DE102016007550B4

DE102016007550B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung einer Ovalität eines Konstruktionselements mit einem im Wesentlichen kreisringförmigen Querschnitt

Info

Publication number: DE102016007550B4
Application number: DE102016007550.3A
Authority: DE
Inventors: Thilo Reichel
Original assignee: Erndtebruecker Eisenwerk & Co KG GmbH
Current assignee: DISCHO VERMOEGENSVERWALTUNG GMBH & CO. KG., DE
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2036-06-23
Also published as: DE102016007550A1

Abstract

Verfahren zur Reduzierung einer Ovalität eines Konstruktionselements (1) mit einem im Wesentlichen kreisringförmigen Querschnitt und mit einer inneren Mantelfläche (2) sowie einer äußeren Mantelfläche (3), wobei das Konstruktionselement (1) plastisch verformt wird, indem gleichzeitig eine erste Kraft unmittelbar auf einen ersten Teil der inneren Mantelfläche (2), eine zweite Kraft unmittelbar auf einen ersten Teil der äußeren Mantelfläche (3), eine dritte Kraft unmittelbar auf einen zweiten Teil der inneren Mantelfläche (2) und eine vierte Kraft unmittelbar auf einen zweiten Teil der äußeren Mantelfläche (3) ausgeübt werden, wobei der erste Teil der inneren Mantelfläche (2), der erste Teil der äußeren Mantelfläche (3), der zweite Teil der inneren Mantelfläche (2) und der zweite Teil der äußeren Mantelfläche (3) in Umfangsrichtung des Konstruktionselements (1) jeweils zueinander versetzt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung einer Ovalität eines Konstruktionselements mit einem im Wesentlichen kreisringförmigen Querschnitt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Konstruktionselemente der in der Rede stehenden Art sind beispielsweise Rundrohre, d. h. gerade Kreiszylinder mit einem Hohlraum im Inneren des Kreiszylinders (Hohlzylinder). Solche Konstruktionselemente sollen vorgegebene Abmessungen aufweisen. Dabei werden geringe Abweichungen von den vorgegebenen Abmessungen toleriert (Toleranzbereich). Bei der Herstellung solcher Konstruktionselemente kommt es häufig zu Abweichungen von den vorgegebenen Abmessungen, die außerhalb des jeweiligen Toleranzbereiches liegen. In diesem Fall kann nach der Herstellung eine Nachbearbeitung mittels Richten durchgeführt werden.
Richten ist ein Fertigungsverfahren der Hauptgruppe „Umformen“. Beim Richten wird versucht, ein Konstruktionselement derart plastisch zu verformen, dass die Abmessungen des Konstruktionselements nach dem Richten in einem vorgegebenen Toleranzbereich liegen.
Durch Richten lässt sich auch der Verlauf eines Konstruktionselements in axialer Richtung beeinflussen. Dies ist insbesondere bei gebogenen Konstruktionselementen von Bedeutung. Dieser Aspekt des Richtens spielt für die vorliegende Erfindung jedoch keine Rolle.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf das Beseitigen bzw. Reduzieren von Abweichungen des im Wesentlichen kreisringförmigen Querschnitts eines Konstruktionselements von einer gewünschten Kreisringform gerichtet.
Solche Abweichungen werden durch Parameter wie z. B. den mittleren Innendurchmesser, der Ovalität und der lokalen Unrundheit gekennzeichnet.
Als mittlerer Innendurchmesser wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung das Ergebnis der Division des Innenumfangs (des Umfangs des inneren Kreiszylinders) des Konstruktionselements durch die Kreiszahl π bezeichnet.
Ovalität steht hierfür die Differenz zwischen dem größten und dem kleinsten Innendurchmesser des Konstruktionselements.
Unter lokaler Unrundheit soll die Abweichung eines Innen- bzw. Außendurchmessers des Konstruktionselements von dem (konstanten) Innen- bzw. Außendurchmesser der gewünschten Kreisringform (nominelle Kreiskontur) verstanden werden. Der Begriff „lokal“ spezifiziert dabei, dass die Ausdehnung der Unrundheit in axialer Richtung und in Umfangsrichtung sehr klein ist im Vergleich zur gesamten Ausdehnung des Konstruktionselements in axialer Richtung und in Umfangsrichtung.
Aus der Praxis sind Verfahren zum Richten von Konstruktionselementen der in Rede stehenden Art bekannt, bei denen das Konstruktionselement maschinell entweder von außen oder von innen her plastisch verformt wird. Dazu wird mit einem Werkzeug entweder auf eine innere Mantelfläche oder auf eine äußere Mantelfläche des Konstruktionselements eine Kraft ausgeübt. Zur Verformung von innen her wird das Konstruktionselement typischerweise ausgedehnt. Zur Verformung von außen wird das Konstruktionselement typischerweise gestaucht.
Üblicherweise wird bei den bekannten Richtverfahren das Konstruktionselement über den gesamten Innen- oder Außenumfang bearbeitet bzw. verformt. Hierbei werden meist zwei oder mehr Werkzeuge eingesetzt, die jeweils eine Kraft auf den halben Innen- oder Außenumfang ausüben.
Bei den bekannten Richtverfahren kommt es neben einer plastischen bzw. irreversiblen auch zu einer signifikanten elastischen bzw. reversiblen Verformung.
