EP2529849B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Schlitzrohren aus Blechtafeln - Google Patents

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EP2529849B1
EP2529849B1 EP12003900.3A EP12003900A EP2529849B1 EP 2529849 B1 EP2529849 B1 EP 2529849B1 EP 12003900 A EP12003900 A EP 12003900A EP 2529849 B1 EP2529849 B1 EP 2529849B1
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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
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
    • B21C37/0815—Making tubes with welded or soldered seams without continuous longitudinal movement of the sheet during the bending operation

Definitions

  • the invention relates to a method for producing slotted tubes from sheet metal according to the preamble of claim 1.
  • a pipe forming or pipe bending press usually has in a base frame a lower tool consisting of two laterally spaced support or bending bodies and a lower tool that can be positioned vertically from above against the lower tool and carried by a lifting and lowering bending bar extending over the entire length the metal sheet extending upper tool with which a bending force can be applied to the metal sheet resting on the lower tool.
  • the sheet metal is pre-bent on the longitudinal edges, usually in a separate edge bending press.
  • the pre-bending of the longitudinal edges is carried out so that the pipe radius is deformed into a slotted pipe in the area of the later seam, where the longitudinal edges of the metal sheet bent over to form the pipe facing each other for longitudinal seam welding with a gap, is uniformly shaped.
  • the sheet metal pre-bent in this way is then pushed into the pipe forming press and there subjected to the actual bending process.
  • a bending force is applied to the sheet metal sheet by pressing down the upper part of the press, whereby a deformation of the sheet metal is set under the action of the bending bar and the upper forming tool carried by it. This process is repeated several times until the metal sheet has been formed into the slotted tube.
  • a large slot width requires high closing forces in the tack welding device, and because of the high stresses in the tacked pipe and also of residual stresses in the finished welded pipe, there is a risk of the tack or weld seam tearing open. If the slot widths are identified as being too large, this can be remedied by having experienced machine operators close the slot as far as possible by repeatedly manually operating the pipe forming press. This procedure is not only time-consuming with a correspondingly reduced throughput, but also cannot be carried out with reproducibly good quality.
  • the invention is therefore based on the object of creating a method without the disadvantages mentioned, in particular also in the case of thick-walled and small-diameter pipes, for example about 800 mm, in a simple manner to create the production of circular cylindrical slotted pipes with reproducible quality.
  • Two bending steps or two squeezing operations can be sufficient for regionally non-circular preforming as well as for final or final forming, and that also for final forming with the squeezing force applied to the left and right of the gap or slot.
  • the invention provides that the non-circular preform is positioned in the finishing step by turning it clockwise or counterclockwise before applying the clamping force. Depending on the positioning, the pressing force is thus introduced into the non-circular preform to the left or right of the slot or gap.
  • the area formed less to the right of the center is rotated to an approximately 3 o'clock position and the area to the left of the center less formed is rotated to an approximately 9 o'clock position.
  • a pipe forming press 1 which is well known as such, after Fig. 1 one on its long sides with curved edges 2 (cf. Fig. 3 ) provided sheet metal 3 step by step to a finished slotted tube 4 - or formed.
  • the sheet metal 3 rests on a lower tool 6, which has two spaced apart support bodies 5a, 5b, the forming force being applied by an upper tool 9 that can be raised and lowered and formed as a bending bar 7 with a forming tool 8 attached to its leading, front end.
  • the metal sheet 3 to be formed is guided by two lateral counterholders 10a, 10b, of which the counterholder 10a is linearly adjustable and pushes the sheet metal section required for the next forming step.
  • the finished slotted tube 4, as in Figure 1c shows, has a large slot or gap 11, which enables the welding to form a closed, longitudinally welded pipe, as shown in dashed lines in Figure 1c shown, extremely difficult.
  • the non-circular preform 13 thus produced in a first stage in the pipe forming press 1 is fed after it has been conveyed or pushed out of the pipe forming press 1 to a pressing press 14 connected downstream in the production process, as shown in FIG Figure 2b shown.
  • the pressing press 14 has a lower tool 15, which consists of two spaced apart, reversible in their direction of rotation, as in FIG Figure 2b indicated by the double arrows, driven rollers 16a, 16b and a stationary support body 17 bridging the distance between the rollers 16a, 16b.
