WO2006066814A1 - Mehrlagenrohr sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

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WO2006066814A1
WO2006066814A1 PCT/EP2005/013569 EP2005013569W WO2006066814A1 WO 2006066814 A1 WO2006066814 A1 WO 2006066814A1 EP 2005013569 W EP2005013569 W EP 2005013569W WO 2006066814 A1 WO2006066814 A1 WO 2006066814A1
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pipe
multilayer pipe
tube
multilayer
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Inventor
Bernd Berg
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Bergrohr Gmbh Siegen
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    • 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
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    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams

Definitions

  • the present invention relates to a multilayer pipe and a method for its production.
  • 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.
  • multi-layer pipes with metallurgical bond between the layers - such as multi-layer pipes made of metal sheets, preferably steel sheets - is used as a starting semi-finished a clad composite sheet of two different (steel) materials use.
  • the multilayer pipe is then produced as follows:
  • tube forming by conventional methods, such as by means of a bending roll or bending press and
  • the welding wherein the outer wall of the multilayer pipe according to the usual method of pipe welding according to the material used and the welding of the inner wall as a build-up welding, also fits the material.
  • the manufacturing technique used in this case is very problematic and correspondingly expensive and expensive, it being additionally noted that it is available even for very small production lots at all. Furthermore, the number of materials that can be processed in this way, limited. For example, certain abrasion-resistant steels can not be used as the inner layer if they are difficult or impossible to weld because of their high carbon content.
  • multi-layer pipes with mechanical binding find as a starting semi-finished more - preferably two - finished pipes use.
  • the method will be explained below with reference to the example of two tubes (in the case of further layers, the leads are to be understood accordingly):
  • the inner tube By expanding (mechanically - such as by means of an expansion punch - or by fluid pressure, wherein the nested tubes are pressed into a die comprising the outer tube), the inner tube is pressed into the outer tube with elastic expansion of 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 disadvantage of this method according to the prior art is due to the fact that the outer tube must have a higher yield strength than the inner, otherwise the lack of adhesion to the inner tube causing and therefore required elastic resilience of the outer tube.
  • This is particularly disadvantageous because high-strength materials - such as particularly high-strength steels - as they are particularly advantageous for abrasion-resistant piping inside the pipe, high or even very high yield strengths and thus are not suitable for this manufacturing process.
  • This object is achieved according to the invention first by a method for producing a multilayer pipe with the aid of a bending roll, in which
  • the multilayer material formed in this way is formed into a multilayer pipe with the aid of the bending roll and in the final phase of pipe forming in the bending roll and / or a subsequently used bending machine a respective inner pipe (which does not necessarily have to be completely formed, but in cross section can also form a partial circle, such as a gutter at the foot of the multi-layer pipe), acting material layer is non-positively pressed into a respectively acting as an outer tube material layer.
  • a first connection between the layers of material is then created by connecting them, preferably approximately along a longitudinal or transverse edge of the overlying material layer, or preferably approximately along a line, preferably imaginary, parallel thereto,
  • the so formed multilayer material is formed by means of the bending roll to the tube, wherein the pressure of the rollers from top and bottom constantly a frictional connection between the material layers is generated and in the deformation of the still mutually displaceable parts of the material layers due to the different Bend radii of inner tube and outer tube move freely according to the deformation progress,
  • At least one further connection between the material layers is created by the material layer resting on at least one further position, preferably approximately along a second longitudinal or transverse edge of the overlying material layer or preferably approximately along a line, preferably imaginary parallel to each other, and
  • the multi-layer pipe is formed with the help of the bending roller and / or the bending machine to the end, now no longer move the material layers against each other during this final shaping, whereby the respective acting as an inner tube material layer is non-positively pressed into each acting as an outer tube material layer.
  • a compound along an edge or along a (preferably imaginary) line refers to any type of connection along the edge or line, whether that connection is along the entire edge or line or only in sections along the edge or line, or even in single points (such as spot welds), approximately at two points - preferably at the end points of the edge or line - or even at a single point on the edge or on the line.
  • the first connection between the material layers is created by connecting them along one of the longitudinal or transverse edges of the overlying material layer, and
  • the at least one further connection between the material layers can be created approximately after a deformation progress between 50% and less than 100%.
  • the deformation progress results after the at least one further connection between the material layers takes place - here called F ßr and in parts of a hundred, preferably approximately as follows:
  • the length of the neutral fiber of the outer tube - here called L ⁇ - is:
  • the length of the neutral fiber of the inner tube - here called JL, ⁇ is:
  • 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.
  • Table 2 Desired sizes for the examples for determining the deformation progress for a further connection of the material layers from Table 1
  • a further preferred embodiment of the method for producing a multilayer pipe by means of a bending roll according to the present invention is characterized in that at least one of the material layers consists of more than one applied element, preferably more than one sheet.
  • the laid-up elements can 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 first connection between the material layers is preferably created by the elements, preferably sheets, after being placed along their joint, which at the same time each have a longitudinal edge the elements, preferably sheets, forms the resting material layer, with the underlying material layer, preferably the underlying sheet metal, are connected.
  • This method is particularly suitable for making large diameter, preferably larger than 610 mm (24 ") multilayer pipes of the invention where often the width of available inner layer material strips, preferably steel strips, is insufficient to provide a complete inner layer for such large If two tapes are not sufficient, the process can be continued as desired: three or more elements, preferably metal sheets, are then placed on top.
  • the multilayer pipe is closed by welding the outer pipe along the Rorhrnaht and build-up welding of the inner tube, so as to manufacture the multilayer tubular 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, which is far more difficult according to the prior art if not impossible at all.
  • 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 compounds of the Material layers as a weld which is particularly suitable for the aforementioned metal sheets, preferably steel sheets.
  • 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 formed in this way is formed into a multilayer pipe with the aid of the bending roll, the respective material layer acting as inner pipe being clamped between the abutment edges and / or a subsequent bending machine acting as the inner pipe in the final phase of tube forming in the bending roll Material layer is thereby pressed non-positively in each acting as an outer tube material layer.
  • the respective inner layer thus also such materials - such as particularly high-strength steels - find use that can not or only very difficult to weld.
  • the principle of the invention remains the same even according to this embodiment:
  • the functioning as an inner tube material layer is already pressed during the tube forming in the bending roll frictionally in the respective functioning as an outer tube material layer and held frictionally in the respective outer tube.
  • a gap is left between the edges of the overlying material layer and the stop edges, which closes only in the course of the tube forming process. It can be moved by forming the force acting as an inner tube material layer by Kraftteinwixkung acting as an outer tube material layer after molding of the tubular body, so that a plug-in sleeve is formed, which allows nesting of pipes, which allows a much simplified installation of the pipes on site.
  • the multilayer pipe obtained according to the invention in particular the multilayer pipe obtained according to the present invention, can in particular be designed such that a respective inner material layer has a higher yield strength or yield strength (see below) than the respective outer material layer, wherein at least one material layer preferably comprises Sheet metal, particularly preferably consists of sheet steel.
  • a particularly preferred embodiment of a multi-layer pipe according to the invention is characterized in that the multilayer pipe is formed as a double-layer pipe, which has two layers of steel sheet, the layer acting as an inner tube steel sheet has a high to very high carbon content and thus at least not necessarily weldable at least.
