DE102008059108A1

DE102008059108A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Richten von Rohren auf einem Expander

Info

Publication number: DE102008059108A1
Application number: DE102008059108A
Authority: DE
Inventors: Manfred Kolbe; Uwe Feldmann; Arno Topüth
Original assignee: SMS Meer GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2008-10-16
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2010-04-22
Also published as: US20100095736A1; JP2010094734A; JP5345031B2; EP2177283A2; EP2177283B8; EP2177283B1; US8474292B2; RU2418645C1; EP2177283A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Richten von Rohren mit einem in das Rohr (1) eintauchenden, radial aufweitbaren, von einer Zugstange (3) mit Holm (4) getragenen Expanderwerkzeug (2) und von außen auf das Rohr (1) in radialer Richtung einwirkenden Richtkraftmitteln. Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sollen verbessert werden. Hierzu ist vorgesehen, dass das Expanderwerkzeug (2) das Rohr (1) zum Fließen des Materials nur aufweitet und die von außen eingeleiteten Richtkräfte (F1, F2, F3) als Richtdreieck auf das Rohr (1) aufgebracht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Richten von Rohren mit einem in das Rohr eintauchenden, radial aufweitbaren, von einer Zugstange mit Holm getragenen Expanderwerkzeug und von außen auf das Rohr in radialer Richtung einwirkenden Richtkraftmitteln.
Bei der Fertigung von Rohren aus Blechtafeln, die nach dem U-O-E-Verfahren, dem Formpressverfahren, dem 3-Walzenbiegeverfahren oder dergleichen zu einem runden Schlitzrohr eingeformt und dann verschweißt werden, wird das Rohrmaterial beim kontinuierlichen Längsnaht-Schweißen einer sehr hohen thermischen Belastung unterzogen. Ein solchermaßen hergestelltes Rohr, das bei der Einformung krumm geworden ist und insbesondere aufgrund des Schweißprozesses einem erheblichen Verzug unterliegt, ist in aller Regel ungerade (Bananenform), so dass es zur Erzielung der benötigten Geradheit gerichtet werden muss. Wie sich bei der Großrohrfertigung gezeigt hat, tritt das Problem der Geradheit besonders augenscheinlich bei im Durchmesser kleinen (unter 30 Zoll) und dickwandigen (oberhalb 15 mm) Rohren auf.
Die Rohre werden deshalb mit Expanderköpfen bzw. -werkzeugen gerichtet, wie durch die DE-PS 2 264 207 bekannt geworden. Das eigentliche Expanderwerkzeug besteht aus einem pyramidischen Vielkant, auf dessen Mantelfläche einzelne Segmente angeordnet sind. Durch Verschieben des Vielkantes relativ zu den Segmenten werden diese radial bewegt, so dass sich dabei der Durchmesser des Expanderkopfes vergrößert und das Rohr aufweitet. Die bis zu 18 m langen Rohre werden auf diese Weise schrittweise aufgeweitet und kalibriert.
Beim Expandieren des Rohres kommt es allerdings zu Asymmetrie (Verkantung) am Expanderwerkzeug, wodurch zwar ein gewisser Richteffekt eintritt, zumal das Material beim Aufweiten fließt, jedoch ist dieser gering und beschränkt reproduzierbar. Es kommen daher in der Praxis zusammen mit dem Expanderwerkzeug Vorrichtungen zum Einsatz, die hinter dem Expanderkopf bzw. -werkzeug von außen an das Rohr angesetzte Richtsättel oder Rollen aufweisen, die das Rohr in radialer Richtung mit einer Kraft beaufschlagen und in dem Rohr ein Biegemoment einleiten, mit dem ergänzend zu der Einwirkung des Expanderwerkzeugs die Ungeradheit beseitigt werden soll. Hierbei tritt aber unvermeidbar auch ein Moment auf den Holm und die Zugstange auf, über die das Expanderwerkzeug mit einer dem Einschieben in das Rohr dienenden Verschiebevorrichtung verbunden ist. Das bringt nachteilige Auswirkungen auf die Lebensdauer der Komponenten des Expanders mit sich, wobei außerdem noch hinzukommt, dass der insbesondere bei kleineren Durchmessern dünne Holm wie eine weiche Feder wirkt, was sich negativ beim Richtergebnis niederschlägt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art ohne die beschriebenen Nachteile zu schaffen, insbesondere zum Richten von Rohren mit dickeren Wandstärken und höheren Materialfestigkeiten und dabei kleinen Durchmesserbereichen.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Expander bzw. das Expanderwerkzeug das Rohr nur zum Fließen des Materials aufweitet und die von außen eingeleiteten Richtkräfte als Richtdreieck auf das Rohr aufgebracht werden. Indem erfindungsgemäß das Aufweiten und Richten funktional getrennt sind, lassen sich Asymmetrien am Expanderwerkzeug und an dessen Holm sowie an der Zugstange auftretende Momente vermeiden. Dadurch wird die Lebensdauer der Komponenten nicht negativ beeinflusst. Desweiteren können Richtkraft und -weg kontrolliert eingeleitet werden, so dass ein Rohr gezielt und reproduzierbar gerichtet werden kann.
Die Vorrichtung kann so ausgeführt werden, dass entweder nur in einer Ebene (da das Rohr meistens über der Schweißnaht hohl liegt) oder aber auch räumlich gerichtet werden.
