WO2022117287A1 - Verfahren zur herstellung von schlitzrohren - Google Patents

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WO2022117287A1
WO2022117287A1 PCT/EP2021/080968 EP2021080968W WO2022117287A1 WO 2022117287 A1 WO2022117287 A1 WO 2022117287A1 EP 2021080968 W EP2021080968 W EP 2021080968W WO 2022117287 A1 WO2022117287 A1 WO 2022117287A1
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bending
flat product
metallic flat
tool
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PCT/EP2021/080968
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Mario THOME
Regine Ahrem
Jochen Vochsen
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Sms Group Gmbh
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    • B21D5/01—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves between rams and anvils or abutments
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing open-seam tubes by forming flat metal products, in particular sheet metal, by gradually forming them in the circumferential direction of the open-seam tube to be produced by a plurality of individual bending steps using at least one bending tool and at least one external lower tool, and a open-seam tube produced according to method according to the invention.
  • Thick-walled tubes for example for pipeline applications or the like, are usually manufactured by gradually forming flat products into a so-called slotted tube, in which the flat product is first formed over its entire length into the slotted tube, also known as the preliminary tube product, and then by inserting a longitudinal seam is welded.
  • the flat product is generally formed in two steps, with a first forming leading to a preliminary product with a polygonal contour. An almost circular contour of the cross section is then achieved in a second step using an expander. With thick-walled pipes, however, there is a risk of overloading the expander tools.
  • the flat product is bent in the above-mentioned formed locally in the first forming step and the finally desired shape of the workpiece is obtained by sequentially connecting many such forming operations.
  • a device and a method for forming flat products into slotted tubes or tube pre-products are known, for example, from DE 10 2011 009 660 A1.
  • the device comprises at least one internal forming tool for at least gradual forming of the flat product in the circumferential direction of the cross-section of the slotted tube or tubular pre-product to be produced, and at least one external forming tool for forming the flat product from the outside, with at least one light source and at least one receiver for measuring at least the slotted tube or Pipe precursor inner contour are connected to at least one internal forming tool.
  • such a device By continuously tracking the results of contour measurements of individual forming steps, such a device allows efficient process management and controlled forming of the starting materials into the open-seam tubes with defined contours or shapes in such a way that deviations can be compensated for much more quickly and precisely and the formed sheet metal structures can be manufactured much more reliably and precisely .
  • this type of control requires knowledge of the current pipe contour, which is recorded by the light-measuring systems. These have to be accommodated in the respective tools in a complex manner.
  • the Chinese patent application CN 110102607 A discloses a method for producing slotted tubes using the so-called JCO process.
  • a sequence of bending steps is determined for a tube, with each individual step of the multitude of bending steps being repeated several times starting from a "safe" offset, until a previously calculated distance of the step center to a point near the edge is reached or .until the measuring bridge used shows a pre-calculated radius. All subsequent slotted tubes are then manufactured on the basis of this sequence.
  • the object of the present invention is to provide a method for the production of slotted tubes which is improved compared to the prior art, in particular to provide a method for the production of slotted tubes which allows regulation over the entire circumference.
  • the object is achieved by a method having the features of claim 1.
  • the method according to the invention for the production of slotted tubes from metallic flat products, in particular sheet metal it is provided that these are gradually deformed in the circumferential direction of the slotted tube to be produced by a plurality of individual bending steps using at least one bending tool and at least one external lower tool; firstly a plurality of positions of individual bending steps as well as the immersion depth of the bending tool are precalculated and on the basis of this precalculation the metallic flat product is then gradually formed into the slotted tube.
  • the method is characterized in that after each of the plurality of bending steps, a setpoint/actual value distance comparison is carried out at at least one position along the longitudinal extent of the metallic flat product between the two edges and/or between one of the two edges and the axial center line of the metallic flat product and, if there is a deviation, a correction algorithm is used to determine a correction value for the subsequent bending step, by which the immersion depth for the bending tool is then adapted.
  • the entire inner contour or a section of the inner contour is not recorded, as is usual in the prior art, but the behavior of the edges of the metallic flat product during the molding process to the slotted tube is controlled step by step by measuring the edge distance between both edges and /or the distance between one of the two edges and the axial center line of the metallic flat product is determined after each of the plurality of bending steps.
  • a laser sensor system with a laser source and a laser detector and/or a computer-aided camera can advantageously be used, which carries out the distance measurement using a suitable evaluation program.
  • the distance between the two edges and/or the distance between one of the two edges and the axial center line of the metallic flat product can be determined by ultrasound after each of the multiple bending steps.
