EP2285508A1 - Produktionsoptimiertes verfahren zur herstellung eines mehrlagenrohres - Google Patents

Produktionsoptimiertes verfahren zur herstellung eines mehrlagenrohres

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EP2285508A1
EP2285508A1 EP09776794A EP09776794A EP2285508A1 EP 2285508 A1 EP2285508 A1 EP 2285508A1 EP 09776794 A EP09776794 A EP 09776794A EP 09776794 A EP09776794 A EP 09776794A EP 2285508 A1 EP2285508 A1 EP 2285508A1
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EP
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tube
producing
multilayer pipe
material layer
layer
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EP09776794A
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Bernd Berg
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Bergrohr GmbH Siegen
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    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, rods, wire, tubes, profiles or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
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    • B21C37/09—Making tubes with welded or soldered seams of coated strip material ; Making multi-wall tubes
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
    • B21D5/01—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves between rams and anvils or abutments
    • B21D5/015—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves between rams and anvils or abutments for making tubes
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    • B21D5/10—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles for making tubes
    • B21D5/12—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles for making tubes making use of forming-rollers

Definitions

  • the present invention relates to a production-optimized method for producing a multilayer pipe.
  • Multilayer pipes are preferably used in case of high requirements against corrosion or abrasion.
  • Corrosion-resistant pressure vessels or pressure lines can be produced more cost-effectively by using multilayer pipes than solid versions made of appropriate materials. This is achieved by the load sharing on a thin, corrosion resistant inner layer (e.g., stainless and acid resistant steel) and a high strength, pressure resistant outer layer (e.g., fine grain structural steel). As a result, overall steel consumption can be significantly reduced and much of the remaining steel consumption can be shifted to low-cost materials.
  • a thin, corrosion resistant inner layer e.g., stainless and acid resistant steel
  • a high strength, pressure resistant outer layer e.g., fine grain structural steel
  • Abrasion-resistant pipes are made possible by the design as a multilayer pipe (such as mechanical bond, see below) in certain grades in the first place, because materials (eg high-strength steels with high hardness) can be used as an inner layer, which alone or only very difficult can be processed into tubes.
  • steel sheets - is used as a starting semi-finished a clad composite sheet of two different (steel) materials use.
  • the inner tube is pressed with elastic expansion of the outer tube into the outer tube. After elimination of the expansion forces, the outer tube sets because of the higher elastic resilience frictionally around the inner tube.
  • the multilayer material thus formed is formed into a multilayer pipe with the aid of the bending roll, wherein in the final phase of pipe forming in the bending roll, a respective material layer functioning as an inner pipe is pressed non-positively into a material layer acting as an outer pipe.
  • the use of rolled and / or blast-plated semifinished product is avoided by first creating a first joint between the layers of material, such as a weld, and thereafter the respective layer of material acting as an inner tube during tube forming in the bending roll by attaching it after a certain deformation progress - Pressed further connection between the material layers frictionally in each functioning as an outer tube material layer and is frictionally held in the respective outer tube and without having to expand the multilayer tube and thus to address the above-mentioned expansion method disadvantages. Nevertheless, this method has the technical production disadvantage that it is necessary to create a further connection between the material layers during the tube forming in the bending roll after a certain deformation progress, which is usually done by welding.
  • the still unfinished pipe must be removed from the bending roll and then created the connection, so in general, the weld can be applied.
  • it can also be welded in the bending roll, which however blocks it during this time.
  • the tube blank also called slot tube
  • Such a procedure is extremely time-consuming and therefore represents a significant production cost disadvantage.
  • WO 2006/066814 Al also teaches a method in the
  • a material layer acting as a respective outer tube forms a base plate, which has a stop edge preferably approximately along its two longitudinal edges or approximately parallel thereto, and the resting material layer lies loosely between these stop edges comes, and
  • the multilayer material thus formed is formed with the aid of the bending roll to form a multilayer pipe, wherein the respective material layer functioning as an inner tube is clamped between the abutment edges and in the final phase of tube forming in the bending roll the respective material layer functioning as inner tube thereby frictionally locking into the respective outer tube Material layer is pressed.
  • the respective inner layer it is thus also possible to use those materials, such as particularly high-strength steels, which are difficult or impossible to weld.
  • the material layer acting as an inner tube is already pressed into the bending roll in the bending roll in a force-fitting manner into the respective material layer functioning as an outer tube and thus held frictionally in the respective outer tube, without a connection, such as a weld to be created. suture needs. Therefore, a time- and cost-intensive interruption of the tube forming process in the bending roll is also not required here.
  • this manufacturing process in turn has the disadvantage that in this case the pipe inner layer is not completely closed inwardly, since a part of the pipe inner circumference is formed by the on the respective base plate, so the respective outer material layer, attached stop edges, which leads to here the beneficial effects of the tube inner layer, such as corrosion or abrasion resistance can not occur.
  • This disadvantage can not be solved simply by a build-up welding in this area, as a weld between the material of the stop edge and the inner layer in this process, which wants to avoid welding between outer and inner layer just not i ⁇ frage comes.
  • This object is achieved by a method for producing a multilayer pipe using a Blechumformmachine in which
  • the multilayer material formed in this way is formed into a tube, and during the deformation, the edges of the elements of the resting factory sheet still freely displaceable relative to one another move freely towards each other due to the different circumferential lengths of inner tube and outer tube according to the deformation progress. then these mutually moving edges of the elements of the overlying material layer abut each other after a certain deformation progress, and
  • the multi-layer pipe is formed with the help of Blechumformmaschine to the end, which now can not move freely towards each other during this final molding, the edges of the elements of the overlying material layer, whereby the respective acting as an inner tube material layer non-positively pressed into each acting as an outer tube material layer becomes.
  • the interruption of the tube forming process in the sheet metal forming machine - ie in the bending roll - thereby avoided that at least two elements that later form the inner layer, initially, ie before the tube forming process, edge side with the later forming the outer layer Material layer connected, so usually welded to this, be.
  • the free ends of these elements then move towards each other due to the different bending radii (or circumferential lengths, which means the same) of the inner and outer tubes and eventually hit one another.
  • the edges of the abutting layers do not jump from each other, but remain abutting, but they - assuming a smooth edge shaped - a, with increasing deformation progress increasing strength exert on the material inner layer, with which this is pressed against the outer layer.
  • the method according to the invention is designed so that it ensures that from the moment in which the initially still freely mutually displaceable edges of the inner layer sheets abut, the tube to be formed at each point, on the inner and outer layer on each other, already arched. That is, the tube to be formed at each point, on the inner and outer layer on each other has a finite radius (ie nowhere there has an infinite radius).
  • This can be achieved, for example with respect to the majority of the tubular body, preferably by sufficient bending before abutting the displaceable edges of the inner layer elements, which can be done for example by suitable dimensioning and / or positioning of the elements of the inner layer. Also, this (possibly also in addition) - preferably in the edge region, so the area of the later to be closed pipe longitudinal seam comes close - means a previously made bending of the pipe to be formed material layers can be achieved.
  • the method for producing a multi-layer pipe according to the present invention is characterized in that the first connection between the material layers is provided by approximately along one of the longitudinal or transverse edges of the overlying material layer or approximately along a line parallel thereto but along the future pipe joint seam are connected to each other.
  • the applied elements can thus lie with their longitudinal edge parallel to the longitudinal edge of the underlying material layer, but need not. So it is also possible that they come to rest with their longitudinal edge transverse thereto.
  • the connection with the material layer below is always along or parallel to the future pipe longitudinal seam.
  • connection along an edge or along a (preferably imaginary) line means any type of connection along the edge or line, whether or not it is Connection along the entire edge or line or only in sections along the edge or line or even in single points (such as spot welds), for instance at two points - preferably at the end points of the edge or line - or even at a single point at the point Edge or on the line.
  • the material layer functioning as an inner tube can also form a partial circle in the finished multilayer tube, which can be achieved by covering the elements of the overlying material layer, which later form the inner tube layer, only a part of the surface of the material layer which later forms the outer layer. while it is nevertheless important to ensure that they still encounter each other in the course of the tube forming process with their then free ends and so the inner is pressed into the outer layer.
  • the material layer functioning as an inner tube and forming a partial circle in cross-section in the finished multilayer tube forms a groove at the foot of the multilayer tube.
  • a further connection preferably welding between the material layers and / or the abutting edges of the elements of the overlying material layer done, in particular here this jaw tightly shut down.
  • An interruption of the actual molding process is not required for this purpose. Rather, such a step takes place only after completion of the actual tube forming process.
