods, profiles, or tubes over a stationary forming member; by use of a swinging forming member or abutment by a swinging forming member
    • 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
    • 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
    • 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 and an apparatus for the induction bending of pipes according to the Preamble of claim 1, or of claim 8.
  • 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 pipe Scaffold at least four in their distance from each other by means of known hydraulic Servomotors of a hydraulic system via hydraulic elements infinitely adjustable Pressure rollers arranged in at least two mutually perpendicular planes are.
  • JP 56026625 A a device for the induction bending of pipes is disclosed.
  • a guide is arranged, consisting of a tube comprising the holding device with a plurality of distributed over the circumference arranged pressure rollers.
  • the distance between two opposing pressure rollers corresponds to the actual outside diameter of the incoming pipe.
  • the adjustable to a predetermined distance pressure rollers to prevent the ovalization of the bent pipe.
  • two axially spaced apart pressure rollers are provided per set of rollers.
  • the object of the invention is to specify a method and a device for the induction bending of pipes, with the reproducible the formation of an impermissible ovality in the bow area is avoided.
  • each of the heating zone leaving arc section in one of the largest expected ovality selected level at least two Setting the circumference to the nominal outside diameter of the pipe bend, forcibly guided, wherein in the rearward extension of the plane the center of rotation of the Biegearmes cuts.
  • the optimal positions to be set and distances of the rollers are each through previous calculation, eg B. determined by finite element method (FEM).
  • FEM finite element method
  • 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 pressed not only oval by the forces acting on the induction bending, but at the same time the wall thickness is reduced 3 in the tension zone and the wall thickness 4 is upset in the pressure zone.
  • FIG. 3 schematically illustrates an inventive inductive bending system 5. It consists of a here only indicated water-cooled inductor 6, a clamping element 7 with an attached bending arm 8. The alignment lines of the inductor 6 and the bending arm 8 intersect at the fulcrum. 9
  • the bending process now proceeds in such a way that the output tube 10 by means of the inductor 6 is heated in a narrow strip over the circumference.
  • the at the front End mounted clamping element 7 is connected to a bending arm 8, the is pivoted slowly according to the feed. Act through the swing Forces on the heated narrow strip of the output tube 10 and force it to follow the curved path defined by the bending radius R.
  • a framework 11 is arranged 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" have a diaboloform in cross-section.
  • Andeutungmud are the employment of the pressure rollers actuated hydraulic units 12, 13, 13 'shown. They are arranged in this embodiment that in the Y-axis two 13, 13 'are approximately opposite each other and in the X-axis a hydraulic unit 12 is located in the pressure zone area.
  • the on the hydraulic units 13, 13 'drawn circumferential arrows are intended to indicate the possibility of optimal To be able to adjust the position variably.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Induktivbiegen von Rohren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bzw. des Patentanspruches 8.
Aus der DE-OS 2112019 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung 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 und eine Vorrichtung 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 bzw. 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind 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 vorteilhafte 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, auf einer Induktivbiegeanlage, 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 (8) der Induktivbiegeanlage 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 (6), einem Biegearm (8) und einem hinter dem Induktor angeordneten Gerüst (11), in dem stufenlos radial anstellbare Druckrollen (14, 14', 14") befestigt sind
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei in Umfangsrichtung verschiebbare Druckrollen (14, 14', 14") 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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