WO2009043530A2 - Verfahren zur herstellung von rohr-in-rohr-systemen - Google Patents

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    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
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    • B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings
    • B21C37/154—Making multi-wall tubes

Definitions

  • DE 32 32 297 A1 shows a method for connecting nested tubular parts of a heat exchanger and a tool for carrying out the method.
  • a two-piece composite pressing member with axially conical cavity axially over the nested tubular parts moves to the connection of the two longitudinally juxtaposed tubes only in to effect a short, specially designed connection section.
  • a reliable connection is achieved essentially only by positive engagement or an intermediate binding substance.
  • it is not a pipe-in-pipe system in the sense of the present application.
  • DE 1 652 872 C discloses a further method and device for connecting between a cylindrical tube and a connecting part pushed onto it.
  • the connecting member has a circular bore and a polygonal outer surface concentric therewith, the surfaces of which cooperate with the inner sides of a radially compressed die, with either the polygonal inner side of the die or the polygonal outer sides of the connecting member being convexly shaped to provide radial compression of two opposing die portions To cause deformation of the connecting part on the tube circumference, which also results in a positive connection. Again, this is not a pipe-in-pipe system.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned, with the improved properties of tube-in-tube systems of inner tube and outer tube can be achieved.
  • An advantageous procedure for carrying out the method is that the pressing pressure is applied by means of an Impander press with molding tools.
  • the control of the Impander press and the design of the molds, e.g. in their extent over the circumference and length of the pipe system allows for advantageous adaptations to the material and geometry of the pipe system.
  • An advantageous composite tube is thereby obtained by using a relatively thick-walled carrier tube as the outer tube and a thin-walled tube made of a material which is resistant to abrasion and / or chemical action as the inner tube.
  • the figure shows schematically a tube-in-tube system 1 of an outer tube 2 and an inner tube 3 and an impeller means for producing a composite tube from the outer tube 2 and inner tube 3.
  • the inner tube 3 extends over the entire length of the outer tube. 2 or at least a larger part of it.
  • the impeller device has two shaping tools 10 arranged offset in the circumferential direction, which are acted upon by means of at least one respective impingement cylinder 11 with a force K directed radially inward relative to the pipe system 1 in order to generate the pressing pressure for the impositioning process.
  • the Impanderzylinder 11 are suitably controlled in coordination with the pipe system, thereby simultaneously with the impanding and straightening the pipe assembly z.
  • the outer tube 2 for example, a support tube
  • the inner tube 3 for example, a coating tube, or also several tubes pushed into each other and pressed by the external force by means of the molds 10 radially inwardly against each other.
  • the force of the outer tube 2 is pressed onto the inner tube 3, and there is a mechanical bond between the two tubular body.
  • compressive stresses are additionally generated in the materials from the outside, which positively influence the material with regard to the mechanical technological material values, in particular also pipes with a stable, relatively thick-walled outer support tube and against chemical and mechanical influences, such as, for example, corrosion and abrasion.
  • Resistant relatively thin-walled inner tubes can be used to obtain composite tubes, which are optimally adapted to the respective application. It is a non-positive and, if desired and provided with appropriate design, also achieved a positive connection of the two or more tubular body, locally or over the entire length of the pipe. This is done under plastic deformation, in such a way that the diameter is reduced by compression or compression over the entire circumference. In this case, a cold work hardening is achieved. By additional straightening tolerances can be compensated for diameter, ovality and roundness at the same time.
  • the plastic deformation also results in an improvement of the mechanical properties and, moreover, a standardization of the inherent stress situation, for example in the area of welds, is effected.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Rohr-in-Rohr-Systemen (1) aus Außenrohr (2) und Innenrohr (3), bei dem mindestens ein Innenrohr (3) und ein Außenrohr (2) mechanisch durch Ausübung eines Pressdrucks miteinander in Verbindung gebracht werden. Ein stabiler Verbund von Rohr-in-Rohr-Systemen wird dadurch erreicht, dass der Pressdruck von außen auf die Außenseite des Außenrohres (2) aufgebracht wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von Rohr-in-Rohr-Systemen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Rohr-in-Rohr- Systemen aus mindestens einem Innenrohr und einem Außenrohr, bei dem das min- destens eine Innenrohr und das Außenrohr mechanisch durch Ausübung eines Pressdrucks miteinander in Verbindung gebracht werden.