  • Al ratios are - depending on the desired pressing force - the size of the elements of the overlying material layer (ie the later inner layer) and the position of the first connections between the elements of the overlying material layer and the adjacent material layer (ie the material layer, which usually forms the outer layer later).
  • the length of the neutral fiber of the outer tube - here L 1 , called - is:
  • L ⁇ (DA - SA) - ⁇
  • L ⁇ (DA - SA) - ⁇
  • F - The deformation progress - here called F - called, in which the free sheet edges of the elements of the resting material layer to abut - so you want to reach a maximum pressing force - is then (as value between 0 and 1) about:
  • DA as the outer diameter of the outer tube in mm
  • SA as the wall thickness of the outer tube in mm
  • IO IO
  • the compression allowance takes into account the manufacturing inaccuracy in the fixation of at least one other material layer connection, and compensates for this so that the desired pressing force of the inner tube is at least achieved against the outer tube.
  • the resting elements along first weld the longitudinal edges of the later forming the outer layer material layer and select these (the later inner layer forming) elements of their size and geometry forth so that between their free edges a gap remains, which closes in the course of the tube forming process and then the two then abutting Edges are encountered by the yet to be completed further tube forming process only insofar as it allows the compression limit of the material of the future inner layer.
  • the multilayer pipe is closed by welding the outer pipe along the pipe seam and build-up welding of the inner pipe so as to complete the multilayer pipe body.
  • the material layers can be connected to the front sides of the tube, such as there to prevent the ingress of moisture between the metallurgically yes not fully connected material layers.
  • a preferred application of the method according to the present invention is the production of double-layer tubes according to the invention, however, the invention is not limited thereto, also three-, four- and more multi-layer pipes according to the invention are hereby basically produced.
  • sheets preferably metal sheets and more preferably steel sheets, as a material layer or elements of the material layer use.
  • At least one of the joints of the material layers is preferably used as a weld, which is particularly suitable for the aforementioned metal sheets, preferably steel sheets.
  • Blechumformmaschine is about a bending roll, ie, for example, a three-roll bending machine, but also a press / die assembly, such as in the context of known from the prior art UOE (U-shapes, O-forms, expanding) - tube forming process (see for UOE method, for example: Hiersig, Heinz M., Encyclopedia Mechanical Engineering, Heidelberg 1997, p 704 f., To keyword "lJingsnaht-Großrohrherstellun £ c ) or the so-called JCO-Rohrverforrnungsvons is used suitable.
  • UOE U-shapes, O-forms, expanding
  • the pipe is formed by first placing the sheet in a press by means of a sword in the shape of a horizontal J 'and then in that of a horizontal C'. After that, it then - as in the case of the UOE procedure - is bent into the 'O'-shape'.
  • the inventive method can now also be operated as a continuous production process in which the material layers to be combined or their elements (each unwound from a wound tape and then continuously superimposed, preferably continuously welded, wherein the subsequent tube forming process also takes place continuously by an Einform No, which forms a slit tube from the continuously superimposed material layers, serves as Blechumformmaschine for tube forming are known, for example from the prior art, as described in US 3,327,383 and hereby incorporated in the disclosure of the present document w ill.
  • Fig. 2 is a perspective sketch outlined in a - not yet completed -Multlagen tube from one end face during the manufacturing process according to the invention, namely in the process step, where the thus formed Mehrlagen- material is formed using the Blechumformmaschine to the tube, the edges of the two resting Elements are still freely movable against each other,
  • FIG. 3 is a perspective view sketched in a - also not yet finished - multilayer pipe from one end face during the manufacturing process according to the invention, namely in the process step, where after a certain deformation progress, the two free abutting edges of the overlying elements now abut each other,
  • FIG. 4 shows a perspective cross section through a finished multilayer pipe with inner and outer layer
  • 5 shows a perspective cross section through a multilayer pipe with inner and outer layer in a detailed view in the region of the weld
  • FIG. 6 shows a continuous tube forming process according to the present invention in a schematic representation, in which the material layers to be combined or their elements are each in the form of wound-up strip (also called a coil), from which they are unwound and thereafter placed continuously over one another,
  • wound-up strip also called a coil
  • FIG. 8 shows the forming step which forms a 'U' by means of a press (not shown here) which drives a correspondingly shaped punch downwards, where the material layers are thereby jointly driven into a die (not shown here as well) , and
  • Fig. 9 shows the forming step of an 'O', ie a slot tube ausformungt by means of a press (not shown here), which drives two shaped as a half-round punch from below and above against the tubular body to be formed, where the material layers in turn together to one - seen in cross section - round shaped.
  • Fig. 1 shows a perspective sketch outlined on two superimposed to multilayer pipe material layers to be combined Ia, Ib, 2, in which case one of the material layers, namely the applied material layer Ia, Ib, which will later form the inner layer of the multi-layer tube, launched from two in the tube longitudinal direction
  • Elements Ia, Ib - preferably sheets - is made, which at the beginning of the process according to the invention along its longitudinal edges 3a, 3b with the adjacent material layer 2, which will later form the outer layer of the tube, for the first time - preferably by a weld - are connected.
  • Fig. 2 shows a perspective sketched in perspective - not yet finished - multilayer pipe 5 from one end side during the manufacturing process according to the invention, namely in the process step, where the thus formed Mehrlagen- material using the Blechumformxnaschine, such as a bending roll (The Blechumformmaschine itself , so about the bending roll, is hidden here and therefore not visible!)
  • the tube 5 is formed, wherein in the deformation, the not yet connected to the adjacent material layer 2 edges 4a, 4b of the elements Ia, Ib due to the different bending radii of inner tube 1, Ia, Ib and outer tube 2 move freely against each other according to the deformation progress.
  • the first connection between the two material layers 1, 1a, 1b "2 has already taken place here at the edges 3a, 3b which runs along the longitudinal edge of the forming inner tube 1, 1a, 1b and which has already been created before the tube forming process, for instance by welding were.
  • this first connection 3 a and 3 b of the material layers 1, 1 a, 1 b, 2 can not shift relative to each other due to their connection to one another, but instead remain fixed relative to one another.
  • the tube is already rounded in the upper area of the representation (ie in the region which runs towards the still open tube slot) and where the inner and outer layers 1, 1a, 1b, 2 also rest on one another (the radius is therefore here nowhere is infinite). This circumstance may not be so well recognized in the perspective view of FIG. 2 here, so that this clearing explanation is made here.
  • Fig. 3 shows a perspective sketched in perspective - also not yet finished - multilayer pipe 5 from one end side during the manufacturing process according to the invention, namely in the process step, where after a certain deformation progress, the two free abutting edges 4a, 4b of the overlying elements Ia, Ib now come together.
  • the multi-layer tube 5 can be formed using the Blechumformmaschine to the end (no longer visible), now no longer move due to the abutment of the edges 4a and 4b now against each other during this final shaping, whereby the respective inner tube functioning material layer 1, Ia, Ib is non-positively pressed into the respectively acting as an outer tube material layer 2.
  • ebenfalss as already noted in Fig.
  • Fig. 4 shows a perspective cross-section through a finished multilayer pipe 5 with inner layer (also called inner tube, inner tube, inner plate, etc.) 1, Ia, Ib and Outer layer (also called outer tube, outer tube, base plate, etc.) 2, wherein the multilayer tube 5 was closed by a weld 7 of the outer tube 2 along a Rorhrnaht 8 and a build-up weld 9 of the inner tube 1, Ia, Ib.
  • the first connections 3a, 3b between the layers 1, 1a, 1b, 2, which already took place before the actual tube-forming process, are also indicated; Likewise, the abutting edge of the two initially free edges 4a, 4b of the two inner layer elements Ia, Ib can be seen.
  • FIG. 5 shows a perspective cross section through a multilayer pipe according to FIG. 4 with inner layer 1a, 1b and outer layer 2 in a detailed view in the region of the two weld seams 3a, 3b, 7, 9.
  • Fig. 6 shows a continuous tube forming according to the present invention, in which the material layers to be combined Ia, Ib, 2 or their elements in each case as a wound strip (also called coil) are present, from which they are unwound and thereafter continuously superimposed. Thereafter, then also a continuous welding of the layers at the outer edge by means of a respective welding system 10, such as a laser or a roller seam welding machine or a NOTEnahtsch Strukturmaschine or the like. Arc welding is also conceivable here.
  • the subsequent tube forming process then takes place continuously again by means of an injection molding line which forms a slot tube 5 by means of contour rollers 6 from the material layers 1a, 1b, 2, which are continuously superimposed and welded together at the edge, thus serving as a sheet metal forming machine.