  • the target distance values for the entire forming process can be determined by precalculating the majority of positions of the individual bending steps and the respective required immersion depths. If there is a deviation, a correction algorithm can be used to determine a correction value for the subsequent bending step on the basis of this target position and the actual positions then determined, by which the required immersion depth for the bending tool is then adapted.
  • a further advantage of the method according to the invention is that the correction can already be carried out after the first bending step, which is carried out using the bending tool, and thus one step earlier compared to the methods known from the prior art.
  • this enables step-by-step real-time control, which ensures particularly high contour accuracy over the entire circumference.
  • the high contour fidelity has a particularly advantageous effect the ovality, which can be kept in a particularly narrow parameter window as a result of the constant process control.
  • the expander tools can be loaded more evenly, particularly in the case of thick-walled tubes with wall thicknesses of at least 6.0 mm, preferably at least 15.0 mm, more preferably at least 20.0 mm or more that the risk of overloading them is reduced.
  • edge is understood to mean an end face of the flat metal product which extends along the longitudinal extent of the flat metal product.
  • the at least one edge, preferably both edges, of the metallic flat product can in principle be designed as a straight edge, including one perpendicular to one of the two lateral surfaces of the metallic Flat product trained end face is understood. Such an edge then has two edge points that can be detected by sensors.
  • the at least one, more preferably both edges, of the metallic flat product has a geometry optimized for the subsequent welding process, which comprises two, three or n partial end faces, with two partial end faces adjacent to one another enclosing an angle.
  • An edge formed in this way then has at least three, four, or n edge points that can be detected by sensors in order to determine the distances between the two edges and/or between one of the two edges and the axial center line of the metallic flat product.
  • Which of the edge points are then considered in relation to each other can vary from step to step depending on the accessibility or recognizability of these by a laser sensor system and/or a computer-aided camera unit.
  • the present method is suitable for a particularly wide range of production.
  • the metallic flat products therefore advantageously have a width of 0.2 to 10 m, more preferably a width of 0.8 to 8 m, and most preferably a width of 1.0 to 6.0 m, and a thickness of 5.0 to 100 mm, more preferably a thickness of 6.0 to 50 mm.
  • width is understood to mean the radial extent of the metallic flat product along which the slotted tube to be produced is formed by the majority of the bending steps.
  • the setpoint/actual value distance comparison is carried out at at least two, more preferably at least three, even more preferably at several positions along the longitudinal extension of the metallic flat product between the two edges and/or between one of the two edges and the axial center line of the metallic Made flat product, so that an independent regulation is made possible in sections over the axial length of the slotted tube to be produced.
  • the measurement results of the actual value distance between the two edges and/or between one of the two edges and the axial center line of the metallic flat product are transmitted to a control unit, which then carries out the setpoint/actual value distance comparison and, in the event of a deviation, by means of a correction value for the subsequent bending step is determined by the correction algorithm, as a result of which the control unit controls and regulates fully automatic forming of the metallic flat product into the slotted tube.
  • the actual value distance between the two edges and/or one of the two edges and the axial center line is particularly advantageously carried out by a laser sensor system and/or a computer-aided camera unit, which is particularly preferably connected to the control unit via signals.
  • the present invention also relates to a slotted tube produced by the method according to the invention.
  • Figure 2 shows the measuring principle according to the invention in a first
  • FIG. 3 shows the measuring principle according to the invention in a second
  • FIGS. 5a to 5c show results from a first practical example.
  • the basic principle for producing a slotted tube 1 from a metallic flat product 2 is shown with reference to FIGS. 1a to 1h using eight individual working or bending steps.
  • the metallic flat product 2 is formed step by step in the circumferential direction of the slotted tube 1 to be produced by a plurality of individual bending steps using at least one bending tool 3 and two external lower tools 4 .
  • step a the flat product 2 is presented with already preformed edge regions 5a, 5b.
  • the edge regions 5a, 5b are usually formed in advance by means of a non-illustrated forming press.
  • step b) shows, the forming process begins by threading the metallic flat product 2 between two counter bearings 4a, 4b of the lower tool 4 and the bending tool 3, which includes a shank 3a and a bending punch 3b.
  • the bending tool 3 can be displaced between the two counter bearings 4a, 4b in strokes essentially perpendicularly towards the flat product 2.
  • the insertion then takes place through the interaction of the counter bearings 4a, 4b and the bending punch 3b local deformations into the flat product 2.
  • steps a) to d) While in steps a) to d) the first side of the flat product 2 is deformed into a slotted tube cross-section, in steps e) to h) the gradual deformation of the right-hand side of the flat product 2 is the slotted tube 1 shown.
  • Both forming processes usually take place as a series of a large number of local forming steps inward from the side edges 5a, 5b.