  • the multi-layer pipes thus obtained according to the invention are different in many ways from those of the prior art, but without that these differences must all simultaneously show up in a multi-layer pipe according to the invention and thus could characterize it. Rather, these differences can occur in different combinations with each other, but they do not have to.
  • multi-layer pipes - in particular double-layer pipes made of steel sheet material - with high yield strength of the respective material Inner tube are produced at the same time lower yield strength of the material of contrast, the respective outer tube, which is required for such uses of multi-layer pipes, for which it has the highest possible abrasion resistance of the Inner tube arrives, since a high abrasion resistance usually synonymous with a high hardness and this in turn is accompanied by a high yield strength.
  • Such multi-layer pipes which have an inner pipe made of a material with a higher than or equal yield strength of a tube arranged externally, but nevertheless do not show a metallurgical connection of adjacent layers, can hitherto not be produced according to the prior art; they do not exist yet. On the other hand, they are made possible by the present invention. It should be pointed out that in the case of a non-pronounced yield strength - for example, in cases of increased plastic deformation - instead of the yield strength of the yield strength as the amount of stress a plastic permanent strain under a certain force occurs.
  • the method according to the invention also makes possible a much greater variety of combinations of the materials in the multilayer pipes according to the invention.
  • certain abrasion-resistant steels for example, can not be used as the inner layer since these are due both to the high abrasion resistance i.d.R.
  • the high yield strength associated with this is not suitable for use alone (for example as a liner tube) for the tube forming process and would also have to be welded for inner tube formation, but due to their high carbon content this is not or only slightly suitable for this purpose. H. especially not necessarily weld (see above). Corresponding pipes therefore do not exist until today.
  • the method according to the invention which in a preferred embodiment makes use of the frictional pressing of the respective inner tube into the respective outer tube during the production process, also enables the production of such multilayer tubes which, as inner layer, comprise a material which can not be welded or is not necessarily weldable - for example a steel high, preferably very high carbon content - use. Also, the use of materials that can not be welded at all, such as modern plastics, which have the desired properties of a pipe inner layer, becomes possible in the first place. Tubes with such inner layers also do not exist so far.
  • multi-layer pipes without expensive and poorly available plated (full metallurgically bonded) sheets can be produced in nearly arbitrarily large diameters with the inventive method, which is not yet possible according to the prior art, since the necessary expansion by the Dimensions of the expansion stamp used or by a, in the case of hydraulic expansion-Kraftei ⁇ Sign necessary for the uniform formation die enclosing the multi-layer tube to be produced, is limited.
  • the bending roll method according to the invention allows multilayer pipes which are not subject to such predetermined limits, since the bending roll, which indeed only forms a shaping at one point of the radius of curvature of the pipe, thus does not limit the diameter of the multilayer pipe according to the invention. This makes it possible, in particular, to produce multilayer pipes without plated metal sheets which exceed the limit given by the current state of the art of approximately 610 mm (24 ”) diameter, preferably far.
  • the present invention first enables the production of multilayer tubes with partial inner layer, i. a cross-sectionally only a partial circle forming inner tube, for example in the form of a gutter insert on the pipe base, which has hitherto also not possible according to the prior art.
  • FIG. 1 is a perspective sketch outlined on two superposed, to be combined multi-layer material layers
  • FIG. 2 shows a perspective sketch of two successive layers of material to be combined with the multilayer pipe, with a first connection, preferably welding between the material layers approximately along a (imaginary) line parallel to a longitudinal edge of the overlying material layer.
  • 3 is a perspective sketch outlined in perspective on two superposed to multilayer pipe material layers to be combined, in which case one of the material layers of two launched in the tube longitudinal direction elements - preferably sheets - is,
  • 3a shows a further perspective sketch outlined on two superposed layers of material to be combined for multilayer pipe, wherein here one of the material layers, namely the applied material layer consists of several, namely a plurality of elements placed in the tube circumferential direction, preferably sheet metal,
  • Fig. 4 is a perspective sketch outlined on two superposed, multi-layer pipe to be combined material layers, one of the material layers of more than one, namely here two applied elements - preferably sheets - and here a first connection between the material layers was created by the Elements after laying along their joint, which also forms a respective longitudinal edge of the elements of the overlying material layer, connected to the underlying material layer, preferably welded,
  • FIG. 5 shows a perspective sketch of a multilayer pipe according to the invention from one end side during the production process according to the invention, namely in the process step where the multilayer material formed in this case is formed using the bending roll (the bending roll itself is hidden here and therefore can not be seen).
  • Fig. 6 is a perspective sketched view into an inventive multi-layer pipe from one end side during the manufacturing process according to the invention, namely in the process step, where after a certain deformation progress at least one further connection between the material layers was created by the overlying material layer at least one further position have been joined together 7 shows a perspective cross section through a finished multilayer pipe according to the invention with inner and outer layer,
  • FIG. 8 is a perspective cross-section through a multilayer pipe with inner and outer layer in a detailed view in the region of the weld
  • FIG. 9 is a perspective view of the, later the Wegroht forming, base plate with stop edges and, the later inner tube forming, inner plate, in the still flat unprocessed state, and
  • Fig. 10 is a perspective cross-section through a multilayer pipe according to the present invention, where the base plate of the outer tube has stop edges and the inner tube forming inner plate is clamped according to the deformation progress between these stop edges
  • FIG. 1 shows a perspective view, sketched in perspective, of two material layers 1, 2 to be combined to form a multilayer tube.
  • FIG. 2 shows a perspective sketch of two successive layers of material to be combined with the multilayer pipe with a first connection 3a and 3b - preferably welding (namely at the points 3a, 3b) between the material layers 1, 2 approximately along one (imaginary) Line parallel to a longitudinal edge 4 of the overlying material layer.
  • FIG. 3 shows a perspective sketch of a perspective view of two layers of material Ia, Ib, 2 which are to be combined to form a multilayer pipe, wherein here one of the layers of material, namely the applied material layer consists of two elements Ia, Ib placed in the tube longitudinal direction
  • sheets - exists.
  • Fig. 3a shows a further perspective sketched on two superimposed to multilayer pipe to be combined material layers Ia, Ib, ..., In, 2, where here one of the material layers, namely the applied material layer of a variety, namely a finite number - here n called - from in the tube circumferential direction launched elements Ia, Ib In
  • sheets - exists. That it can be any number of n launched elements Ia, Ib, ..., In is indicated in the drawing by a dotted line U.
  • Also provided with this arrangement are respective first connections 3ai, 3a2, 3bi, 3b2, 3m, 3n 2 of the elements 2 a , 1 b placed on the material layer 2
  • FIG. 4 shows a perspective sketch of two layers of material Ia, Ib, 2 to be combined for multilayer pipe, one of the material layers consisting of more than one, in this case two applied elements 1a, 1b-preferably sheet metal-and here a first connection 3 between the layers of material was created by the elements Ia, Ib after hanging endang their joint, which also forms a longitudinal edge of the elements Ia, Ib of the overlying material layer, connected to the underlying layer of material 2, preferably welded.
  • this compound was 3 endang the joint and at the same time longitudinal edge by extending over the entire length of the StoßsteUe and at the same time longitudinal edge extending closed connection 3, preferably welding.
  • a section-wise connection preferably welding, is possible.