Somit bewegen sich Teile des Konstruktionselements nach Beendigung der Kraftausübung zurück in Richtung ihrer Ausgangslage. Dadurch weist das so verformte Konstruktionselement häufig noch eine beachtliche Ovalität und/oder beachtliche lokale Unrundheiten auf.
Eine Wiederholung des Verformens des Konstruktionselements mittels der bekannten Richtverfahren bewirkt kaum eine Verbesserung und kann zudem aufgrund des Bauschingereffekts negative Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften des Konstruktionselements haben.
Bei den bekannten stauchenden Richtverfahren kann durch die Verwendung von ovalen Werkzeugen oder durch Einlegebleche gezielt der größte Innen- oder Außendurchmesser des Konstruktionselements vermindert werden. Dies führt jedoch zu einer Ausbuchtung des Konstruktionselements an einer anderen Stelle, und zwar üblicherweise um ca. 90° in Umfangsrichtung versetzt. Nur wenn der kleinste Innen- oder Außendurchmesser des Konstruktionselements in Umfangsrichtung um weniger als ca. 90° zum größten Innen- oder Außendurchmesser des Konstruktionselements versetzt ist, wird durch die bekannten Richtverfahren die Ovalität entscheidend verbessert.
Im Falle der ausdehnenden Richtverfahren kann z. B. durch die Verwendung eines hydraulischen Stempels gezielt der kleinste Innen- oder Außendurchmesser vergrößert werden. Aber auch hier gilt, dass die Ovalität nur dann effektiv verbessert werden kann, wenn der größte Innen- oder Außendurchmesser des Konstruktionselements in Umfangsrichtung um weniger als ca. 90° zum größten Innen- oder Außendurchmesser des Konstruktionselements versetzt ist.
Durch Berücksichtigung der elastischen Rückstellung kann mittels der bekannten Richtverfahren der mittlere Innendurchmesser präzise eingestellt werden.
Das Dokument DE 10 2015 212 968 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren der Enden von metallischen Rohren. Dabei sind an den Außen- und Innenumfang der Rohrenden angreifende und zusammenwirkende Außen- und Innenwerkzeuge vorgesehen, von denen zumindest ein Werkzeug mit einer Richtkraft gegen die Rohrwand beaufschlagbar ist. Das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung widmen sich der Beseitigung lokaler Rundheitsabweichungen und Qualitäten an den Rohrenden. Dazu ist vorgesehen, dass die Außen- und Innenwerkzeuge nach dem Anstellen gegen die Rohraußen- bzw. Rohrinnenwand gemeinsam von im Rohrinneren aufgebrachten Richtkräften gegen die Rohrwände beaufschlagt werden. Die innen aufgebrachten Richtkräfte werden durch die Rohrwand durchgeleitet, durch Interaktion mit einer äußeren Rahmenkonstruktion umgeleitet und zur Einwirkung auf die Rohrwand zurückgeführt. Die Außen- und Innenwerkzeuge sind fluchtend zueinander angeordnet, damit das gewünschte Zusammenwirken erfolgen kann.
Bei dem bekannten Verfahren werden die Richtkräfte ausschließlich vom Rohrinneren her initiiert. Die von außen wirkenden Richtkräfte müssen durch die Rohrwand durchgeleitet, durch Interaktion mit der äußeren Rahmenkonstruktion umgeleitet und zur Einwirkung auf die Rohrwand zurückgeführt werden. Somit wirken die äußeren Richtkräfte zeitlich verzögert zu den inneren Richtkräften.
Zur Beseitigung von Ovalitäten an den Rohrenden ist vorgeschlagen, dass nur ein Außenwerkzeug und die beiden Innenwerkzeuge mitwirken. Das weitere Außenwerkzeug wirkt nicht mit.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Richtverfahren und/oder Richtvorrichtungen hinsichtlich resultierender Ovalität zu verbessern.
Gemäß einem ersten Erfindungsaspekt wird die zuvor geschilderte Aufgabenstellung durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Erfindungsaspekts sind Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche.
Es versteht sich von selbst, dass Ausgestaltungen, Ausführungsformen, Vorteile und dergleichen, welche nachfolgend zu Zwecken der Vermeidung von Wiederholungen nur zu einem Erfindungsaspekt angeführt sind, in Bezug auf die übrigen Erfindungsaspekte entsprechend gelten.
Dies vorausgeschickt, wird im Folgenden die vorliegende Erfindung näher beschrieben.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Konstruktionselement plastisch verformt wird, indem gleichzeitig eine erste Kraft unmittelbar auf einen ersten Teil der inneren Mantelfläche, eine zweite Kraft unmittelbar auf einen ersten Teil der äußeren Mantelfläche, eine dritte Kraft unmittelbar auf einen zweiten Teil der inneren Mantelfläche und eine vierte Kraft unmittelbar auf einen zweiten Teil der äußeren Mantelfläche ausgeübt werden, wobei der erste Teil der inneren Mantelfläche, der erste Teil der äußeren Mantelfläche, der zweite Teil der inneren Mantelfläche und der zweite Teil der äußeren Mantelfläche in Umfangsrichtung des Konstruktionselements jeweils zueinander versetzt sind.