Wenn vorzugsweise drei Richtkraftmittel miteinander verbunden sind, können die Richtkräfte von nur einem Kraftbeaufschlagungsmittel erzeugt werden, d. h. mit Kraftbeaufschlagung an nur einer Stelle des Rohres, wobei die Verbindung der Richtkraftmittel zur Bildung des Richtdreieckes führt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Geradheit des Rohres gemessen und der Richtprozess abhängig von den Messergebnissen korrigiert wird. Das kann sofort manuell oder zumindest teilweise automatisiert erfolgen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit einer Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Expanderwerkzeug drei axial voneinander beabstandete Richtkraftmittel zugeordnet sind, von denen das mittlere Richtkraftmittel im Bereich des Expanderwerkzeugs vorgesehen ist.
Die Richtkraftmittel können nach einem Vorschlag der Erfindung als sich an das Rohr anlegende Sättel oder Rollen ausgebildet sein, wobei das mittlere Richtkraftmittel zudem das Rohr mit dem Expanderwerkzeug im Inneren in Position hält.
Eine Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Rollen oder Sättel einander paarweise gegenüberliegend in Gerüsten angeordnet sind, wobei zur Aufbringung der Richtkraft vorzugsweise die Rollen bzw. Sättel nur der beiden äußeren Gerüste gegen das Rohr anstellbar sind.
Wenn die Gerüste vorteilhaft miteinander verbunden sind, lassen sich die Kräfte kurzschließen und werden nicht in das Fundament oder den Expanderrahmen geleitet.
Eine andere Ausführung der Erfindung sieht vor, dass in einem gemeinsamen Tragrahmen ein mittlerer Sattel oder eine mittlere Rolle und von diesem bzw. dieser vertikal beabstandet jeweils an den äußeren Enden des Tragrahmens ein Sattel bzw. eine Rolle angeordnet ist, wobei die Sättel bzw. Rollen vorzugsweise gelenkig in dem Tragrahmen gelagert sind. Das solchermaßen von den drei Richtkraftmitteln in einer Ebene gegenüberliegend an drei Stellen eingespannte Rohr unterliegt aufgrund des gemeinsamen Tragrahmens dem Einfluss des sich ausbildenden Richtdreiecks.
Das lässt sich hierbei vorteilhaft bereits dann erreichen, wenn nur einer der drei Sättel bzw. eine der Rollen mit einem Kraftbeaufschlagungsmittel, z. B. ein Hydraulikzylinder, ausgebildet ist, vorzugsweise einer der äußeren Sättel bzw. eine der äußeren Rollen.
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung. Es zeigen:
1 in einer schematischen Längsansicht ein in ein Rohr eingefahrenes Expanderwerkzeug mit von außen als Richtdreieck auf das Rohr aufgebrachten Richtkräften;
2 in einer schematischen Längsansicht wie zuvor drei axial voneinander beabstandete Gerüste mit darin angeordneten Richtkraftmitteln; und
3 eine schematische Längsansicht wie zuvor in 1 mit drei in einem gemeinsamen Tragrahmen angeordneten Richtkraftmitteln.
Wie in den 1 bis 3 dargestellt, befindet sich zum Richten eines gekrümmten, nicht geraden, dickwandigen Rohres 1 ein durch eine nicht gezeigte Verschiebeeinrichtung eingefahrenes Expanderwerkzeug 2 im Inneren des Rohres 1. Das Expanderwerkzeug 2 wird von einer Zugstange 3 getragen, die koaxial von einem Holm 4 umfasst wird. Das Expanderwerkzeug 2 kann durch gegeneinander zu verschiebende Keilflächen in seinem Durchmesser verändert werden und dient hier nur zum Aufweiten des Rohres 1, um das Material zum Fließen zu bringen, wodurch die Kraft zum Biegen des Rohres erheblich kleiner wird, als bei nicht fließendem Material.
Hiervon getrennt und ohne Einfluss bzw. Auswirkung auf das Expanderwerkzeug 2 einschließlich dessen Zugstange 3 und Holm 4 wird das Rohr 1 zum Herstellen der Geradheit mit von außen als Richtdreieck eingeleiteten bzw. aufgebrachten, durch Pfeile angedeuteten Richtkräften F1, F2 und F3 beaufschlagt. Die Richtkräfte F1 bis F3 können durch Richtkraftmittel in Form von Rollen 5 bzw. 5a, 5b oder Sätteln 6 bzw. 6a, 6b in das Rohr 1 eingeleitet werden.
Bei der Ausführung nach 2 sind in drei axial voneinander beabstandeten Gerüsten 7 bzw. 7a, 7b einander paarweise gegenüberliegende Rollen 5 bzw. 5a, 5b angeordnet. Das mittlere Gerüst 7 ist im Bereich des Expanderwerkzeugs 2 angeordnet und hält dieses mit dem Rohr 1 in Position. Hingegen sind die Rollen 5a, 5b der beiden äußeren Gerüste 7a, 7b von einem Kraftbeaufschlagungsmittel 8, wie durch die Doppelpfeile angedeutet, gegen das Rohr 1 anstellbar. Das rechte äußere Gerüst 7a ist hinter und das vordere äußere Gerüst 7b ist vor dem Expanderwerkzeug 2 positioniert. Wenn die Gerüste 7, 7a, 7b miteinander verbunden sind (nicht dargestellt in 2), schließen sich die eingeleiteten Richtkräfte F1 bis F3 kurz und werden nicht in das Fundament 9 eingeleitet.
Die Ausführung nach 3 besitzt für die Richtkraftmittel bzw. Sättel 6, 6a, 6b einen gemeinsamen, hier dreieckförmigen Tragrahmen 10, in dem die Sättel 6, 6a, 6b gelenkig gelagert sind. Die Richtkraft zur Bildung des Richtdreiecks, bestehend aus den Richtkräften F1, F2 und F3 (vgl. 1), wird nur an einer Stelle erzeugt, und zwar durch ein dem rechts äußeren Richtsattel 6a zugeordnetes Kraftbeaufschlagungsmittel 11.
In jedem Fall wird durch das Richtdreieck der Richtkräfte F1 bis F3 ausschließlich die Richtarbeit zur Herstellung der Geradheit des Rohres 1 geleistet, während das Expanderwerkzeug 2 ausschließlich nur das Rohr 1 aufweitet und selbst keine Richtarbeit verrichtet.