Derartige mechanische Verfahren zur Herstellung von Rohr-in-Rohr-Systemen, bei denen ein äußeres und ein inneres Rohr ineinander gesteckt und mittels eines Pressdrucks miteinander verbunden werden, arbeiten herkömmlicherweise (ohne vorhandenen druckschriftlichen Beleg) mit Expansionsverfahren über hydraulische Innendrucksysteme oder mechanische Expander, mit denen das Innenrohr gegen das Außenrohr gedrückt wird. Dadurch lässt sich das Innenrohr kraftschlüssig gegen die Innenseite des Außenrohrs pressen und ein kraftschlüssiger Verbund erhalten, wobei ausgenutzt werden kann, dass das Außenrohr in der Regel dickwandiger ist und das Trägerrohr bildet, während das Innenrohr dünnwandiger ist und sich leichter verformen lässt. Dabei kann es jedoch zu ungünstigen Zugbeanspruchungen kommen.
Die DE 32 32 297 A1 zeigt ein Verfahren zum Verbinden von ineinander gesteckten rohrförmigen Teilen eines Wärmetauschers und ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens. Hierbei wird nach dem Zusammenstecken der rohrförmigen Teile, von denen eines einen aufgetulpten Abschnitt eines Rohres darstellt, ein aus zwei Hälften zusammengesetztes Presselement mit in axialer Richtung konischem Hohlraum axial über die ineinander gesteckten rohrförmigen Teile bewegt, um die Verbindung der beiden längs aneinandergereihten Rohre lediglich in einem kurzen, besonders ausgestalteten Verbindungsabschnitt zu bewirken. Bei dieser Vorgehensweise wird eine zuverlässige Verbindung jedoch im Wesentlichen nur durch Formschluss oder eine zwischengebrachte Bindesubstanz erreicht. Auch handelt es sich nicht um ein Rohr-in-Rohr-System im Sinne vorliegender Anmeldung.
In der DE 1 652 872 C ist ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden zwischen einem zylindrischen Rohr und einem auf dieses aufgeschobenen Verbindungsteil offenbart. Das Verbindungsteil besitzt eine kreisförmige Bohrung und eine zu dieser konzentrische polygonale Außenseite, deren Flächen mit den Innenseiten eines radial zusammengedrückten Gesenks zusammenwirken, wobei entweder die polygonförmige Innenseite des Gesenks oder die polygonalen Außenseiten des Verbindungsteils konvex geformt sind, um beim radialen Zusammendrücken zweier gegenüberliegender Gesenkabschnitte eine Verformung des Verbindungsteils auf den Rohrumfang zu bewirken, wodurch sich ebenfalls ein Formschluss ergibt. Auch dabei handelt es sich nicht um ein Rohr-in-Rohr-System. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem verbesserte Eigenschaften von Rohr-in-Rohr-Systemen aus Innenrohr und Außenrohr erreicht werden.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass im Zusammenhang mit den im Oberbegriff angegebenen Maßnahmen der Pressdruck von außen auf die Außenseite des Außenrohres aufgebracht wird.
In Untersuchungen der Erfinder hat sich überraschend gezeigt, dass sich mit dieser Vorgehensweise ein stabiler, widerstandsfähiger Rohrverbund erzielen lässt, obwohl in der Regel das außenseitige Trägerrohr für den Pressvorgang gegenüber dem inneren Rohr, beispielsweise einem Beschichtungsrohr, schwerer verformbar ist. Dennoch lassen sich durch die radiale Kompression und Stauchung von der Rohraußenseite mit einer Impanderpresse ein kraftschlüssiger und, soweit erwünscht, zusätzlich auch ein formschlüssiger Verbund erreichen, wobei gegebenenfalls durch die plastische Verformung beim Impandierprozess zudem eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Rohrsystems erhalten wird. Dabei kann gleichzeitig auch eine Vereinheitlichung der Eigenspannungssituation z.B. auch im Schweißnahtbereich bei längsgeschweißten Rohren erzielt werden.