Der Begriff „unmittelbar“ spezifiziert dabei, dass die jeweilige Kraft direkt auf die jeweilige Mantelfläche wirkt. Die jeweilige Kraft wird mittels eines Werkzeugs ausgeübt, das während der Kraftausübung die jeweilige Mantelfläche berührt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann alternativ oder ergänzend zu den bekannten Richtverfahren eingesetzt werden.
Die erste und die zweite Kraft können betragsmäßig gleich oder unterschiedlich sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die erste und die zweite Kraft in einem Verfahrensschritt nicht über den gesamten Innen- oder Außenumfang des Konstruktionselements ausgeübt.
Es hat sich vielmehr als vorteilhaft erwiesen, wenn die erste Kraft unmittelbar auf einen Teil der inneren Mantelfläche ausgeübt wird, der sich in Umfangsrichtung über weniger als 20 %, vorzugsweise weniger als 10 %, bevorzugt weniger als 5 %, besonders bevorzugt weniger als 1 %, des inneren Umfangs des Konstruktionselements und/oder in axialer Richtung über weniger als 5 %, vorzugsweise weniger als 1 %, bevorzugt weniger als 0,1 %, der axialen Ausdehnung des Konstruktionselements erstreckt, und wenn die zweite Kraft unmittelbar auf einen Teil der äußeren Mantelfläche ausgeübt wird, der sich in Umfangsrichtung über weniger als 20 %, vorzugsweise weniger als 10 %, bevorzugt weniger als 5 %, besonders bevorzugt weniger als 1 %, des äußeren Umfangs des Konstruktionselements und/oder in axialer Richtung über weniger als 5 %, vorzugsweise weniger als 1 %, bevorzugt weniger als 0,1 %, der axialen Ausdehnung des Konstruktionselements erstreckt.
Somit erfolgt die Kraftausübung zumindest teilweise gleichzeitig auf einen kleinen bzw. lokalen Bereich des Konstruktionselements. Dadurch können die Ovalität und/oder lokale Unrundheiten präzise verbessert werden. Außerdem können Eigenspannungen, z. B. im Bereich einer Schweißnaht, gezielt reduziert werden. Dadurch sinken auch Ausmaß und Häufigkeit von wasserstoffinduzierten Rissen oder Brüchen (hydrogen induced cracking, HIC), insbesondere spannungsbedingten wasserstoffinduzierten Rissen oder Brüchen (stress-oriented hydrogen induced cracking, SOHIC).
Darüber hinaus tritt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine im Vergleich zu den bekannten Richtverfahren geringere elastische Verformung auf. Die Rückstellkräfte sind hier dementsprechend geringer. Aufgrund dessen kann die Anpassung an die gewünschte Kreisringform präziser erfolgen.
Außerdem treten die bei den bekannten Verfahren hervorgerufenen Ausbuchtung oder Einbuchtungen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht oder zumindest in geringerem Ausmaß auf.
Bevorzugt wird die erste Kraft unmittelbar auf einen Teil der inneren Mantelfläche ausgeübt, der in axialer Richtung in demselben Ausschnitt des Konstruktionselements liegt wie der Teil der äußeren Mantelfläche, auf den die zweite Kraft unmittelbar ausgeübt wird. Wenn also in axialer Richtung ein Streifen des Konstruktionselements herausgeschnitten würde, lägen die Teile, auf denen die Kräfte ausgeübt werden, zumindest teilweise in diesem Ausschnitt. Mit anderen Worten sind die Teile, auf denen die Kräfte ausgeübt werden, in axialer Richtung zueinander nicht vollständig versetzt.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die erste Kraft und die dritte Kraft unmittelbar auf die beiden Teile der inneren Mantelfläche ausgeübt werden, die den kleinsten Innendurchmesser des Konstruktionselements bestimmen und/oder die zweite Kraft und die dritte Kraft unmittelbar auf die beiden Teile der äußeren Mantelfläche ausgeübt werden, die den größten Außendurchmesser bestimmen. Auf diese Weise kann die Ovalität des Konstruktionselements reduziert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise so ausgebildet, dass zumindest im Wesentlichen keine Veränderung des mittleren Innendurchmessers des Konstruktionselements erfolgt.
Bevorzugt wird die gleichzeitige Kraftausübung iterierend ausgeführt. Dabei können dieselben Teile der Mantelflächen des Konstruktionselements wiederholt oder jeweils unterschiedliche Teile der Mantelflächen des Konstruktionselements nacheinander bearbeitet werden.
Insbesondere werden nacheinander und ohne Werkzeugwechsel mehrere Bereiche des Konstruktionselements, die unterschiedliche Abweichungen von der Form eines Kreisrings aufweisen, zumindest im Wesentlichen plastisch verformt werden. Dies verkürzt die Bearbeitungszeit.
Gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt wird die zuvor geschilderte Aufgabenstellung durch eine Vorrichtung nach Anspruch 6 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Erfindungsaspekts sind Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat drei Werkzeuge und ist so ausgebildet, dass mittels eines Werkzeugs eine erste Kraft und eine dritte Kraft unmittelbar auf jeweils einen Teil der inneren Mantelfläche und gleichzeitig mittels der anderen beiden Werkzeuge eine zweite Kraft und eine vierte Kraft unmittelbar auf jeweils einen Teil der äußeren Mantelfläche ausübbar sind, wobei die Teile der inneren Mantelfläche und die Teile der äußeren Mantelfläche in Umfangsrichtung des Konstruktionselements jeweils zueinander versetzt sind. Die Vorrichtung ist also so ausgebildet, dass mit ihrer Hilfe das erfindungsgemäße Verfahren realisiert und dessen Vorteile erreicht werden können.