  • the present illustration is intended to clarify the process once more, however, by showing in its upper part the installation serving for this purpose from the side and in the lower part of the illustration at different stations marked by allocation arrows 11 in cross section and, in contrast, the feed direction 12.
  • the factory sheet elements Ia, Ib which are continuously fed in as a strip from above, have a width which is suitable, after carrying out the invention. According to the manufacturing process to form the desired inner wall of the pipe to be produced and also in this case to be sufficiently upset by the resulting due to the tube forming pressing force.
  • the supplied from below material layer 2 is later used as an outer layer and therefore has the width of the outer circumference of the tube to be produced 5 on.
  • the two layers 1 a, 1 b, 2 face each other, they are each welded at the edge by means of a welding system 10, so that the elements 1 a, 1 b of the later inner layer are now each connected to the later outer layer 2 on the outer edge.
  • the two elements 1a, 1b of the later pipe inner layer still loosely lie with their edges there.
  • Fig. 7 shows the initial situation of the method according to the invention, when the sheet metal forming is carried out by means of a UO (E) -Pressen- / Gesenkanaku.
  • the later outer material layer 2 is down here and the two, the subsequent inner layer 1 forming elements Ia, Ib are outside. They were already welded to the lower layer 2 at the edge and there rounded together with the lower layer 2. Possibly. can the marginal welding of the layers Ia, Ib, 2 but also after the rounding of the edge area done. In the middle of the two resting elements Ia, Ib are still spaced apart.
  • Fig. 8 shows the forming step of a, U 'shaped by means of a press (not shown here), which drives a correspondingly shaped punch 13 down where the material layers Ia, Ib, 2 hereby together in a die (not here also not to be seen) are driven.
  • the inner material layer elements Ia, Ib with their still freely movable sheet edges - due to the different radii of outer 2 and inner layer 1, Ia, Ib - are moved towards each other.
  • Fig. 9 shows the forming step, which forms an 'O', ie a slot tube by means of a press (not shown here), the two shaped as a half round punch 14, 15 drives from below and above against the tubular body to be formed, where the material layers Ia, Ib, 2 hereby again together to one - seen in cross section - are formed round.
  • the inner material layer elements Ia, Ib are still moved toward each other with their still movable sheet edges due to the different radii of outer and inner layer until they abut and thus forms a continuous inner layer 1, which now in the further tube forming in the Outer layer 2 is pressed, since the originally free edges of the inner layer elements Ia, Ib can no longer move towards each other. As a result of the curvature they do not jump from each other, but lie down against the outer wall 2.
  • the method according to the invention can be carried out in a similar manner by means of a press / die arrangement designed for the so-called JCO 'method.
  • JCO so-called JCO 'method.
  • the overlying elements 1a, 1b are welded on the edge side to the material layer 2 forming the later outer layer, and then a slot tube is formed by the JCO method.
  • the desired effect according to the invention occurs, in which the initially free sheet metal edges of the inner layer elements Ia, Ib abut each other, thereby forming a continuous inner layer 1 and then pressed against the outer layer 2 due to the different bending radii of outer and inner layer.
  • the initially still freely movable abutting edges of the two inner layer elements Ia Ib can be welded to one another and / or to the outer layer 2 after they abut each other , which can be done for example by the still open slot of the slot tube, preferably by means of a laser welding device.

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Description

Titel: Produktionsoptimiertes Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres
Die vorliegende Erfindung betrifft ein produktionsoptimiertes Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres. Mehrlagen-Rohre werden vorzugsweise bei hohen Anforderungen gegen Korrosion oder Abrasion verwendet.
Korrosionsbeständige Druckbehälter oder Druckleitungen können durch Anwendung von Mehrlagen-Rohren kostengünstiger hergestellt werden als Massivausführungen aus entsprechenden Werkstoffen. Dies wird erreicht durch die Lastenteilung auf eine dünne, korrosionsbeständige Innenlage (z.B. rost- und säurebeständiger Stahl) und eine hochfeste, druckbeständige Außenlage (z. B. Feinkornbaustahl). Dadurch kann der Stahlverbrauch insgesamt erheblich gesenkt und ein Großteil des verbleibenden Stahlverbrauchs auf kostengünstige Werkstoffe verlagert werden.
Abrasionsbeständige Rohrleitungen werden durch die Ausführung als Mehrlagen-Rohr (etwa mit mechanischer Bindung, s.u.) in bestimmten Güteklassen überhaupt erst ermöglicht, da Werkstoffe (z.B. hochfeste Stähle mit hohen Härten) als Innenlage eingesetzt werden können, die für sich alleine nicht oder nur sehr schwierig zu Rohren verarbeitet werden können.
Andere Werkstoffkombinationen sind in großer Vielfalt möglich, prinzipiell begrenzt sich die Kombinierbarkeit von Werkstoffen dabei nur durch die jeweilig infrage kommenden Verarbeitungstechniken.
Beim Aufbau des Rohrmantels wird unterschieden zwischen
vollflächiger metallurgischer Bindung (diese erfordert plattiertes Blech als Ausgangshalbzeug), und rein mechanischer Bindung (etwa einer Reibbindung) zwischen Innen- und Außenrohr - vorzugsweise Innen- und Außenblech und ihrer Verschweißung an den Blechkanten -.
Bei Mehrlagenrohren mit metallurgischer Bindung zwischen den Lagen - etwa Mehrlagenrohren aus Metallblechen, vorzugsweise Stahlblechen - findet als Ausgangshalbzeug ein plattiertes Verbundblech aus zwei verschiedenen (Stahl-) Werkstoffen Verwendung.
Der Nachteil dieses Verfahrens nach dem Stand der Technik liegt zum einen in den hohen Kosten des Ausgangshalbzeuges und damit auch des Endproduktes, zum anderen aber auch in einer mangelnden ausreichenden Verfügbarkeit dieses Ausgangshalbzeuges aufgrund äußerst beschränkter Produktionskapazitäten hierfür in der Welt. Weiterhin ist die Anzahl der Werkstoffe, die sich auf diese Weise verarbeiten lassen, begrenzt. So lassen sich etwa bestimmte abrasionsbeständige Stähle als Innenlage dann nicht verwenden, wenn sie sich aufgrund ihres hohen Kohlenstoffanteils nicht oder nur schlecht schweißen lassen.
Bei Mehrlagenrohren mit mechanischer Bindung finden nach älterem Stand der Technik als Ausgangshalbzeug mehrere - vorzugsweise zwei - fertige Rohre Verwendung. Das Verfahren soll dabei im folgenden anhand des Beispiels zweier Rohre erläutert werden (im Falle weiterer Lagen sind die Ausführungen entsprechend zu verstehen):
Zwei fertige Rohre werden aus den zu kombinierenden Werkstoffen passgenau gefertigt und ohne Reibung ineinander geschoben, wobei das äußere Rohr eine höhere Streckgrenze aufweisen muß als das innere.
Durch Expandieren (mechanisch - etwa vermittels eines Expansionsstempels - oder durch Flüssigkeitsdruck, wobei im letzten Falle die ineinander liegenden Rohre in ein das Außenrohr umfassendes Gesenk gepreßt werden) wird das Innenrohr unter elastischer Aufweitung des Außenrohrs in das Außenrohr gedrückt. Nach Wegfallen der Expansionskräfte legt sich das Außenrohr wegen der höheren elastischen Rückfederung kraftschlüssig um das Innenrohr.
Abschließend werden die beiden Werkstoffe an den Stirnseiten verschweißt. Der Nachteil dieses Verfahrens nach dem Stand der Technik Hegt darin begründet, daß das äußere Rohr eine höhere Streckgrenze aufweisen muß als das innere, da ansonsten die den Kraftschluß mit dem Innenrohr hervorrufende und daher erforderliche elastische Rückfederung des Außenrohres fehlt. Dies ist insbesondere deshalb nachteilig, weil hochfeste Werkstoffe - etwa besonders hochfeste Stähle -, wie sie vorzugsweise für abrasionsbeständige Rohrleitungen im Inneren des Rohres besonders vorteilhaft sind, hohe oder sogar sehr hohe Streckgrenzen aufweisen und sich damit für dieses Herstellungsverfahren nicht eignen.