  • FIG. 5 shows a perspective sketch of a multilayer pipe 5 according to the invention from one end side during the production process according to the invention, namely in the process step where the multilayer material formed in this case is bent using the bending roll (The bending roll itself is hidden here and therefore not visible !) is formed to the tube 5, wherein by the pressure of the Waken from above and below constantly a frictional engagement between the material layers 1, 2 is generated and during deformation of the still mutually displaceable parts Ic against 2a, and Id against 2b of the material layers due the different bending radii of inner tube 1 and outer tube 2 move freely relative to each other according to the progress of deformation.
  • the first connection 3a and 3b between the two material layers 1, 2 took place here already at two points 3a, 3b along a (imaginary) line paraHel to a longitudinal edge of the forming inner tube 2 - namely at the local endpoints - Hegen. In the region of this first connection 3a and 3b of the material layers 1, 2, however, they can no longer shift relative to each other due to their connection 3a and 3b, but instead remain fixed relative to one another. Fig.
  • FIG. 6 shows a perspective sketched perspective view of an inventive multi-layer 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 at least one other compound - here two other compounds - 6a and 6b, here in each case as a continuous or partially executed weld, between the material layers 1, 2 was created by the fact that the overlying material layer 1 at least one other position - were connected together - here at two other positions.
  • the multi-layer tube 5 can be formed using the bending roller and / or bending machine to the end (no longer visible), which now no longer move against each other during this final shaping the material layers due to the further connections 6a and 6b, causing the respective material layer 1, 1c, 1d acting as an inner tube is non-positively pressed into the respective material layer 2, 2a, 2b acting as an outer tube
  • FIG. 7 shows a perspective cross-section through a finished multi-ply tube 5 according to the invention with inner layer (also called inner tube, inner tube, inner plate, etc.) 1 and outer layer (also called outer tube, outer tube guide, base plate, etc.) 2, the multilayer tube 5 passing through a weld 7 of the outer tube 2 along a Rorhrnaht 8 and a contract welding 9 of the inner tube 1 has been closed.
  • inner layer also called inner tube, inner tube, inner plate, etc.
  • outer layer also called outer tube, outer tube guide, base plate, etc.
  • FIG. 8 shows a perspective cross section through a multilayer pipe according to FIG. 7 with inner layer 1 and outer layer 2 in a detailed view in the region of the two weld seams 7, 9.
  • Fig. 9 shows a perspective view of the, later forming the outer tube, base plate 2 with stop edges 10a, 10b and, the later inner tube forming, inner plate 1, in the still flat unprocessed state.
  • the multi-layer material thus formed is formed by means of a bending roll to form a multilayer pipe according to the invention, wherein the respective functioning as an inner tube material layer 1 clamped between the stop edges 10a, 10b and so non-positively pressed into each acting as an outer tube material layer 2.
  • a gap is left, which closes only rm course of the tube forming process.
  • FIG. 10 shows a cross section through a multi-layer tube 5 according to the present invention, where the base plate of the outer tube 2 has stop edges 10a, 10b and which holds the inner tube.
  • Roe forming inner sheet 1 is clamped according to the corresponding deformation progress between these stop edges 10a, 10b, and it is pressed non-positively into the outer tube 1 as a result of the bending process.
  • the gap between the edges of the overlying material layer and the stop edges 10a, 10b has previously been closed.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Biegewalze, wobei einzelne zum Mehrlagenrohr (5) zu kombinierende Werkstofflagen (1, 2) aufeinandergelegt werden, und der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff mit Hilfe der Biegewalze zu einem Mehrlagenrohr (5) geformt wird und in der Endphase der Rohrformung in der Biegewalze und/oder einer nachfolgend zum Einsatz kommenden Anbiegemaschine eine jeweilig als Innenrohr fungierende Werkstofflage (1) kraftschlüssig in eine jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage (2) gepresst wird.

Description

Titel: Mehrlagenrohr sowie Verfahren zu seiner Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrlagenrohr sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. 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 -.
Die Herstellung solcher Mehrlagenrohre erfolgt dabei nach dem Stand der Technik wie folgt:
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. Das Mehrlagenrohr wird dann wie folgt hergestellt:
Zunächst erfolgt die Herstellung eines Verbund-Bleches durch Walz- oder Sprengplattieren,
dann die Rohrformung nach üblichen Verfahren, etwa vermittels einer Biegewalze oder Biegeprese und
hernach die Schweißung, wobei die Außenwand des Mehrlagenrohres nach den üblichen Verfahren zur Rohrschweißung entsprechend dem verwendeten Werkstoff und die Schweißung der Innenwand als Auftragsschweißung, ebenfalls passend zum Werkstoff erfolgt.
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 des Ausgangshalbzeuges, aufgrund äußerst beschränkter Produktionskapazitäten hierfür in der Welt. So gibt es nach Kenntnis der Anmelderin und des Erfinders nur einige wenige Anlagen zur Herstelllung walzplattierter mehrlagiger Bleche, etwa in Österreich und in Japan, jedoch beispielsweise keine einzige Anlage in der Bundesrepublik Deutschland hierfür. Auch Anlagen für das Sprengplattieren sind nach Kenntnis des Erfinders und der Anmelderin kaum vorhanden. So existiert etwa bei Dynamit Nobel in Burbach, Bundesrepublik Deutschland eine der wenigen solchen Anlagen. Auch ist die hierbei verwendete Fertigungstechnik sehr problematisch und entsprechend aufwendig und teuer, wobei zusätzlich zu bemerken ist, daß sie auch nur für sehr kleine Fertigungslose überhaupt zur Verfügung steht. 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 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 Auführungen 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 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 liegt 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.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ausgehend vom Stand der Technik, ein Mehrlagenrohr sowie Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, das einerseits die vorgenannten Nachteile zu vermeiden sucht, mithin ohne walz- und/oder sprengplattiertes Halbzeug auskommt, andererseits aber auch nicht den Beschränkungen unterliegt, die die Herstellung mehrlagiger Rohre nach dem Stand der Technik mit reibschlüssiger mechanischer Bindung von Lagen untereinander mit sich bringt.
Diese Aufgabe -wird erfindungsgemäß zunächst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres mit Hilfe einer Biegewalze gelöst, bei dem
einzelne zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen aufeinandergelegt werden, und
der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff mit Hilfe der Biegewalze zu einem Mehrlagenrohr geformt wird und in der Endphase der Rohrformung in der Biegewalze und/oder einer nachfolgend zum Einsatz kommenden Anbiegemaschine eine jeweilig als Innenrohr, (welches nicht unbedingt vollständig ausgebildet sein muß, sondern im Querschnitt auch einen Teilkreis, etwa eine Rinne am Fuß des Mehrlagenrohres bilden kann), fungierende Werkstofflage kraftschlüssig in eine jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepresst wird.
aber auch
durch ein Mehrlagenrohr, welches durch das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren herstellbar ist.