Vorzugsweise sind die Werkzeuge so dimensioniert, dass mittels des einen Werkzeugs eine erste Kraft unmittelbar auf einen Teil der inneren Mantelfläche ausübbar ist, der sich in Umfangsrichtung über weniger als 20 %, vorzugsweise weniger als 10 %, bevorzugt weniger als 5 %, besonders bevorzugt weniger als 1 %, des inneren Umfangs des Konstruktionselements und/oder in axialer Richtung über weniger als 5 %, vorzugsweise weniger als 1 %, bevorzugt weniger als 0,1 %, der axialen Ausdehnung des Konstruktionselements erstreckt, und mittels des anderen Werkzeugs eine zweite Kraft unmittelbar auf einen Teil der äußeren Mantelfläche ausübbar ist, der sich in Umfangsrichtung über weniger als 20 %, vorzugsweise weniger als 10 %, bevorzugt weniger als 5 %, besonders bevorzugt weniger als 1 %, des äußeren Umfangs des Konstruktionselements und/oder in axialer Richtung über weniger als 5 %, vorzugsweise weniger als 1 %, bevorzugt weniger als 0,1 %, der axialen Ausdehnung des Konstruktionselements erstreckt.
Bevorzugt hat das eine Werkzeug mindestens eine konvexe Oberfläche, die unmittelbar auf einen Teil der inneren Mantelfläche bewegbar ist, und mindestens ein anderes Werkzeug mindestens eine konkave Oberfläche, die unmittelbar auf einen Teil der äußeren Mantelfläche bewegbar ist.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest eines der Werkzeuge unterschiedliche Krümmungen für unterschiedliche Abweichungen des Konstruktionselements von der Form eines Kreisrings und/oder eine Aussparung für eine Schweißnaht des Konstruktionselements aufweist. Dadurch kann ohne Werkzeugwechsel das Konstruktionselement, das unterschiedliche Abweichungen von der Form eines Kreisrings aufweist, plastisch verformt werden. Durch eine Aussparung für eine Schweißnaht kann eine strukturelle Schwächung der Schweißnaht bei der Kraftausübung mittels der Werkzeuge verhindert werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist/sind das eine Werkzeug und/oder das andere Werkzeug in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung des Konstruktionselements bewegbar.
Vorzugsweise ist das eine Werkzeug in einen Hohlraum des Konstruktionselements bewegbar, insbesondere schwenkbar, und, vorzugsweise, mittels einer Hydraulikeinheit gegen einen Teil der inneren Mantelfläche bewegbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, zum Teil mit Bezugnahmen auf die Zeichnung, näher erläutert. Die oben beschriebenen und/oder in den Ansprüchen und/oder in der nachfolgenden Beschreibung offenbarten Merkmale können bedarfsweise miteinander kombiniert aber auch unabhängig voneinander realisiert werden, auch wenn dies nicht im Einzelnen ausdrücklich beschrieben ist.
In der Zeichnung zeigt

1 schematisch in vier Frontansichten einen Ausschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in vier Zuständen,
2 schematisch in zwei Frontansichten einen Ausschnitt einer Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung in zwei Zuständen,
3 schematisch in vier Frontansichten einen Ausschnitt einer zweiten Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung in vier Zuständen.

1 zeigt schematisch in vier Frontansichten jeweils einen Ausschnitt einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Richten eines Konstruktionselements 1, nämlich eines Rohres 1, mit einem im Wesentlichen kreisringförmigen Querschnitt und mit einer inneren Mantelfläche 2 sowie einer äußeren Mantelfläche 3. Die vier Frontansichten illustrieren dabei die erfindungsgemäße Vorrichtung in vier verschiedenen Zuständen.
Das Rohr 1 weist im Querschnitt mehrere Abweichungen von der Form eines Kreisrings auf. Insbesondere weist das Rohr 1 lokale Unrundheiten und eine von null verschiedene Ovalität auf. Um diese Abweichungen zu beseitigen oder zumindest zu reduzieren, wird das erfindungsgemäße Verfahren mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat drei Werkzeuge 4, 5 und ist so ausgebildet, dass mittels eines Werkzeugs 4 eine erste Kraft und eine dritte Kraft unmittelbar auf jeweils einen Teil der inneren Mantelfläche 2 und zumindest teilweise gleichzeitig mittels der beiden anderen Werkzeuge 5 eine zweite Kraft und eine vierte Kraft unmittelbar auf einen Teil der äußeren Mantelfläche 3 ausübbar sind.
Die Werkzeuge 4, 5 sind nur schematisch und auszugsweise dargestellt. Die Werkzeuge 4, 5 können z. B. schmale Schienen aufweisen.
Bei der dargestellten und bevorzugten Ausführungsform ist das Werkzeug 4 so dimensioniert, dass mittels des Werkzeugs 4 eine erste Kraft und eine dritte Kraft unmittelbar auf jeweils einen Teil der inneren Mantelfläche 2 ausübbar sind, der sich jeweils in Umfangsrichtung über weniger 5 %, nämlich ca. 1 % des inneren Umfangs des Rohres 1 und in axialer Richtung über weniger als 0,1 % der axialen Ausdehnung des Rohres 1 erstreckt.
