EP1572387B1 - Verfahren und fertigungslinie zur rationellen fertigung von u-förmig gebogenen wärmetauscherrohren - Google Patents

Verfahren und fertigungslinie zur rationellen fertigung von u-förmig gebogenen wärmetauscherrohren Download PDF

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EP1572387B1
EP1572387B1 EP03769473A EP03769473A EP1572387B1 EP 1572387 B1 EP1572387 B1 EP 1572387B1 EP 03769473 A EP03769473 A EP 03769473A EP 03769473 A EP03769473 A EP 03769473A EP 1572387 B1 EP1572387 B1 EP 1572387B1
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EP
European Patent Office
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manufacture
tube
tubes
bent
production line
Prior art date
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EP03769473A
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Horst Glatz
Eberhard Lepin
Gerhard SCHÜZ
Martin Straub
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Wieland Werke AG
Original Assignee
Wieland Werke AG
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Publication date
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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
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/02—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • B21D53/06—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers of metal tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
    • B21B2003/005—Copper or its alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/10—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
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    • Y10T29/49789—Obtaining plural product pieces from unitary workpiece
    • Y10T29/49798—Dividing sequentially from leading end, e.g., by cutting or breaking

Definitions

  • the invention relates to a method for producing U-shaped bent tubes made of a non-ferrous metal immediately following a pipe production line. Furthermore, the invention relates to a production line for producing U-shaped bent tubes.
  • the lamellar apparatuses are designed with one or more pipe passages. While tubes with a pass are usually used in apparatuses, the refrigerant or heat carrier stream must be diverted in multi-pass designs and fed back through the apparatus. These deflections can be performed by attached to the pipe ends fittings (bends) or by U-shaped bent tubes. The latter is very inexpensive and therefore the technically advantageous solution.
  • the thin-walled tubes which are usually wound in a coiled form and have a wall thickness of only a few tenths of a millimeter, are uncoiled at the heat exchanger producer, cut to length and bent into U-shaped tubes ("hairpins").
  • U-tube bending machines allow simultaneous bending of up to 8 hairpins (or more) simultaneously.
  • the leakage of a coil stops the entire bending line.
  • the outgoing coil must then be replaced by a new one.
  • Large bobbin weights lead to fewer stops, but are much more complicated to handle during transport and bobbin change.
  • Many unwinding devices are not designed for larger coil weights.
  • the equipment manufacturers prescribe minimum bobbin weights. Underweight coils, which are produced by the pipe manufacturer due to their production, are often not available for sale and must be scrapped.
  • thermoforming methods such as slide drawing with slide or drum drawing machines or tube rolling techniques such as the cold pilger are used.
  • the document EP 0 648 855 A1 describes, by way of example, a production method for seamless copper and copper alloy tubes in which targeted recrystallization processes play a special role with regard to the ability to change the shape.
  • the method also describes the usual handling of semi-finished tubes, which are wound up after forming processes to a coil (coil).
  • the current manufacturing practice of heat exchanger tubes made of copper and copper alloys is intrinsically that the finished size is mainly wound in Purwindige coils with tight coil radii and limited weight and delivered in bright annealed soft state to elsewhere unwound again, directed and cut to length, for example, hairpin-shaped curved tubes to be further processed for lamellar heat exchangers.
  • the softening and recrystallization during bright annealing of the highly solidified and present in closely wound coils heat exchanger tubes also leads to an adaptation of the tube cross-sections of the geometric constraints of the coil and thus to changes in shape of the tube cross-section and the layer diameter of individual turns, but in particular the outer turns.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method in the mentioned disadvantages of a cross-sectional deformation, diameter and wall thickness change are corrected in heat exchanger tubes and to provide a device for the production of heat exchanger tubes.
  • the invention is based on the consideration that a pipe train should be followed directly by a rational production process for hairpin pipes.
  • the expenses for the transport and handling of the coiled and relatively delicate semifinished product should be kept as low as possible.
  • the quality losses caused by unwinding and bending problems and the resulting complaints from heat exchanger equipment manufacturers should be reduced in order to achieve greater customer satisfaction.
  • the pipes should meet the strict technical specifications in terms of dimensions, eccentricity, mechanical characteristics and surface condition. Occasionally, in addition to standards, equipment manufacturers explicitly require pipes to be bendable and, in particular, expandable.
  • the Rohrziehgut or the pipe sections of a quality control in particular a test for leaks, subjected.
  • the eddy current test has proved its worth, with which the finest inhomogeneities on the outer tube surface can be reliably detected.
  • the identified as defective areas are identified and eliminated. It is particularly advantageous if the straightening of the tube-drawing material in step b) is combined with the leak-tightness test.
  • the so-called bright annealing which is preferably carried out under a protective gas atmosphere, serves to subject the tubes to recrystallization and to prepare them again in their "soft" state for bending deformation.
  • the Rohrziehgut this is advantageously either in continuous operation or it will be the isolated pipe sections annealed in batch mode.
  • the material In batch mode, the material is arranged on transport racks, for example.
  • the isolated pipe sections are fed to the cleaning device and then stored in a storage device.
  • the annealing takes place in batch mode in an annealing device under a protective gas atmosphere, before the soft Pipe sections are fed to the bending device.
  • Metallically pure inner pipe surfaces with permissible smaller residual carbon values are an increasingly demanded quality requirement for heat exchanger tubes.
  • the tube stock is subjected to a ribbing process.
  • the throughput speeds of Berippungsstrom and the annealing process must be coordinated control technology.
  • the pipe drawing stock is advantageously placed in a basket reel and then further processed in parallel on a single or multiple bending device in the case of an annealing of the tube stock before being cut to length for separation in pipe sections.