Hier kann die Verwendung walz- und/oder sprengplattierten Halbzeugs dadurch vermieden werden, daß die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage schon während der Rohrformung in der Biegewalze und/oder der zur Endformung in der Regel notwendigen Anbiegemaschine kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepresst und so im jeweiligen Außenrohr reibschlüssig gehalten wird und zwar ohne das Mehrlagenrohr aufweiten zu müssen und damit die bereits angeführten Nachteile einzugehen. Es sei darauf hingewiesen, daß in einigen Fällen aber auch eine Endformung in der Biegewalze allein möglich ist, etwa bei kürzeren Biegewalzen, die die Funktion der Endformung des Rohres mit zu leisten vermögen. In diesen Fällen nimmt eine Anbiegemaschine nicht am erfindungsgemäßen Verfahren teil. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Mehrlagenrohres
werden einzelne zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen aufeinandergelegt,
wird hiernach dann eine erste Verbindung zwischen den Werkstofflagen dadurch geschaffen, daß diese, vorzugsweise in etwa entlang einer Längs- oder Querkante der aufliegenden Werkstofflage oder vorzugsweise in etwa entlang einer - vorzugsweise nur gedachten - Linie parallel hierzu miteinander verbunden werden,
wird der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff mit Hilfe der Biegewalze zum Rohr geformt, wobei durch den Druck der Walzen von oben und unten ständig ein Reib- schluss zwischen den Werkstofflagen erzeugt wird und bei der Verformung die noch frei gegeneinander verschiebbaren Teile der Werkstofflagen aufgrund der unterschiedlichen Biegeradien von Innenrohr und Außenrohr sich entsprechend dem Verformungsfortschritt frei zueinander verschieben,
wird nach einem bestimmten Verformungsfortschritt mindestens eine weitere Verbindung zwischen den Werkstofflagen dadurch geschaffen, daß die aufliegende Werkstofflage an zumindest einer weiteren Position, vorzugsweise in etwa entlang einer zweiten Längs- oder Querkante der aufliegenden Werkstofflage oder vorzugsweise in etwa entlang einer - vorzugsweise nur gedachten -Linie parallel hierzu miteinander verbunden werden, und
wird sodann das Mehrlagenrohr mit Hilfe der Biegewalze und/oder der Anbiegemaschine zu Ende geformt, wobei sich nun während dieser Endformung die Werkstofflagen nicht weiter gegeneinander verschieben, wodurch die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepresst wird.
Wenn in diesem Text hier von einer Verbindung entlang einer Kante oder entlang einer (vorzugsweise nur gedachten) Linie die Rede ist, so ist damit jede Art von Verbindung entlang der Kante oder Linie gemeint, 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.
In einer weiteren bevorzugten Ausfülirungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Mehrlagenrohres mit Hilfe einer Biegewalze nach der vorliegenden Erfindung,
wird die erste Verbindung zwischen den Werkstofflagen dadurch geschaffen, daß diese entlang einer der Längs- oder Querkanten der aufliegenden Werkstofflage miteinander verbunden werden, und
es erfolgt die mindestens eine weitere Verbindung zwischen den Werkstofflagen nach einem bestimmtem Verformungsfortschritt entlang der zweiten Längsoder Querkante der aufliegenden Werkstofflage.
Die mindestens eine weitere Verbindung zwischen den Werkstofflagen kann etwa nach einem Verformungsfortschritt zwischen 50 % und weniger als 100 % geschaffen werden.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Doppellagenrohres als Mehrlagenrohr mit einem Außenrohr und einem Innenrohr mit Hilfe einer Biegewalze nach der vorliegenden Erfindung ergibt sich der Verformungsfortschritt nach dem die mindestens eine weitere Verbindung zwischen den Werkstofflagen erfolgt, - hier Fßr genannt und in Teilen von Hundert angegeben, - vorzugsweise in etwa - wie folgt:
(DA-l-SA-SI)-π • (Zs + l)
E
Ffor = 1 - ■ 100
(DÄ - SA)-π - (DA-2 -SA-Siy π
mit 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. Der vorstehende Ausdruck ergibt sich dabei aus folgenden Beziehungen:
Die Länge der neutralen Faser des Außenrohres - hier L^ genannt - beträgt:
Lnfa = (DA - SÄ)-π
Die Länge der neutralen Faser des Innenrohres - hier JL,^ genannt - beträgt:
Lnß = (DA- 2 - SA- SI) -π
Die Verschiebung der freien Blechkante bei 100 % Verformungsgrad des Rohres - hier JL5, genannt - beträgt dann:
Jfi> — Lψ L ■nfl
Der Stauchungsgrad des Innenrohres zum Erreichen der Stauchgrenze - hier εst genannt - ergibt sich zu:
εSt —
und die Stauchungslänge zum erreichen der Stauchgrenze zu:
L* = εSt - Lnß - (Zs + l)
Der Verformungsfortschritt, bei dem die weitere Verbindung zwischen den Werkstoffkgen erfolgt, - hier Ffir genannt - beträgt dann (als Wert zwischen 0 und 1 angegeben) etwa:
Figure imgf000009_0001
und in Teilen von Hundert angegeben:
Figure imgf000009_0002
Löst man diesen Ausdruck mit
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
auf, so erhält man den eingangs für den Verformungsfortschritt, bei dem die weitere Verbindung zwischen den Werkstofflagen erfolgt, - hier Fjor genannt und in Teilen von Hundert angegeben - den eingangs bereits angeführten Ausdruck. 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.
Einige Beispiele mögen dies veranschaulichen, wobei sich das Minimum und Maximum, wie auch das typische Beispiel sich auf den prozentualen Verformungsgrad beziehen, zu dem die zumindest eine weitere Verbindung zwischen den Werkstofflagen erfolgt:
Figure imgf000010_0001
Tabelle 1: Beispiele zur Ermittlung des Verformungsfortschrittes für eine weitere Verbindung der Werkstofflagen Die gesuchten Größen ergeben sich dann wie folgt:
Figure imgf000011_0001
Tabelle 2: Gesuchte Größen zu den Beispielen zur Ermittlung des Verformungsfortschrittes für eine weitere Verbindung der Werkstofflagen aus Tabelle 1
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Mehrlagenrohres mit Hilfe einer Biegewalze nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Werkstofflagen aus mehr als einem aufgelegten Element, vorzugsweise mehr als einem Blech besteht. Die aufgelegten Elemente können dabei 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. Liegen die Elemente dabei mit ihrer Längskante parallel - vorzugsweise in etwa parallel - zur Längskante der unterliegenden Werkstofflage so wird die erste Verbindung zwischen den Werkstofflagen vorzugsweise dadurch geschaffen, daß die Elemente, vorzugsweise Bleche, nach dem Auflegen entlang ihrer Stoßstelle, die zugleich jeweils eine Längskante der Elemente, vorzugsweise Bleche, der aufliegenden Werkstofflage bildet, mit der darunterliegenden Werkstofflage, vorzugsweise dem darunterliegenden Blech, verbunden werden.
Dieses Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von erfindungsgemäßen Mehrlagenrohren mit großen Durchmessern, vorzugsweise mit solchen größer als 610 mm (24"), wo oftmals die Breite verfügbarer Innenlagenmaterialbänder, vorzugsweise von Stahlbändern (Stahlblechen), nicht ausreicht, um eine vollständige Innenlage für solch große Rohre abzugeben. Reichen auch zwei Bänder nicht aus, so kann das Verfahren beliebig fortgesetzt werden: Es werden dann drei oder auch mehr Elemente, vorzugsweise Bleche aufgelegt.
Vorzugsweise wird bei dem Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres mit Hilfe einer Biegewalze nach der vorliegenden Erfindung das Mehrlagenrohr durch eine Schweißung des Außenrohres entlang der Rorhrnaht und eine Auftragsschweißung des Innenrohres geschlossen, um so den Mehrlagenrohrkörper zu fertigen.