  • FIG. 2 shows an embodiment variant of the measuring principle.
  • the laser sensor system 8 detects a detectable edge point 9a, 9b of the respective edge 6a, 6b.
  • each of the edges 6a, 6b of the metallic flat product has a plurality of partial end faces 10a, 10b.
  • two mutually adjacent partial end faces 10a, 10b enclose an angle and each form an edge point 9a, 9b, which can be detected by the laser sensor system 8 in order to measure the actual distance between the two edges 6a, 6b and/or between one of the two edges 6a and the axial center line 7 of the metallic flat product 2 to be determined.
  • a metal sheet with the dimensions (L x W x H) 10000 x 2554 x 12.7 mm had a yield point of 600 MPa.
  • a universal bending die with a radius of 120 mm was used as the bending die.
  • edge areas were then first formed in a conventional manner using a forming press.
  • the sheet metal was then threaded between the bending tool and the lower tool with two counter bearings, whereupon the individual bending steps 1 to 17 were carried out as calculated (FIG. 3a). Since the sheet metal is not ideal over the area in terms of material thickness as well as in terms of its yield point, as assumed in the pre-calculation, the entire forming process in the comparative example resulted in a deviation of over 3% in the slot width.
  • a setpoint/actual value distance comparison took place.
  • the distance between the two edge points 9a, 9b and also between the edge point 9a and the center line 7 was determined using the laser sensor system, as shown in FIGS.
  • the determined distances were compared with the previously calculated target distances, whereupon a correction value for the subsequent second bending step was determined using a correction algorithm (see FIG. 5a).
  • the immersion depth of the second bending step was then increased by the correction value adjusted as shown in Figure 5a.
  • the subsequent bending steps 3 to 17 were carried out in the same way.
  • Table 1 shows the results from the comparative example and the example according to the invention against the background of the theoretically calculated values. As can be seen from Table 1, the positive influence of the method according to the invention on the contour of the slotted tube can be clearly seen.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Schlitzrohren (1) aus metallischen Flachprodukten (2), insbesondere Blechen, indem diese in Umfangsrichtung des zu erzeugenden Schlitzrohres (1) durch eine Mehrzahl einzelner Biegeschritte mittels zumindest eines Biegewerkzeugs (3) und zumindest eines außenliegenden Unterwerkzeugs (4) schrittweise umgeformt werden; wobei zunächst eine Mehrzahl von Positionen einzelner Biegeschritte sowie der Eintauchtiefe des Biegewerkzeugs (3) vorausberechnet und auf Basis dieser Vorausberechnung das metallische Flachprodukt (2) sodann zu dem Schlitzrohr (1) schrittweise umgeformt wird, wobei nach jedem der Mehrzahl von Biegeschritten ein Sollwert-Istwert-Abstandsabgleich an zumindest einer entlang der Längserstreckung des metallischen Flachprodukts (2) angeordneten Position zwischen beiden Kanten (6a, 6b) und/oder zwischen einer der beiden Kanten (6a) und der axialen Mittellinie (7) des metallischen Flachprodukts (2) durchgeführt und bei einer Abweichung mittels eines Korrektur-Algorithmus ein Korrekturwert für den nachfolgenden Biegeschritt ermittelt wird, um den sodann die Eintauchtiefe für das Biegewerkzeug (3) adaptiert wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von Schlitzrohren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schlitzrohren durch Umformen metallischer Flachprodukte, insbesondere von Blechen, indem diese in Umfangsrichtung des zu erzeugenden Schlitzrohres durch eine Mehrzahl einzelner Biegeschritte mittels zumindest eines Biegewerkzeugs und zumindest eines außenliegenden Unterwerkzeugs schrittweise umgeformt werden sowie ein Schlitzrohr hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Herstellung von dickwandigen Rohren, beispielsweise für Pipeline- Anwendungen oder dergleichen, erfolgt üblicherweise durch schrittweises Umformen von Flachprodukten zu einem so genannten Schlitzrohr, indem das Flachprodukt zunächst über seine gesamte Länge zu dem Schlitzrohr, auch Rohrvorprodukt genannt, umgeformt und anschließend durch Einbringen einer Längsnaht verschweißt wird.
Die Umformung des Flachprodukts erfolgt in der Regel in zwei Schritten, wobei eine erste Umformung zu einem Vorprodukt mit einer polygonartigen Kontur führt. Eine nahezu kreisrunde Kontur des Querschnitts wird dann in einem zweiten Schritt mittels eines Expanders erreicht. Bei dickwandigen Rohren besteht dann allerdings die Gefahr, die Expanderwerkzeuge zu überlasten.