  • Particular care must be taken when storing the scratch- and damage-prone soft annealed tubes on a specially designed basket construction.
  • a Schutzgas Seriesvortechnische is arranged at a tube-side end for flushing the Rohrziehgutes and a suction device at the other end.
  • the separating device is followed by a sorting device for different lengths of the pipe sections.
  • the respective lengths can then be made in smaller quantities in the further production on different bending machines to hairpins. Only with sufficient flexibility can the customer's requirements be met satisfactorily.
  • the separating device or optionally the sorting device downstream of a cleaning device downstream of a cleaning device to subject the pipe sections of an internal and / or external cleaning.
  • the annealing device for the Rohrziehgut in continuous operation or for the isolated pipe sections in batch mode an induction, radiation or convection oven.
  • Another production-technical feature is advantageously a subsequent directional device Berippungsvortechnische for Rohrziehgut.
  • the finned surface further increases the heat transfer of a pipe.
  • the U-shaped bent tubes are particularly suitable for heat exchangers, in particular plate heat exchangers. Depending on the size are punched out Slats threaded on the vertically arranged hairpins or introduced the hairpins in the horizontally lying lamellae bundles. To connect the copper tubes with the lamellae, the tubes are widened from the inside, to ensure the most intimate, permanent contact and a low contact resistance. In the currently used expansion methods, in which pipes are clamped on one side and expanded with a mandrel, the pipes shrink at a constant weight per meter in the longitudinal direction. Thereafter, the free pipe ends are slightly expanded to accommodate the fitting bends. Finally, the fitting bends are attached and soldered manually or automatically.
  • the apparatuses are subjected to a leak test. Depending on the degree of integration of production, these operations are carried out at decoupled stations or completely on a belt. Some manufacturers separate the production of the elbows from the manufacture of the lamellar apparatus.
  • the advantages achieved by the invention are in particular that the otherwise usual winding the work hardened heat exchanger tubes to multilayer, narrow-radial and weight-limited coils and the batch annealing of these coils bypassed in a bright annealing furnace and thus the well-known disadvantages of tightly wound tubes such as changes in cross-sectional shape in the form of ovalization, wall thickness changes, an inhomogeneous stress distribution and a high accumulation of waste lengths is prevented.
  • the production of hairpin-shaped bent tubes for fin heat exchanger is shown as the last manufacturing step in the copper pipe production.
  • the in the penultimate production step in a horizontal position in large open-top circular containers stored as storage device Rohrziehgut 1 is preferably fed directly from these basket reels 2 via a straightening and testing device 3 an inductive continuous annealing 4 with subsequent cooling bath 5, while inside of a Schutzgas Seriesvoriques 7 with nitrogen or Nitrogen / hydrogen purged, which is removed via a suction device 8 again.
  • the Rohrziehgut 1 is supplied with a transport device 6 a separator 11 and cut to length directly to a single pipe section 10 and further transported to a subsequent good / bad sorting 12 for bending device 21.
  • Haamadelrohren 20 determined by the customer U-ray radii and parallel leg lengths in this embodiment with already cut to length straight pipe sections 10.
  • the soft pipes are redirected on the bending device 21, bent into hairpins and cut with another separator 22 to final dimensions.
  • a storage unit 23 and a packaging unit 24 the U-shaped bent tubes are prepared for transport.
  • This process sequence represents a solution tailored to a high degree of internal cleanliness, which offers advantages for the production of seamless drawn pipes as well as for longitudinal welded heat exchanger pipes following the pipe production line.
  • FIG. 2 a production line is shown with Einzelrohnivasch No 13, which pass through the isolated pipe sections 10.
  • the cleaning of the inner surfaces thus takes place on the already soft, cut to length and sorted stretched pipe sections 10 in a hairpin bending machines 21 upstream washing device.
  • this process variant it is possible to guarantee the highest purities of the inner surfaces of the pipes corresponding to the outer surfaces.
  • the production line is shown with basket in basket mode.
  • the bright annealed tubes are also soft and dry placed in the basket reel 2. It is known, as stated above, hardly a metal surface as scratch and damage prone as that of soft dry copper pipes. Therefore, in this processing step by targeted guidance of the turns in the basket or a special basket design with special care with the pipes handled. Oiling the exterior surface or using buffer / liners can also result in scratch resistance.
  • a production line is shown with annealing device for batch operation.
  • the separated pipe sections 10 are fed to the cleaning device 13 and then deposited in a storage device 14.
  • the annealing is carried out in batch mode in a radiation or convection oven as annealing device 15 before the soft pipe sections 10 of the bending device 21 are supplied.
  • the embodiment according to FIG. 5 largely corresponds to the production line shown in FIG. 1 with different pipe section lengths.
  • the individual tube lengths are cut off in this embodiment with a rotating cutting device 11 provided with multiple cutting heads.
  • a production line is shown with Berippungsvoriques, in which, for example, a mecanical symmetrical Berippungstechnikmaschinemaschinee are arranged, ensures the passage of the purge gas.
  • the throughput speeds of Berippungsstrom and the continuous annealing must be coordinated control technology.
  • the bright annealed tubes are separated directly after the continuous annealing on the stretched hairpin lengths and these fed to a good / bad sorting 12 as individual lengths of the bending machine.
  • the advantage of this solution is the short tube length after annealing, whereby the reaction products dissolved by the purge gas can be completely blown out and sucked, resulting in high internal cleanliness of the hairpins.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
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  • Shaping Of Tube Ends By Bending Or Straightening (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren aus einem Nichteisenmetall im unmittelbaren Anschluss an eine Rohrfertigungslinie. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Fertigungslinie zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren.