Inzwischen sind aber auch weitere Verfahren aus der WO 2006/066814 Al bekannt, die diese Nachteile nicht aufweisen und der Herstellung eines Mehrlagenrohres mit mechanischer Bindung zwischen den Werkstofflagen vermittels einer Biegewalze dienen. Hierbei werden
einzelne zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen aufeinandergelegt, und
der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff mit Hilfe der Biegewalze zu einem Mehrlagenrohr geformt, wobei in der Endphase der Rohrformung in der Biegewalze eine jeweilig als Innenrohr fungierende Werkstofflage kraftschlüssig in eine jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepresst wird.
Mit Hilfe dieses Verfahrens können Mehrlagenrohre hergestellt werden, die ohne walz- und/oder sprengplattiertes Halbzeug auskommen, andererseits aber auch nicht den Beschränkungen unterliegen, die die Herstellung mehrlagiger Rohre nach dem vorgenannten Stand der Technik mit reibschlüssiger mechanischer Bindung von Lagen untereinander mit sich bringt.
Die Verwendung walz- und/oder sprengplattierten Halbzeugs wird dadurch vermieden, daß zunächst zwischen den Werkstofflagen eine erste Verbindung — etwa eine Schweißnaht — geschaffen wird und hiernach die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage während der Rohrformung in der Biegewalze durch eine — nach einem bestimmten Verformungsfortschritt anzubringende — weitere Verbindung zwischen den Werkstofflagen kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepresst und auf diese Weise im jeweiligen Außenrohr reibschlüssig gehalten wird und zwar ohne das Mehrlagenrohr aufweiten zu müssen und damit die zum o.a. Expansionsverfahren angeführten Nachteile einzugehen. Gleichwohl hat dieses Verfahren den produktionstechnischen Nachteil, daß es hierbei erforderlich ist, während der Rohrformung in der Biegewalze nach einem bestimmten Verformungsfortschritt eine weitere Verbindung zwischen den Werkstofflagen zu schaffen, was in der Regel durch ein Verschweißen geschieht. Für diese Verbindung ist es daher erforderlich, die Rohrformung zu unterbrechen, um die beiden Werkstofflagen an dieser weiteren Stelle miteinander zu verbinden. Hierzu muß das noch unfertige Rohr aus der Biegewalze entfernt und sodann die Verbindung geschaffen, in der Regel also die Schweißnaht aufgebracht werden. Alternativ dazu kannes auch in der Biegewalze geschweißt werden, was diese jedoch währenddessen blockiert. Sodann kann der Rohrrohling (auch Schlitzrohr genannt) wieder in die Biegewalze eingebracht werden, um den dortigen Fertigungsprozeß weiter zu führen. Eine solches Vorgehen ist äußerst zeitintensiv und stellt daher einen erheblichen Produktionskostennachteil dar.
Die WO 2006/066814 Al lehrt jedoch auch ein Verfahren bei dem
einzelne zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen aufeinandergelegt werden, wobei eine als jeweiliges Außenrohr fungierende Werkstofflage ein Grundblech bildet, das in etwa entlang seiner beiden Längskanten oder in etwa parallel hierzu jeweils eine, vorzugsweise aufgeschweißte, Anschlagkante aufweist und die aufliegende Werkstofflage lose zwischen diese Anschlagkanten zu liegen kommt, und
der so gebildete Mehrlagen- Werkstoff mit Flilfe der Biegewalze zu einem Mehrlagenrohr geformt wird, wobei die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage zwischen die Anschlagkanten geklemmt und in der Endphase der Rohrformung in der Biegewalze die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage hierdurch kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepresst wird.
Nach dieser Ausfuhrungsform der WO 2006/066814 Al können als jeweilige Innenlage somit auch solche Werkstoffe - wie etwa besonders hochfeste Stähle - Verwendung finden, die sich nicht oder nur sehr schwer schweißen lassen. Auch hier wird die als Innenrohr fungierende Werkstofflage bereits während der Rohrfomung in der Biegewalze kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepresst und so im jeweiligen Außenrohr reibschlüssig gehalten und zwar ohne, daß es einer Verbindung, wie etwa einer zu schaffenden Schweiß- naht bedarf. Daher ist hier eine zeit- und kostenintensive Unterbrechung des Rohrformungs- prozesses in der Biegewalze auch nicht erforderlich. Jedoch hat dieses Fertigungsverfahren wiederum den Nachteil, daß hierbei die Rohrinnenlage nicht gänzlich nach innen hin geschlossen ist, da ein Teil des Rohrinnenumfanges durch die auf dem jeweiligen Grundblech, also der jeweils außen liegenden Werkstofflage, angebrachten Anschlagkanten ausgebildet wird, was dazu führt, daß hier die vorteilhaften Wirkungen der Rohrinnenlage, wie Korrosions- oder Abrasionsbeständigkeit nicht einzutreten vermögen. Dieser Nachteil kann auch nicht einfach durch eine Auftragsschweißung in diesem Bereich gelöst werden, da eine Schweißverbindung zwischen dem Material der Anschlagkante und dem der Innenlage bei diesem Verfahren, das ein Schweißen zwischen Außen- und Innenlage vermeiden will gerade nicht iαfrage kommt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ausgehend vom Stand der Technik nach der WO 2006/066814 Al ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres anzugeben, welches weder eine Unterbrechung des Rohrformungsprozesses zur Werkstofflagenverbindung noch ein nachträgliches Einarbeiten von Werkstofflagenteilen erfordert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres mit Hilfe einer Blechumformmachine gelöst, bei dem
einzelne zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen aufeinandergelegt werden, wobei zumindest eine der Werkstofflagen aus mehr als einem aufgelegten Element besteht,
hiernach dann eine jeweils erste Verbindung zwischen den randseitigen Elementen der aufliegenden Werkstofflage und der benachbarten Werkstofflage geschaffen wird,
der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff zum Rohr geformt wird und bei der Verformung die noch frei gegeneinander verschiebbaren Kanten der Elemente der aufliegenden Werks tofflage aufgrund der unterschiedlichen Umfangslängen von Innenrohr und Außenrohr sich entsprechend dem Verformungsfortschritt frei aufeinander zu bewegen, dann diese sich aufeinander zu bewegenden Kanten der Elemente der aufliegenden Werkstofflage nach einem bestimmten Verformungsfortschritt aneinander stoßen, und
sodann das Mehrlagenrohr mit Hilfe der Blechumformmaschine zu Ende geformt wird, wobei sich nun während dieser Endformung die Kanten der Elemente der aufliegenden Werkstofflage nun nicht weiter frei aufeinander zu bewegen können, wodurch die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepresst wird.
Bei diesem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird die Unterbrechung des Rohrformungsprozesses in der Blechumformmaschine — also etwa in der Biegewalze — dadurch vermieden, daß mindestens zwei Elemente, die später die Innenlage bilden, zunächst, d.h. vor dem Rohrformungsprozeß, randseitig mit der später die Außenlage bildenden Werkstofflage verbunden, also in der Regel mit dieser verschweißt, werden. Während des Rohrformungsprozesses, also z.B. in der Biegewalze, bewegen sich dann die freien Enden dieser Elemente aufgrund der unterschiedlichen Biegeradien (oder Umfangslängen, was das Gleiche bedeutet) von Innen- und Außenrohr aufeinander zu und stoßen irgendwann aneinander. Da zu diesem Zeitpunkt auch bereits eine Wölbung des Bleches hin zu einem Rohr eingesetzt hat, springen die Kanten der aneinanderstoßenden Lagen nicht voneinander ab, sondern verbleiben aneinanderstoßend, wobei sie jedoch — eine glatt geformte Kante vorausgesetzt - eine, mit zunehmendem Verformungsfortschritt stärker werdende, Kraft auf die Werkstoffinnenlage ausüben, mit der diese gegen die Außenlage gepreßt wird. Zu beachten ist, daß das erfindungsgemäße Verfahren so ausgestaltet ist, daß es sicherstellt, daß ab dem Augenblick, in dem die zunächst noch frei gegeneinander verschieblichen Kanten der Innenlagenbleche aneinanderstoßen, das zu formende Rohr an jeder Stelle, an der Innen- und Außenlage aufeinanderliegen, bereits gewölbt ist. D.h., daß das zu formende Rohr an jeder Stelle, an der Innen- und Außenlage aufeinanderliegen einen endlichen Radius (also nirgends dort einen unendlichen Radius) aufweist. Dies kann - etwa hinsichtlich des Großteils des Rohrkörpers - vorzugsweise durch eine ausreichende Biegung vor Aneinanderstoßen der verschieblichen Kanten der Innenlagenelemente erreicht werden, was etwa durch eine geeignete Bemessung und/oder Positionierung der Elemente der Innenlage geschehen kann. Auch kann dies (möglicherweise auch zusätzlich) - vorzugsweise im Randbereich, also dem Bereich der der später zu schließenden Rohrlängsnaht nahe kommt - vermittels einer zuvor bereits erfolgten Anbiegung der zum Rohr zu formenden Werkstofflagen erreicht werden.
