DE19640136A1 - Verfahren zur Verformung von Doppelmantelrohren sowie solche Doppelmantelrohre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verformung von Doppelmantelrohren, die aus einem inneren Rohr und einem dazu konzentrischen Außenrohr bestehen sowie solche Doppelmantelrohre.

Insbesondere in der chemischen und in der Nahrungsmittelindustrie werden in Rohrleitungen Produkte gefördert, deren Aggregatzustand nur bei Aufrechterhaltung bestimmter Temperaturen stabil bleibt. Hierzu werden Rohrleitungen aus Doppelmantelrohren eingesetzt, die je nach Bedarf beheizt oder gekühlt werden, um die darin geförderten Produkte in ihrem Aggregatzustand stabil zu halten. Solche Doppelmantelrohrleitungen können auch durch einwandige Rohrleitungen ersetzt werden, die beispielsweise durch elektrische Heizbänder temperiert werden oder neben denen Begleitheiz- oder seltener Kühlrohre angeordnet sind. Bei den Doppelmantelrohrleitungen ist das Außenrohr, das entweder ein Heiz- oder ein Kühlmedium führt, konzentrisch um das produktführende Innenrohr, das die eigentliche Rohrleitung darstellt, gelegt. Derartige Doppelmantelrohrleitungen laufen selbstverständlich nicht ausschließlich geradlinig, sondern weisen Bögen auf und werden weitgehend manuell zusammengeschweißt, wodurch ihre Herstellung sehr lohnintensiv ist. Dabei wird die Rohrleitung aus geraden Rohrstücken und handelsüblichen Formstücken, wie vorgefertigten Bögen zusammengeschweißt. Für die meisten Anwendungen sind umfangreiche Prüfungen der Dichtigkeit der Schweißnähte vorgeschrieben und insbesondere muß die Dichtigkeit des Innenrohres auf 100% sichergestellt werden. Es ist bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von solchen Doppelmantelrohrleitungen sehr schwierig, die geforderten Toleranzen für die Ovalität und Welligkeit der Bögen einzuhalten. Es ist offensichtlich, daß die manuelle Arbeit beim Zusammenschweißen der Doppelmantelrohrleitungen unter Einhaltung der geforderten engen Toleranzen für die Ovalität und die Welligkeit der Rohrbögen sehr zeit- und kostenaufwendig ist. Hierzu kommen noch die Kosten der zerstörungsfreien Prüfungen der Schweißnähte des nach der Zusammensetzung des Doppelmantelrohres nicht mehr zugänglichen Innenrohrs. Mit Hilfe von beispielsweise Röntgendurchstrahlungsprüfgeräten wird die Dichtigkeit des Innenrohrs auf bis zu 100% Genauigkeit kontrolliert.

Es wurden schon Versuche unternommen, den Zwischenraum zwischen Außen- und Innenrohr eines Doppelmantelrohrs mit Sand oder einem geeigneten Granulat zu füllen und zu verdichten und anschließend das Doppelmantelrohr zu biegen. Auch Füllungen des Zwischenraums zwischen Außen- und Innenrohr mit Kolophonium sind schon vorgenommen worden. Dabei zeigte sich jedoch, daß die geforderten engen Toleranzen für Ovalität und Welligkeit der Doppelmantelrohrbögen nicht im gewünschten Maß eingehalten werden können.

Aus der DE-C-27 49 589 (= US-A-4,238,945) ist eine Rohrkombination aus einem Außenrohr und einem exzentrischen Innenrohr bekannt. Vor dem Biegevorgang dieser Rohrkombination wird das Innenrohr auf die entsprechende Länge zugeschnitten, die der gewünschten Länge nach dem Biegevorgang entspricht und in das Außenrohr eingeschoben. Danach wird in ein Ende der Rohrkombination ein sogenannter Biegekern eingesetzt und an einem Kontrollstab befestigt, der um seine Achse herum einstellbar ist. Der Biegekern weist einen Längseinschnitt auf, der das Innenrohr aufnimmt. Während des Biegevorganges wird die Rohrkombination durch eine Klemmeinrichtung, festgemacht an einen Biegeanschlag, gehalten, der um einen Anlenkungspunkt schwenkbar ist.