1: Rohr
2: Expanderwerkzeug/Expander
3: Zugstange
4: Holm
5; 5a, 5b: Rolle/Richtkraftmittel
6; 6a, 6b: Sattel; Richtkraftmittel
7; 7a, 7b: Gerüst
8: Kraftbeaufschlagungsmittel (Doppelpfeil)
9: Fundament
10: Tragrahmen
11: Kraftbeaufschlagungsmittel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2264207 [0003]

Claims

Verfahren zum Richten von Rohren mit einem in das Rohr eintauchenden, radial aufweitbaren, von einer Zugstange mit Holm getragenen Expanderwerkzeug und von außen auf das Rohr in radialer Richtung einwirkenden Richtkraftmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass das Expanderwerkzeug (2) das Rohr (1) zum Fließen des Materials nur aufweitet und die von außen eingeleiteten Richtkräfte (F1, F2, F3) als Richtdreieck auf das Rohr (1) aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtkräfte in einer Ebene eingeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei drei miteinander verbundenen Richtkraftmitteln die Richtkräfte von mindestens einem Kraftbeaufschlagungsmittel (11) erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Geradheit des Rohres (1) gemessen und der Richtprozess abhängig von den Messergebnissen korrigiert wird.
Vorrichtung zum Richten von Rohren mit einem in das Rohr eintauchenden, radial aufweitbaren, von einer Zugstange mit Holm getragenen Expanderwerkzeug und von außen auf das Rohr in radialer Richtung einwirkenden Richtkraftmitteln, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Expanderwerkzeug (2) drei axial voneinander beabstandete Richtkraftmittel zugeordnet sind, von denen das mittlere Richtkraftmittel (5; 6) im Bereich des Expanderwerkzeugs (2) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtkraftmittel als sich an das Rohr (1) anlegende Sättel (6; 6a, 6b) oder Rollen (5; 5a, 5b) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (5; 5a, 5b) oder Sättel (6; 6a, 6b) einander paarweise gegenüberliegend in Gerüsten (7; 7a, 7b) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (5a, 5b) oder Sättel (6a, 6b) der beiden äußeren Gerüste (7a, 7b) gegen das Rohr (1) anstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerüste (7; 7a, 7b) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem gemeinsamen Tragrahmen (10) ein mittlerer Sattel (6) oder eine mittlere Rolle (5) und von diesem bzw. dieser vertikal beabstandet jeweils an den äußeren Enden des Tragrahmens (10) ein Sattel (6a, 6b) bzw. eine Rolle (5a, 5b) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sättel (6; 6a, 6b) bzw. Rollen (5; 5a, 5b) gelenkig in dem Tragrahmen (10) gelagert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Sättel (6a bzw. 6b) oder eine der Rollen (5a bzw. 5b) mit einem Kraftbeaufschlagungsmittel (11) ausgebildet ist.