Die anderen beiden Werkzeuge 5 sind so dimensioniert, dass mittels dieser beiden Werkzeuge 5 eine zweite Kraft und eine vierte Kraft unmittelbar auf jeweils einen Teil der äußeren Mantelfläche 3 ausübbar ist, der sich in Umfangsrichtung über weniger als 20 %, nämlich ca. 10 % des äußeren Umfangs des Rohres 1 und in axialer Richtung über weniger als 0,1 % der axialen Ausdehnung des Rohres 1 erstreckt.
Das eine Werkzeug 4 hat hier zwei konvexe Oberflächen 6, die jeweils unmittelbar auf einen Teil der inneren Mantelfläche 2 bewegbar sind. Die anderen beiden Werkzeuge 5 haben jeweils eine konkave Oberfläche 7, die unmittelbar auf einen Teil der äußeren Mantelfläche 3 bewegbar ist. Dazu sind die Werkzeuge 4, 5 in radialer Richtung des Rohres 1 bewegbar.
Außerdem sind die Werkzeuge 4, 5 in Umfangsrichtung und in axialer Richtung des Rohres 1 bewegbar. So können die Werkzeuge 4, 5 optimal zum Rohr 1 bzw. dessen Abweichungen vom kreisringförmigen Querschnitt ausgerichtet werden.
Bei der dargestellten und bevorzugten Ausführungsform ist das eine Werkzeug 4 in einen Hohlraum 8 des Rohres 1 bewegbar, und zwar schwenkbar. Die Bewegung in radialer Richtung des Rohres 1 erfolgt bei dem Werkzeug 4 mittels einer nicht dargestellten Hydraulikeinheit.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der in 1 dargestellten Vorrichtung erläutert. Diese Ausführungsform zielt insbesondere auf die Beseitigung bzw. Reduzierung der Ovalität des Rohres 1 ab und kann iterierend ausgeführt werden.
Zunächst wird die Kontur des Rohres 1 vermessen. Dann wird anhand der Messdaten ein zu bearbeitender Abschnitt des Rohres 1 festgelegt. Für diesen Abschnitt werden diejenigen Teile des Rohres 1 identifiziert, die den kleinsten Innen- oder Außendurchmesser bestimmen, sowie diejenigen Teile des Rohres 1, die den größten Innen- oder Außendurchmesser bestimmen. Jeweils zwei der identifizierten Teile liegen sich auf dem jeweiligen Umfang gegenüber.
In einem weiteren Schritt werden die Werkzeuge 4, 5 zu den zuvor identifizierten Teilen bewegt. Insbesondere wird das Werkzeug 4 in den Hohlraum 8 des Rohres 1 geschwenkt. Dieser Zustand ist in 1 links oben dargestellt.
Daraufhin werden beide Oberflächen 6 des Werkzeugs 4 mittels einer Hydraulikeinheit gegen jeweils einen der identifizierten Teile der inneren Mantelfläche 2 des Rohres 1 bewegt. Zumindest teilweise gleichzeitig werden die Werkzeuge 5 gegen jeweils einen der identifizierten Teile der äußeren Mantelfläche 3 bewegt. Dieser Zustand ist in 1 rechts oben dargestellt.
Wenn die Oberflächen 6 des Werkzeugs 4 bzw. die jeweilige Oberfläche 7 der Werkzeuge 5 die entsprechenden Teile der Mantelflächen 2, 3 berühren, werden die Werkzeuge 4, 5 radial weiter in Richtung der jeweiligen Mantelfläche 2, 3 bewegt, wodurch eine erste Kraft und eine dritte Kraft unmittelbar auf jeweils einen dieser Teile der inneren Mantelfläche 2 und zumindest teilweise gleichzeitig eine zweite Kraft und eine vierte Kraft unmittelbar auf jeweils einen dieser Teile der äußeren Mantelfläche 3 ausgeübt werden. Dadurch werden mindestens zwei, typischerweise vier, Bereiche des Rohres 1 zumindest im Wesentlichen plastisch verformt. Dieser Zustand ist in 1 links unten dargestellt.
Die jeweilige Richtung der in diesem Zustand ausgeübten Kräfte ist in 1 links unten durch Pfeile angedeutet.
Der Fall von zwei plastisch verformten Bereichen des Rohres 1 tritt auf, wenn die identifizierten Teile der inneren Mantelfläche 2 jeweils in demselben Bereich des Rohres 1 liegen wie die identifizierten Teile der äußeren Mantelfläche 3.
Die erste Kraft und die dritte Kraft werden dabei unmittelbar auf jeweils einen Teil der inneren Mantelfläche 3 ausgeübt, der sich in Umfangsrichtung über weniger als 5 %, nämlich ca. 1 % des inneren Umfangs des Rohres 1 erstreckt. In axialer Richtung erstrecken sich die jeweiligen Teile der inneren Mantelfläche 3 über weniger als 0,1 % der axialen Ausdehnung des Rohres 1.
Die zweite Kraft und die vierte Kraft werden dabei unmittelbar auf jeweils einen Teil der äußeren Mantelfläche 3 ausgeübt, der sich in Umfangsrichtung über weniger als 20 %, nämlich ca. 10 % des inneren Umfangs des Rohres 1 erstreckt. In axialer Richtung erstrecken sich die jeweiligen Teile der äußeren Mantelfläche 3 über weniger als 0,1 % der axialen Ausdehnung des Rohres 1.
