EP2606992A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Anformen von Gewinden an Rohren - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Anformen von Gewinden an Rohren Download PDF

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EP2606992A1
EP2606992A1 EP12008279.7A EP12008279A EP2606992A1 EP 2606992 A1 EP2606992 A1 EP 2606992A1 EP 12008279 A EP12008279 A EP 12008279A EP 2606992 A1 EP2606992 A1 EP 2606992A1
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EP
European Patent Office
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thread
section
workpiece holder
roller
pipe
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12008279.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Udo Kükenshöner
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Riedel Filtertechnik GmbH
Original Assignee
Riedel Filtertechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Riedel Filtertechnik GmbH filed Critical Riedel Filtertechnik GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H3/00—Making helical bodies or bodies having parts of helical shape
    • B21H3/02—Making helical bodies or bodies having parts of helical shape external screw-threads ; Making dies for thread rolling

Definitions

  • the invention relates to a device and method for molding threads on pipes.
  • Thread rolling In this case, a roll is attached to a cylindrical workpiece and driven tangentially under pressure against the workpiece around the same. It compresses and displaces material under pressure, creating a groove in the workpiece. If the workpiece and the roller are moved relative to one another along the workpiece axis, the groove on the workpiece acquires the thread-typical spiral or helical shape.
  • this thread rolling technique can only be used for solid rods, since the pressure exerted radially by the roller on hollow bodies, such as pipes, causes them to deform and lose their nominal diameter or nominal cross section.
  • the pipes In particular, in pipes with larger nominal diameters, in particular greater than 80 mm, the pipes generally have a certain ovality due to residual stresses or storage sequences in cross-section, which complicate the screwing of pipe connections, especially flanges on the molded thread or even impossible in extreme cases.
  • the object of the present invention is therefore to provide an apparatus and a method which make it possible, especially for pipes with a larger diameter, to easily enable the screwing of pipe fittings onto the thread produced by thread rolling.
  • the pipe or a pipe section, to which a thread is to be formed is first clamped in a workpiece holder.
  • This recording is in principle a chuck, which has clamping jaws which abut against the inner wall of the tube.
  • the clamping jaws in which two or more are provided and preferably have a circular arc descriptive contact surfaces for abutment with the pipe inner wall are radially movable and can in particular exert pressure on the pipe inner wall, the expansion of the tube to a defined nominal inner diameter allows.
  • the device according to the invention has a bearing or base section on which the workpiece holder and the at least one thread roller are mounted.
  • the bearing or base portion has a receptacle for a pipe connector, in particular a threaded flange. The receptacle is arranged on the bearing or base portion that the clamped still on the clamping jaws tube to which the thread has been formed in the clamped state with the pipe connector or the threaded flange can be screwed.
  • the thread roller is mounted eccentrically to the longitudinal axis of the workpiece holder and rotatably mounted relative to the workpiece holder.
  • the outer diameter of the pipe section accommodated on the workpiece holder can be circulated by the thread roller.
  • the coupling between the thread roller and pipe section or workpiece holder is formed so that when rotating the thread roller around the pipe section or the workpiece holder of the pipe section or the workpiece holder on which the pipe section is clamped, relative to the thread roller in the longitudinal direction of the Pipe section can be moved.
  • the process according to the invention proceeds as follows. First, a pipe section to which a thread is to be formed clamped on a workpiece holder and by pressing a thread roller to the outside of the pipe section, simultaneous relative rotation of the threaded roller and the pipe section and simultaneous relative displacement of the pipe section and the thread roller to each other a thread on the pipe section formed. Before forming the thread, a further processing step is performed according to the invention, in which the diameter of the pipe section on the workpiece holder, preferably by clamping jaws, expanded to a desired nominal diameter and / or the cross section of the pipe section is brought to a circular shape.
  • the pipe section is held after the forming of the thread still under tension of the clamping jaws against the inner wall of the pipe section on the workpiece holder. Then, a flange can be screwed onto the molded thread.
