EP2260956B1

EP2260956B1 - Vorrichtung zur Herstellung wendelförmiger Wellrohre

Info

Publication number: EP2260956B1
Application number: EP10003639A
Authority: EP
Inventors: Jörn Homann; Marc Oliver Herbst; Thomas Albrecht; Le Chen; Christian Dudat
Original assignee: Brugg Rohr AG Holding
Current assignee: Brugg Rohr AG Holding
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2030-04-01
Also published as: DE102009024847B4; DE102009024847A1; ATE538884T1; EP2260956A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung wendelförmiger Wellrohre, insbesondere aus längsnahtgeschweißten Metallrohren, wobei ein in einem rotationsbeweglich antreibbaren Wellerkopf drehbar gelagerter Wellerwälzring unter Einbringung der Wellung auf der Oberfläche eines glatten Rohres abwälzbar angeordnet ist, wobei die Vorrichtung mehrere in Fertigungsflussrichtung hinter dem Wellerkopf am Umfang des Wellrohres verteilt angeordnete Druckrollen aufweist, die gegen die sich gegenüberliegenden Flanken der Wellung des Wellrohres anlegbar sind, um beim Drehen um das Wellrohr den Abstand zwischen den Flanken zur Veränderung der Steigung zu reduzieren und/oder den Außendurchmessers des Wellrohres zu vergrößern.
In bekannten Vorrichtungen zur Herstellung von Wellrohren werden Formringe und Druckrollen verschiedener Art verwendet. Die DE 41 37 275 A1 betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung schraubenlinienförmig oder ringförmig gewellter dünnwandiger, insbesondere längsnahtgeschweißter Metallrohre, bei welchen sich ein in einem drehantreibbaren Wellerkopf exzentrisch zum glatten Metallrohr frei drehbar gelagerter Wellerwälzring auf der Oberfläche des glatten Metallrohres unter Einbringung der Wellung abwälzt. Dabei wird das Metallrohr durch eine an dem glatten oder dem gewellten Metallrohr angreifende Abzugsvorrichtung transportiert. Die dabei auf den Wellerwälzring einwirkende Kraft wird ständig gemessen, um so die Drehgeschwindigkeit des Wellerkopfes in Abhängigkeit von der gemessenen Kraft zu regeln. Hierzu sind der Wellerwälzring und damit der Wellerkopf und mit diesem mechanisch verbundene Teile begrenzt längsaxial verschiebbar und wirken auf eine Kraftmessvorrichtung, insbesondere eine Kraftmessdose ein. Es wird eine festgelegte Kraft beziehungsweise ein festgelegter Druck am Wellerwälzring eingehalten, indem die Drehgeschwindigkeit des Wellerkopfes verändert wird. Dabei kann der Druck so eingestellt sein, dass der Wellerkopf je nach der gewünschten Wellung auf Zug, auf Druck oder in der neutralen Lage gefahren werden kann.
Aus der DE 66 09 600 U ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen wendelförmig gewellter Metallschläuche oder dergleichen aus Metallrohren bekannt, die mehrere das Metallrohr einschließende und um das Metallrohr drehbare Formringe mit einer Schrägstellung gegenüber dem Metallrohr und einem gegenseitigen axialen Abstand aufweist, welcher einer vorgegebenen Wendelsteigung entspricht. Weiterhin hat die Vorrichtung mehrere in axialem Abstand von den Formringen und radial um das Metallrohr verteilte Druckrollen, deren Schrägstellung und axialer Abstand einer anderen vorgegebenen Wendelsteigung entspricht und deren gegenseitiger Abstand zunehmend geringer ist als die Wendelsteigung. Jede Druckrolle hat zwei seitliche Bereiche, die jeweils an den sich gegenüberliegenden Seitenwänden einer Welle angreifen und beim Drehen den Abstand zwischen den Seitenwänden zur Verringerung von Steigung und Erhöhung des Außendurchmessers der Wellung verändern. Der Abstand zwischen den Rädern der Druckrollen nimmt von der ersten bis zu der letzten Druckrolle in Rohr-Umfangsrichtung stetig ab.
Weiterhin ist auch durch die DE-AS 16 52 990 eine Lagerung des Wellerkopfes bekannt, die eine begrenzte Axialverschiebung des Wellerkopfes gestattet.
Ferner ist bei einem Verfahren gemäß der DE-AS 20 49 235 , bei dem die Wellung in der Rohrwandung durch ein sich auf das Glattrohr aufschraubendes Wellwerkzeug erzeugt wird, das Wellwerkzeug axial verschiebbar anzuordnen.