Mittels des Biegewerkzeugs und zwei Gegenlagern oder Unterwerkzeugen, beispielsweise in der Form von Unterbalken, wird das Flachprodukt in dem o. g. ersten Umformschritt lokal umgeformt und durch Hintereinanderschaltung vieler derartiger Umformoperationen die letztendlich gewünschte Form des Werkstücks erlangt.
Diese Umformung erfolgt typischerweise auf Basis von Erfahrungswerten und einer mathematischen Betrachtung hiervon. Da die jeweiligen metallischen Flachprodukte lokal unterschiedliche Festigkeiten und demnach ein entsprechend unterschiedliches Umformverhalten aufweisen, stellt eine industrielle Fertigung derartiger Schlitzrohre aufgrund der diversen Störgrößen, wie beispielsweise Blechdicken- und Chargenschwankungen, einen ausgesprochen komplexen Prozess dar.
Es besteht daher in der Fachwelt weiterhin der Wunsch, derartige komplexe Umform prozesse zu automatisieren, um Rohrquerschnitte mit einer möglichst geringen Abweichung von der gewünschten Kontur, vorzugsweise Rundheit des Querschnitts, als auch einer gewünschten Form über die gesamte Länge herstellen zu können.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Umformen von Flachprodukten in Schlitzrohre oder Rohrvorprodukte ist beispielsweise aus der DE 10 2011 009 660 A1 bekannt. Die Vorrichtung umfasst wenigstens ein Innenumformwerkzeug für ein zumindest schrittweises Umformen des Flachproduktes in Umfangsrichtung des zu erzeugenden Schlitzrohr- oder Rohrvorprodukt-Querschnitts sowie wenigstens ein Außenumformwerkzeug zur Umformung des Flachproduktes von außen, wobei wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens ein Empfänger zur Messung zumindest der Schlitzrohr- oder Rohrvorprodukt-Innenkontur mit zumindest einem Innenumformwerkzeug verbunden sind. Durch kontinuierliche Nachverfolgung der Ergebnisse aus Konturmessungen einzelner Umformschritte erlaubt eine derartige Vorrichtung eine effiziente Verfahrensführung und eine kontrollierte Umformung der Ausgangsmatenalien zu den Schlitzrohren mit definierten Konturen oder Formen derart, dass Abweichungen viel schneller und genauer kompensiert und die umgeformten Blechstrukturen wesentlich zuverlässiger und genauer hergestellt werden können. Allerdings setzt diese Art der Regelung die Kenntnis der aktuellen Rohrkontur voraus, die über die Licht- Mess-Systeme erfasst wird. Diese müssen aufwendig in den jeweiligen Werkzeugen untergebracht werden. Weiterhin offenbart die chinesische Patentanmeldung CN 110102607 A ein Verfahren zur Herstellung von Schlitzrohren nach dem sog. JCO-Prozess. Bei diesem Verfahren wird für ein Rohr eine Sequenz mit Biegeschritten ermittelt, wobei jeder einzelne Schritt der Vielzahl von Biegeschritte von einer „sicheren“ Einpresstiefe ausgehend mehrmals wiederholt wird, bis ein zuvor berechneter Abstand der Schrittmitte zu einem Punkt in der Nähe der Kante erreicht ist bzw. bis die verwendete Messbrücke einen vorausberechneten Radius anzeigt. Auf Basis dieser Sequenz werden sodann alle nachfolgenden Schlitzrohre hergestellt.