  • the rotatable rollers 16a, 16b can be supported by a spring means 18 (cf. Fig. 3 ).
  • An upper tool 20 designed with a punch 19 is arranged opposite the lower tool 15.
  • the pressing force for producing the finished, largely circular slotted tube 104 is applied from the outside to the non-circular preform 13 via the punch 19.
  • the non-circular preform 13 is positioned via the rotatable rollers 16a, 16b in such a way that the less molded area 12b lying to the right of the slot or gap 11 is in a 3 o'clock position, as in FIG Fig. 3 indicated by the dash-dotted, horizontal line.
  • the second pressing-bending step is - in the same sequence as before - in Figure 4B illustrated.
  • the preform 13 which is unchanged in its left half, has been positioned so that the area 12a, which is less formed to the left of the slot or gap 11, assumes a 9 o'clock position.
  • the pressing force now applied by the punch 19 on this side of the preform 13 brings the non-circular preform 13 into the final, largely circular shape of the finished slotted tube 104 with the significantly smaller slot or gap 111 achieved in the process (Fig. right outside).

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Schlitzrohren aus Blechtafeln gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Solch ein Verfahren ist zum Beispiel in der US-A-1879077 offenbart.
  • Zu dem in der Praxis angewendeten Verfahren zur Herstellung von Rohren aus Blechtafeln zählt das Rohrformpressverfahren mit fortschreitenden Einform- bzw. Biegeschritten auf Rohrformpressen. Eine Rohrform- bzw. Rohrbiegepresse besitzt üblich in einem Grundrahmen ein aus zwei in seitlichem Abstand nebeneinander angeordneten Stütz- bzw. Biegekörpern bestehendes Unterwerkzeug und ein vertikal von oben gegen das Unterwerkzeug anstellbares, von einem heb- und senkbaren Biegeschwert getragenes, sich über die gesamte Länge der Blechtafel erstreckendes Oberwerkzeug, mit dem eine Biegekraft auf die auf dem Unterwerkzeug aufliegende Blechtafel aufgebracht werden kann.
  • Für die Herstellung eines Rohres bzw. Großrohres nach dem fortschreitenden Formverfahren sind mehrere aufeinander folgende Arbeitsschritte erforderlich. Die Blechtafel wird in einem ersten Schritt an den Längskanten vorgebogen, üblicherweise in einer separaten Kantenanbiegepresse. Das Vorbiegen der Längskanten erfolgt, damit der Rohrradius bei der Verformung zum Schlitzrohr im Bereich der späteren Naht, dort wo die Längskanten der zu dem Rohr umgebogenen Blechtafel einander zur Längsnahtverschweißung mit einem Spalt gegenüberliegen, gleichmäßig ausgeformt ist. Die solchermaßen vorgebogene Blechtafel wird dann in die Rohrformpresse eingeschoben und dort dem eigentlichen Biegeprozess unterworfen. Hierbei wird durch Niederdrücken des Pressenoberteils eine Biegekraft auf die Blechtafel aufgebracht, wobei sich unter der Einwirkung des Biegeschwertes und des von diesem getragenen, oberen Formwerkzeugs eine Verformung der Blechtafel eingestellt. Dieser Ablauf wird mehrmals wiederholt, bis die Blechtafel zu dem Schlitzrohr umgeformt wurde.
  • Durch die DE 42 15 807 C2 ist eine in Rahmenbauweise ausgeführte Rohrbiegebzw. Rohrformpresse bekanntgeworden. Das als Biegewerkzeug ausgebildete Schwert ist in Seitenständern des Rahmens vertikal geführt. Dieses obere Biegewerkzeug ist an Kolben-Zylinder-Einheiten in geringem Maße kardanisch beweglich befestigt und stützt sich über diese gegen die obere Rahmentraverse ab. Die Stützkörper des unteren Biegewerkzeugs werden von einem Tisch getragen, den ebenfalls Kolben-Zylinder-Einheiten abstützen, die koaxial zu den oberen Kolben-Zylinder-Einheiten wirken. Die gegeneinander wirkenden Kolben-Zylinder-Einheiten sollen eine Durchbiegung des Tisches verhindern, auch wenn die untere Rahmentraverse sich unter der Arbeitslast der Presse verbiegen sollte. Es werden dazu einzelne Kolben-Zylinder-Einheiten mit mehr oder weniger Druck beaufschlagt.