  • Zur Klimatisierung von Gebäuden, aber auch zur Erzeugung von Kälte im gewerblichen Bereich (z.B. Kühlräume, Lagerhäuser) muss kalte Luft bereitgestellt werden. Hierfür werden meist Kreisprozesse verwendet. Man unterscheidet Kompressions- und Absorptionsprozesse. Zur Erzeugung von kalter Luft werden Lamellenwärmeaustauscher verwendet, in denen Luft durch einen kalten Wärmeträger oder durch ein direkt verdampfendes Kältemittel abgekühlt wird. In luftgekühlten Kälte/Klimaanlagen wird die entstehende Abwärme in einem Kondensator oder einem Rückkühler an die Umgebungsluft abgeführt. Beide Wärmetauscherarten werden typischerweise als Lamellenapparate ausgeführt. Diese bestehen aus Lamellenpaketen, die auf Kupferrohre aufgebracht wurden.
  • Je nach den thermo-hydraulischen Anforderungen werden die Lamellenapparate mit einem oder mehreren Rohrpässen ausgeführt. Während in Apparaten mit einem Pass in der Regel gerade Rohre verwendet werden, muß in mehrpassigen Ausführungen der Kältemittel- bzw. Wärmeträgerstrom umgelenkt und durch den Apparat zurückgeführt werden. Diese Umlenkungen können durch an den Rohrenden angebrachte Fittinge (Bögen) oder durch U-förmig gebogene Rohre ausgeführt werden. Letzteres ist sehr kostengünstig und daher die technisch vorteilhafte Lösung.
  • Zur Herstellung der Lamellenpakete werden die meist in gespulter Form bezogenen dünnwandigen Rohre mit einer Wanddicke von nur einigen Zehntel Millimetern beim Wärmeaustauscherproduzenten abgespult, abgelängt und zu U-förmigen Rohren ("Haarnadeln") gebogen.
  • Biegemaschinen für U-Rohre ermöglichen das simultane Biegen von bis zu 8 Haarnadeln (oder mehr) gleichzeitig. Allerdings führt bei Mehrfach-Biegemaschinen das Auslaufen einer Spule zum Stillstand der gesamten Biegelinie. Die ausgegangene Spule muss dann durch eine neue ersetzt werden. Große Spulengewichte führen zu weniger Stops, sind jedoch in der Handhabung beim Transport und Spulenwechsel wesentlich aufwendiger. Viele Abspuleinrichtungen sind für größere Spulengewichte nicht ausgelegt. Zur Vermeidung von häufigen Spulenwechseln schreiben die Apparatehersteller minimale Spulengewichte vor. Untergewichtige Spulen, die herstellungsbedingt beim Rohrhersteller anfallen, sind häufig nicht verkäuflich und müssen verschrottet werden.
  • Während des Abspulens werden die Rohre im Wechsel beschleunigt und abgebremst. Hierbei sind die dünnwandigen Rohre anfällig gegen Knicken. Bei ungebremsten Abspulern bilden sich mitunter Schlaufen, wodurch sich die gespulten Lagen "aufdröseln" können, was nach wenigen Umdrehungen zum Überlappen der Lagen mit Verknotungen und schließlich zum Rohrabriss führen kann.
  • Des Weiteren ist die Herstellung von Rohren aus Kupfer und Kupferlegierungen für die hier zu betrachtenden Anwendungsbereiche als Installationsrohre in der Haustechnik und insbesondere als Wärmetauscherrohre für die Klima- und Kältetechnik bekannt.
  • Beispielsweise wird ausgehend von im Blockguss oder im Strangguss gegossenen zylindrischen Brammen oder Bolzen das Strangpressen von Rohren und das Warmwalzen von Rohrluppen als heute übliches Verfahren der Warmformgebung für hohe Querschnittsreduktionen angewandt. In der nachfolgenden Fertigungsstufe werden Kaltformverfahren wie das Gleitziehen mit Schlitten- oder Trommelziehmaschinen oder Rohrwalztechniken wie das Kaltpilgem eingesetzt.
  • Mit dem Planetenschrägwalzverfahren wird durch einen kontinuierlich ablaufenden Rohrwalzprozess eine Querschnittsreduktion der Rohrwandung bis über 90% in einem Stich erzielt. Die dabei entstehende Reibungswärme in der Umformzone führt zu einer Erhitzung des Materials bis in den Rekristallisationsbereich des Kupfers. Eine derartige Temperaturbehandlung hat unmittelbare Auswirkung auf die Weichheit des Materials um ein ausreichendes Formänderungsvermögen für die nachfolgenden Kaltziehstufen sicherzustellen. Um den enormen Temperaturanstieg zumindest teilweise zu unterdrücken schlägt die Druckschrift EP 1 232 808 A2 eine Kühleinrichtung für das Kaltwalzen vor.
  • In der Druckschrift EP 0 648 855 A1 wird beispielhaft ein Herstellverfahren für nahtlose Rohre aus Kupfer und Kupferlegierungen beschrieben, in dem gezielte Rekristallisationsprozesse in Bezug auf das Formänderungsvermögen eine besondere Rolle spielen. Das Verfahren beschreibt auch den üblichen Umgang mit halbfertigen Rohren, die im Anschluss an Formprozesse zu einem Coil (Spule) aufgewickelt werden. Der heutigen Fertigungspraxis von Wärmetauscherrohren aus Kupfer und Kupferlegierungen ist zu eigen, dass die Fertigabmessung überwiegend in mehrwindige Spulen mit engen Spulenradien und begrenztem Gewicht gewickelt und in blankgeglühtem weichem Zustand ausgeliefert wird, um an anderer Stelle wieder abgewickelt, gerichtet und abgelängt zu beispielsweise haarnadelförmig gebogenen Rohren für Lamellen-Wärmetauscher weiterverarbeitet zu werden.