Ausgehend hiervon ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung von Schlitzrohren bereitzustellen, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Schlitzrohren bereitzustellen, das eine Regelung über den gesamten Umfang erlaubt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Schlitzrohren aus metallischen Flachprodukten, insbesondere Blechen, ist vorgesehen, dass diese in Umfangsrichtung des zu erzeugenden Schlitzrohres durch eine Mehrzahl einzelner Biegeschritte mittels zumindest eines Biegewerkzeugs und zumindest eines außenliegenden Unterwerkzeugs schrittweise umgeformt werden; wobei zunächst eine Mehrzahl von Positionen einzelner Biegeschritte sowie der Eintauchtiefe des Biegewerkzeugs vorausberechnet und auf Basis dieser Vorausberechnung das metallische Flachprodukt sodann zu dem Schlitzrohr schrittweise umgeformt wird.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem der Mehrzahl von Biegeschritten ein Sollwert-Istwert-Abstandsabgleich an zumindest einer entlang der Längserstreckung des metallischen Flachprodukts angeordneten Position zwischen beiden Kanten und/oder zwischen einer der beiden Kanten und der axialen Mittellinie des metallischen Flachprodukts durchgeführt und bei einer Abweichung mittels eines Korrektur-Algorithmus ein Korrekturwert für den nachfolgenden Biegeschritt ermittelt wird, um den sodann die Eintauchtiefe für das Biegewerkzeug adaptiert wird.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nicht, wie im Stand der Technik üblich, die gesamte Innenkontur oder ein Innenkontur-Ausschnitt erfasst, sondern es wird das Verhalten der Kanten des metallischen Flachprodukts während des Einform prozesses zu dem Schlitzrohr schrittweise kontrolliert, indem der Kantenabstand beider Kanten und/oder der Abstand zwischen einer der beiden Kanten und der axialen Mittellinie des metallischen Flachprodukts nach jedem der Mehrzahl von Biegeschritte ermittelt wird. Hierzu kann vorteilhafterweise eine Lasersensorik mit einer Laserquelle und einem Laserdetektor und/oder eine computergestützte Kamera verwendet werden, die über ein geeignetes Auswerteprogramm die Abstandsmessung durchführt. Ergänzend und/oder alternativ kann der Kantenabstand beider Kanten und/oder der Abstand zwischen einer der beiden Kanten und der axialen Mittellinie des metallischen Flachprodukts nach jedem der Mehrzahl von Biegeschritte per Ultraschall ermittelt werden. Durch die Vorausberechnung der Mehrzahl von Positionen der einzelnen Biegeschritte sowie der jeweiligen erforderlichen Eintauchtiefen können die Sollabstandswerte für den gesamten Einformprozess ermittelt werden. Auf Basis dieser Soll- und der sodann ermittelten Ist-Positionen kann bei einer Abweichung mittels eines Korrektur-Algorithmus ein Korrekturwert für den nachfolgenden Biegeschritt ermittelt werden, um den sodann die erforderliche Eintauchtiefe für das Biegewerkzeug adaptiert wird. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Korrektur bereits nach dem ersten Biegeschritt, der mittels des Biegewerkzeugs durchgeführt wird, und somit, im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, einen Schritt früher vorgenommen werden kann. Dies ermöglicht insgesamt eine Schritt-zu-Schritt Echtzeitregelung, die eine besonders hohe Konturtreue über den gesamten Umfang gewährleistet. Die hohe Konturtreue wirkt sich besonders vorteilhaft auf die Ovalität aus, die infolge der ständigen Prozessregelung in einem besonders engem Parameterfenster gehalten werden kann.
Dadurch, dass nun eine Konturtreue über den gesamten Umfang des Schlitzrohres ermöglicht wird, können die Expanderwerkzeuge, insbesondere bei dickwandigen Rohren mit Wandstärken von zumindest 6.0 mm, vorzugsweise von zumindest 15.0 mm, mehr bevorzugt von zumindest 20.0 mm oder mehr, gleichmäßiger belastet werden, so dass die Gefahr einer Überlastung dieser reduziert wird.
Aufgrund der hohen Konturtreue über den gesamten Umfang ist zudem keine Wiederholung der einzelnen Biegeschritte erforderlich. Vorteilhafterweise ist daher vorgesehen, dass jeder der Mehrzahl der Biegeschritte ein einziges Mal durchgeführt wird. Dies erlaubt besonders hohe Taktzeiten bei der Fertigung.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Unter dem Begriff der Kante wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Stirnfläche des metallischen Flachprodukts verstanden, die sich entlang der Längserstreckung des metallischen Flachprodukts erstreckt.
Die zumindest eine Kante, bevorzugt beiden Kanten, des metallischen Flachprodukts kann grundsätzlich als gerade Kante ausgebildet sein, worunter eine senkrecht zu einer der beiden Mantelflächen des metallischen Flachproduktes ausgebildete Stirnfläche verstanden wird. Eine derartige Kante weist sodann zwei Kantenpunkte auf, die sensorisch erfasst werden können.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist jedoch vorgesehen, dass die zumindest eine, mehr bevorzugt beiden Kanten, des metallischen Flachprodukts eine für den nachfolgenden Schweißprozess optimierte Geometrie aufweist, die zwei, drei oder n-Teilstirnflächen umfasst, wobei jeweils zwei zueinander benachbarte Teilstirnflächen einen Winkel einschließen. Eine derart ausgebildete Kante weist sodann zumindest drei, vier, oder n-Kantenpunkte auf, die sensorisch erfasst werden können, um die Abstände zwischen den beiden Kanten und/oder zwischen einer der beiden Kanten und der axialen Mittellinie des metallischen Flachprodukts zu ermitteln. Welche der Kantenpunkte sodann zueinander betrachtet werden, kann in Abhängigkeit der Zugänglichkeit bzw. Erkennbarkeit dieser von einer Lasersensorik und/oder einer computergestützten Kameraeinheit von Schritt zu Schritt variieren.