Schließlich werden die Werkzeuge 4, 5 von dem Rohr 1 weg bewegt. Dieser Zustand ist in 1 rechts unten dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform erfolgt zumindest im Wesentlichen keine Veränderung des mittleren Innendurchmessers des Rohres 1.
2 zeigt schematisch in zwei Frontansichten jeweils einen Ausschnitt einer Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Richten eines Rohres 1 mit einem im Wesentlichen kreisringförmigen Querschnitt und mit einer inneren Mantelfläche 2 sowie einer äußeren Mantelfläche 3. Die zwei Frontansichten illustrieren dabei die erfindungsgemäße Vorrichtung in zwei verschiedenen Zuständen.
Das Rohr 1 weist eine Schweißnaht 9 auf. In Bereichen dieser Schweißnaht 9 treten Eigenspannungen auf, die zu wasserstoffinduzierten Rissen bzw. Brüchen führen können. Zur Reduzierung dieser Eigenspannungen wird das erfindungsgemäße Verfahren mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat hier zwei Werkzeuge 10, 11 und ist so ausgebildet, dass mittels des einen Werkzeugs 10 eine erste Kraft unmittelbar auf einen Teil der inneren Mantelfläche 2 mit der Schweißnaht 9 und zumindest teilweise gleichzeitig mittels des anderen Werkzeugs 11 eine zweite Kraft unmittelbar auf einen Teil der äußeren Mantelfläche 3 mit der Schweißnaht 9 ausübbar sind.
Die Werkzeuge 10, 11 sind wiederum nur schematisch und auszugsweise dargestellt.
Bei der dargestellten und bevorzugten Ausführungsform ist das Werkzeug 10 so dimensioniert, dass mittels des Werkzeugs 10 eine erste Kraft unmittelbar auf einen Teil der inneren Mantelfläche 2 ausübbar ist, der sich in Umfangsrichtung über weniger 5 %, nämlich ca. 1 % des inneren Umfangs des Rohres 1 und in axialer Richtung über weniger als 0,1 % der axialen Ausdehnung des Rohres 1 erstreckt.
Das andere Werkzeug 11 ist so dimensioniert, dass mittels dieses Werkzeugs 11 eine zweite Kraft unmittelbar auf jeweils einen Teil der äußeren Mantelfläche 3 ausübbar ist, der sich in Umfangsrichtung über weniger als 20 %, nämlich ca. 10 % des äußeren Umfangs des Rohres 1 und in axialer Richtung über weniger als 0,1 % der axialen Ausdehnung des Rohres 1 erstreckt.
Das eine Werkzeug 10 hat hier eine Oberfläche 12, die unmittelbar auf einen Teil der inneren Mantelfläche 2 bewegbar ist und eine Aussparung 14 hat, die einen Teil der Schweißnaht 9 aufnehmen kann. Das andere Werkzeug 11 hat eine Oberfläche 13, die unmittelbar auf einen Teil der äußeren Mantelfläche 3 bewegbar ist und eine Aussparung 15 hat, die einen Teil der Schweißnaht 9 aufnehmen kann.
Beide Werkzeuge 10, 11 sind in radialer Richtung des Rohres 1 bewegbar. Außerdem sind die Werkzeuge 10, 11 in Umfangsrichtung und in axialer Richtung des Rohres 1 bewegbar.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der in 2 dargestellten Vorrichtung erläutert. Diese Ausführungsform zielt insbesondere auf die Reduzierung der Eigenspannungen im Bereich der Schweißnaht 9 des Rohres 1 ab und kann iterierend ausgeführt werden.
Zunächst werden die Werkzeuge 10, 11 zur Schweißnaht 9 bewegt. Insbesondere wird das Werkzeug 10 in den Hohlraum 8 des Rohres 1 geschwenkt. Dieser Zustand ist in 2 links dargestellt.
Daraufhin wird die Oberfläche 14 des Werkzeugs 10 mittels einer Hydraulikeinheit gegen einen Teil der inneren Mantelfläche 2 des Rohres 1, in dem die Schweißnaht 9 verläuft, bewegt. Zumindest teilweise gleichzeitig wird das Werkzeug 11 gegen einen Teil der äußeren Mantelfläche 3, in dem die Schweißnaht 9 verläuft, bewegt. Dieser Zustand ist in 2 rechts dargestellt.
Wenn die Oberfläche 14 des Werkzeugs 10 bzw. die Oberfläche 15 des Werkzeugs 11 die entsprechenden Teile der Mantelflächen 2, 3 berühren, werden die Werkzeuge 10, 11 radial weiter in Richtung der jeweiligen Mantelfläche 2, 3 bewegt, wodurch eine erste Kraft unmittelbar auf den besagten Teil der inneren Mantelfläche 2 und zumindest teilweise gleichzeitig eine zweite Kraft unmittelbar auf den besagten Teil der äußeren Mantelfläche 3 ausgeübt werden. Dadurch wird ein Bereich des Rohres 1 zumindest im Wesentlichen plastisch verformt.