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, was nach dem Stand der Technik zumindest weitaus schwieriger, wenn nicht sogar überhaupt unmöglich ist.
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 mit Hilfe einer Biegewalze nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise zumindest eine der Verbindungen der Werkstofflagen als Schweißung, was sich vor allem für die zuvor erwähnten Metallbleche, vorzugsweise Stahlbleche eignet.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Mehrlagenrohres mit Hilfe einer Biegewalze nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
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 Hilfe 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 und/oder einer nachfolgend zum Einsatz kommenden Anbiegemaschine die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage hierdurch kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepresst wird.
Nach dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können als jeweilige Innenlage somit auch solche Werkstoffe - wie etwa besonders hochfeste Stähle - Verwendung finden, die sich nicht oder nur sehr schwer schweißen lassen. Das Erfindungsprinzip bleibt jedoch auch nach dieser Ausführungsform das gleiche: Die als Innenrohr fungierende Werkstofflage wird bereits während der Rohrformung in der Biegewalze kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepresst und so im jeweiligen Außenrohr reibschlüssig gehalten.
Vorzugsweise wird dabei zwischen den Kanten der aufliegenden Werkstofflage und den Anschlagkanten ein Zwischenraum belassen, der sich erst im Verlaufe des Rohrformungsprozesses schließt. Dabei kann nach Ausformung des Rohrkörpers die jeweilig als Innenrohr fungierende Werkstofflage vermittels Krafteinwixkung in der als Außenrohr fungierenden Werkstofflage verschoben werden, so daß sich eine Steckmuffe bildet, die ein Ineinanderstecken von Rohren erlaubt, was eine stark vereinfachte Montage der Rohre vor Ort erlaubt.
Vorzugsweise erfolgt auch bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Schweißung des Außenrohres entlang der Rohrnaht zur Vollendung des Rohrkörpers.
Das erfindungsgemäße, insbesondere das nach dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Mehrlagenrohr kann insbesondere so ausgestaltet sein, daß eine jeweilig innen liegende Werkstofflage gegenüber der jeweils außen liegenden Werkstofflage eine höhere Streckgrenze oder Dehngrenze (siehe hierzu unten) als diese aufweist, wobei zumindest eine Werkstofflage vorzugsweise aus Metallblech, besonders bevorzugterweise aus Stahlblech besteht.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrlagenrohres ist dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrlagenrohr als Doppellagenrohr ausgebildet ist, welches zwei Werkstofflagen Stahlblech aufweist, wobei die als Innenrohr fungierende Lage Stahlblech einen hohen bis sehr hohen Kohlenstoffanteil aufweist und somit zuminest nicht mehr unbedingt schweißbar ist.
Die so erfindungsgemäß erhaltenen Mehrlagenrohre sind zu solchen nach dem Stand der Technik in vielfältiger Weise unterschiedlich, jedoch ohne, daß sich diese Unterschiede alle zugleich in einem erfindungsgemäßen Mehrlagenrohr zeigen müssen und es demnach kennzeichnen könnten. Vielmehr können diese Unterschiede auch in verschiedener Kombination untereinander auftreten, müssen dies aber gleichwohl nicht.
So ist es nach der vorliegenden Erfindung einerseits nicht erforderlich, plattierte Bleche (mit den bereits eingangs erörterten Nachteilen langer Lieferzeit und begrenzter Verfügbarkeit, sowie hohem Preis) zu verwenden, andererseits können trotzdem Mehrlagenrohre - insbesondere Doppellagenrohre aus Stahlblechwerkstofflagen - mit hoher Streckgrenze des Werkstoffes des jeweiligen Innenrohres bei gleichzeitig niedrigerer Streckgrenze des Werkstoffes des demgegenüber jeweiligen äußeren Rohres hergestellt werden, was etwa für solche Verwendungen von Mehrlagenrohren erforderlich ist, für die es auf eine möglichst hohe Abrasionsbeständigkeit des Innenrohres ankommt, da eine hohe Abrasionsbeständigkeit i.d.R. auch mit einer hohen Härte und diese wiederum mit einer hohen Streckgrenze einhergeht. Derartige Mehrlagenrohre, die ein innen liegendes Rohr aus einem Material mit höherer als oder gleicher Streckgrenze ein hierzu außen angeordnetes Rohr aufweisen, aber trotzdem keine vollflächige metallurgische Verbindung benachbarter Lagen zeigen, können bislang nach dem Stand der Technik nicht hergestellt werden; es gibt sie bisher nicht. Hingegen werden sie durch die vorliegende Erfindung möglich. Hinzuweisen ist darauf, daß im Falle einer nicht ausgeprägten Streckgrenze - etwa in Fällen nur verstärkt plastischer Verformung - anstelle der Streckgrenze dann die Dehngrenze als Betrag der Spannung einer plastischen bleibenden Dehnung unter einer bestimmten Krafteinwirkung tritt.
Unabhängig vom Vorgesagten ermöglicht das erfkidungsgemäße Verfahren zudem auch eine wesentlich größere Kombinationsvielfalt der Werkstoffe in den erfindungsgemäßen Mehrlagenrohren. So lassen sich nach dem Stand der Technik etwa bestimmte abrasionsbeständige Stähle als Innenlage nicht verwenden, da diese sich sowohl aufgrund der mit ihrer hohen Abrasionsbeständigkeit i.d.R. einhergehenden hohen Streckgrenze nicht in alleiniger Verwendung (z.B. als Einlagenrohr) zum Rohrformungsprozeß eignen und auch zur Innenrohrbildung geschweißt werden müßten, sich aufgrund ihres hohen Kohlenstoffanteils hierzu aber nicht oder nur schecht eignen, d. h. sich insbesondere nicht unbedingt schweißen lassen (s.o.). Entsprechende Rohre existieren daher bis heute ebenfalls nicht. Hingegen ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, das sich in einer bevorzugten Ausführungsforrn die kraftschlüssige Pressung des jeweiligen Innenrohres in das jeweilige Außenrohr während des Herstellprozesses zunutze macht, auch die Herstellung solcher Mehrlagenrohre, die als Innenlage einen nicht schweißbaren oder nicht unbedingt schweißbaren Werkstoff - etwa einen Stahl mit hohem, vorzugsweise sehr hohem Kohlenstoffanteil - verwenden. Auch wird so die Verwendung überhaupt nicht schweißbarer Werkstoffe, wie etwa moderner Kunststoffe, die die gewünschten Eigenschaften einer Rohrinnenlage aufweisen, überhaupt erst möglich. Rohre mit solchen Innenlagen existieren ebenfalls bislang nicht.
Wiederum unabhängig hiervon können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Mehrlagenrohre ohne Verwendung teurer und schlecht lieferbarer plattierter (vollflächig metallurgisch verbundener) Bleche in nahezu beliebig großen Durchmessern hergestellt werden, was nach dem Stand der Technik bislang nicht möglich ist, da hier die notwendige Expansion durch die Abmessungen der verwendeten Expansions Stempel oder durch ein, im Falle hydraulischer Ex- pansions-Krafteiαwirkung für die gleichmäßige Ausformung notwendiges Gesenk, welches das zu fertigende Mehrlagenrohr umschließt, begrenzt ist. Demgegenüber ermöglicht das erfindungsgemäße Biegewalzenverfahren Mehrlagenrohre, die solchen vorgegebenen Grenzen nicht unterliegen, da die Biegewalze, die ja immer nur an einer Stelle des Krümmungsradius des Rohres formend angreift, solchermaßen den Durchmesser des erfindungsgemäßen Mehrlagenrohres nicht begrenzt. Damit sind insbesondere auch Mehrlagenrohre ohne plattierte Bleche herstellbar, die die nach dem derzeitigen Stand der Technik gegebene Grenze, von ca. 610 mm (24") Durchmesser - vorzugsweise weit - überschreiten.