  • Diese bisher übliche Wertschöpfungskette von der Rohrherstellung über die Fertigung von Wärmeaustauschern bis zur Montage kompletter Kälte/Klimaanlagen ist historisch gewachsen. Sie beruht darauf, dass Rohre gängige Halbzeugfabrikate sind, die von der Halbzeugindustrie hergestellt und an die Apparatehersteller geliefert werden. Da Rohrhersteller und Apparatebauer häufig räumlich weit getrennt sind, hat sich der Versand von gespulten Rohren, die nur wenig Transportvolumen benötigen, herausgebildet.
  • Gerade die enge Wicklung der Rohrspulen schafft grundlegende Probleme im Umgang mit dem Werkstoff. Bei den üblichen Abmessungen der gespulten Ringe mit einem Durchmesser von 0,6 m und einem max. Spulenaußendurchmesser von etwa dem Doppelten werden die Rohre nach den mit der Korbentnahme und der Zuführung in den Spuler erfolgten Biegerichtvorgängen mit vom Rohraußendurchmesser abhängigen Dehnungen und Stauchungen von 1-3% einer erneuten Biegeumformung unterworfen. Das unter Längszugspannungen erfolgte Biegerichten zum wieder geraden Rohrführt zu einer Reduktion seines mittleren Außendurchmessers und das Einbiegen auf den Haspel zu einer Wanddickenabnahme im äußeren Dehnungs- und einer Wandungsaufdickung im inneren Stauchbereich sowie zu einer Abflachung und Ovalisierung seines Querschnitts. Weil die Spulengewichte begrenzt nur etwa ein Viertel bis max. ungefähr die Hälfte des Gesamtgewichtes der im Korb abgelegten Rohraderlänge ausmachen, fällt zudem häufig beträchtlicher Rohrabfall an.
  • Die Erweichung und Rekristallisation beim Blankglühen der hoch verfestigten und in eng gespulten Ringen vorliegenden Wärmetauscherrohre führt zudem zu einer Anpassung der Rohrquerschnitte an die geometrischen Zwangslagen der Spule und somit zu Formänderungen des Rohrquerschnitts und der Lagendurchmesser einzelner Windungen, insbesondere aber der äußeren Windungen.
  • Weitere Nachteile der Haarnadelfertigung von eng gespulten und weichen Rohren sind Oberflächenbeschädigungen, klemmende Windungen, die zu Einknickungen führen und ein hoher Schrottanfall durch nicht brauchbare Rohrenden am Spulenanfang und -ende.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem die genannten Nachteile einer Querschnittsverformung, Durchmesser- und Wanddickenänderung bei Wärmetauscherrohren behoben werden sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Wärmtauscherrohren anzugeben.
  • Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren aus einem Nichteisenmetall im unmittelbaren Anschluss an eine Rohrfertigungslinie gelöst durch die aufeinanderfolgenden Schritte:
    • a) Abspulen des Rohrziehgutes aus einer Aufbewahrungsvorrichtung,
    • b) Richten des Rohrziehgutes,
    • c) Glühen und nachfolgendes Kühlen des Rohrziehgutes vor oder nach einem Ablängen zur Vereinzelung in Rohrabschnitte auf die Ausgangslänge für ein U-förmig gebogenes Rohr,
    • d) Biegen der Rohrabschnitte in U-Form.
  • Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass sich an einen Rohrzug unmittelbar ein rationelles Fertigungsverfahren für Haarnadelrohre anschließen sollte. Hierzu sollten die Aufwendungen für den Transport und Handhabung des gespulten und relativ empfindlichen Halbzeugs möglichst gering gehalten werden. Zudem sollten die durch Abspul- und Biegeprobleme verursachten Qualitätseinbußen und die daraus resultierenden Beanstandungen seitens der Apparatehersteller von Wärmetauschern verringert werden, um eine höhere Kundenzufriedenheit zu erzielen. Damit die beschriebenen Fertigungsschritte bei den Herstellern von Lamellenwärmetauschem möglichst störungsfrei ablaufen, sollten die Rohre den engen technischen Spezifikationen im Hinblick auf Abmessungen, Exzentrizität, mechanische Kennwerte und Oberflächenzustand genügen. Gelegentlich verlangen die Apparatehersteller zusätzlich zu den Normen explizit, dass die Rohre biegbar und insbesondere aufweitbar sein müssen.
  • Das Verfahren ist dazu mit einer Fertigung von haarnadelförmig gebogenen Rohren für Lamellen-Wärmetauscher als letzten Fertigungsschritt in die Kupferrohrfertigung verlegt. Hierdurch wird die sonst übliche Halbzeugform "eng gespulter Ring" umgangen. Das im vorletzten Fertigungsschritt in waagerechter Lage in großen oben offen Rundbehältern abgelegte Rohrziehgut für Wärmetauscherrohre wird vorzugsweise direkt aus diesen sogenannten Körben über eine Richt- und Prüfstrecke einer induktiven Durchlaufglühe mit nachfolgender Kühlstrecke zugeführt und in rekristallisiertem Zustand wieder in Körbe abgelegt, mit Maßnahmen, die den "weichen" Zustand berücksichtigen. Alternativ wird das Rohrziehgut direkt als gestreckte Haarnadellängen vereinzelt und nach einer Gut-/Schlechtsortierung direkt der Haarnadelmaschine zugeführt. Die Weiterverarbeitung zu U-förmig gebogenen Haamadelrohren mit vom Auftraggeber bestimmten U-Bogenradien und parallelen Schenkellängen erfolgt entweder mit schon abgelängten geraden Rohrabschnitten oder aber direkt aus zugleich mehreren Körben, deren Anzahl jener der Biegeköpfe der herkömmlichen industrieüblichen Mehrfach Haarnadelbiegemaschine entspricht, wobei die weichen Rohre auf dieser gerichtet, vereinzelnd abgelängt, zu Haarnadeln gebogen und in Kisten gestapelt abgelegt werden.