  • a flange can be screwed onto the molded thread.
  • the device shown in the figures has an approximately circular disk-shaped bearing section 6 in the example shown, on which both the workpiece holder 3 with the clamping jaws 3a, 3b and at least one thread rolling device 1 with at least one thread roller 1a are mounted.
  • Workpiece holder 3 and bearing portion 6 are rotatably or rotatably supported relative to each other, so that the mounted on the bearing portion 6 threaded roller device 1 with the at least one roller 1 around the workpiece holder 3 and a clamped tubular workpiece 2 is rotatable.
  • Rotatable relative to each other only means that a rotation of the roller 1 to serve as a workpiece pipe section 2 (see. Fig. 2 ).
  • the roller 1 can be delivered to the pipe section 2 in the radial direction R. As a result, pressure is exerted on the pipe section 2, which leads to a material displacement or compression and thus for forming a thread 2a on the pipe section 2.
  • a workpiece holder 3 is provided in the clamping jaws 3a, 3b press radially outwardly against the inner wall 2b of the tube 2, in particular from the FIGS. 3A and 3B is apparent.
  • the jaws 3a, 3b are displaced in the direction of the tube longitudinal axis X for releasing or tensioning the clamping jaws 3a, 3b by displacing a conical element 3c, which, like the clamping jaws 3a, 3b, is also arranged concentrically with the tube longitudinal axis X.
  • the base or bearing portion 6 is rotatably mounted relative to the workpiece holder 3, wherein the roller 1a of the thread rolling device 1 is provided on a suspension 1b, which cooperates with a thread provided on the thread rolling device during rotation of the pipe section 2, so that the role in Circulation of the pipe section is moved in the direction of the X axis (arrow P4) and so on the pipe section 2 a helical thread 2a (see. Fig. 2 ) arises.
  • the clamping jaws As in FIG. 3B shown, press the at least two clamping jaws, 3a, 3b (in the example shown, 6 jaws shown) in the radial direction P3, the inner wall of the tube.
  • the clamping jaws to advantageously a matched to the shape of the pipe inner wall profile, it is preferably in the profile arc circular sections.
  • the clamping jaws 3a, 3b are pressed against the inner wall of the tube 2 and the tube so expanded to a predetermined nominal diameter and held over the duration of the molding process. At the same time any existing ovality of the pipe is eliminated.
  • the roller 1a then rotates during the forming of the tube 2 in the direction of the arrow P1 and thereby rotates in the direction of the arrow P2 about its own axis. At the same time, the roller is pressed radially against the tube 2, so that the forming process takes place. At the same time tube 2 and roller 1a move in the direction of the longitudinal axis X of the tube, about the feed in the direction P4 via the thread on the roller suspension 1b.
  • the jaws are held in their Sp Gillposition and it can still be a pipe connector, which is exemplified here as a threaded flange 4, are screwed onto the thread just created 2a.
  • This threaded flange 4 can be accommodated in a corresponding receptacle 5 on the bearing or base section 6 before clamping the workpiece 2.
  • this threaded flange can be screwed onto the tube 2 in the clamped state.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Mutual Connection Of Rods And Tubes (AREA)

Abstract

Die Vorrichtung zum Anformen von Gewinden an Rohren weist wenigstens eine Werkstückaufnahme (3) zur Aufnahme eines Rohrabschnitts (2), an dem ein Gewinde vorgesehen werden soll, und wenigstens einen Gewinderoller (1) mit einer Rolle (1a), die zum Rollen des Gewindes radial gegen den Rohrabschnitt (2) gedrückt werden kann, auf. Die Werkstückaufnahme (3) weist Spannbacken (3a, 3b) auf, die bei der Aufnahme des Rohrabschnitts (2) zur Aufweitung des Rohrdurchmessers und/oder Entfernen einer Ovalität des Rohrquerschnitts gegen dessen Innenwand gedrückt werden können. Die Vorrichtung weist einen Lagerabschnitt (6) auf, an welchem die Werkstückaufnahme (3) und der wenigstens eine Gewinderoller (1) gelagert sind, wobei der Lagerabschnitt (6) weiter eine Aufnahme (5) für ein Rohrverbindungsstück (4), insbesondere einen Gewindeflansch, aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von Gewinden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Anformen von Gewinden an Rohren.