Die US-A-3,546,917 betrifft ein Doppelmantelrohr aus zwei koaxialen Rohren, die einen Zwischenraum einschließen, der vor dem Biegen des Doppelmantelrohrs mit einer gefrierbaren Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser gefüllt wird. Das Wasser wird gefroren und zwar möglichst rasch, indem flüssiger Stickstoff durch das Innenrohr geleitet wird. Danach wird das Doppelmantelrohr entsprechend dem gewünschten Biegeradius mit herkömmlichen Biegeeinrichtungen gebogen, wobei das Wasser gefroren bleibt. Es können Bögen mit bis zu 64 mm Außendurchmesser mit transportablen Biegemaschinen gebogen werden. Derartige Rohrleitungen sind im allgemeinen Übertragungsleitungen für Tieftemperaturkältemittel.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verformen von Doppelmantelrohren zu schaffen, mit dem aus geradlinigen Doppelmantelrohren ohne Schweißarbeiten und spanlos, gebogene Doppelmantelrohre unter Einhaltung enger Toleranzen für die Ovalität und Welligkeit der Rohrbögen gefertigt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren in der Weise gelöst, daß in dem Hohl- bzw. Zwischenraum zwischen dem Innen- und Außenrohr eine Metallegierung schmelzflüssig eingefüllt wird, daß das Erstarren der Metallegierung abgewartet wird und daß nach dem Erstarren der Metallegierungschmelze das Doppelmantelrohr auf einer Rohrbiegemaschine wie ein einwandiges Rohr gebogen wird.

In Ausgestaltung des Verfahrens ist der Schmelzpunkt der Metallegierung niedriger als 100°C und liegt bevorzugt im Temperaturbereich von 60 bis 80°C. Vorzugsweise enthält die Metallegierung Bi, Sn, Cd und Pb. Bei den geeigneten Metallegierungen handelt es sich um bekannte Legierungen und die Legierungsbestandteile haben beispielsweise folgende Gewichtsanteile an dem Gesamtgewicht der Legierung: Bi 50 Gew.-%, Sn 13 Gew.-%, Cd 8 Gew.-% und Pb ist der Rest auf 100 Gew.-%. Eine andere geeignete Metallegierung für das Verfahren besteht aus Bi, Sn, Pb und In. Die Legierungsbestandteile haben dabei folgende Gewichtsanteile: Bi 49 Gew.-%, Sn 12 Gew.-%, Pb 18 Gew.-% und In 21 Gew.-%.

In Weiterführung des Verfahrens wird nach dem Verformen des Doppelmantelrohres die Metallegierung durch Erwärmen aufgeschmolzen und aus dem Zwischen- bzw. Hohlraum zwischen dem Innen- und Außenrohr abgegossen.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten gebogenen Doppelmantelrohre, mit einem Innenrohr und einem dazu konzentrischen Außenrohr, die zumindest einen Bogen gleichmäßiger Krümmung des Außenrohres aufweisen, zeichnen sich dadurch aus, daß das Doppelmantelrohr einstückig, ohne Schweißnähte, gefertigt ist und daß die Bögen des Doppelmantelrohres spanlos geformt sind und vorgegebene Werte für die Ovalität und Welligkeit einhalten.

Zweckmäßigerweise betragen die Biege- bzw. Bogenradien r gleich 1,5 × Außen­ durchmesser D des Außenrohres bis 5 × Außendurchmesser des Außenrohres. Insbesondere betragen die Biege- bzw. Bogenradien r gleich 2,5 × Außendurchmesser des Außenrohres.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Doppelmantelrohre beträgt der Abstand zwischen dem Innen- und dem Außenrohr 15 bis 20% des Durchmessers des Innenrohres. So liegt der Durchmesser des Innenrohres im Bereich von 20 bis 50 mm. Mit dem Durchmesser ist der Innendurchmesser des Innenrohrs gemeint.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß handelsübliche und bekannte Rohrbiegeeinrichtungen für das Biegen bzw. Verformen von einwandigen Rohren ohne zusätzlichen apparativen Aufwand verwendet werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil eines Doppelmantelrohres,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Doppelmantelrohres mit zwei Rohrbögen in bekannter Bauweise, und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines Doppelmantelrohres mit zwei Rohrbögen, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