  • In bevorzugter Ausführungsform wird in einem der Schritte a) bis c) das Rohrziehgut oder die Rohrabschnitte einer Qualitätskontrolle, insbesondere einer Prüfung auf Dichtheit, unterzogen. Bewährt hat sich die Wirbelstromprüfung, mit der feinste Inhomogenitäten an der äußeren Rohroberfläche sicher detektiert werden können. Die als fehlerhaft erkannten Bereiche werden kenntlich gemacht und ausgeschieden. Besonders vorteilhaft ist, wenn das Richten des Rohrziehgutes im Schritt b) mit der Dichtheitsprüfung kombiniert wird.
  • Ein wichtiges Qualitätsmerkmal von Rohren ist deren Innenreinheit. Während das gerade Rohrziehgut die Glühzone eines Durchlaufofens durchläuft, wird in bevorzugter Ausführungsform das Rohrziehgut im Inneren auf ganzer Länge mit Schutzgas gespült, bevorzugt mit Stickstoff oder Stickstoff/Wasserstoff. Die geforderten geringen Rückstände einer Restkohlenstoffbelegung lassen sich bei der Herstellung von Kupferrohren durch die Verwendung spezieller Öle durch diesen Glühschritt erreichen, bei dem die in Gasphase gehenden Öldämpfe rückstandsfrei aus den Rohren transportiert werden. Insbesondere die Schmiermittelreste in den Rohren können so entfernt werden und damit nachteilige Wechselwirkungen mit den Arbeitsmitteln des Kältekreislaufs, wie beipielsweise die Zersetzung des Kältemittels, und Korrosionsschäden verhindern.
  • Vorteilhafterweise strömt hierbei das Schutzgas gegen die Abspulrichtung des Rohrziehgutes, um Verunreinigungen entgegen der Fertigungsrichtung aus dem Rohr zu transportieren. In der beheizten Zone der Glühöfen wird zusätzlich die Außenseite des Rohres mit Schutzgas beaufschlagt.
  • Vorteilhafterweise werden nach dem Ablängen zur Vereinzelung nach der Qualitätskontrolle die als fehlerhaft identifizierten Rohrabschnitte in einem möglichst frühzeitigen Fertigungsstadium aussortiert.
  • Die Reinheit der Rohroberfläche kann in manchen Fertigungsprozessschritten auch durch Verunreinigungen beeinträchtigt werden, die nicht durch einen Glühprozess beseitigt werden können. In bevorzugter Ausgestaltung werden nach dem Ablängen zur Vereinzelung die Rohrabschnitte einer Innen- und/oder Außenreinigung unterzogen. Zur Vereinzelung in Rohrabschnitte kommen Sägen oder auch spanfreies Trennen in Betracht. Insbesondere bei spanender Bearbeitung müssen durch den Reinigungsschritt Rückstände beseitigt werden.
  • Die vorzugsweise unter Schutzgasatmosphäre durchgeführte sogenannte Blankglühung dient dazu, die Rohre einer Rekristallisation zu unterziehen und wieder in ihrem "weichen" Zustand für eine Biegeumformung vorzubereiten. Das Rohrziehgut wird hierzu vorteilhafterweise entweder im Durchlaufbetrieb oder es werden die vereinzelten Rohrabschnitte im Batchbetrieb geglüht.
  • Im Batchbetrieb wird das Material beispielsweise auf Transportgestellen angeordnet. Die vereinzelten Rohrabschnitte werden der Reinigungsvorrichtung zugeführt und anschließend in einer Ablagevorrichtung abgelegt. Die Glühung erfolgt im Batchbetrieb in einer Glühvorrichtung unter Schutzgasatmosphäre, bevor die weichen Rohrabschnitte der Biegevorrichtung zugeführt werden. Metallisch reine Rohrinnenoberflächen mit zulässig immer kleineren Kohlenstoff-Rückstandswerten sind eine immer häufiger erhobene Qualitätsanforderung an Wärmetauscherrohre.
  • In einer bevorzugten Ausgeführungsform wird nach dem Richten und vor dem Prüfen das Rohrziehgut einem Berippungsprozess unterzogen. Hierbei müssen die Durchlaufgeschwindigkeiten der Berippungsanlage und des Glühvorganges regelungstechnisch aufeinander abgestimmt werden.
  • Im Hinblick auf eine rationelle Fertigung können auch Produktionsschritte dadurch optimiert werden, indem die zeitaufwendigen Schritte parallel arbeiten. Hierzu wird vorteilhafterweise bei einem Glühen des Rohrziehgutes vor einem Ablängen zur Vereinzelung in Rohrabschnitte das Rohrziehgut in einer Korbhaspel abgelegt und an einer Einfach- oder Mehrfachbiegevorrichtung parallel weiterverarbeitet. Besonderes Augenmerk muss bei der Ablage der kratz- und beschädigungsanfälligen weichgeglühten Rohre auf eine speziell hierfür geeignete Korbkonstuktion gelegt werden.