Auf diese Weise ist eine Unterbrechung des Formungsprozesses — etwa zur weiteren Verschweißung der Werkstofflagen — zur Ausbildung einer vollflächigen Werkstoffinnenlage aus dem hierfür vorgesehenen Material im Rohrinneren nicht mehr erforderlich.
Vorzugsweise ist das Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres nach der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindung zwischen den Werkstofflagen dadurch geschaffen wird, daß diese in etwa entlang einer der Längs- oder Querkanten der aufliegenden Werkstofflage oder in etwa entlang einer Linie parallel hierzu aber entlang der zukünftigen Rohrlängsnaht miteinander verbunden werden. Die aufgelegten Elemente können somit mit ihrer Längskante parallel zur Längskante der unterliegenden Werkstofflage liegen, müssen dies aber nicht. So ist es auch möglich, daß sie mit ihrer Längskante quer hierzu zu liegen kommen. Die Verbindung mit der unten liegenden Werkstofflage erfolgt aber immer entlang der oder parallel zu der zukünftigen Rohrlängsnaht.
In diesem Zusammenhang sei angemerkt, daß dann, wenn in diesem Text hier von einer Verbindung entlang einer Kante oder entlang einer (vorzugsweise nur gedachten) Linie die Rede ist, damit jede Art von Verbindung entlang der Kante oder Linie gemeint ist, gleich, ob diese Verbindung entlang der gesamten Kante oder Linie oder nur abschnittsweise entlang der Kante oder Linie oder auch nur in einzelnen Punkten (wie etwa Punktschweißungen), etwa in zwei Punkten - vorzugsweise an den Endpunkten der Kante oder Linie - oder gar nur in einem einzelnen Punkt an der Kante oder auf der Linie besteht.
Auch kann die als Innenrohr fungierende Werkstofflage beim fertigen Mehrlagenrohr im Querschnitt einen Teilkreis bilden, was man dadurch erreichen kann, daß die Elemente der aufliegenden Werkstofflage, die später die Rohrinnenlage bilden, nur einen Teil der Fläche der Werkstofflage abdecken, die später die Außenlage bildet, wobei gleichwohl darauf zu achten ist, daß sie dennoch im Verlaufe des Rohrformungsprozesses mit ihren dann noch freien Enden gegeneinander stoßen und so die Innen- in die Außenlage gepreßt wird.
Vorzugsweise formt dabei die als Innenrohr fungierende und beim fertigen Mehrlagenrohr im Querschnitt einen Teilkreis bildende Werkstofflage eine Rinne am Fuß des Mehrlagenrohres. Nach Fertigstellung des Schlitzrohres, also nach Abschluß des wesentlichen Rohrformungspro- zesses, etwa in der Biegewalze, kann dann eine weitere Verbindung, vorzugsweise Verschweißung zwischen den Werkstofflagen und/oder den aneinanderstoßenden Kanten der Elemente der aufliegenden Werkstofflage erfolgen, insbesondere um hier diese Stoßkante dicht zu schließen. Eine Unterbrechung des eigentlichen Formungsprozesses ist hierfür aber nicht erforderlich. Vielmehr erfolgt ein solcher Schritt erst nach Abschluß des eigentlichen Rohrformungsprozesses. Auch ist es nicht erforderlich hierfür einen weiteren Werkstoffinnenlagenstreifen einzuarbeiten. Vielmehr genügt hier eine einfache Schweißung. In Fällen, in denen es nicht auf die völlige Dichtigkeit der Stoßkante ankommt — etwa dann, wenn nur eine erhöhte Abrasionsbeständigkeit der Innenlage gefordert ist — kann von dieser Schweißung zur Abdichtung sogar ganz abgesehen werden.
Hinsichtlich der Kraft, mit der die Innenlage gegen die Außenlage gepreßt werden soll, sei auf die bereits aus der WO 2006/066814 Al, welche hiermit durch Inbezugnahme in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung mit einbezogen wird, bekannten geometrischen und physikalischen Verhältnisse verwiesen, wobei
DA als Außendurchmesser des Außenrohres in mm,
SA als Wanddicke des Außenrohres in mm,
SI als Wanddicke des Innenrohres in mm, σi als Streckgrenze des Innenrohres in N/mm2, Zs als Stauchungszuschlag angegeben in Teilen von Hundert und E als Elastizitätsmodul (E-Modul) in N/mm2
Verwendung findet. Entsprechend den bereits in der WO 2006/066814 Al genannten Verhältnissen sind — je nach angestrebter Preßkraft — die Größe der Elemente der aufliegenden Werkstofflage (also der späteren Innenlage) und die Lage der ersten Verbindungen zwischen den Elementen der aufliegenden Werkstofflage und der benachbarten Werkstofflage (also der Werkstofflage, die später in der Regel die Außenlage bildet) zu wählen.
Die Länge der neutralen Faser des Außenrohres - hier L1, genannt — beträgt dabei:
Lφ = (DA - SA)- π Die Länge der neutralen Faser des Innenrohres - hier L,,^ genannt - beträgt:
Lnß = (DA-l-SA-SI)-π
Die Verschiebung der freien Blechkanten der Elemente der aufliegenden Werkstofflage (der späteren Innenlage) beträgt dann bei 100 % Verformungsgrad des Rohres - hier L^, genannt - :
Lß, ~ Lφ - Lnß
Der Stauchungsgrad des Innenrohres zum Erreichen der Stauchgrenze - hier εst genannt - ergibt sich zu:
ε ~ ^L st ~ E
und die entsprechende Stauchungslänge zum Erreichen der Stauchgrenze zu:
Lst = εSt - Lnß - (Zs + \)
Der Verformungsfortschritt - hier Fßr genannt -, bei dem die freien Blechkanten der Elemente der aufliegenden Werkstofflage aneinanderstoßen sollen - so man eine maximale Preßkraft erreichen will -, beträgt dann (als Wert zwischen 0 und 1 angegeben) etwa:
und in Teilen von Hundert angegeben:
Löst man diesen Ausdruck mit
DA als Außendurchmesser des Außenrohres in mm, SA als Wanddicke des Außenrohres in mm, I O
SI als Wanddicke des Innenrohres in mm, σi als Streckgrenze des Innenrohres in N/mm2,
Zs als Stauchungszuschlag angegeben in Teilen von Hundert und
E als Elastizitätsmodul (E-Modu/) in N/mm2
auf, so erhält man den Verformungsfortschritt, bei dem die freien Blechkanten der Elemente der aufliegenden Werkstofflage (also der späteren Innenlage) aneinanderstoßen sollen, so man eine maximale Preßkraft erreichen will, durch den folgenden Ausdruck:
σ f • (DA - l- SA- SI)- π • (Z, + l)
F f,or 1 - ■ 100
(DA - SA) - π - (DA - 2 - SA - SI)- π
Der Stauchungszuschlag berücksichtigt dabei die Fertigungsungenauigkeit in der Fixierung der zumindest einen weiteren Werkstofflagenverbindung, und kompensiert dies so, daß die angestrebte Preßkraft des Innenrohres gegen das Außenrohr mindestens erreicht wird.
In der Praxis wird man also etwa dann, wenn man ein vollständiges Innenrohr aus der innen liegenden Werkstofflage bilden will und zugleich die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens maximal erreichbare Preßkraft anstrebt — bei zwei aufliegenden Elementen, die später die Innenlage bilden — , die aufliegenden Elemente zunächst entlang der Längskanten der später die Außenlage bildenden Werkstofflage verschweißen und diese (die spätere Innenlage bildenden) Elemente von ihrer Größe und ihrer Geometrie her so wählen, daß zwischen ihren freien Kanten ein Spalt verbleibt, der sich im Verlaufe des Rohrformungsprozesses schließt und sodann die beiden dann aneinanderstoßenden Kanten durch den noch zu absolvierenden weiteren Rohrformungsprozeß nur noch insoweit gegeneinander gestoßen werden, wie es die Stauchgrenze des Materials der zukünftigen Innenlage erlaubt.