Das vorliegende Verfahren ist für ein besonders breites Produktionsspektrum geeignet. Vorteilhafterweise weisen die metallischen Flachprodukte daher eine Breite von 0.2 bis 10 m, mehr bevorzugt eine Breite von 0.8 bis 8 m, und am meisten bevorzugt eine Breite von 1.0 bis 6.0 m, sowie eine Dicke von 5.0 bis 100 mm, mehr bevorzugt eine Dicke von 6.0 bis 50 mm auf.
Unter dem Begriff der Breite wird im Sinne der vorliegenden Erfindung die radiale Erstreckung des metallischen Flachproduktes verstanden, entlang das zu erzeugende Schlitzrohr durch die Mehrzahl der Biegeschritte gebildet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird der Sollwert-Istwert- Abstandsabgleich an zumindest zwei, mehr bevorzugt an zumindest drei, noch mehr bevorzugt an mehreren entlang der Längserstreckung des metallischen Flachprodukts angeordneten Positionen zwischen den beiden Kanten und/oder zwischen einer der beiden Kanten und der axialen Mittellinie des metallischen Flachprodukts vorgenommen, so dass eine unabhängige Regelung sektionsweise über die axiale Länge des zu erzeugenden Schlitzrohres ermöglicht wird.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Messergebnisse des Istwert-Abstands zwischen den beiden Kanten und/oder zwischen einer der beiden Kanten und der axialen Mittellinie des metallischen Flachprodukts an eine Steuerungseinheit übertragen und von dieser sodann der Sollwert-Istwert-Abstandsabgleich durchgeführt und bei einer Abweichung mittels des Korrektur-Algorithmus ein Korrekturwert für den nachfolgenden Biegeschritt ermittelt wird, wodurch die Steuerungseinheit eine vollautomatische Umformung des metallischen Flachproduktes in das Schlitzrohr steuert und regelt.
Besonders vorteilhaft wird der Istwert-Abstand zwischen den beiden Kanten und/oder einer der beiden Kanten und der axialen Mittellinie von einer Lasersensorik und/oder einer computergestützten Kameraeinheit durchgeführt, die besonders bevorzugt mit der Steuerungseinheit signaltechnisch verbunden ist.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung zudem ein Schlitzrohr hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand von Figuren und Beispielen näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren und/oder Beispielen erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren bzw. die Beispiele und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen: Figuren 1a bis 1 h eine Darstellung einzelner Arbeitsschritte eines Umform prozesses zur Herstellung eines Schlitzrohres,
Figur 2 das erfindungsgemäße Messprinzip in einer ersten
Ausführungsvariante,
Figur 3 das erfindungsgemäße Messprinzip in einer zweiten
Ausführungsvariante,
Figuren 4a bis 4c geometrische Ergebnisse bei idealen Voraussetzungen für ein Blech mit einer vorgegebenen Wanddicke und einer vorgegebenen Streckgrenze unter der Annahme, dass diese konstant sind,
Figuren 5a bis 5c Ergebnisse aus einem ersten Praxisbespiel.
Anhand der Figuren 1a bis 1 h wird das Grundprinzip zur Herstellung eines Schlitzrohres 1 aus einem metallischen Flachprodukt 2 anhand von acht einzelnen Arbeits- bzw. Biegeschritten gezeigt. Das metallische Flachprodukt 2 wird dabei in Umfangsrichtung des zu erzeugenden Schlitzrohres 1 durch eine Mehrzahl einzelner Biegeschritte mittels zumindest eines Biegewerkzeugs 3 und zweier außenliegender Unterwerkzeuge 4 schrittweise umgeformt.
In Schritt a) wird das Flachprodukt 2 mit bereits vorumgeformten Kantenbereichen 5a, 5b dargestellt. Die Kantenbereiche 5a, 5b werden üblicherweise vorab mittels einer nicht dargestellten Umformpresse gebildet. Wie Schritt b) zeigt, beginnt der Umformvorgang durch Einfädeln des metallischen Flachprodukts 2 zwischen zwei Gegenlager 4a, 4b des Unterwerkzeugs 4 und das Biegewerkzeug 3, das einen Schaft 3a und einen Biegestempel 3b umfasst. Das Biegewerkzeug 3 kann hubweise im Wesentlichen senkrecht auf das Flachprodukt 2 hin zwischen die beiden Gegenlager 4a, 4b verschoben werden. Im Zusammenwirken der Gegenlager 4a, 4b sowie des Biegestempels 3b erfolgt dann die Einbringung lokaler Umformungen in das Flachprodukt 2. Während in den Arbeitsschritten a) bis d) die Umformung der ersten Seite des Flachprodukts 2 zu einem Schlitzrohr- Querschnitt erfolgt, wird in den Schritten e) bis h) die schrittweise Umformung der rechten Seite des Flachprodukts 2 zu dem Schlitzrohr 1 dargestellt. Beide Umformprozesse erfolgen üblicherweise als Aneinanderreihung einer Vielzahl von lokalen Umformschritten von den Seitenkanten 5a, 5b aus nach innen.