  • Bekannt ist neben spanabhebenden Verfahren wie dem Gewindeschneiden auch das sog. Gewinderollen. Dabei wird an ein zylindrisches Werkstück eine Rolle angesetzt und tangential unter Druck gegen das Werkstück um dasselbe herum gefahren. Dabei wird unter Druck Material komprimiert und verdrängt, so dass eine Rille im Werkstück entsteht. Bewegt man Werkstück und Rolle längs der Werkstückachse relativ zueinander, so erhält die Rille am Werkstück die gewindetypische Spiral- oder Wendelform.
  • Diese Gewinderolltechnik ist prinzipiell nur für massive Stangen einsetzbar, da der durch die Rolle radial ausgeübte Druck bei Hohlkörpern wie Rohren dazu führt, dass diese sich verformen und ihren Nenndurchmesser oder Nennquerschnitt verlieren.
  • Um dieses Problem zu lösen, wird in DE 561 806 A ein Gewinderoller nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen, bei welchem in das Rohr ein Klemmfutter eingesetzt wird. Durch das Klemmfutter wird dem radialen Druck der Umformrollen entgegen gewirkt. Nach dem Lösen aus dem Spannfutter kann das mit einem Gewinde versehene Rohr weiter verarbeitet werden. Die bekannte Einrichtung eignet sich in erster Linie für das Anformen von Gewinden an Rohre mit kleinen Nenndurchmessern.
  • Insbesondere bei Rohren mit größeren Nenndurchmessern, insbesondere größer 80 mm, weisen die Rohre in der Regel aufgrund von Restspannungen oder Lagerungsfolgen im Querschnitt eine gewisse Ovalität auf, welche das Aufschrauben von Rohrverbindungen, insbesondere Flanschen auf dem angeformten Gewinde erschweren oder sogar im Extremfall unmöglich machen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die es ermöglichen, gerade bei Rohren mit größerem Durchmesser problemlos das Aufschrauben von Rohrverbindungsstücken auf das durch Gewinderollen gefertigte Gewinde zu ermöglichen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Anformen von Gewinden an Rohren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Anformen von Gewinden an Rohren mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Rohr bzw. ein Rohrabschnitt, an den ein Gewinde anzuformen ist, zunächst in einer Werkstückaufnahme aufgespannt wird. Diese Aufnahme ist im Prinzip ein Spannfutter, welches Spannbacken aufweist, die gegen die Innenwand des Rohres anliegen. Die Spannbacken, bei denen zwei oder mehrere vorgesehen sind und die bevorzugt einen Kreisbogen beschreibende Anlageflächen zur Anlage an die Rohrinnenwand aufweisen, sind radial beweglich und können insbesondere Druck auf die Rohrinnenwand ausüben, der das Aufweiten des Rohres auf einen definierten Nenninnendurchmesser ermöglicht. Die Anlageflächen der Spannbacken ergeben im Querschnitt im Wesentlichen eine Kreislinie, so dass bei Druck der Spannbacken gegen die Innenwand des Rohres nicht nur ein definierter Durchmesser eingestellt werden kann, sondern auch eine von einer Kreislinie abweichende "Ovalität" des Rohrabschnitts beseitigt werden kann. Oval ist im Sinne dieser Erfindung jede Form, die nicht kreisförmig ist. Weiter weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Lager- oder Grundabschnitt auf, an welchem die Werkstückaufnahme und der wenigstens eine Gewinderoller gelagert sind. Weiter weist der Lager- oder Grundabschnitt eine Aufnahme für ein Rohrverbindungsstück, insbesondere einen Gewindeflansch auf. Die Aufnahme ist dabei so am Lager- oder Grundabschnitt angeordnet, dass das noch auf den Spannbacken aufgespannte Rohr, an welches das Gewinde angeformt wurde, im aufgespannten Zustand mit dem Rohrverbindungsstück bzw. dem Gewindeflansch verschraubt werden kann.