Vorzugsweise wird bei dem Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres mit Hilfe des Verfahrens nach der hier vorliegenden Erfindung das Mehrlagenrohr durch eine Schweißung des Außenrohres entlang der Rohrnaht und eine Auftragsschweißung des Innenrohres geschlossen, um so den Mehrlagenrohrkörper fertigzustellen. Auch können die Werkstofflagen an den Stirnseiten des Rohres verbunden werden, etwa um dort das Eindringen von Feuchtigkeit zwischen die metallurgisch ja nicht vollflächig verbundenen Werkstofflagen zu verhindern.
Einen bevorzugten Anwendungsfall des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung stellt die Herstellung von erfindungsgemäßen Doppellagenrohren dar, gleichwohl beschränkt sich die Erfindung nicht hierauf, auch drei-, vier- und noch mehrlagigere erfindungsgemäße Rohre sind hiermit grundsätzlich herstellbar.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung finden Bleche, vorzugsweise Metallbleche und besonders bevorzugterweise Stahlbleche, als Werkstofflage oder Elemente der Werkstofflage Verwendung.
Auch erfolgt in dem Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres nach der hier vorliegenden Erfindung vorzugsweise zumindest eine der Verbindungen der Werkstofflagen als Schweißung, was sich vor allem für die zuvor erwähnten Metallbleche, vorzugsweise Stahlbleche eignet.
Als Blechumformmaschine ist etwa eine Biegewalze, also z.B. eine Dreiwalzen- Rundbiegemaschine, aber auch eine Pressen-/Gesenkanordnung, wie sie etwa im Rahmen des aus dem Stand der Technik bekannten UOE(U-Formen, O-Formen, Expandieren)- Rohrformungsverfahrens (siehe zum UOE- Verfahren beispielsweise: Hiersig, Heinz M., Lexikon Maschinenbau, Heidelberg 1997, S. 704f. zum Stichwort ,,lJingsnaht-Großrohrherstellun£c) oder auch des sogenannten JCO-Rohrverforrnungsverfahrens verwendet wird, geeignet. Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß nach dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung - je nach Werkstoffkombination - gegebenenfalls auf den letzten Schritt des Expandierens verzichtet werden muß, wenn hierdurch aufgrund des Streckgrenzenverhältnisses der Werkstoffe von jeweiliger Innen- zur Außenlage die Verpressung der Werkstofflagen gegeneinander wiederum zu sehr verschlechtert würde.
Beim JCO-Verfahren wird das Rohr dadurch geformt, daß das Blech in einer Presse vermittels eines Schwertes zunächst in die Form eines liegenden J' und dann in die eines liegenden ,C gebracht wird. Hiernach wid es dann - wie im Falle des UOE- Verfahrens auch - in die ,O'- Form gebogen. Aufgrund des Umstandes, daß der eigentliche Rohrformungsprozeß bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung nicht mehr für die Schaffung einer weiteren Verbindung zwischen den Werkstofflagen unterbrochen werden muß, kann das erfindungsgemäße Verfahren nunmehr aber auch als kontinuierliches Produktionsverfahren betrieben werden, bei dem die zu kombinierenden Werkstofflagen oder deren Elemente (jeweils von einem aufgewickelten Band abgewickelt und hernach kontinuierlich übereinander gelegt und kontinuierlich verbunden, vorzugsweise verschweißt werden, wobei der nachfolgende Rohrformungsprozeß ebenfalls kontinuierlich erfolgt, indem eine Einformstraße, die aus den kontinuierlich übereinandergelegten Werkstofflagen ein Schlitzrohr formt, als Blechumformmaschine dient. Derartige Einformstraßen zur Rohrformung sind etwa aus dem Stand der Technik bekannt, wie er in der US 3 327 383 beschrieben ist und die hiermit in den Offenbarungsgehalt der hiesigen Schrift mit einbezogen wird.
Im folgenden werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung besprochen. In dieser zeigt:
Fig. 1 eine perspektivisch skizzierte Aufsicht auf zwei aufeinandergelegte zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen,
Fig. 2 eine perspektivisch skizzierte Sicht in ein — noch nicht fertiggestelltes —Mehrlagenrohr von einer Stirnseite her während des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens, nämlich in dem Verfahrensschritt, wo der hierbei gebildete Mehrlagen- Werkstoff mit Hilfe der Blechumformmaschine zum Rohr geformt wird, die Kanten der beiden aufliegenden Elemente aber noch frei gegeneinander beweglich sind,
Fig. 3 eine perspektivisch skizzierte Sicht in ein — ebenfalls noch nicht fertiggestelltes - Mehrlagenrohr von einer Stirnseite her während des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens, nämlich in dem Verfahrensschritt, wo nach einem bestimmten Verformungsfortschritt die beiden freien Stoßkanten der aufliegenden Elemente nun aneinander stoßen,
Fig. 4 einen perspektivischen Querschnitt durch ein fertiggestelltes Mehrlagenrohr mit Innen- und Außenlage, Fig. 5 einen perspektivischen Querschnitt durch ein Mehrlagenrohr mit Innen- und Außenlage in Detailansicht im Bereich der Schweißnaht, und
Fig. 6 einen kontinuierlichen Rohrformungsprozeß nach der vorliegenden Erfindung in Prinzipdarstellung, bei dem die zu kombinierenden Werkstofflagen oder deren Elemente jeweils als aufgewickeltes Band (auch Coil genannt) vorliegen, von dem sie abgewickelt und hernach kontinuierlich übereinander gelegt werden,
Fig. 7 die Ausgangs Situation des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn die Blechformung vermittels einer UO(E)-Pressen-/Gesenkanordnung ausgeführt wird,
Fig. 8 den Formungsschritt, der ein ,U' formt und zwar vermittels einer Presse (hier nicht dargestellt), die einen entsprechend ausgeformten Stempel nach unten treibt, wo die Werkstofflagen hierdurch gemeinsam in ein Gesenk (hier nicht ebenfalls nicht zu sehen) getrieben werden, und
Fig. 9 den Formungsschritt der ein ,O', also ein Schlitzrohr ausformt und zwar vermittels einer Presse (hier nicht dargestellt), die zwei als Halbrund ausgeformte Stempel von unten und oben gegen den zu formenden Rohrkörper treibt, wo die Werkstofflagen hierdurch wiederum gemeinsam zu einem - im Querschnitt gesehen - Rund geformt werden.
Fig. 1 zeigt eine perspektivisch skizzierte Aufsicht auf zwei aufeinandergelegte zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen Ia, Ib, 2, wobei hier eine der Werkstofflagen, nämlich die aufgelegte Werkstofflage Ia, Ib, welche später die Innenlage des Mehrlagenrohres bilden soll, aus zwei in Rohrlängsrichtung aufgelegten Elementen Ia, Ib - vorzugsweise Blechen - besteht, welche zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens entlang ihrer Längskanten 3a, 3b mit der benachbarten Werkstofflage 2, die später die Außenlage des Rohres bilden soll, erstmalig — vorzugsweise durch eine Schweißnaht - verbunden werden.
Fig. 2 zeigt eine perspektivisch skizzierte Sicht in ein - noch nicht fertiggestelltes - Mehrlagenrohr 5 von einer Stirnseite her während des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens, nämlich in dem Verfahrensschritt, wo der hierbei gebildete Mehrlagen- Werkstoff mit Hilfe der Blechumformxnaschine, etwa einer Biegewalze (Die Blechumformmaschine selbst, also etwa die Biegewalze, ist hier ausgeblendet und daher nicht zu sehen!) zum Rohr 5 geformt wird, wobei bei der Verformung die noch nicht mit der benachbarten Werkstofflage 2 verbundenen Kanten 4a, 4b der Elemente Ia, Ib aufgrund der unterschiedlichen Biegeradien von Innenrohr 1, Ia, Ib und Außenrohr 2 sich entsprechend dem Verformungsfortschritt frei gegeneinander verschieben. Die erste Verbindung zwischen den beiden Werkstofflagen 1, Ia, lb„ 2 erfolgte hier bereits an den Kanten 3a, 3b, die entlang der Längskante des sich bildenden Innenrohres 1, Ia, Ib verläuft und die bereits vor dem Rohrformungsprozeß — etwa durch Schweißung - geschaffen wurden. Im Bereich dieser ersten Verbindung 3a und 3b der Werkstofflagen 1, Ia, Ib, 2 aber, können sich diese aufgrund ihrer Verbindung zueinander nicht gegeneinander verschieben, sondern bleiben hier gegeneinander fixiert. Auch ist anzumerken, daß das Rohr auch im oberen Bereichder Darstellung (also in dem Bereich, der auf denn noch offenen Rohrschlitz zuläuft) und wo Innen- und Außenlage 1, Ia, Ib, 2 insbesondere auch aufeinanderliegen bereits angerundet ist (der Radius also hier nirgends unendlich ist). Dieser Umstand ist in der perspektivischen Darstellung der Fig. 2 hier möglicherweise nicht so gut zu erkennen, so daß hier diese klarstellende Erläuterung erfolgt.