In Figur 2 ist eine Ausführungsvariante des Messprinzips dargestellt. Wie anhand der Darstellung erkennbar, wird nach jedem der durchgeführten Biegeschritte, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, über eine Lasersensorik 8 eine Messung durchgeführt, um den Ist-Abstand zwischen beiden Kanten 6a, 6b und/oder zwischen einer der beiden Kanten 6a und der axialen Mittellinie 7 des metallischen Flachprodukts 2 zu ermitteln. Die Lasersensorik 8 erfasst hierbei jeweils einen erfassbaren Kantenpunkt 9a, 9b der jeweiligen Kante 6a, 6b.
In Figur 3 ist eine weitere Ausführungsvariante des Messprinzips dargestellt. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsvariante weist jede der Kanten 6a, 6b des metallischen Flachproduktes mehrere Teilstirnflächen 10a, 10b auf. Wie anhand der Darstellung erkennbar, schließen jeweils zwei zueinander benachbarte Teilstirnflächen 10a, 10b einen Winkel ein und bilden jeweils einen Kantenpunkt 9a, 9b, der von der Lasersensorik 8 erfasst werden kann, um den Ist-Abstand zwischen beiden Kanten 6a, 6b und/oder zwischen einer der beiden Kanten 6a und der axialen Mittellinie 7 des metallischen Flachprodukts 2 zu ermitteln.
Beispiele
Vergleichsbeispiel:
Zur Herstellung eines Schlitzrohres mit einem Außendurchmesser von 813 mm, einer Wanddicke von 12.7 mm und einer Länge von 10 m wurde ein Blech mit den Abmessungen (L x B x H) 10000 x 2554 x 12.7 mm bereitgestellt, das eine Streckgrenze von 600 MPa aufwies. Als Biegestempel wurde ein Universalbiegestempel mit einem Radius von 120 mm verwendet.
Auf Basis der Abmessungen, der Streckgrenze des Materials, des Radius des verwendeten Biegestempels sowie der Unterwerkzeuge, des Unterwerkzeugabstands sowie der E-Modul Parameter wurde die Anzahl der einzelnen Biegeschritte und die entsprechenden Eintauchtiefen (Fig. 4a) vorausberechnet. Für ein Schlitzrohr mit einer Soll-Schlitzweite von 200.3 mm wurden 17 Biegeschritte ermittelt.
Sodann wurden zunächst die Kantenbereiche mittels einer Umformpresse in herkömmlicher Weise gebildet. Anschließend wurde das Blech zwischen das Biegewerkzeug und das Unterwerkzeug mit zwei Gegenlagern eingefädelt, woraufhin die einzelnen Biegeschritte 1 bis 17 wie berechnet (Fig. 3a) durchgeführt worden sind. Da das Blech über die Fläche in Bezug auf die Materialdicke als auch in Bezug auf seine Streckgrenze nicht ideal ist, wie dies in der Vorausberechnung angenommen wird, führte der gesamte Umformprozess in dem Vergleichsbeispiel zu einer Abweichung von über 3 % bei der Schlitzweite.
Erfindungsgemäßes Beispiel:
Im Unterschied zu dem Vergleichsbeispiel erfolgte bereits nach dem ersten Biegeschritt, der auf Basis der vorausberechneten Eintauchtiefe von 18 mm durchgeführt worden ist (siehe Fig. 5a), ein Sollwert-Istwert-Abstandsabgleich. Hierzu wurde zwischen den beiden Kantenpunkten 9a, 9b sowie zusätzlich zwischen dem Kantenpunkt 9a und der Mittellinie 7 der Abstand mittels der Lasersensorik ermittelt, wie dies in Figur 2 und 3 gezeigt ist. Die ermittelten Abstände wurden mit den zuvor berechneten Soll-Abständen verglichen, woraufhin mittels eines Korrektur-Algorithmus ein Korrekturwert für den nachfolgenden zweiten Biegeschritt ermittelt worden ist (siehe Fig. 5a). Die Eintauchtiefe des zweiten Biegeschrittes wurde sodann um den Korrekturwert angepasst, wie in Figur 5a gezeigt. Die nachfolgenden Biegeschritte 3 bis 17 wurden in gleicher Weise durchgeführt.