In Fig. 1 ist ein Abschnitt eines Doppelmantelrohres 1 geschnitten dargestellt. Das Doppelmantelrohr 1 besteht aus einem Innenrohr 4 und einem dazu konzentrischen Außenrohr 5. Das Innenrohr 4 und das Außenrohr 5 schließen einen Zwischenraum 6 ein, der von einem Heiz- oder Kühlmittel durchflossen wird. Der Abstand a zwischen dem Innenrohr 4 und dem Außenrohr 5 beträgt im allgemeinen 15 bis 20% des Durchmessers d des Innenrohrs 4. Der Durchmesser d des Innenrohres 4 liegt im Bereich von 20 bis 50 mm. Durch das Innenrohr 4 strömt das zu fördernde Produkt, das im allgemeinen beheizt ist, um den Aggregatzustand des Produkts stabil zu halten. An das Außenrohr 5 ist ein Endstück 7 mit einem Flansch 8 angeschweißt. Das Außenrohr 5 hat einen Innendurchmesser Dj. Das Endstück 7 ist gleichfalls doppelwandig ausgeführt und mit dem Innenrohr 4 einerseits und dem Außenrohr 5 andererseits sowie mit dem Flansch 8 verschweißt, die jeweiligen Schweißstellen s sind schematisch angedeutet.

In Fig. 2 ist ein beheiztes Doppelmantelrohr 1 in herkömmlicher Bauweise dargestellt. Das Doppelmantelrohr umfaßt zwei Rohrbögen 2 und 3, die durch ein geradliniges Rohrstück 9 verbunden sind sowie weitere geradlinige Rohrstücke, die direkt an die Rohrbögen anschließen. Die Rohrbögen 2 und 3 sind vorgefertigte Rohrstücke, die an das Rohrstück 9 angeschweißt sind, das die beiden Rohrbögen, wie schon voranstehend erwähnt, miteinander verbindet. Des weiteren sind die Rohrbögen 2 und 3 mit geradlinigen Rohrstücken verschweißt. Die jeweiligen Schweißstellen s sind in Fig. 2 schematisch angedeutet. Diese Rohrleitung aus dem zweifach gebogenen Doppelmantelrohr 1 schließt mit Endstücken 7 ab, die an ihren Stirnseiten mit Flanschen 8 verschweißt sind. Es ist offensichtlich, daß eine derartige Rohrleitung, die aus mehreren Rohrstücken und Rohrbögen zusammengeschweißt ist, arbeitsintensiv und somit nur entsprechend lohnintensiv hergestellt werden kann. Darüber hinaus ergeben sich weitere Kosten durch die aufwendige Prüfung der Schweißnähte auf 100%ige Dichtigkeit.

In Fig. 3 ist eine Rohrleitung aus einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebogenen Doppelmantelrohr 1 dargestellt. Ausgehend von einem geraden Doppelmantelrohr 1 aus einem Innenrohr 4 und einem dazu konzentrischen Außenrohr 5, die einen Hohl- bzw. Zwischenraum 6 einschließen, wird eine Metallegierung im geschmolzenen Zustand in den Hohl- bzw. Zwischenraum 6 eingefüllt. Der Schmelzpunkt dieser Metallegierung ist niedriger als 100°C und liegt insbesondere im Temperaturbereich von 60 bis 80°C. Geeignete Metallegierungen sind bekannt und bestehen beispielsweise aus Bi, Sn, Cd und Pb oder aus den zuvor genannten Metallen Bi, Sn, Pb und In anstelle von Cd Bei der erstgenannten Metallegierung sind die einzelnen Legierungsbestandteile mit folgenden Gewichtsanteilen vorhanden: Bi mit 50 Gew.-%, Sn mit 13 Gew.-%, Cd mit 8 Gew.-% und Pb mit den restlichen Gew.-%, wenn diese auf 100 Gew.-% ergänzt werden. Die Legierungsbestandteile der zweiten Metallegierung haben folgende Gewichtsanteile: Bi 49 Gew.-%, Sn 12 Gew.-%, Pb 18 Gew.-% und In 21 Gew.-%.