Die erste Kraft wird dabei unmittelbar auf einen Teil der inneren Mantelfläche 2 ausgeübt, der sich in Umfangsrichtung über weniger als 5 %, nämlich ca. 1 % des inneren Umfangs des Rohres 1 erstreckt. In axialer Richtung erstreckt sich der Teil der inneren Mantelfläche 3 über weniger als 0,1 % der axialen Ausdehnung des Rohres 1.
Die zweite Kraft wird unmittelbar auf einen Teil der äußeren Mantelfläche 3 ausgeübt, der sich in Umfangsrichtung über weniger als 20 %, nämlich ca. 10 % des inneren Umfangs des Rohres 1 erstreckt. In axialer Richtung erstreckt sich der Teil der äußeren Mantelfläche 3 über weniger als 0,1 % der axialen Ausdehnung des Rohres 1.
Schließlich werden die Werkzeuge 10, 11 von den Mantelflächen 2, 3 des Rohrs 1 weg bewegt.
Bei dieser Ausführungsform werden im Bereich der Schweißnaht 9 vorhandene Eigenspannungen insbesondere in Umfangsrichtung verteilt, wobei zumindest im Wesentlichen keine Veränderung des mittleren Innendurchmessers des Rohres 1 erfolgt.
3 zeigt schematisch in vier Frontansichten jeweils einen Ausschnitt einer Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Richten eines Rohres 1 mit einem im Wesentlichen kreisringförmigen Querschnitt und mit einer inneren Mantelfläche 2 sowie einer äußeren Mantelfläche 3. Die vier Frontansichten illustrieren dabei die erfindungsgemäße Vorrichtung in vier verschiedenen Zuständen.
Das Rohr 1 weist eine lokale Unrundheit 16 auf. Zur Beseitigung bzw. Reduzierung dieser lokalen Unrundheit wird das erfindungsgemäße Verfahren mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat hier wiederum zwei Werkzeuge 17, 18 und ist so ausgebildet, dass mittels des einen Werkzeugs 17 eine erste Kraft unmittelbar auf einen Teil der inneren Mantelfläche 2 mit der lokalen Unrundheit 16 und zumindest teilweise gleichzeitig mittels des anderen Werkzeugs 18 eine zweite Kraft unmittelbar auf einen Teil der äußeren Mantelfläche 3 mit der lokalen Unrundheit 16 ausübbar sind.
Die Werkzeuge 17, 18 sind nur schematisch und auszugsweise dargestellt.
Bei der dargestellten und bevorzugten Ausführungsform ist das Werkzeug 17 so dimensioniert, dass mittels des Werkzeugs 17 eine erste Kraft unmittelbar auf einen Teil der inneren Mantelfläche 2 ausübbar ist, der sich in Umfangsrichtung über weniger 5 %, nämlich ca. 1% des inneren Umfangs des Rohres 1 und in axialer Richtung über weniger als 0,1 % der axialen Ausdehnung des Rohres 1 erstreckt.
Das andere Werkzeug 18 ist so dimensioniert, dass mittels dieses Werkzeugs 18 eine zweite Kraft unmittelbar auf jeweils einen Teil der äußeren Mantelfläche 3 ausübbar ist, der sich in Umfangsrichtung über weniger als 20 %, nämlich ca. 10 % des äußeren Umfangs des Rohres 1 und in axialer Richtung über weniger als 0,1 % der axialen Ausdehnung des Rohres 1 erstreckt.
Das eine Werkzeug 17 hat hier eine konvexe Oberfläche 19, die unmittelbar auf einen Teil der inneren Mantelfläche 2 bewegbar ist. Das andere Werkzeug 18 hat eine konkave Oberfläche 20, die unmittelbar auf einen Teil der äußeren Mantelfläche 3 bewegbar ist.
Beide Werkzeuge 17, 18 sind in radialer Richtung, in Umfangsrichtung und in axialer Richtung des Rohres 1 bewegbar.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der in 3 dargestellten Vorrichtung erläutert. Diese Ausführungsform zielt insbesondere auf die Beseitigung bzw. Reduzierung einer lokalen Unrundheit 16 ab und kann iterierend ausgeführt werden.
Zunächst wird die Kontur des Rohres 1 vermessen. Anhand der Messdaten werden lokale Unrundheiten lokalisiert und markiert (sofern vorhanden), hier also die lokale Unrundheit 16. In einem weiteren Schritt werden die Werkzeuge 17, 18 zu der lokalen Unrundheit 16 bewegt. Insbesondere wird das Werkzeug 17 in den Hohlraum 8 des Rohres 1 geschwenkt. Dieser Zustand ist in 3 links oben dargestellt.
Daraufhin wird die Oberfläche 19 des Werkzeugs 17 mittels einer Hydraulikeinheit gegen einen Teil der inneren Mantelfläche 2 des Rohres 1, in dem sich die lokale Unrundheit 16 befindet, bewegt. Zumindest teilweise gleichzeitig wird das Werkzeug 18 gegen einen Teil der äußeren Mantelfläche 3, in dem sich die lokale Unrundheit 16 befindet, bewegt. Dieser Zustand ist in 3 rechts oben dargestellt.
Wenn die Oberfläche 19 des Werkzeugs 17 bzw. die Oberfläche 20 des Werkzeugs 18 die entsprechenden Teile der Mantelflächen 2, 3 berühren, werden die Werkzeuge 17, 18 radial weiter in Richtung der jeweiligen Mantelfläche 2, 3 bewegt, wodurch eine erste Kraft unmittelbar auf den besagten Teil der inneren Mantelfläche 2 und zumindest teilweise gleichzeitig eine zweite Kraft unmittelbar auf den besagten Teil der äußeren Mantelfläche 3 ausgeübt werden. Dadurch wird ein Bereich des Rohres 1 zumindest im Wesentlichen plastisch verformt. Dieser Zustand ist in 3 links unten dargestellt.