  • Als sehr problematisch beim fortschreitenden Formverfahren hat sich ein wesentlich durch die Schwertbreite beeinflusster, insbesondere bei dickwandigeren Rohren von beispielsweise 40 mm verbleibender, großer Restspalt des Schlitzes von etwa 130 bis 170 mm und außerdem Spannungen im Schlitzrohr gezeigt. Eine große Schlitzbreite erfordert hohe Schließkräfte in der Heftschweißvorrichtung, und wegen der hohen Spannungen im gehefteten sowie auch von Restspannungen im fertig geschweißten Rohr besteht die Gefahr einer aufreißenden Heft- bzw. Schweißnaht. Bei erkannten zu großen Schlitzbreiten wird Abhilfe dadurch geschaffen, dass erfahrene Maschinenbediener durch wiederholtes manuelles Betätigen der Rohrformpresse den Schlitz soweit wie möglich geschlossen haben. Diese Vorgehensweise ist nicht nur zeitaufwendig mit entsprechend verringerter Durchsatzleistung, sondern weiterhin auch nicht mit reproduzierbar guter Qualität durchzuführen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren ohne die genannten Nachteile zu schaffen, insbesondere auch bei dickwandigen und im Durchmesser kleinen, beispielsweise etwa 800 mm, Rohren in einfacher Weise die Herstellung kreiszylindrischer Schlitzrohre mit reproduzierbarer Qualität zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Indem somit bewusst eine zunächst maßgeschneiderte unrunde Vorform mit bereichsweise geringerer Einformung, z.B. mit einer Biegung von 12° statt einer Biegung von 24°, erzeugt wird, lässt sich eine weitestgehend kreisrunde Schlitzrohrgeometrie mit minimalem Schlitz formen. Durch die geringer eingeformten Bereiche wird nämlich die Voraussetzung geschaffen, dass sich die anschließend von außen aufgebrachte Zudrückkraft dann auch in diesen geringer eingeformten Bereichen deutlich nachhaltiger als in den anderen Rohrabschnitten auswirkt und im Ergebnis zu einem weitestgehend kreisrunden Schlitzrohr mit gewünscht eng geschlossenem Spalt führt. Anders als bei einer Abhängigkeit von der Erfahrung des Maschinenbedieners werden bei gleichbleibender Qualität sowohl die Reproduzierbarkeit verbessert als auch die Durchsatzleistung gesteigert.
  • Sowohl zur bereichsweisen unrunden Vorformung als auch zum End- bzw. Fertigformen können zwei Biegeschritte bzw. zwei Zudrückvorgänge ausreichend sein, und zwar auch bei der Endformung mit jeweils links und rechts des Spaltes bzw. Schlitzes aufgebrachter Zudrückkraft.
  • Die Erfindung sieht vor, dass die unrunde Vorform im Fertigstellungsschritt vor Aufbringung der Zudrückkraft durch Drehung im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn positioniert wird. Je nach Positionierung wird die Zudrückkraft somit links oder rechts neben dem Schlitz bzw. Spalt in die unrunde Vorform eingeleitet.
  • Nach einem bevorzugten Vorschlag der Erfindung wird der rechts der Mitte geringer eingeformte Bereich auf eine etwa 3-Uhr-Position und der links der Mitte geringer eingeformte Bereich auf eine etwa 9-Uhr-Position gedreht. Bei einer solchen vorpositionierten Lage der unrunden Vorform auf den Stützkörpern des Unterwerkzeugs lässt sich zur Fertigformung ein höchstes Biegemoment erreichen.
  • Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen auf der Grundlage von zwei einzelnen Pressen dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es zeigen:
    • Fig. 1
    in schematischer Weise die schrittweise Einformung (a) einer Blechtafel zu einem Schlitzrohr (b) auf einer zum Stand der Technik zählenden Rohrformpresse und in einem Diagramm (c) an einem vorgegebenen Abmessungsbeispiel das fertige Schlitzrohr;
    Fig. 2
    in schematischer Weise die Herstellung eines Schlitzrohres nach der Erfindung durch Erzeugung einer zunächst maßgeschneidert unrunden Vorform auf einer üblichen Rohrformpresse (a), die Herstellung eines fertigen Schlitzrohres aus der unrunden Vorform in einer der Rohrformpresse nachgeschalteten Zudrückpresse (b) und in einem Diagramm mit den Abmessungen wie zuvor in Fig. 1 c gezeigt das erfindungsgemäß hergestellte, fertige Schlitzrohr (c);
    Fig. 3
    als Einzelheit der Fig. 2 die Zudrückpresse mit der in diese eingebrachten unrunden Vorform; und
    Fig. 4A, 4B
    die Nach- bzw. Umformung der unrunden Vorform aus der Rohrformpresse in mindestens zwei Biegeschritten der Zudrückpresse, und zwar in einem ersten Biegeschritt durch Kraftbeaufschlagung der unrunden Vorform rechts neben dem Schlitz bzw. Spalt (Fig. 4A) und nach Drehung der unrunden Vorform in einem zweiten Biegeschritt durch Kraftbeaufschlagung links neben dem Schlitz bzw. Spalt (Fig. 4B), schematisch dargestellt.
  • Auf einer als solche hinlänglich bekannten Rohrformpresse 1 wird nach Fig. 1 eine an ihren Längsseiten mit Kantenanbiegungen 2 (vgl. Fig. 3) versehene Blechtafel 3 schrittweise zu einem fertigen Schlitzrohr 4 ein - bzw. umgeformt. Die Blechtafel 3 liegt dabei auf einem zwei voneinander beabstandete Stützkörper 5a, 5b aufweisenden Unterwerkzeug 6 auf, wobei die Umformkraft von einem als Biegeschwert 7 mit einem an seinem voreilendem, vorderen Ende angebrachten Formwerkzeug 8 ausgebildeten, heb- und senkbaren Oberwerkzeug 9 aufgebracht wird. Die ein-bzw. umzuformende Blechtafel 3 wird von zwei seitlichen Gegenhaltern 10a, 10b geführt, von denen der Gegenhalter 10a linear verstellbar ist und den für einen nächsten Einformschritt erforderlichen Blechabschnitt nachschiebt. Das fertige Schlitzrohr 4, wie in Fig. 1c verdeutlicht, besitzt einen großen Schlitz bzw. Spalt 11, der das Schweißen zu einem geschlossenen, längsnahtgeschweißten Rohr, wie gestrichelt in Fig. 1c gezeigt, außerordentlich erschwert.
  • Die Umformung einer Blechtafel 3 zu einem Schlitzrohr 104, das einen deutlich kleineren Schlitz bzw. Spalt 111 aufweist (vgl. Fig. 2c), wird nach Fig. 2a auf einer wie zuvor beschriebenen Rohrformpresse 1 durchgeführt. Dies allerdings mit der Maßgabe, dass in einem jeweils rechts und links von der Längsachse des Biegeschwerts 7 und damit neben dem Schlitz bzw. Spalt 11 liegenden Bereich der Blechtafel der Biegeschritt mit einer geringeren Biegung der Blechtafel als in den übrigen Biegeschritten durchgeführt wird. Es liegen damit definiert zwei dem jeweiligen Biegeschritt entsprechend weniger eingeformte Bereiche vor, wie in Fig. 3 angedeutet, so dass eine gezielt unrunde, gleichwohl für die Fertigumformung maßgeschneiderte Vorform 13 erreicht wird.
  • Die so in einer ersten Stufe in der Rohrformpresse 1 erzeugte unrunde Vorform 13 wird nach dem Ausfördern bzw. -schieben aus der Rohrformpresse 1 einer im Fertigungsprozess nachgeschalteten Zudrückpresse 14 zugeführt, wie in Fig. 2b gezeigt. Die Zudrückpresse 14 weist ein Unterwerkzeug 15 auf, das aus zwei im Abstand voneinander vorgesehenen, in ihrer Drehrichtung umkehrbaren, wie in Fig. 2b durch die Doppelpfeile angedeutet, angetriebenen Rollen 16a, 16b und einem den Abstand zwischen den Rollen 16a, 16b überbrückenden, stationären Auflagekörper 17 besteht. Die drehbaren Rollen 16a, 16b können über ein Federmittel 18 abgestützt gelagert sein (vgl. Fig. 3). Dem Unterwerkzeug 15 gegenüberliegend ist ein mit einem Stempel 19 ausgebildetes Oberwerkzeug 20 angeordnet. Über den Stempel 19 wird die Zudrückkraft zum Herstellen des fertigen, weitestgehend kreisrunden Schlitzrohres 104 von außen auf die unrunde Vorform 13 aufgebracht.