Eine vorteilhafte Vorgehensweise zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, dass der Pressdruck mittels einer Impanderpresse mit Formwerkzeugen aufgebracht wird. Die Steuerung der Impanderpresse und die Auslegung der Formwerkzeuge z.B. in ihrer Ausdehnung über Umfang und Länge des Rohrsystems lässt dabei vorteilhaf- te Anpassungen an Material und Geometrie des Rohrsystems zu.
Für die Steuerung des Impandiervorganges sind dabei ferner die Maßnahmen von Vorteil, dass der Pressdruck mittels mindestens zweier in Umfangsrichtung verteilter Formwerkzeuge auf das Außenrohr aufgebracht wird. Die Innenkontur der Formwerkzeuge ist dabei an die Umfangskontur des Außenrohres in Umfangsrichtung an- gepasst.
Ein vorteilhaftes Verbundrohr wird dabei dadurch erhalten, dass als Außenrohr ein relativ dickwandiges Trägerrohr und als Innenrohr ein dünnwandigeres Rohr aus einem gegen Abrieb und/oder chemische Einwirkung widerstandsfähigen Material eingesetzt wird.
Der Herstellungsprozess des Verbundrohres wird des Weiteren dadurch begünstigt, dass mit der Ausübung des Pressdruckes gleichzeitig die Umfangskontur des Rohrin-Rohr-Systems gerichtet wird.
Aus Untersuchungen der Erfinder hat sich ergeben, dass ein stabiles Rohrsystem dadurch erhalten wird, dass Innenrohr und Außenrohr hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften und/oder ihrer geometrischen Abmessungen in der Weise aufeinander abgestimmt werden, dass sich nach Stauchung durch den aufgebrachten Pressdruck über einen vorgegebenen oder vorgebbaren Stauchweg durch elastische Rückfederung ein kraftschlüssiger Verbund ergibt.
Ferner ist für die Herstellung eines stabilen Rohrverbundes günstig, dass beim Pressvorgang eine plastische Verformung bewirkt wird.
Eine vorteilhafte Anwendung des Verfahrens besteht darin, dass es zum Aufbringen einer dünnwandigen Innenbeschichtung in einem Trägerrohr verwendet wird, um eine geeignete Innenbeschichtung für unterschiedliche Verwendungszwecke herstellen zu können. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Die Fig. zeigt schematisch ein Rohr-in-Rohr-System 1 aus einem Außenrohr 2 und einem Innenrohr 3 sowie eine Impandereinrichtung zum Herstellen eines Rohrverbundes aus dem Außenrohr 2 und Innenrohr 3. Das Innenrohr 3 erstreckt sich dabei über die gesamte Länge des Außenrohres 2 oder zumindest über einen größeren Teil desselben. Die Impandereinrichtung weist vorliegend zwei in Umfangsrichtung versetzt angeordnete Formwerkzeuge 10 auf, die mittels mindestens eines jeweiligen Impanderzylinders 11 mit einer bezüglich des Rohrsystems 1 radial nach innen gerichteten Kraft K beaufschlagt werden, um den Pressdruck für den Impandiervorgang zu erzeugen. Dabei werden die Impanderzylinder 11 in Abstimmung auf das Rohrsystem geeignet gesteuert, wodurch gleichzeitig mit dem Impandierprozess auch ein Richten des Rohrverbundes z. B. auf gleichen Innendurchmesser oder auf gleichen Außendruchmesser vorgenommen werden kann. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Impandiereinrichtung besteht darin, dass in Umfangsrichtung mehr als zwei, z.B. vier Formwerkzeuge angeordnet sind, die mittels jeweils zugeordneter Impanderzylinder 11 mit der erforderlichen, auf das Rohrsystem abgestimmten Presskraft beaufschlagt werden können, wobei auch ein Stauchweg gesteuert werden kann. In axialer Rich- tung des Rohrsystems 1 können ein oder mehrere Formwerkzeuge 10 in Reihe angeordnet sein, die auch mittels mehrerer Impanderzylinder 11 betätigt werden. Auch ist es möglich, ein bzw. mehrere axial in Reihe angeordnete Formwerkzeuge 10 starr zu lagern und die übrigen über Impanderzylinder 11 zu bewegen. Das Außenrohr 2, insbesondere ein Trägerrohr, kann eine mehrfache Wandstärke des Innenrohres 3 aufweisen.