Auch ermöglicht die vorliegende Erfindung erst die Herstellung von Mehrlagenrohren mit partieller Innenlage, d.h. ein im Querschnitt nur einen Teilkreis bildendes Innenrohr, etwa in Form einer Rinneneinlage am Rohrfuß, was nach dem Stand der Technik bislang ebenfalls nicht möglich ist.
In diesem Zusammenhang ist erwähnenswert, daß nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung selbstverständlich auch Rohre in nur ganz geringen Stückzahlen, insbesondere auch Einzelstücke wirtschaftlich herstellbar sind, was nach dem Stand der Technik in einem Falle durch das aufwendige Plattieren und die hierfür notwendigen Mindestfertigungslose und im anderen Falle durch die für das Expandieren notwendigen hierfür speziell eingerichteten Werkzeuge und Vorrichtungen gehindert ist.
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 Aufsicht auf zwei aufeinandergelegte, zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstoffiagen mit einer ersten Verbindung, vorzugsweise Schweißung zwischen den Werkstofflagen in etwa entlang einer (gedachten) Linie parallel zu einer Längskante der aufliegenden Werkstofflage, Fig. 3 eine perspektivisch skizzierte Aufsicht auf zwei aufeinandergelegte zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen, wobei hier eine der Werkstofflagen aus zwei in Rohrlängsrichtung aufgelegten Elementen - vorzugsweise Blechen - besteht,
Fig. 3a zeigt eine weitere perspektivisch skizzierte Aufsicht auf zwei aufeinandergelegte zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen , wobei hier eine der Werkstofflagen, nämlich die aufgelegte Werkstofflage aus mehreren, nämlich einer Vielzahl in Rohrumfangsrichtung aufgelegten Elementen- vorzugsweise Blechen - besteht,
Fig. 4 eine perspektivisch skizzierte Aufsicht auf zwei aufeinandergelegte, zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen, wobei eine der Werkstoffiagen aus mehr als einem, nämlich hier zwei aufgelegten Elementen - vorzugsweise Blechen - besteht und hier eine erste Verbindung zwischen den Werkstofflagen dadurch geschaffen wurde, daß die Elemente nach dem Auflegen entlang ihrer Stoßstelle, die zugleich jeweils eine Längskante der Elemente der aufliegenden Werkstofflage bildet, mit der darunterliegenden Werkstofflage verbunden, vorzugsweise verschweißt wurden,
Fig. 5 eine perspektivisch skizzierte Sicht in ein erfindungsgemäßes Mehrlagenrohr von einer Stirnseite her während des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens, nämlich in dem Verfahrensschritt, wo der hierbei gebildete Mehrlagen-Werkstoff mit Hilfe der Biegewalze (Die Biegewalze selbst ist hier ausgeblendet und daher nicht zu sehen!) zum Rohr geformt wird, wobei durch den Druck der Walzen von oben und unten ständig ein Reibschluss zwischen den Werkstofflagen erzeugt wird und bei der Verformung die noch frei gegeneinander verschiebbaren Teile der Werkstofflagen aufgrund der unterschiedlichen Biegeradien von Innenrohr und Außenrohr sich entsprechend dem Verformungsfortschritt frei zueinander verschieben,
Fig. 6 eine perspektivisch skizzierte Sicht in ein erfindungsgemäßes Mehrlagenrohr von einer Stirnseite her während des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens, nämlich in dem Verfahrensschritt, wo nach einem bestimmten Verformungsfortschritt mindestens eine weitere Verbindung zwischen den Werkstofflagen dadurch geschaffen wurde, daß die aufliegende Werkstofflage an zumindest einer weiteren Position miteinander verbunden wurden, Fig. 7 einen perspektivischen Querschnitt durch ein fertiggestelltes erfindungsgemäßes Mehrlagenrohr mit Innen- und Außenlage,
Fig. 8 einen perspektivischen Querschnitt durch ein Mehrlagenrohr mit Innen- und Außenlage in Detailansicht im Bereich der Schweißnaht,
Fig. 9 eine perspektivische Sicht auf das, später das Außenroht bildende, Grundblech mit Anschlagskanten und das, das spätere Innenrohr bildende, Innenblech, und zwar im noch flachen unverarbeiteten Zustand, und
Fig. 10 einen perspektivischen Querschnitt durch ein Mehrlagenrohr nach der vorliegenden Erfindung, wo das Grundblech des Außenrohres Anschlagskanten aufweist und das das Innenrohr bildende Innenblech nach entsprechendem Verformungsfortschritt zwischen diesen Anschlagskanten eingeklemmt ist
Fig. 1 zeigt eine perspektivisch skizzierte Aufsicht auf zwei aufeinandergelegte, zum Mehrlagen- rohr zu kombinierende Werkstofflagen 1, 2.
Fig. 2 zeigt eine perspektivisch skizzierte Aufsicht auf zwei aufeinandergelegte, zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen mit einer ersten Verbindung 3a und 3b - vorzugsweise Schweißung (nämlich an den Punkten 3a, 3b) - zwischen den Werkstofflagen 1, 2 in etwa entlang einer (gedachten) Linie parallel zu einer Längskante 4 der aufliegenden Werkstofflage 1.
Fig. 3 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 aus zwei in Rohrlängsrichtung aufgelegten Elementen Ia, Ib
- vorzugsweise Blechen - besteht.
Fig. 3a zeigt eine weitere perspektivisch skizzierte Aufsicht auf zwei aufeinandergelegte zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen Ia, Ib, ..., In, 2, wobei hier eine der Werkstofflagen, nämlich die aufgelegte Werkstofflage aus einer Vielzahl, nämlich einer endlichen Anzahl - hier n genannt - von in Rohrumfangsrichtung aufgelegten Elementen Ia, Ib In
- vorzugsweise Blechen - besteht. Daß es sich um eine beliebige Anzahl von n aufgelegten Elementen Ia, Ib, ..., In handeln kann, wird dabei in der Zeichnung durch eine gepunktete Linie U angedeutet. Die aufgelegten Elemente Ia, Ib In liegen dabei hier mit ihrer Längskante 4 quer zur Längskante der unterliegenden (^unten Hegenden) Werkstofflage 2, wohingegen sie hier mit ihrer jeweiligen Querkante 4a parallel zur Längskante der unterliegenden (=unten Hegenden) Werkstofflage 2 Hegen. Auch sind die bei dieser Anordnung vorgesehenen jeweiligen ersten Verbindungen 3ai, 3a2, 3bi, 3b2, 3m, 3n2 der auf die Werkstofflage 2 aufgelegten Elemente Ia, Ib
In hier zu sehen.