Fig. 3 zeigt eine perspektivisch skizzierte Sicht in ein — ebenfalls noch nicht fertiggestelltes - Mehrlagenrohr 5 von einer Stirnseite her während des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens, nämlich in dem Verfahrensschritt, wo nach einem bestimmten Verformungsfortschritt die beiden freien Stoßkanten 4a, 4b der aufliegenden Elemente Ia, Ib nun aneinander stoßen. Hierauf folgend kann sodann das Mehrlagenrohr 5 mit Hilfe der Blechumformmaschine zu Ende geformt werden (nicht mehr zu sehen), wobei sich nun während dieser Endformung die Werkstofflagen aufgrund des Aneinanderstoßens der Kanten 4a und 4b nun nicht mehr weiter gegeneinander verschieben, wodurch die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage 1, Ia, Ib kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage 2 gepresst wird. Auch hier ist ebenfalss, wie schon zu Fig. 2 anzumerken, daß das Rohr auch im oberen Bereichder Darstellung (also in dem Bereich, der auf denn noch offenen Rohrschlitz zuläuft) und wo Innen- und Außenlage 1, Ia, Ib, 2 insbesondere auch aufeinanderliegen bereits angerundet ist (der Radius also hier nirgends unendlich ist). Dieser Umstand ist in der perspektivischen Darstellung der Fig. 3 hier möglicherweise nicht so gut zu erkennen, so daß hier diese klarstellende Erläuterung erfolgt.
Fig. 4 zeigt sodann einen perspektivischen Querschnitt durch ein fertiggestelltes Mehrlagenrohr 5 mit Innenlage (auch Innenrohr, Innenrohrleitung, Innenblech etc. genannt) 1, Ia, Ib und Außenlage (auch Außenrohr, Außenrohrleitung, Grundblech etc. genannt) 2, wobei das Mehrlagenrohr 5 durch eine Schweißung 7 des Außenrohres 2 entlang einer Rorhrnaht 8 und eine Auftragsschweißung 9 des Innenrohres 1, Ia, Ib geschlossen wurde. Die ersten Verbindungen 3a, 3b zwischen den Lagen 1, Ia, Ib, 2, die bereits vor dem eigentlichen Rohrformungsprozeß erfolgten, sind ebenfalls angedeutet; ebenso ist die Stoßkante der beiden zunächst noch freien Kanten 4a, 4b der beiden Innenlagenelemente Ia, Ib zu sehen.
Fig. 5 zeigt einen perspektivischen Querschnitt durch ein Mehrlagenrohr nach Fig. 4 mit Innenlage Ia, Ib und Außenlage 2 in Detailansicht im Bereich der beiden Schweißnähte 3a, 3b, 7, 9.
Fig. 6 zeigt eine kontinuierliche Rohrformung nach der vorliegenden Erfindung, bei dem die zu kombinierenden Werkstofflagen Ia, Ib, 2 oder deren Elemente jeweils als aufgewickeltes Band (auch Coil genannt) vorliegen, von dem sie abgewickelt und hernach kontinuierlich übereinander gelegt werden. Hiernach erfolgt dann eine ebenfalls kontinuierliche Verschweißung der Lagen am äußeren Rand mittels einer jeweiligen Schweißanlage 10, etwa eines Lasers oder einer Rollennahtschweißmaschine oder einer Punktnahtschweißmaschine oder dergleichen. Auch ein Lichtbogenschweißen ist hier denkbar. Der sodann nachfolgende Rohrformungsprozeß erfolgt abermals kontinuierlich und zwar vermittels einer Einformstraße, die mittels Konturrollen 6 aus den kontinuierlich übereinanderliegenden und am Rande verschweißten Werkstofflagen Ia, Ib, 2 ein Schlitzrohr 5 formt und so als Blechumformmaschine dient. Derartige Einformstraßen zur Rohrformung sind etwa aus dem Stand der Technik bekannt, wie er in der US 3 327 383 beschrieben ist. (Anmerkung: In der hier zu sehenden perspektivischen Seitenansicht der Ein- formstraße sind die Konturrollen aus Darstellungsvereinfachungsgründen als Zylinderdargestellt. Im unteren Teil der Darstellung, die Stationen der Einformstraße im jeweiligen Querschnitt zeigt, sind die Konturrollen 6 hingegen korrekt zu sehen.)
Die hiesige Darstellung soll den Prozeß aber noch einmal verdeutlichen, indem in ihrem oberen Teil die hierzu dienende Anlage von der Seite her und im unteren Teil der Darstellung an verschiedenen durch Zuordnungspfeile 11 gekennzeichneten Stationen im Querschnitt und zwar entgegegn der Vorschubrichtung 12 gesehen abgebildet ist.
Von oben laufen hier mithin zwei Werstofflagen demente Ia, Ib und von unten eine Werkstofflage 2 zusammen. Die von oben kontinuierlich als Band zugeführten Werks tofflagenele- mente Ia, Ib weisen dabei eine Breite auf, die geeignet ist, nach Durchführung des erfindungs- gemäßen Herstellungsverfahrens die angestrebte Innenwandung des zu fertigenden Rohres zu bilden und zudem hierbei auch durch die infolge der durch die Rohrformung entstehenden Preßkraft noch ausreichend gestaucht zu werden. Die Details der Bemessung und Positionierung der Elemente der Werkstofflage, die innen zu liegen kommen soll, wurde dabei bereits vorstehend im allgemeinen Teil der Beschreibung hier diskutiert, worauf an dieser Stelle verwiesen sei. Die von unten her zugeführte Werkstofflage 2 dient später als Außenlage und weist daher als Breite den Außenumfang des zu fertigenden Rohres 5 auf.
Liegen die beiden Lagen Ia, Ib, 2 aufeinander, so werden sie jeweils randseitig mittels einer Schweißanlage 10 verschweißt, so daß die Elemente Ia, Ib der späteren Innenlage nun jeweils mit der späteren Außenlage 2 am Außenrand verbunden sind. In der Mitte der die spätere Außenwand bildenden Werkstofflage 2 hingegen liegen die beiden Elemente Ia, Ib der späteren Rohrinnelage mit ihren dortigen Kanten noch lose auf.
In der nachfolgenden Einformstraße, die nunmehr aus dem mehrlagigen Blech Ia, Ib, 2 kontinuierlich vermittels einer Anordnung von Konturrollen 6 (Zur Darstellung der Konturrollen beachte die Anmerkung oben!) ein Rohr 5 formt, werden die vorgenannten noch losen Kanten der innenliegenden Werkstofflagenelemente Ia, Ib nun infolge der unterschiedlichen Biegeradien von Außen- und Innenrohr gegeneinander geschoben und schließen sich dann infolge des Aneinanderstoßens dieser bis zu diesem Punkt noch frei verschieblichen Blechkanten zu einer Innenlage 1. Hiernach wirkt der Verformungsprozeß zum Rohr hin nun so, daß die beiden In- nenlagenelemente Ia, Ib nun weiter gegeneinander geschoben werden, was nun aber zu einer Stauchung der Innenlage 1 und infolge dessen zu deren Pressung gegen die sich weiter formende Außenlage 2 führt, bis schließlich ein Schlitzrohr 5 entstanden ist, welches entlang des Schlitzes durch Schweißung geschlossen werden kann. Bei Bedarf können zuvor auch die Stoßkanten der beiden Innenlagenelemente Ia, Ib - etwa vermittels eines Lasers durch den noch offenen Schlitz hindurch - miteinander und/oder mit der äußeren Werkstofflage 2 verschweißt werden.
Fig. 7 zeigt die Ausgangssituation des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn die Blechformung vermittels einer UO(E)-Pressen-/Gesenkanordnung ausgeführt wird. Die später außen liegende Werkstofflage 2 liegt hier unten und die beiden, die spätere Innenlage 1 bildenden Elemente Ia, Ib liegen außen. Sie wurden mit der unteren Lage 2 bereits randseitig verschweißt und dort gemeinsam mit der unteren Lage 2 angerundet. Ggf. kann das randseitige Verschweißen der Lagen Ia, Ib, 2 aber auch nach dem Anrunden des Randbereiches erfolgen. In der Mitte sind die beiden aufliegenden Elemente Ia, Ib noch voneinander beabstandet.