Zum Herstellen des Rohrverbundes werden das Außenrohr 2, beispielsweise ein Trägerrohr, und das Innenrohr 3, beispielsweise ein Beschichtungsrohr, oder auch mehrere Rohre ineinander geschoben und durch die äußere Krafteinwirkung mittels der Formwerkzeuge 10 radial nach innen gegeneinander verpresst. Durch die Krafteinwirkung wird das Außenrohr 2 auf das Innenrohr 3 gedrückt, und es kommt zu einem mechanischen Verbund der beiden Rohrkörper. Mittels des Impandierprozes- ses werden zudem von außen Druckspannungen in den Werkstoffen erzeugt, die das Material hinsichtlich der mechanisch technologischen Werkstoffwerte positiv beeinflussen, wobei insbesondere auch Rohre mit stabilem, relativ dickwandigem äußerem Trägerrohr und gegen chemische und mechanische Einflüsse, wie z.B. Korrosion und Abrieb, beständige relativ dünnwandige Innenrohre verwendet werden kön- nen, um Verbundrohre zu erhalten, die jeweiligen Anwendungsfällen optimal ange- passt sind. Es wird eine kraftschlüssige und, soweit erwünscht und mit entsprechender Ausgestaltung versehen, auch eine formschlüssige Verbindung der zwei oder mehr Rohrkörper erreicht, und zwar lokal oder über die gesamte Rohrlänge. Dies geschieht unter plastischer Verformung, und zwar so, dass sich der Durchmesser durch Kompression oder Stauchung über den gesamten Umfang verringert. Dabei wird auch eine Kaltverfestigung erzielt. Durch zusätzliches Richten können gleichzeitig Toleranzen hinsichtlich Durchmesser, Ovalität bzw. Rundheit ausgeglichen werden.
Durch die plastische Verformung wird auch eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften erhalten, und zudem wird eine Vereinheitlichung der Eigenspan- nungssituation, beispielsweise im Bereich von Schweißnähten, bewirkt.
Durch die Stauchung bzw. Kompression kann ein kraftschlüssiger Verbund des Rohrsystems auch im Hinblick auf unterschiedliche Spannungs-/Dehnungsverläufe der Materialien der Rohrkörper erzielt werden. Dabei kann der Impandierprozess in Abstimmung auf die unterschiedlichen materiellen und geometrischen Eigenschaften der Rohrkörper so gesteuert werden, dass nach elastischer Rückfederung ein unterschiedlicher Spannungszustand durch die elastische Rückfederung der beiden Rohrkörper entsteht, wobei die Rückfederung des Innenrohres 3 stärker ist als die Rückfederung des Außenrohres 2 und durch den größeren Rückfederweg des Innenrohres 3 ein fester Verbund entsteht. Das Verfahren lässt sich damit auch vorteilhaft bei verschiedenen Rohrmaterialien einsetzen, um diese zu einem stabilen Rohrsystem zu verbinden.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Herstellung von Rohr-in-Rohr-Systemen (1) aus Außenrohr (2) und Innenrohr (3), bei dem mindestens ein Innenrohr (3) und ein Außenrohr
(2) mechanisch durch Ausübung eines Pressdrucks miteinander in Verbindung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressdruck von außen auf die Außenseite des Außenrohres (2) auf- gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressdruck mittels einer Impanderpresse mit Formwerkzeugen (10) aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressdruck mittels mindestens zweier in Umfangsrichtung verteilter Formwerkzeuge (10) auf das Außenrohr (2) aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Außenrohr (2) ein Trägerrohr und als Innenrohr (3) ein dünnwandige- res Rohr aus einem gegen Abrieb und/oder chemische Einwirkung widerstandsfähigen Material eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Ausübung des Pressdruckes gleichzeitig die Umfangskontur des Rohr-in-Rohr-Systems (1) gerichtet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Innenrohr (3) und Außenrohr (2) hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften und/oder ihrer geometrischen Abmessungen in der Weise aufeinander abge- stimmt werden, dass sich nach Stauchung durch den aufgebrachten Pressdruck über einen vorgegebenen oder vorgebbaren Stauchweg durch elastische Rückfederung ein kraftschlüssiger Verbund ergibt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Pressvorgang eine plastische Verformung bewirkt wird.
8. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Aufbringen einer dünnwandigen Innenbeschichtung in einem Trägerrohr.
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