  • Die Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung durch eine Fertigungslinie zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren aus einem Nichteisenmetall im unmittelbaren Anschluss an eine Rohrfertigungslinie gelöst, die Folgendes umfasst:
    • a) einer Aufbewahrungsvorrichtung mit Abspuleinheit für ein Rohrziehgut,
    • b) Richtvorrichtung für das abgespulte Rohrziehgut und Prüfvorrichtung,
    • c) Glüh- und nachfolgende Kühlvorrichtung für das Rohrziehgut vor oder nach einer Trennvorrichtung zur Vereinzelung in Rohrabschnitte auf die Ausgangslänge oder ein Vielfaches der Ausgangslänge für ein U-förmig gebogenes Rohr,
    • d) Biegevorrichtung für die Rohrabschnitte in U-Form.
  • Die Fertigungslinie setzt sich aus den apparativen Ausstattungen zusammen, die zur Durchführung des Herstellungsverfahrens für Haarnadeln benötigt wird. Bei der Fertigungslinie handelt es sich um eine funktionale Einheit, die die eingangs beschriebenen Nachteile eng gespulter weicher Ringe überwinden soll. Dazu ist es nicht zwingend nötig, die einzelnen Apparaturen räumlich im Sinne eines Fließbandes aneinanderzureihen, sondern es ist auch vorstellbar gewisse Transportwege, beispielsweise in einer Fertigungshalle, zu akzeptieren und so zu gestalten, dass dabei dennoch die von der erfindungsgemäßen Lösung zugrundegelegten Vorteile erzielt werden.
  • In bevorzugter Ausführungsform ist zum Spülen des Rohrziehgutes eine Schutzgasspülvorrichtung an einem rohrseitigen Ende angeordnet sowie eine Absaugvorrichtung am anderen Ende.
  • Komplexe Fertigungslinien müssen dennoch schnell auf unterschiedliche Anforderungen anpassbar sein. Vorteilhafterwiese folgt dazu der Trennvorrichtung eine Sortiervorrichtung für unterschiedliche Längen der Rohrabschnitte. Die jeweiligen Längen können dann auch in kleineren Stückzahlen in der weiteren Fertigung auf verschiedenen Biegemaschinen zu Haarnadeln gefertigt werden. Nur mit einer ausreichenden Flexibilität kann dem Kundenwunsch zufriedenstellend entsprochen werden.
  • Vorteilhafterweise ist der Trennvorrichtung oder gegebenenfalls der Sortiervorrichtung eine Reinigungsvorrichtung nachgeschaltet, um die Rohrabschnitte einer Innen- und/oder Außenreinigung zu unterziehen.
  • In bevorzugter Ausführungsform ist die Glühvorrichtung für das Rohrziehgut im Durchlaufbetrieb oder für die vereinzelten Rohrabschnitte im Batchbetrieb ein Induktions-, Strahlungs- oder Konvektionsofen.
  • Eine weitere fertigungstechnische Besonderheit ist vorteilhafterweise eine der Richtvorrichtung nachfolgende Berippungsvorrichtung für das Rohrziehgut. Durch die berippte Oberfläche wird der Wärmeübertrag eines Rohres weiter gesteigert.
  • Die U-förmig gebogenen Rohre eignen sich besonders für Wärmetauscher, insbesondere Lamellenwärmetauscher. Je nach Baugröße werden dazu ausgestanzte Lamellen auf die senkrecht angeordneten Haarnadeln aufgefädelt oder die Haarnadeln in die waagrecht liegenden Lamellenbündel eingeführt. Zur Verbindung der Kupferrohre mit den Lamellen werden die Rohre von innen aufgeweitet, um einen möglichst innigen, dauerhaften Kontakt sowie einen geringen Kontaktwiderstand zu gewährleisten. Bei den derzeit verwendeten Aufweitverfahren, bei denen Rohre einseitig eingespannt und mit einem Dorn aufgeweitet werden, schrumpfen die Rohre bei konstantem Metergewicht in Längsrichtung. Danach werden die freien Rohrenden zur Aufnahme der Fittingsbögen leicht aufgeweitet. Schließlich werden die Fittingsbögen aufgesteckt und manuell oder automatisch verlötet. Nach der dann folgenden Montage der Verteiler- und Sammlerrohre werden die Apparate einer Dichtheitsprüfung unterzogen. Je nach Integrationsgrad der Fertigung werden diese Arbeitsschritte an entkoppelten Stationen oder komplett an einem Band durchgeführt. Manche Hersteller trennen die Herstellung der Rohrbögen von der Fertigung der Lamellenapparate.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das ansonsten übliche Wickeln der kaltverfestigten Wärmetauscherrohre zu mehrlagigen, engradialen und im Gewicht beschränkten Spulen und das stapelweise Glühen dieser Spulen in einem Blankglühofen umgangen und damit auch die der Fachwelt bekannten Nachteile von enggewickelten Rohren wie Querschnittsformänderungen in Form einer Ovalisierung, Wanddickenänderungen, einer inhomogenen Spannungsverteilung sowie ein hoher Anfall von Abfalllängen verhindert wird.
  • Zudem gewährleistet eine effektive Innenspülung der Wärmetauscherrohre in Verbindung mit der Schutzgasatmosphäre im Blankglühprozess eine höhere Innenreinheit.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.