Fig. 8 zeigt sodann den Formungsschritt der ein ,U' formt und zwar vermittels einer Presse (hier nicht dargestellt), die einen entsprechend ausgeformten Stempel 13 nach unten treibt, wo die Werkstofflagen Ia, Ib, 2 hierdurch gemeinsam in ein Gesenk (hier nicht ebenfalls nicht zu sehen) getrieben werden. Hierbei werden die innen liegenden Werkstofflagenelemente Ia, Ib mit ihren noch frei beweglichen Blechkanten - infolge der unterschiedlichen Radien von Außen- 2 und Innenlage 1, Ia, Ib - aufeinander zu bewegt.
Fig. 9 zeigt sodann den Formungsschritt, der ein ,O', also ein Schlitzrohr ausformt und zwar vermittels einer Presse (hier nicht dargestellt), die zwei als Halbrund ausgeformte Stempel 14, 15 von unten und oben gegen den zu formenden Rohrkörper treibt, wo die Werkstofflagen Ia, Ib, 2 hierdurch wiederum gemeinsam zu einem - im Querschnitt gesehen - Rund geformt werden. Auch hierbei werden die innen liegenden Werkstofflagenelemente Ia, Ib mit ihren noch frei beweglichen Blechkanten infolge der unterschiedlichen Radien von Außen- und Innenlage aufeinander zu bewegt und zwar, bis sie aneinanderstoßen und sich so eine durchgehende Innenlage 1 bildet, die bei weiterer Rohrformung nun in die Außenlage 2 gepreßt wird, da sich die ursprünglich freien Kanten der Innenlagenelemente Ia, Ib nun nicht mehr aufeinander zu bewegen können. Infolge der Wölbung springen sie nicht voneinander ab, sondern legen sich an die Außenwandung 2 an.
Es sei angemerkt, daß das erfindungsgemäße Verfahren in ähnlicher Weise vermittels einer Pressen-/Gesenkanordnung, die für das sogenannte JCO'-Verfahren ausgelegt ist, durchgeführt werden kann. Hier wird dann entsprechend dem JCO-Verfahren vorgegangen, dies aber so modifiziert, daß wiederum zwei Werkstofflagen, wie beim erfindungsgemäß modifizierten UO(E)-Verfahren gebildet werden. Auch hier werden die aufliegenden Elemente Ia, Ib rand- seitig mit der die spätere Außenlage bildenden Werkstofflage 2 verschweißt und sodann ein Schlitzrohr nach dem JCO-Verfahren geformt. Auch hierbei tritt der gewünschte erfindungsgemäße Effekt ein, bei dem die zunächst freien Blechkanten der Innenlagenelemente Ia, Ib aneinanderstoßen, dadurch eine durchgehende Innenlage 1 bilden und sodann infolge der un- terchiedlichen Biegeradien von Außen- und Innenlage gegen die Außenlage 2 gepreßt werden. In allen Fällen, also sowohl beim erfindungsgemäß modifizierten UO(E)-Verfahren, wie auch bei dem erfindungsgemäß modifizierten JCO -Verfahren können die zunächst noch frei beweglichen Stoßkanten der beiden Innenlagenelemente Ia Ib nach ihrem Aneinanderstoßen miteinander und/oder mit der Außenlage 2 verschweißt werden, was etwa durch den noch offenen Schlitz des Schlitzrohres, vorzugsweise vermittels eines Laserschweißgerätes geschehen kann.

Claims

Titel: Produktionsoptimiertes Verfahren zur Herstellung eines MehrlagenrohresPatentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Blechumformmachine, dadurch gekennzeichnet, daß
einzelne zum Mehrlagenrohr (5) zu kombinierende Werkstofflagen (1, 2) aufeinandergelegt werden, wobei zumindest eine der Werkstofflagen (1) aus mehr als einem aufgelegten Element (Ia, Ib) besteht,
hiernach dann eine jeweils erste Verbindung (3a, 3b) zwischen den randseitigen Elementen der aufliegenden Werkstofflage (Ia, Ib) und der benachbarten Werkstofflage (2) geschaffen wird,
der so gebildete Mehrlagen- Werkstoff zum Rohr (5) geformt wird und bei der Verformung die noch frei gegeneinander verschiebbaren Kanten (4a, 4b) der Elemente (Ia, Ib) der aufliegenden Werkstofflage (Ia, Ib) aufgrund der unterschiedlichen Umfangs- längen von Innenrohr (Ia, Ib) und Außenrohr (2) sich entsprechend dem Verformungsfortschritt frei aufeinander zu bewegen,
dann diese sich aufeinander zu bewegenden Kanten (4a, 4b) der Elemente (Ia, Ib) der aufliegenden Werkstofflage (Ia, Ib) nach einem bestimmten Verformungsfortschritt aneinander stoßen, und
sodann das Mehrlagenrohr (5) mit Hilfe der Blechumformmaschine zu Ende geformt wird, wobei sich nun während dieser Endformung die Kanten (4a, 4b) der Elemente (Ia, Ib) der aufliegenden Werkstofflage (Ia, Ib) nun nicht weiter frei aufeinander zu 2O
bewegen können, wodurch die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage (Ia, Ib) kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage (2) gepresst wird.
2. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Formung des Mehrlagen-Werkstoffs zum Rohr so ausgestaltet ist, daß bei dem Verformungsfortschritt, bei dem die sich zuvor aufeinander zu bewegenden Kanten (4a, 4b) der Elemente (Ia, Ib) der aufliegenden Werkstofflage (Ia, Ib) aneinanderstoßen, das zu formende Rohr an jeder Stelle, an der Innen- und Außenlage aufeinanderliegen, bereits gewölbt ist.
3. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindung zwischen den Werkstofflagen (1, Ia, Ib, 2) dadurch geschaffen wird, daß diese in etwa entlang einer der Längs- oder Querkanten der aufliegenden Werkstofflage (1, Ia, Ib) oder in etwa entlang einer Linie parallel hierzu, aber entlang der oder parallel! zu der zukünftigen Rohrlängsnaht (8) miteinander verbunden werden.
4. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Innenrohr fungierende Werkstofflage (1, Ia, Ib) beim fertigen Mehrlagenrohr (5) im Querschnitt einen Teilkreis bildet.
5. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als Innenrohr fungierende und beim fertigen Mehrlagenrohr (5) im Querschnitt einen Teilkreis bildende Werkstofflage (1, Ia, Ib) eine Rinne am Fuß des Mehrlagenrohres formt.
6. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung, vorzugsweise Schweißung zwischen den aneinanderstoßenden Kanten (4a, 4b) der Elemente aufliegenden Werkstofflage (Ia, Ib) erfolgt.
7. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrlagenrohr (5) durch eine Schweißung (7) des Außenrohres (2) entlang der Rorhrnaht (8) und eine Auftragsschweißung (9) des Innenrohres (1, Ia, Ib) geschlossen wird.
8. Verfahren zur Herstellung eines Mehi-lagenrohres (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstofflagen (1, Ia, Ib, 2) an den Stirnseiten des Rohres (5) verbunden werden.
9. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Mehrlagenrohr (5) ein Doppellagenrohr hergestellt wird.
10. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Bleche, vorzugsweise Metallbleche und besonders bevorzugterweise Stahlbleche, als Werkstofflage (1 , 2) oder Elemente (Ia, Ib) der Werkstofflage (1) verwendet werden.
11. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Verbindungen (3a, 3b, 4a, 4b) der Werkstofflagen (1, 2) als Schweißung erfolgt.
12. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren als kontinuierliches Verfahren ausgestaltet ist, bei dem die zu kombinierenden Werkstofflagen (1, Ia, Ib, 2) oder deren Elemente (Ia, Ib) jeweils von einem aufgewickelten Band abgewickelt und hernach kontinuierlich übereinander gelegt und kontinuierlich verbunden, vorzugsweise verschweißt werden, wobei der nachfolgende Rohrformungsprozeß ebenfalls kontinuierlich erfolgt, indem eine Einformstraße, die aus den kontinuierlich übereinandergelegten Werkstofflagen ein Schlitzrohr (5) formt, als Blechumformmaschine dient.
13. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß als Blechumformmaschine eine Biegewalze Verwendung findet.
14. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß als Blechumformmaschine eine UO(E)-Pressen- /Gesenkanordnung (13, 14, 15) Verwendung findet.
15. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenxohres (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß als Blechumformmaschine eine JCO-Pressen- / Gesenkanordnung Verwendung findet.
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