Die bekannten Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, nur unter großen Schwierigkeiten in derselben Vorrichtung Metallrohre verschiedener Größe und Art mit einer Wellung versehen zu können. Es ist ferner gelegentlich erwünscht, ein mit einer Wellung versehenes Metallrohr derart zu verändern, dass auf einer bestimmten Länge des Metallrohres eine größere Anzahl von Wellen vorhanden ist, um so die Steigung der Wellung zu vermindern, wobei jedoch die Form des Metallrohres aufrechterhalten werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur problemlosen Anpassung an nahezu beliebige Steigungen des einlaufenden Wellrohres zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist also eine Vorrichtung vorgesehen, bei der die Druckrollen in Bezug auf die Mittellängsachse des Wellrohres begrenzt axial beweglich angeordnet sind. Hierdurch wird in überraschend einfacher Weise eine nahezu unbegrenzte und selbsttätig wirksame Anpassung der Druckrollen an unterschiedliche, zuvor mittels des Wälzringes beziehungsweise der vorhergehenden Druckrolle eingebrachte Steigungen der Wellung ermöglicht, sodass insbesondere die individuelle Einstellung der Positionierung der Druckrollen entfällt. Dabei sind die Druckrollen derart in der Vorrichtung zu einer Baueinheit integriert, dass der Wälzring eine Vorwelleinrichtung bildet, während die Druckrollen die Nachwelleinrichtung bilden. Dadurch, dass nicht etwa der axiale Versatz der am Umfang verteilten Druckrollen die Steigung festlegt, sondern die Art der Vorwellung und die Geometrie der Druckrollen, kann eine Vielzahl unterschiedlicher Wellrohrsteigungen ohne Austausch der Druckrollen realisiert werden. Der Umformungsgrad kann dabei flexibel und in wirtschaftlich ebenso wie technologisch vorteilhafter Weise auf den Wälzring sowie auf die Druckrollen aufgeteilt werden, sodass in der Praxis eine wesentliche Entlastung des Wellkopfes erreicht werden kann. Hierbei wird außerdem eine unerwünschte Torsionsbeanspruchung des Wellrohres weitgehend vermieden.
Die Druckrollen könnten auf einer in Richtung der Mittellängsachse ausgerichteten Achse drehbeweglich und begrenzt axial verschiebbar angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist hingegen eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Druckrollen an einer um eine Achse schwenkbeweglichen Schwinge angeordnet sind, die auf der Achse durch einen Anschlag begrenzt verschiebbar angeordnet ist. Hierdurch wird in einfacher Weise eine radiale und axiale Verlagerung der Druckrollen mittels derselben Achse ermöglicht, sodass der Herstellungsaufwand minimiert werden kann. Zugleich kann die Schwinge mittels einer Vorspannkraft in Richtung des Wellrohres vorgespannt sein oder Stellglieder zur radialen Einstellung aufweisen. Weiterhin können in die Schwinge auch Sensoren zur Positionserfassung integriert sein.
Die Druckrollen könnten schräg anstellbar sein, um so beispielsweise durch den Neigungswinkel den Freiraum zwischen den randseitigen Bereichen der Rollen entsprechend dem Neigungswinkel zu verringern und somit eine Verstärkung der Umformung zu erreichen. Besonders vorteilhaft ist hingegen eine Abwandlung der Erfindung, bei welcher die Druckrollen um eine Längsachse im gewünschten Winkel zur Mittellängsachse des Wellrohres beweglich angeordnet sind, wobei die Steigung durch die Geometrie der zu diesem Zweck beispielsweise einstellbaren Druckrolle bestimmt ist.
Eine andere, ebenfalls besonders sinnvolle Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch erreicht, dass die Druckrollen an einem gemeinsamen Rollengestell angeordnet sind. Hierdurch können die Druckrollen zur Anpassung an wesentliche Dimensionsänderungen des Wellrohres gemeinsam ausgetauscht werden, sodass unerwünschte Stillstandszeiten der Vorrichtung verringert werden können. Dabei sind vorzugsweise alle Druckrollen an derselben Welle angeordnet.
Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn das Rollengestell an der Vorrichtung in seiner axialen und/oder radialen Position einstellbar ist, sodass eine einfache Zentrierung der Druckrollen gegenüber dem Wellrohr ermöglicht wird. Dabei kann zudem zur Anpassung an unterschiedliche, mittels des Wälzringes eingebrachte Steigungen zusätzlich auch eine axiale Positionsänderung des Rollengestells vorgenommen werden.
Weiterhin erweist es sich als besonders praxisnah, wenn die zumindest drei Druckrollen gleich verteilt an dem Umfang des Wellrohres angeordnet sind. Hierdurch wird eine gleichmäßige Verformungskraft in das Wellrohr eingeleitet, um so auch hohe Qualitätsanforderungen erfüllen zu können. Selbstverständlich ist die Vorrichtung nicht auf drei Druckrollen beschränkt. Vielmehr lässt sich je nach Einsatzzweck und Rohrdurchmesser mittels einer Mehrzahl von, beispielsweise sechs, Druckrollen eine weitere Qualitätsverbesserung erreichen, indem die je Druckrolle eingebrachten Verformungskräfte reduziert werden.
Eine andere, ebenfalls besonders Erfolg versprechende Ausgestaltung der Erfindung wird dann erreicht, wenn zumindest eine Druckrolle zwei seitliche, radial vorspringende Bereiche aufweist, die jeweils an den sich gegenüberliegenden Flanken der Wellung des Wellrohres anlegbar sind, um so eine durch die Geometrie und den Abstand der Bereiche bestimmte Verformung der Wellung zu erreichen. Der die Bereiche verbindende Zylinderkern ist dabei auch bei hohen Umformgraden stets zu dem Wellrohr beabstandet, um so einer Abflachung der Wellung vorzubeugen. Selbstverständlich können die Bereiche einteilig miteinander verbunden sein oder aber auf einem zylindrischen Körper beispielsweise auch austauschbar fixiert sein. Ferner können die vorspringenden Bereiche mit einer reibungsmindernden Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere einer Beschichtung, ausgestattet sein, oder Einrichtungen zur Einstellung vorbestimmter Temperaturen aufweisen.
Eine andere, ebenfalls besonders Erfolg versprechende Ausgestaltung der Erfindung liegt auch dann vor, wenn zumindest zwei paarweise angeordnete Druckrollen jeweils einen einzigen vorspringenden Bereich aufweisen und die Bereiche jeweils an den sich gegenüberliegenden Flanken der Wellung des Wellrohres anlegbar sind. Aufgrund der hierbei unabhängig voneinander beweglichen Druckrollen wird nahezu jede beliebige Kontur der Wellung, beispielsweise auch mit einer unterschiedlichen Neigung der vorder- und rückseitigen Flanken, realisierbar, sodass eine optimale Anpassung des Wellrohres an die jeweiligen Anforderungen erfüllt werden kann. Der Bereich besteht hierzu beispielsweise aus einem zylindrischen Vorsprung mit einem endseitigen Radius, wobei die Seitenflächen des vorspringenden Bereichs parallel zueinander verlaufen. Die mit dem einzigen vorspringenden Bereich ausgestatteten Druckrollen weisen dabei vorzugsweise eine konvexe Kontur auf.
Dabei können diese mit dem einzigen vorspringenden Bereich ausgestatteten Druckrollen auf einer gemeinsamen Achse beweglich angeordnet sein. Besonders sinnvoll ist es hingegen, wenn die zwei Druckrollen jeweils um die zueinander und gegenüber der Mittellängsachse des Wellrohres geneigte Achse rotationsbeweglich angeordnet sind, wobei die Achsen derart zueinander geneigt sind, dass eine negative Steigung der Flanken der Wellung mittels der Druckrollen darstellbar ist. Dadurch wird erstmals eine auch als Toruswellung bezeichnete Verformung über die Vertikale hinaus ermöglicht, um so ein Höchstmaß an Flexibilität bei der Herstellung des Wellrohres zu ermöglichen. Die so geschaffene Wellung weist also im Bereich des Wellungsgrundes aufeinander zulaufende Flanken auf, sodass der Abstand der Flanken in radialer Richtung auf die Mittellängsachse abnimmt und im Bereich des Wellungsgrundes sein Minimum hat.