  • Darin zeigen:
    • Fig. 1 eine Fertigungslinie mit Schutzgasspülvorrichtung,
    • Fig. 2 eine Fertigungslinie mit Einzelrohrwaschstraße
    • Fig. 3 eine Fertigungslinie mit Korb in Korb-Arbeitsweise
    • Fig. 4 eine Fertigungslinie mit Glühvorrichtung für Batchbetrieb
    • Fig. 5 eine Fertigungslinie mit unterschiedlichen Rohrabschnittlängen
    • Fig. 6 eine Fertigungslinie mit Berippungsvorrichtung
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Fertigung von haarnadelförmig gebogenen Rohren für Lamellen-Wärmetauscher als letzten Fertigungsschritt in die Kupferrohrfertigung dargestellt. Das im vorletzten Fertigungsschritt in waagerechter Lage in großen oben offenen Rundbehältern als Aufbewahrungsvorrichtung abgelegte Rohrziehgut 1 wird vorzugsweise direkt aus diesen Korbhaspeln 2 über eine Richt- und Prüfvorrichtung 3 einer induktiven Durchlaufglühe 4 mit nachfolgendem Kühlbad 5 zugeführt, dabei innen aus einer Schutzgasspülvorrichtung 7 mit Stickstoff oder Stickstoff/Wasserstoff gespült, der über eine Absaugvorrichtung 8 wieder entfernt wird. In rekristallisiertem weichen Zustand wird das Rohrziehgut 1 mit einer Transportvorrichtung 6 einer Trennvorrichtung 11 zugeführt und direkt zu einem vereinzelten Rohrabschnitt 10 abgelängt sowie nach einer anschließenden Gut-/Schlechtsortierung 12 zur Biegevorrichtung 21 weitertransportiert.
  • Die Weiterverarbeitung zu Haamadelrohren 20 mit vom Auftraggeber bestimmten U-Bogenradien und parallelen Schenkellängen erfolgt bei dieser Ausgestaltung mit bereits abgelängten geraden Rohrabschnitten 10. Die weichen Rohre werden auf der Biegevorrichtung 21 nochmals gerichtet, zu Haarnadeln gebogen und mit einer weiteren Trennvorrichtung 22 auf Endmaß abgelängt. In einer Ablageeinheit 23 und einer Verpackungseinheit 24 werden die U-förmig gebogenen Rohre für den Transport vorbereitet.
  • Dieser Verfahrensablauf stellt eine auf hohe Innenreinheit abgestimmte Lösung dar, die im Anschluss an die Rohrfertigungslinie für die Herstellung nahtlos gezogener Rohre sowie auch für längsnaht geschweiste Wärmetauscherrohre Vorteile bietet.
  • Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist eine Fertigungslinie mit Einzelrohnivaschstraße 13 dargestellt, die die vereinzelten Rohrabschnitte 10 durchlaufen. Bei der dargestellten Lösung erfolgt die Reinigung der Innenoberflächen also an den schon weichen, abgelängten und sortierten gestreckten Rohrabschnitten 10 in einer den Haarnadelbiegemaschinen 21 vorgelagerten Wascheinrichtung. Mit dieser Verfahrensvariante können höchste, den Außenoberflächen entsprechende Reinheiten der Rohrinnenoberflächen garantiert werden.
  • Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Fertigungslinie mit Korb in Korb-Arbeitsweise dargestellt. Dabei werden die blankgeglühten Rohre ebenfalls weich und trocken in die Korbhaspel 2 gelegt. Bekanntermaßen ist, wie auch schon oben ausgeführt, kaum eine Metalloberfläche so kratz- und beschädigungsanfällig wie die von weichen trockenen Kupferrohren. Deshalb wird in diesem Bearbeitungsschritt durch gezielte Führung der Windungen in den Korb oder eine spezielle Korbkonstruktion mit besonderer Sorgfalt mit den Rohren umgegangen. Das Einölen der Außenoberfläche oder die Verwendung von Puffer-/Zwischenlagen kann ebenso zu einer Kratzbeständigkeit führen.
  • Die bei dieser Variante verwendeten Biegevorrichtungen 21 für U-Rohre ermöglichen das simultane Biegen von bis zu 8 Haarnadeln oder mehr gleichzeitig. Die Maschine zieht die jeweils benötigte Rohrlänge des Rohrziehgutes 1 von den Spulen ab. Während des Biegens werden die Rohre gehalten. Im Bezug auf die Rohrbewegung ist das Biegen damit ein instationärer Prozess. Zum Schutz vor Einfallen der Rohre werden Biegedorne verwendet. Nach dem Biegen werden die als fehlerhaft ermittelten Rohre manuell oder auch automatisch ausgesondert.
  • Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist eine Fertigungslinie mit Glühvorrichtung für Batchbetrieb dargestellt. Die vereinzelten Rohrabschnitte 10 werden der Reinigungsvorrichtung 13 zugeführt und anschließend in einer Ablagevorrichtung 14 abgelegt. Die Glühung erfolgt im Batchbetrieb in einem Strahlungs- oder Konvektionsofen als Glühvorrichtung 15, bevor die weichen Rohrabschnitte 10 der Biegevorrichtung 21 zugeführt werden.
  • Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 entspicht weitgehend der in Fig. 1 dargestellten Fertigungslinie mit unterschiedlichen Rohrabschnittslängen. Die einzelnen Rohrlängen werden in dieser Ausführungsform mit einer rotierenden mit Mehrfachschneidköpfen versehenen Trennvorrichtung 11 abgeschnitten.
  • Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist eine Fertigungslinie mit Berippungsvorrichtung dargestellt, bei der innerhalb der Linie beispielsweise ein Innenberippen der Wärmetauscherrohre erfolgt, wobei eine durchgehende Bohrung durch die Achse der Domstange, auf welcher alle radialsymmetrischen Berippungswerkzeuge angeordnet sind, den Durchlass des Spülgases gewährleistet. Hierbei müssen die Durchlaufgeschwindigkeiten der Berippungsanlage und der Durchlaufglühe regelungstechnisch aufeinander abgestimmt werden. Die blankgeglühten Rohre werden direkt nach der Durchlaufglühe auf die gestreckten Haarnadellängen getrennt und diese nach einer Gut-/Schlecht-Sortierung 12 als Einzellängen der Biegemaschine zugeführt. Das vorteilhafte dieser Lösung ist die kurze Rohrlänge nach der Glühstrecke, wodurch die vom Spülgas gelösten Reaktionsprodukte vollständig ausgeblasen und abgesaugt können, wodurch sich hohe Innenreinheiten der Haarnadeln ergeben.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rohrziehgut
    2
    Korbhaspel mit Abspuleinheit
    3
    Richt- und Prüfvorrichtung
    4
    Durchlaufglühofen
    5
    Kühlbad
    6
    Transporteinrichtung
    7
    Schutzgasspülvorrichtung
    8
    Absaugvorrichtung
    9
    Berippungsvorrichtung
    10
    vereinzelter Rohrabschnitt
    11
    Trennvorrichtung zur Vereinzelung in Rohrabschnitte
    12
    Sortiervorrichtung
    13
    Reinigungsvorrichtung
    14
    Ablagevorrichtung
    15
    Glühvorrichtung
    20
    U-förmig gebogenes Rohr (Haarnadelrohr)
    21
    Biegevorrichtung
    22
    Trennvorrichtung für U-Rohre zum Ablängen auf Endmaß
    23
    Ablageeinheit
    24
    Verpackungseinheit

Claims (16)

  1. Verfahren zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren (20) aus einem Nichteisenmetall im unmittelbaren Anschluss an eine Rohrfertigungslinie mit den aufeinanderfolgenden Schritten:
    a) Abspulen des Rohrziehgutes (1) aus einer Aufbewahrungsvorrichtung (2),
    b) Richten des Rohrziehgutes (1),
    c) Glühen und nachfolgendes Kühlen des Rohrziehgutes (1) vor oder nach einem Ablängen zur Vereinzelung in Rohrabschnitte (10) auf die Ausgangslänge für ein U-förmig gebogenes Rohr (20),
    d) Biegen der Rohrabschnitte (10) in U-Form.
  2. Verfahren zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Schritte a) bis c) das Rohrziehgut (1) oder die Rohrabschnitte (10) einer Qualitätskontrolle unterzogen werden.
  3. Verfahren zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrziehgut (1) mit Schutzgas gespült wird.
  4. Verfahren zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas gegen die Abspulrichtung des Rohrziehgutes (1) strömt.
  5. Verfahren zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren nach einem der Ansprüche 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ablängen zur Vereinzelung die Rohrabschnitte (10) nach der Qualitätskontrolle fehlerhafte Rohrabschnitt aussortiert werden.
  6. Verfahren zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ablängen zur Vereinzelung die Rohrabschnitte (10) einer Innen- und/oder Außenreinigung unterzogen werden.
  7. Verfahren zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass entweder das Rohrziehgut (1) im Durchlaufbetrieb geglüht wird oder die vereinzelten Rohrabschnitte (10) im Batchbetrieb geglüht werden.
  8. Verfahren zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Richten und vor dem Prüfen das Rohrziehgut (1) einem Berippungsprozess unterzogen wird.
  9. Verfahren zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Glühen des Rohrziehgutes (1) vor einem Ablängen zur Vereinzelung in Rohrabschnitte (10) das Rohrziehgut (1) in einer Korbhaspel abgelegt wird und an einer Einfach- oder Mehrfachbiegevorrichtung (21) weiterverarbeitet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die U-förmig gebogenen Rohre (20) für Wärmetauscher verwendet werden.
  11. Fertigungslinie zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren aus einem Nichteisenmetall im unmittelbaren Anschluss an eine Rohrfertigungslinie, bestehend aus:
    a) einer Aufbewahrungsvorrichtung mit Abspuleinheit (2) für ein Rohrziehgut (1),
    b) Richtvorrichtung für das abgespulte Rohrziehgut (1) und Prüfvorrichtung (3),
    c) Glüh- (4) und nachfolgende Kühlvorrichtung (5) für das Rohrziehgut (1) vor oder nach einer Trennvorrichtung (11) zur Vereinzelung in Rohrabschnitte auf die Ausgangslänge oder ein Vielfaches der Ausgangslänge für ein U-förmig gebogenes Rohr (20),
    d) Biegevorrichtung (21) für die Rohrabschnitte in U-Form.
  12. Fertigungslinie zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Spülen des Rohrziehguts (1) eine Schutzgasspülvorrichtung (7) an einem rohrseitigen Ende angeordnet ist sowie eine Absaugvorrichtung (8) am anderen Ende.
  13. Fertigungslinie zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennvorrichtung (11) eine Sortiervorrichtung (12) für unterschiedliche Längen der Rohrabschnitte (10) folgt.
  14. Fertigungslinie zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennvorrichtung (11) oder gegebenenfalls der Sortiervorrichtung (12) eine Reinigungsvorrichtung (13) nachgeschaltet ist, um die Rohrabschnitte (10) einer Innen-und/oder Außenreinigung zu unterziehen.
  15. Fertigungslinie zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühvorrichtung (4) für das Rohrziehgut (1) im Durchlaufbetrieb oder für die vereinzelten Rohrabschnitte (10) im Batchbetrieb ein Induktions-, Strahlungs- oder Konvektionsofen ist.
  16. Fertigungslinie zum Herstellen von U-förmig gebogenen Rohren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtvorrichtung (3) eine Berippungsvorrichtung (9) für das Rohrziehgut (1) nachfolgt.
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