  • Der Gewinderoller ist exzentrisch zur Längsachse der Werkstückaufnahme gelagert und relativ zur Werkstückaufnahme drehbar gelagert. Dadurch kann bei der Anformung des Gewindes der Außendurchmesser des an der Werkstückaufnahme aufgenommenen Rohrabschnitts vom Gewinderoller umlaufen werden. Hierzu kann zudem vorgesehen sein, dass die Kopplung zwischen Gewinderoller und Rohrabschnitt bzw. Werkstückaufnahme so ausgebildet ist, dass beim Umlaufen des Gewinderollers um den Rohrabschnitt oder die Werkstückaufnahme der Rohrabschnitt oder die Werkstückaufnahme, an der der Rohrabschnitt aufgespannt ist, relativ zum Gewinderoller in Längsrichtung des Rohrabschnitts verschoben werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren läuft wie folgt ab. Zunächst wird ein Rohrabschnitt, an den ein Gewinde angeformt werden soll, an einer Werkstückaufnahme aufgespannt und durch Andrücken eines Gewinderollers an die Außenseite des Rohrabschnitts, gleichzeitiges relatives Rotieren des Gewinderollers und des Rohrabschnitts sowie gleichzeitiges relatives Verschieben des Rohrabschnitts und des Gewinderollers zueinander ein Gewinde am Rohrabschnitt angeformt. Vor dem Anformen des Gewindes wird erfindungsgemäß ein weiterer Bearbeitungsschritt durchgeführt, bei dem der Durchmesser des Rohrabschnitts an der Werkstückaufnahme, bevorzugt durch Spannbacken, auf einen gewünschten Nenndurchmesser aufgeweitet und/oder der Querschnitt des Rohrabschnitts auf Kreisform gebracht wird. Bevorzugt wird der Rohrabschnitt nach dem Anformen des Gewindes noch unter Spannung der Spannbacken gegen die Innenwand des Rohrabschnitts auf der Werkstückaufnahme gehalten. Dann kann auf das angeformte Gewinde ein Flansch aufgeschraubt werden. Durch das Halten auf der Werkstückaufnahme beim Aufschrauben wird erreicht, dass der Rohrabschnitt nicht wieder eine ovale Form annehmen kann und das Aufschrauben des Flansches erschwert oder unmöglich macht.
  • Die Erfindung wird anhand des in den folgenden Figuren ge-zeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
    • Figur 1 zeigt eine perspektivische Zeichnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
    • Figur 2 zeigt eine weitere perspektivische Zeichnung mit aufgespanntem Rohrabschnitt.
    • Figur 3A zeigt einen Längsschnitt in Richtung X durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und den aufgespannten Rohrabschnitt.
    • Figur 3B zeigt einen Querschnitt durch das Rohr im Bereich des Rollers und der Spannbacken.
  • Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung weist einen im gezeigten Beispiel etwa kreisscheibenförmigen Lagerabschnitt 6 auf, an welchem sowohl die Werkstückaufnahme 3 mit den Spannbacken 3a, 3b, sowie mindestens eine Gewinderollereinrichtung 1 mit wenigstens einer Gewinderolle 1a gelagert sind. Werkstückaufnahme 3 und Lagerabschnitt 6 sind relativ zueinander drehbar oder rotierbar gelagert, so dass die am Lagerabschnitt 6 befestigte Gewinderolleneinrichtung 1 mit der wenigstens einen Rolle 1 um die Werkstückaufnahme 3 und ein daran aufgespanntes rohrförmiges Werkstück 2 herum drehbar ist. Relativ zueinander rotierbar bedeutet lediglich, dass ein Umlaufen der Rolle 1 um den als Werkstück dienenden Rohrabschnitt 2 (vgl. Fig. 2) ermöglicht wird.