Zu diesem Zweck erweist sich eine Weiterbildung als besonders Erfolg versprechend, bei welcher die an den sich gegenüberliegenden Flanken der Wellung des Wellrohres anlegbaren Bereiche derselben Druckrolle oder unterschiedlicher Druckrollen in Richtung ihrer Achse zustellbar angeordnet sind, um so in Abhängigkeit des gewünschten Umformgrades den Abstand der beiden Bereiche, die jeweils an den sich gegenüberliegenden Flanken der Wellung des Wellrohres anlegbar sind, derselben Druckrolle oder benachbarter Druckrollen flexibel einstellen zu können. Insbesondere werden so Aufhärtungen im Wellungsgrund verringert. Die Zustellung ist dabei bei einer relativ zueinander geneigten Anordnung der Bereiche ebenso wie auch bei paralleler Anordnung realisierbar.
Dabei erweist es sich als besonders praxisnah, wenn diese Halbrollen mittels einer Einstellmutter in Achsrichtung zustellbar sind, sodass die Zustellung in einfacher Weise manuell durchgeführt werden kann. Zur Festlegung der eingestellten Position dient dabei eine Kontermutter.
Vorzugsweise sind die Geometrie und/oder der Abstand zwischen den Bereichen verschiedener Druckrollen unterschiedlich ausgeführt, um so in Drehrichtung des Rollengestells im Wellrohr einen steigenden Umformgrad sicherzustellen.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Diese zeigt in

Fig. 1: eine perspektivische Darstellung von drei gegen ein Wellrohr anliegenden Druckrollen gemäß der Erfindung;
Fig. 2: die in der Figur 1 gezeigten Druckrollen in einem Rollengestell;
Fig. 3: die unterschiedlichen Rollenprofile der in der Figur 1 gezeigten Druckrollen in einer Seitenansicht;
Fig. 4: zwei zueinander geneigte Halbrollen in einer Seitenansicht.

In der Figur 1 sind drei am Umfang eines wendelförmigen Wellrohres 1 gleich verteilt angeordnete Druckrollen 2, 3, 4 dargestellt, die als zweite Umformstufe im Anschluss an eine mittels eines nicht gezeigten Wälzringes eingebrachte Wellung 5 einer weiteren Umformung mittels derselben, nicht weiter dargestellten Vorrichtung dient. Die Druckrollen 2, 3, 4 werden hierbei mit ihren seitlichen, radial vorspringenden Bereichen 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b jeweils an den sich gegenüberliegenden, in den Figuren 3 und 4 dargestellten Flanken 6, 7 der Wellung 5 abgewälzt, sodass sich bei der Drehbewegung um die Mittellängsachse 8 des Wellrohres 1 eine Veränderung von Steigung und Außendurchmesser der Wellung 5 ergibt.
Die Druckrollen 2, 3, 4 sind hierzu in einem in der Figur 2 gezeigten Rollengestell 9 angeordnet und können daher als eine gemeinsame Baueinheit in der Vorrichtung positioniert oder ausgetauscht werden. Zum Ausgleich der sich aufgrund der Umformung an jeder Druckrolle 2, 3, 4 ergebenden unterschiedlichen Steigung der Wellung 5 sind die Druckrollen 2, 3, 4 in Bezug auf die Mittellängsachse 8 des in der Figur 1 gezeigten Wellrohres 1 in Pfeilrichtung 10 begrenzt axial beweglich angeordnet. Hierzu sind die Druckrollen 2, 3, 4 jeweils an einer um eine Achse 11 schwenkbeweglichen Schwinge 12 angeordnet, wobei die Druckrollen 2, 3, 4 auf der Achse 23 begrenzt verschiebbar angeordnet sind.
In der Figur 3 sind die unterschiedlichen Rollenprofile der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Druckrollen 2, 3, 4 in einer Seitenansicht näher dargestellt. Um einen annährend übereinstimmenden Umformgrad des Wellrohres 1 durch jede einzelne Druckrolle 2, 3, 4 sicherzustellen, schließen die radial vorspringenden Bereiche 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b einen jeweils unterschiedlichen Winkel ein, der sich an den sich gegenüberliegenden Flanken 6, 7 der Wellung 5 des Wellrohres 1 abbildet. In der dargestellten Ausführungsform beträgt dieser mittels der Bereiche 2a, 2b, 3a, 3b der beiden in Drehrichtung aufeinanderfolgenden Druckrollen 2, 3 eingebrachte Flankenwinkel α circa 40° beziehungsweise der Flankenwinkel β circa 20°, während die letzte Druckrolle 4 parallele Bereiche 4a, 4b aufweist. Das auf diese Weise fertig gestellte Wellrohr 1 hat somit ebenfalls parallele Flanken 6, 7.