Fig. 4 zeigt eine perspektivisch skizzierte Aufsicht auf zwei aufeinandergelegte, zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen Ia, Ib, 2, wobei eine der Werkstofflagen aus mehr als einem, nämHch hier zwei aufgelegten Elementen Ia, Ib - vorzugsweise Blechen - besteht und hier eine erste Verbindung 3 zwischen den Werkstofflagen dadurch geschaffen wurde, daß die Elemente Ia, Ib nach dem Auflegen endang ihrer Stoßstelle, die zugleich jeweils eine Längskante der Elemente Ia, Ib der aufliegenden Werkstofflage bildet, mit der darunterHegenden Werkstofflage 2 verbunden, vorzugsweise verschweißt wurden. Hier erfolgte diese Verbindung 3 endang der Stoßstelle und zugleich Längskante durch eine sich über die gesamte Länge der StoßsteUe und zugleich Längskante erstreckende geschlossene Verbindung 3, vorzugsweise Schweißung. Insbesondere ist dabei eine abschnittsweise Verbindung, vorzugsweise Verschweißung mögHch.
Fig. 5 zeigt eine perspektivisch skizzierte Sicht in ein erfindungsgemäßes Mehrlagenrohr 5 von einer Stirnseite her während des erfindungsgemäßen HersteUverfahrens, nämHch in dem Verfahrensschritt, wo der hierbei gebildete Mehrlagen-Werkstoff mit Hilfe der Biegewalze (Die Biegewalze selbst ist hier ausgeblendet und daher nicht zu sehen!) zum Rohr 5 geformt wird, wobei durch den Druck der Waken von oben und unten ständig ein Reibschluss zwischen den Werkstofflagen 1, 2 erzeugt wird und bei der Verformung die noch frei gegeneinander verschiebbaren Teile Ic gegen 2a, sowie Id gegen 2b der Werkstofflagen aufgrund der unter- schiedHchen Biegeradien von Innenrohr 1 und Außenrohr 2 sich entsprechend dem Verformungsfortschritt frei zueinander verschieben. Die erste Verbindung 3a und 3b zwischen den beiden Werkstofflagen 1, 2 erfolgte hier bereits an zwei Punkten 3a, 3b, die entlang einer (gedachten) Linie paraHel zu einer Längskante des sich bildenden Innenrohres 2 - nämHch an den dortigen Endpunkten - Hegen. Im Bereich dieser ersten Verbindung 3a und 3b der Werkstofflagen 1, 2 aber, können sich diese aufgrund ihrer Verbindung 3a und 3b zueinander nun nicht mehr gegeneinander verschieben, sondern bleiben hier gegeneinander fixiert. Fig. 6 zeigt eine perspektivisch skizzierte Sicht in ein erfindungsgemäßes Mehrlagenrohr 5 von einer Stirnseite her während des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens, nämlich in dem Verfahrensschritt, wo nach einem bestimmten Verformungsfortschritt mindestens eine weitere Verbindung - hier zwei weitere Verbindungen - 6a und 6b, hier jeweils als durchgehende oder partiell ausgeführte Schweißnaht ausgeführt, zwischen den Werkstofflagen 1, 2 dadurch geschaffen wurde, daß die aufliegende Werkstofflage 1 an zumindest einer weiteren Position - hier an zwei weiteren Positionen - miteinander verbunden wurden. Hierauf folgend kann sodann das Mehrlagenrohr 5 mit Hilfe der Biegewalze und/oder Anbiegemaschine zu Ende geformt werden (nicht mehr zu sehen), wobei sich nun während dieser Endformung die Werkstofflagen aufgrund der weiteren Verbindungen 6a und 6b nun nicht mehr weiter gegeneinander verschieben, wodurch die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage 1, Ic, Id kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage 2, 2a, 2b gepresst wird
Fig. 7 zeigt sodann einen perspektivischen Querschnitt durch ein fertiggestelltes erfindungsge- mäßes Mehrlagenrohr 5 mit Innenlage (auch Innenrohr, Innenrohrleitung, Innenblech etc. genannt) 1 und Außenlage (auch Außenrohr, Außenrohrleituhg, Grundblech etc. genannt) 2, wobei das Mehrlagenrohr 5 durch eine Schweißung 7 des Außenrohres 2 entlang einer Rorhrnaht 8 und eine Auftrags schweißung 9 des Innenrohres 1 geschlossen wurde.
Fig. 8 zeigt einen perspektivischen Querschnitt durch ein Mehrlagenrohr nach Fig. 7 mit Innenlage 1 und Außenlage 2 in Detailansicht im Bereich der beiden Schweißnähte 7, 9.
Fig. 9 zeigt eine perspektivische Sicht auf das, später das Außenrohr bildende, Grundblech 2 mit Anschlagskanten 10a, 10b und das, das spätere Innenrohr bildende, Innenblech 1, und zwar im noch flachen unverarbeiteten Zustand. Der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff wird mit Hilfe einer Biegewalze zu einem erfindungsgemäßen Mehrlagenrohr geformt, wobei die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage 1 zwischen die Anschlagkanten 10a, 10b geklemmt und so kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage 2 gepresst wird. Hier ist auch zu sehen, daß dabei zwischen den Kanten der aufliegenden Werkstoffkge und den Anschlagkanten 10a, 10b ein Zwischenraum belassen ist, der sich erst rm Verlaufe des Rohrformungsprozesses schließt.
Fig. 10 zeigt einen Querschnitt durch ein Mehrlagenrohr 5 nach der vorliegenden Erfindung, wo das Grundblech des Außenrohres 2 Anschlagskanten 10a, 10b aufweist und das das Innen- röhr bildende Innenblech 1 nach entsprechendem Verformungsfortschritt zwischen diesen Anschlagkanten 10a, 10b eingeklemmt ist, und es so infolge des Biegeprozesses kraftschlüssig in das Außenrohr 1 gepresst wird. Der Zwischenraum zwischen den Kanten der aufliegenden Werkstofflage und den Anschlagkanten 10a, 10b hat sich zuvor bereits geschlossen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Biegewalze, dadurch gekennzeichnet, daß
einzelne zum Mehrlagenrohr (5) zu kombinierende Werkstofflagen (1, 2) aufeinandergelegt werden, und
der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff mit Hilfe der Biegewalze zu einem Mehrlagenrohr (5) geformt wird und in der Endphase der Rohrformung in der Biegewalze und/oder einer nachfolgend zum Einsatz kommenden Anbiegemaschine eine jeweilig als Innenrohr fungierende Werkstofflage (1) kraftschlüssig in eine jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage (2) gepresst wird.
2. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Biegewalze, dadurch gekennzeichnet, daß die als Innenrohr fungierende Werkstofflage (1) beim fertigen Melirlagen- rohr (5) im Querschnitt einen Teilkreis bildet und so vorzugsweise eine Rinne am Fuß des Mehrlagenrohres formt.