In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die Ergebnisse aus dem Vergleichs- und dem erfindungsgemäßen Beispiel vor dem Hintergrund der theoretisch berechneten Werte dargestellt. Wie der Tabelle 1 zu entnehmen, ist der positive Einfluss des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Kontur des Schlitzrohres deutlich zu erkennen.
Tab. 1 :
Figure imgf000013_0001
Bezugszeichenliste
1 Schlitzrohr
2 Flachprodukt
3 Biegewerkzeug
3a Schaft
3b Biegestempel
4 Unterwerkzeug
4a Gegenlager
4b Gegenlager
5a Kantenbereich
5b Kantenbereich
6a Kante
6b Kante
7 Mittellinie
8 Lasersensorik
9a Kantenpunkt
9b Kantenpunkt
10a Teilstirnfläche
10b Teilstirnfläche

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zur Herstellung von Schlitzrohren (1 ) aus metallischen Flachprodukten (2), insbesondere Blechen, indem diese in Umfangsrichtung des zu erzeugenden Schlitzrohres (1 ) durch eine Mehrzahl einzelner Biegeschritte mittels zumindest eines Biegewerkzeugs (3) und zumindest eines außenliegenden Unterwerkzeugs (4) schrittweise umgeformt werden; wobei zunächst eine Mehrzahl von Positionen einzelner Biegeschritte sowie der Eintauchtiefe des Biegewerkzeugs (3) vorausberechnet und auf Basis dieser Vorausberechnung das metallische Flachprodukt (2) sodann zu dem Schlitzrohr (1 ) schrittweise umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem der Mehrzahl von Biegeschritten ein Sollwert-Istwert- Abstandsabgleich an zumindest einer entlang der Längserstreckung des metallischen Flachprodukts (2) angeordneten Position zwischen beiden Kanten (6a, 6b) und/oder zwischen einer der beiden Kanten (6a) und der axialen Mittellinie (7) des metallischen Flachprodukts (2) durchgeführt und bei einer Abweichung mittels eines Korrektur-Algorithmus ein Korrekturwert für den nachfolgenden Biegeschritt ermittelt wird, um den sodann die Eintauchtiefe für das Biegewerkzeug (3) adaptiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die zumindest eine Kante (6a, 6b) zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei, mehr bevorzugt zumindest vier, noch mehr bevorzugt zumindest n-Kantenpunkte (9a, 9b) aufweist, anhand derer der Sollwert-Istwert-Abstandsabgleich an zumindest einer entlang der Längserstreckung des metallischen Flachprodukts (2) angeordneten Position zwischen den beiden Kanten (6a, 6b) und/oder zwischen einer der beiden Kanten (6a) und der axialen Mittellinie (7) des metallischen Flachprodukts (2) durchgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sollwert-Istwert- Abstandsabgleich an zumindest zwei, vorzugsweise an zumindest drei, mehr bevorzugt an mehreren entlang der Längserstreckung des metallischen Flachprodukts (2) angeordneten Positionen zwischen den beiden Kanten (6a, 6b) und/oder zwischen einer der beiden Kanten (6a) und der axialen Mittellinie (7) des metallischen Flachprodukts (2) vorgenommen wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messergebnisse des Istwert-Abstands zwischen den beiden Kanten (6a, 6b) und/oder zwischen einer der beiden Kanten (6a) und der axialen Mittellinie (7) des metallischen Flachprodukts (2) an eine Steuerungseinheit übertragen und von dieser sodann der Sollwert-Istwert-Abstandsabgleich durchgeführt und bei einer Abweichung mittels des Korrektur-Algorithmus ein Korrekturwert für den nachfolgenden Biegeschritt ermittelt wird, wodurch die Steuerungseinheit eine vollautomatische Umformung des metallischen Flachproduktes in das Schlitzrohr (1 ) steuert und regelt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Istwert- Abstand zwischen den beiden Kanten (6a, 6b) und/oder einer der beiden Kanten (6a) und der axialen Mittellinie (7) von einer Lasersensorik (8) und/oder einer computergestützten Kamera durchgeführt wird, die vorzugsweise mit der Steuerungseinheit signaltechnisch verbunden ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder der Mehrzahl der Biegeschritte ein einziges Mal durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das metallische Flachprodukt (2) eine Breite von 0.2 bis 10 m und eine Dicke von 6.0 bis 100 mm aufweist. 8. Schlitzrohr (1 ) hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7.
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