  • Die Rolle 1 kann in radialer Richtung R dem Rohrabschnitt 2 zugestellt werden. Dadurch wird Druck auf den Rohrabschnitt 2 ausgeübt, der zu einer Materialverdrängung oder -komprimierung und so zum Anformen eines Gewindes 2a am Rohrabschnitt 2 führt.
  • Damit das Rohr 2 bei diesem radialen Druck von außen nicht kollabiert, ist eine Werkstückaufnahme 3 vorgesehen, in der Spannbacken 3a, 3b radial nach außen gegen die Innenwand 2b des Rohres 2 drücken, wie insbesondere aus den Figuren 3A und 3B ersichtlich ist. Die Spannbacken 3a, 3b werden durch Verschieben eines konischen Elements 3c, welches wie die Spannbacken 3a, 3b auch konzentrisch mit der Rohrlängsachse X angeordnet ist, in Richtung der Rohrlängsachse X zum Lösen bzw. Spannen der Spannbacken 3a, 3b verschoben. Ferner ist der Grund- bzw. Lagerabschnitt 6 gegenüber der Werkstückaufnahme 3 drehbar gelagert, wobei die Rolle 1a der Gewinderolleneinrichtung 1 an einer Aufhängung 1b vorgesehen ist, welche beim Umlaufen des Rohrabschnitts 2 mit einem an der Gewinderolleneinrichtung vorgesehenen Gewinde zusammenwirkt, so dass die Rolle beim Umlaufen des Rohrabschnitts in Richtung der X Achse verschoben wird (Pfeil P4) und so an dem Rohrabschnitt 2 ein spiralförmiges Gewinde 2a (vgl. Fig. 2) entsteht.
  • Wie in Figur 3B gezeigt, drücken die wenigstens zwei Spannbacken, 3a, 3b (im gezeigten Beispiel sind 6 Spannbacken gezeigt) in Radialrichtung P3 die Innenwand des Rohres. Im Querschnitt weisen die Spannbacken dazu vorteilhafterweise ein auf die Form der Rohrinnenwand abgestimmtes Profil auf, bevorzugt handelt es sich bei dem Profil um Kreisbogenabschnitte. Vor dem Anformen des Gewindes werden die Spannbacken 3a, 3b gegen die Innenwand des Rohres 2 gedrückt und das Rohr so auf einen vorgegebenen Nenndurchmesser aufgeweitet und über die Dauer des Anformprozesses so gehalten. Gleichzeitig wird eine eventuell vorhandene Ovalität des Rohres beseitigt.
  • Die Rolle 1a umläuft dann bei der Umformung das Rohr 2 in Richtung des Pfeils P1 und dreht sich dabei in Richtung des Pfeils P2 um die eigene Achse. Gleichzeitig wird die Rolle radial gegen das Rohr 2 gedrückt, so dass der Umformprozess erfolgt. Gleichzeitig verschieben sich Rohr 2 und Rolle 1a in Richtung der Längsachse X des Rohres, etwa über den Vorschub in Richtung P4 über das Gewinde an der Rollenaufhängung 1b.