3. Verfahren zur HersteEung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Biegewalze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
einzelne zum Mehrlagenrohr (5) zu kombinierende Werkstofflagen (1, 2) aufeinandergelegt werden, hiernach dann eine erste Verbindung (3, 3a und 3b, 3ai und 3a2, 3bi und 3b2, 3ni und
3n2) zwischen den Werkstofflagen (1, 2) dadurch geschaffen wird, daß diese, vorzugsweise in etwa entlang einer Längs-(4) oder Querkante (4a) der aufliegenden Werkstofflage (1) oder vorzugsweise in etwa entlang einer Linie paraEel hierzu miteinander verbunden werden,
der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff mit Hilfe der Biegewalze zum Rohr (5) geformt wird, wobei durch den Druck der Walzen von oben und unten ständig ein Reibschluss zwischen den Werkstofflagen (1, 2) erzeugt wird und bei der Verformung die noch frei gegeneinander verschiebbaren Teile (Ic, Id, 2a, 2b) der Werkstofflagen (1, 2) aufgrund der unterschiedlichen Biegeradien von Innenrohr (1) und Außenrohr (2) sich entsprechend dem Verformungsfortschritt frei zueinander verschieben,
nach einem bestimmten Verformungsfortschritt mindestens eine weitere Verbindung (6a, 6b) zwischen den Werkstofflagen (1, 2) dadurch geschaffen wird, daß die aufliegende Werkstofflage (1) an zumindest einer weiteren Position, vorzugsweise in etwa entlang einer zweiten Längs- (4) oder Querkante (4a) der aufliegenden Werkstofflage (1, Ia, Ib, In) oder vorzugsweise in etwa entlang einer Linie parallel hierzu miteinander verbunden werden, und
sodann das Mehrlagenrohr (5) mit Hilfe der Biegewalze und/oder der Anbiegemaschine zu Ende geformt wird, wobei sich nun während dieser Endformung die Werkstofflagen (1, 2) nicht weiter gegeneinander verschieben, wodurch die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage (1) kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage (2) gepresst wird.
4. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Biegewalze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Verbindung zwischen den Werkstofflagen (1, 2) dadurch geschaffen wird, daß diese entlang einer der Längs- (4) oder Querkanten (4a) der aufliegenden Werkstofflage (1) miteinander verbunden werden, und die mindestens eine weitere Verbindung (6a, 6b) zwischen den Werkstofflagen (1, 2) nach einem bestimmtem Verformungsfortschritt entlang der zweiten Längs- oder Querkante der aufliegenden Werkstofflage (1) erfolgt.
5. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Biegewalze nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine weitere Verbindung (6a, 6b) zwischen den Werkstofflagen (1, 2) nach einem Verformungsfortschritt zwischen 50 % und weniger als 100 % geschaffen wird.
6. Verfahren zur Herstellung eines Doppellagenrohres (5) als Mehrlagenrohr mit einem Außenrohr (2) und einem Innenrohr (1) mit Hilfe einer BiegewaLze nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine weitere Verbindung (6a, 6b) zwischen den Werkstofflagen (1, 2) nach einem Verformungsfortschritt von etwa Ffor [angegeben in Teilen von Hundert] geschaffen wird, und wobei sich Ffor wie folgt ergibt:
-^- • (DA-2- SA~SI)- π • (Z, + l)
F for 1 - 100 (DA - SÄ) -π - (DA-2-SA-SI) -π
mit 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-Modu/) in N/mm2.
7. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Biegewalze nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Werkstofflagen (1, 2) aus mehr als einem aufgelegten Element (Ia, Ib, In) besteht .
8. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Biegewalze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente dabei mit ihrer Längskante in etwa parallel zur Längskante der unterliegenden Werkstofflage gelegt werden und die erste Verbindung (3) zwischen den Werkstofflagen (1, 2) dadurch geschaffen wird, daß die Elemente (Ia, Ib), vorzugsweise Bleche, nach dem Auflegen entlang ihrer Stoßstelle, die zugleich jeweils eine Längskante der Elemente, vorzugsweise Bleche, der aufliegenden Werkstofflage (Ia, Ib) bildet, mit der darunterliegenden Werkstofflage, vorzugsweise dem darunterliegenden Blech, verbunden werden.
9. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Biegewalze nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrlagenrohr (5) durch eine Schweißung (7) des Außenrohres (2) entlang der Rorhrnaht (8) und eine Auftragsschweißung (9) des Innenrohres (1) geschlossen wird.
10. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Biegewalze nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstofflagen (1, 2) an den Stirnseiten des Rohres (5) verbunden werden.
11. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Biegewalze nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Mehrlagenrohr (5) ein Doppellagenrohr hergestellt wird.
12. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Biegewalze nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß Bleche, vorzugsweise Metallbleche und besonders bevorzugterweise Stahlbleche, als Werkstofflage (1, 2) oder Elemente (Ia, Ib, In) der Werkstofflage (1) verwendet werden.
13. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Biegewalze nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Verbindungen (3, 3a und 3b, 3ai und 3a2, 3bi und 3b2, 3ni und 3n2, 6a, 6b) der Werkstofflagen (1, 2) als Schweißung erfolgt.
14. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer BiegewaLze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
einzelne zum Mehrlagenrohr (5) zu kombinierende Werkstofflagen (1, 2) aufeinandergelegt werden, wobei eine als jeweiliges Außenrohr fungierende Werkstofflage (2) ein Grundblech bildet, das in etwa entlang seiner beiden Längskanten oder in etwa parallel hierzu jeweils eine, vorzugsweise aufgeschweißte, Anschlagkante (10a, 10b) aufweist und die aufliegende Werkstofflage (1) lose zwischen diese Anschlagkanten (10a, 10b) zu liegen kommt, und
der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff mit Hilfe der Biegewalze zu einem Mehrlagenrohr (5) geformt wird, wobei die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage (1) zwischen die Anschlagkanten (10a, 10b) geklemmt und in der Endphase der Rohrformung in der Biegewalze und/oder einer nachfolgend zum Einsatz kommenden Anbiegemaschine die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage (1) hierdurch kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage (2) gepresst wird.
15. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Biegewalze nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne zum Mehrlagenrohr (5) zu kombinierende Werkstofflagen (1, 2) aufeinandergelegt werden, wobei zwischen den Kanten der aufliegenden Werkstofflage (1) und den Anschlagkanten ein Zwischenraum belassen wird, der sich erst itn Verlaufe des Rohrformungsprozesses schließt.
16. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Biegewalze nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß
nach Ausformung des Rohrkörpers (5) die jeweilig als Innenrohr fungierende Werkstofflage (1) vermittels Krafteinwirkung in der als Außenrohr fungierenden Werkstofflage (1) verschoben wird, so daß sich eine Steckmuffe bildet, die ein Ineinanderstecken von Rohren (5) erlaubt.
17. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres (5) mit Hilfe einer Biegewalze nach einem der Ansprüche 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrlagenrohr (5) durch eine Schweißung (7) des Außenrohres (2) entlang der Rorhrnaht (8) geschlossen wird.
18. Mehrlagenrohr (5), herstellbar durch ein Verfahren zu nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
19. Mehrlagenrohr (5) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilig innen liegende Werkstofflage (1) gegenüber der jeweils außen liegenden Werkstofflage (2) eine höhere Streckgrenze oder Dehngrenze als diese aufweist.
20. Mehrlagenrohr (5) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Werkstofflage (1, 2) aus Metallblech besteht.
21. Mehrlagenrohr (5) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Werkstofflage (1, 2) aus Stahlblech besteht.
22. Mehrlagenrohr (5) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrlagenrohr als Doppellagenrohr (5) ausgebildet ist, welches zwei Werkstofflagen (1, 2) aus Stahlblech aufweist, wobei die als Innenrohr fungierende Lage Stahlblech (1) einen hohen bis sehr hohen Kohlenstoffanteil aufweist und somit nicht mehr unbedingt schweißbar ist.
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