  • Die unrunde Vorform 13 wird dazu über die drehbaren Rollen 16a, 16b so positioniert, dass der rechts neben dem Schlitz bzw. Spalt 11 liegende, weniger eingeformte Bereich 12b sich in einer 3-Uhr-Position befindet, wie in Fig. 3 durch die strichpunktierte, waagerechte Linie angedeutet.
  • Die Abläufe dieses ersten Zudrück-Biegeschrittes sind in Fig. 4A dargestellt, ausgehend von links nach rechts mit der positionierten unrunden Vorform 13, der Aufbringung der Zudrückkraft über dem Stempel 19 und der nach dem Krafteinwirkung abgehobenen Stempel 19.
  • Der zweite Zudrück-Biegeschritt ist - in der gleichen Abfolge wie zuvor - in Fig. 4B veranschaulicht. Zur Optimierung des Biegemomentes ist die hier in ihrer linken Hälfte unverändert unrunde Vorform 13 so positioniert worden, dass der links neben dem Schlitz bzw. Spalt 11 weniger eingeformte Bereich 12a eine 9-Uhr-Position einnimmt. Die durch den Stempel 19 nunmehr an dieser Seite der Vorform 13 aufgebrachte Zudrückkraft (mittlere Abbildung) bringt die unrunde Vorform 13 dann in die endgültige, weitestgehend kreisrunde Form des fertigen Schlitzrohres 104 mit dem dabei erreichten, deutlich kleineren Schlitz bzw. Spalt 111 (Abb. rechts außen).
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rohrformpresse
    2
    Kantenanbiegung
    3
    Blechtafel
    4; 104
    Schlitzrohr
    5a, b
    Stützkörper
    6
    Unterwerkzeug
    7
    Biegeschwert
    8
    Formwerkzeug
    9
    Oberwerkzeug (Stempel)
    10a,b
    Gegenhalter
    11; 111
    Schlitz/Spalt
    12a, b
    weniger eingeformte Bereiche
    13
    unrunde Form
    14
    Zudrückpresse
    15
    Unterwerkzeug
    16a, b
    drehbare Rollen
    17
    Auflagekörper
    18
    Federmittel
    19
    Stempel
    20
    Oberwerkzeug
    F
    Zudrückkraft

Claims (2)

  1. Verfahren zum Herstellen von Schlitzrohren (4; 104) aus Blechtafeln (3), insbesondere dicken Blechtafeln, wobei eine Blechtafel einer Rohrformpresse (1) zugeführt wird, in der sie auf einem Unterwerkzeug (6) aufliegend von einem heb- und senkbaren Oberwerkzeug (9) durch Aufbringung einer Biegekraft fortschreitend zu dem sich zu einer späteren Längsnahtschweißung mit einem Spalt (11; 111) gegenüberliegende Längskanten aufweisenden Schlitzrohr (4; 104) eingeformt wird, wobei
    zunächst ein Schlitzrohr mit einer unrunden Vorform (13) erzeugt wird, indem zumindest in einem bezogen auf die von der Längsachse des in die fortschreitend eingeformte Blechtafel (3) eintauchenden Oberwerkzeugs (9) vorgegebenen Mittel jeweils links und rechts an der Innenseite der Blechtafel (3) wirkenden Biegeschritt eine gegenüber den anderen Biegeschritten geringere Einformung vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die unrunde Vorform (13) in der Fertigstellungsstufe vor Aufbringung der Zudrückkraft (F) durch Drehung im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn positioniert wird, und danach durch Aufbringung einer von außen auf die unrunde Vorform (13) sich jeweils gezielt in den zuvor beidseitig der Mitte geringer eingeformten Bereichen (12a, 12b) auswirkenden Zudrückkraft (F) das fertige Schlitzrohr (104) ausgeformt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass der rechts der Mitte geringer eingeformte Bereich (12b) auf eine etwa 3-Uhr-Position und der links der Mitte geringer eingeformte Bereich (12a) auf eine etwa 9-Uhr-Position gedreht wird.
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