Die erste Kraft wird dabei unmittelbar auf einen Teil der inneren Mantelfläche 3 ausgeübt, der sich in Umfangsrichtung über weniger als 5 %, nämlich ca. 1 % des inneren Umfangs des Rohres 1 erstreckt. In axialer Richtung erstreckt sich der Teil der inneren Mantelfläche 3 über weniger als 0,1 % der axialen Ausdehnung des Rohres 1.
Die zweite Kraft wird unmittelbar auf einen Teil der äußeren Mantelfläche 3 ausgeübt, der sich in Umfangsrichtung über weniger als 20 %, nämlich ca. 10 % des inneren Umfangs des Rohres 1 erstreckt. In axialer Richtung erstreckt sich der Teil der äußeren Mantelfläche 3 über weniger als 0,1 % der axialen Ausdehnung des Rohres 1.
Schließlich werden die Werkzeuge 10, 11 von den Mantelflächen 2, 3 des Rohrs 1 weg bewegt. Dieser Zustand ist in 3 rechts unten dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Konstruktionselement
2: innere Mantelfläche von 1
3: äußere Mantelfläche von 1
4: Werkzeug
5: Werkzeug
6: Oberfläche von 4
7: Oberfläche von 5
8: Hohlraum von 1
9: Schweißnaht von 1
10: Werkzeug
11: Werkzeug
12: Oberfläche von 10
13: Oberfläche von 11
14: Aussparung von 10
15: Aussparung von 11
16: lokale Unrundheit von 1
17: Werkzeug
18: Werkzeug
19: Oberfläche von 17
20: Oberfläche von 18

Claims

Verfahren zur Reduzierung einer Ovalität eines Konstruktionselements (1) mit einem im Wesentlichen kreisringförmigen Querschnitt und mit einer inneren Mantelfläche (2) sowie einer äußeren Mantelfläche (3), wobei das Konstruktionselement (1) plastisch verformt wird, indem gleichzeitig eine erste Kraft unmittelbar auf einen ersten Teil der inneren Mantelfläche (2), eine zweite Kraft unmittelbar auf einen ersten Teil der äußeren Mantelfläche (3), eine dritte Kraft unmittelbar auf einen zweiten Teil der inneren Mantelfläche (2) und eine vierte Kraft unmittelbar auf einen zweiten Teil der äußeren Mantelfläche (3) ausgeübt werden, wobei der erste Teil der inneren Mantelfläche (2), der erste Teil der äußeren Mantelfläche (3), der zweite Teil der inneren Mantelfläche (2) und der zweite Teil der äußeren Mantelfläche (3) in Umfangsrichtung des Konstruktionselements (1) jeweils zueinander versetzt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Kraft und die dritte Kraft unmittelbar auf die Teile der inneren Mantelfläche (2) ausgeübt werden, die den kleinsten Innendurchmesser des Konstruktionselements (1) bestimmen und die zweite Kraft und die dritte Kraft unmittelbar auf die Teile der äußeren Mantelfläche (3) ausgeübt werden, die den größten Außendurchmesser bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste und die zweite Kraft betragsmäßig unterschiedlich sind.
Verfahren nach Anspruch 2 und optional 3, wobei das Konstruktionselement (1) ein Rohr (1) ist und die Kontur des Rohres (1) vermessen wird, anhand der Messdaten ein zu bearbeitender Abschnitt des Rohres (1) festgelegt wird, für diesen Abschnitt diejenigen Teile des Rohres (1) identifiziert werden, die den kleinsten Innen- oder Außendurchmesser bestimmen, und für diesen Abschnitt diejenigen Teile des Rohres (1) identifiziert werden, die den größten Innen- oder Außendurchmesser bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei zur Ausübung der ersten und dritten Kraft ein Werkzeug (4) in einen Hohlraum (8) des Rohres (1) geschwenkt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Reduzierung einer Ovalität eines Konstruktionselements (1) mit einem im Wesentlichen kreisringförmigen Querschnitt und mit einer inneren Mantelfläche (2) sowie einer äußeren Mantelfläche (3), wobei die Vorrichtung drei Werkzeuge (4, 5) aufweist und so ausgebildet ist, dass mittels eines Werkzeugs (4) eine erste Kraft und eine dritte Kraft unmittelbar auf jeweils einen Teil der inneren Mantelfläche (2) und gleichzeitig mittels der anderen beiden Werkzeuge (5) eine zweite Kraft und eine vierte Kraft unmittelbar auf jeweils einen Teil der äußeren Mantelfläche ausübbar sind, wobei die Teile der inneren Mantelfläche (2) und die Teile der äußeren Mantelfläche (3) in Umfangsrichtung des Konstruktionselements (1) jeweils zueinander versetzt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das eine Werkzeug (4) und die beiden anderen Werkzeuge (5) in axialer Richtung des Konstruktionselements (1) bewegbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das eine Werkzeug (4) in einen Hohlraum (8) des Konstruktionselements (1) schwenkbar ist.