  • Nachdem das Gewinde angeformt ist, werden die Spannbacken in ihrer Spreizposition gehalten und es kann dann noch ein Rohrverbindungsstück, welches hier beispielhaft als Gewindeflansch 4 ausgebildet ist, auf das gerade geschaffene Gewinde 2a aufgeschraubt werden. Dieser Gewindeflansch 4 kann vor dem Aufspannen des Werkstücks 2 in eine entsprechende Aufnahme 5 am Lager-oder Grundabschnitt 6 aufgenommen werden. Durch Drehen der Aufnahme 5 kann dieser Gewindeflansch auf das Rohr 2 im aufgespannten Zustand aufgeschraubt werden. Dadurch ist das Anbringen des Gewindeflansches 4 und das Anformen des Gewindes 2a in einer Aufspannung möglich und die Gefahr, dass nach dem Entspannen oder Lösen der Spannbacken 3a, 3b eine Ovalität am Rohr 2 vorliegt, die das Aufschrauben des Gewindeflansches 5 erschweren oder verhindern würde, tritt nicht ein.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zum Anformen von Gewinden an Rohren, aufweisend wenigstens eine Werkstückaufnahme (3) zur Aufnahme eines Rohrabschnitts (2), an dem ein Gewinde vorgesehen werden soll, wenigstens einen Gewinderoller (1) mit einer Rolle (1a), die zum Rollen des Gewindes radial gegen den Rohrabschnitt (2) gedrückt werden kann, wobei die Werkstückaufnahme (3) Spannbacken (3a, 3b) aufweist, die bei der Aufnahme des Rohrabschnitts (2) zur Aufweitung des Rohrdurchmessers und/oder Entfernen einer Ovalität des Rohrquerschnitts gegen dessen Innenwand gedrückt werden können,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Vorrichtung einen Lagerabschnitt (6) aufweist, an welchem die Werkstückaufnahme (3) und der wenigstens eine Gewinderoller (1) gelagert sind, wobei der Lagerabschnitt (6) weiter eine Aufnahme (5) für ein Rohrverbindungsstück, insbesondere einen Gewindeflansch (4), aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Spannbacken jeweils etwa kreisbogenförmige Anlageflächen zur Anlage an den Rohrabschnitt (2) aufweisen.
  3. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Gewinderoller (1) exzentrisch zur Längsachse (X) der Werkstückaufnahme (3) gelagert und relativ zur Werkstückaufnahme (3) drehbar gelagert ist, so dass der Außendurchmesser des an der Werkstückaufnahme (3) aufgenommenen Rohrabschnitts (2) zum Anformen des Gewindes vom Gewinderoller (1) umlaufen werden kann.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass weiter der Gewinderoller mit der Werkstückaufnahme (3) so gekoppelt ist, dass beim Umlaufen des Gewinderollers (1) um den Rohrabschnitt (2) oder die Werkstückaufnahme (3) diese relativ zum Gewinderoller (1) in Längsrichtung (X) des Rohrabschnitts (2) verschoben werden kann.
  5. Verfahren zur Herstellung von Gewinden an Rohren, bei dem ein Rohrabschnitt (2) an einer Werkstückaufnahme (3) aufgespannt und durch Andrücken eines Gewinderollers (1) an die Außenseite des Rohrabschnitts (2), gleichzeitiges relatives Rotieren des Gewinderollers (1) und des Rohrabschnitts (2) sowie gleichzeitiges relatives Verschieben desselben und des Gewinderollers (1) zueinander ein Gewinde am Rohrabschnitt (2) angeformt wird, wobei vor dem Anformen des Gewindes der Durchmesser des Rohrabschnitts (2) an der Werkstückaufnahme (3) aufgeweitet und/oder der Querschnitt des Rohrabschnitts (2) auf Kreisform gebracht wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Rohrabschnitt (2) nach dem Anformen des Gewindes (2a) noch unter Spannung auf der Werkstückaufnahme (3) gehalten wird und auf das angeformte Gewinde (2a) ein Flansch (4) aufgeschraubt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Aufweiten des Rohrdurchmessers und/oder Formen des Rohrquerschnitts zwei oder mehr Spannbacken eingesetzt werden.
EP12008279.7A 2011-12-23 2012-12-12 Vorrichtung und Verfahren zum Anformen von Gewinden an Rohren Withdrawn EP2606992A1 (de)

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