Darüber hinaus ist auch eine weitergehende Umformung realisierbar, wie dies anhand der Figur 4 näher erläutert wird. Die in einer Seitenansicht gezeigten Druckrollen 13, 14 sind dabei um zueinander geneigte Achsen 15, 16 drehbeweglich. Die beiden Druckrollen 13, 14 haben jeweils einen einzigen vorspringenden Bereich 17, 18, die jeweils an den sich gegenüberliegenden Flanken 6, 7 der Wellung 5 des Wellrohres 1 anliegen, um so einen negativen Neigungswinkel γ der Flanken 6, 7 einzustellen. Zu diesem Zweck sind die Bereiche 17, 18 in Richtung ihrer jeweiligen Achse 15, 16 in Pfeilrichtung 19, 20 mittels einer Einstellmutter 21 zustellbar angeordnet und mittels einer Kontermutter 22 festlegbar. Hierdurch kann in einfacher Weise der Abstand a zwischen den Bereichen 17, 18 der benachbarten Druckrollen eingestellt und an die jeweiligen Anforderungen an die Flanken 6, 7 angepasst werden.

Claims

Vorrichtung zur Herstellung wendelförmiger Wellrohre (1), insbesondere aus längsnahtgeschweißten Metallrohren, wobei ein in einem rotationsbeweglich antreibbaren Wellerkopf drehbar gelagerter Wellerwälzring unter Einbringung der Wellung (5) auf der Oberfläche eines glatten Rohres abwälzbar angeordnet ist, wobei die Vorrichtung mehrere in Fertigungsflussrichtung hinter einem Wellerwälzring am Umfang des Wellrohres (1) verteilt angeordnete Druckrollen (2, 3, 4, 13, 14) aufweist, die gegen die sich gegenüberliegenden Flanken (6, 7) der Wellung (5) des Wellrohres (1) anlegbar sind, um beim Drehen um das Wellrohr (1) den Abstand (a) zwischen den Flanken (6, 7) zur Veränderung der Steigung und/oder des Außendurchmessers des Wellrohres (1) zu reduzieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckrollen (2, 3, 4, 13, 14) in Bezug auf die Mittellängsachse (8) des Wellrohres (1) begrenzt axial beweglich angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckrollen (2, 3, 4, 13, 14) an einer um eine Achse (11) schwenkbeweglichen Schwinge (12) angeordnet sind und auf der Achse (23) begrenzt verschiebbar angeordnet sind.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckrollen (2, 3, 4) um eine Längsachse parallel zur Mittellängsachse (8) des Wellrohres (1) oder dazu geneigt beweglich angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckrollen (2, 3, 4) an einem gemeinsamen Rollengestell (9) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollengestell (9) austauschbar an der Vorrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollengestell (9) an der Vorrichtung in seiner axialen und/oder radialen Position einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest drei Druckrollen (2, 3, 4, 13, 14) gleich verteilt an dem Umfang des Wellrohres (1) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Druckrolle (2, 3, 4) zwei seitliche, radial vorspringende Bereiche (2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) aufweist, die jeweils an den sich gegenüberliegenden Flanken (6, 7) der Wellung (5) des Wellrohres (1) anlegbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei paarweise angeordnete Druckrollen (13, 14) jeweils einen einzigen vorspringenden Bereich (17, 18) aufweisen und die Bereiche (17, 18) jeweils an den sich gegenüberliegenden Flanken (6, 7) der Wellung (5) des Wellrohres (1) anlegbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Druckrollen (13, 14) jeweils um die zueinander und gegenüber der Mittellängsachse (8) des Wellrohres geneigte Achse (15, 16) rotationsbeweglich angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen (15, 16) derart zueinander geneigt sind, dass eine negative Steigung (γ) der Flanken (6, 7) der Wellung (5) mittels der Druckrollen (13, 14) darstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an den sich gegenüberliegenden Flanken (6, 7) der Wellung (5) des Wellrohres (1) anlegbaren Bereiche (2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b, 17, 18) derselben Druckrolle (2, 3, 4, 13, 14) oder unterschiedlicher Druckrollen (2, 3, 4, 13, 14) in Richtung ihrer Achse (15, 16) zustellbar angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b, 17, 18) mittels einer Einstellmutter (21) in Achsrichtung zustellbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie und/oder der Abstand zwischen den Bereichen (2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b, 17, 18) verschiedener Druckrollen (2, 3, 4, 13, 14) unterschiedlich ausgeführt ist.