Nach dem schmelzflüssigen Einfüllen einer dieser Metallegierungen in den Zwischenraum 6 zwischen dem Innen- und dem Außenrohr wird das Erstarren der Metallegierung abgewartet. Nach dem Erstarren der Metallegierungschmelze wird das Doppelmantelrohr 1 auf einer Rohrbiegemaschine in der gleichen Weise wie ein einwandiges Rohr gebogen, wobei der Biegewinkel maximal 90° beträgt. Nach dem Biegen wird die Metallegierung in dem Zwischenraum 6 durch Erwärmen aufgeschmolzen und aus dem Zwischen- bzw. Hohlraum abgegossen.

In Fig. 3 ist eine Doppelmantelrohrleitung gezeigt, welche die beiden Rohrbögen 2 und 3 aufweist, die durch Verformen eines geradlinigen Doppelmantelrohres gefertigt sind und vorgegebene Werte für die Ovalität und Welligkeit von Rohrbögen einhalten. An dieses zweifach gebogene Doppelmantelrohr 1 werden dann nur noch jeweils stirnseitig die Endstücke 7 mit den Flanschen 8 angeschweißt. Die entsprechenden Schweißstellen s sind in Fig. 3 angedeutet.

Die Biege- bzw. Bogenradien r der beiden Rohrbögen 2 und 3 liegen im Bereich des 1,5fachen bis 5fachen des Außendurchmessers D des Außenrohrs 5. Insbesondere betragen die Biege- bzw. Bogenradien r gleich das 2,5fache des Außendurchmessers D des Außenrohres 5. Hierzu sind in Fig. 3 die Mittelpunkte m1 und m2 der Biegeradien r = 1,5 bzw. 2,5 × Außendurchmesser D des Außenrohres 5 eingezeichnet.

Durch die verhältnismäßig weiche und elastische Metallegierung, die den Zwischenraum 6 des Doppelmantelrohres 1 während des Biegevorgangs ausfüllt, wird erreicht, daß der Abstand a zwischen dem Innenrohr 4 und dem Außenrohr 5 auch bei Biegungen bis zu 90° konstant gehalten wird.

Claims (15)

1. Verfahren zur Verformung von Doppelmantelrohren, die aus einem Innenrohr und einem dazu konzentrischen Außenrohr bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hohl- bzw. Zwischenraum zwischen dem Innen- und Außenrohr eine Metallegierung schmelzflüssig eingefüllt wird, daß das Erstarren der Metallegierung abgewartet wird und daß nach dem Erstarren der Metallegierungschmelze das Doppelmantelrohr auf einer Rohrbiegemaschine wie ein einwandiges Rohr gebogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzpunkt der Metallegierung niedriger als 100°C ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzpunkt der Metallegierung im Temperaturbereich von 60 bis 80°C liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallegierung Bi, Sn, Cd, Pb enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsbestandteile folgende Gewichtsanteile haben:
Bi 50 Gew.-%
Sn 13 Gew.-%
Cd 8 Gew.-%
Pb Rest auf 100 Gew.-%.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallegierung aus Bi, Sn, Pb und In besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsbestandteile folgende Gewichtsanteile haben:
Bi 49 Gew.-%
Sn 12 Gew.-%
Pb 18 Gew.-%
In 21 Gew.-%.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verformen des Doppelmantelrohres die Metallegierung durch Erwärmen aufgeschmolzen und aus dem Zwischen- bzw. Hohlraum zwischen dem Innen- und Außenrohr abgegossen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeradien r der Rohrbögen im Bereich von 1,5 × Außendurchmesser bis 5 × Außen­ durchmesser des Außenrohres gewählt werden.

10. Verfahren nach Anspruch .9, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegeradius r = 2,5 × Außen­ durchmesser des Außenrohres gewählt wird.

11. Doppelmantelrohr mit einem Innenrohr und einem dazu konzentrischen Außenrohr, die zumindest einen Bogen gleichmäßiger Krümmung des Außenrohres aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelmantelrohr (1) einstückig, ohne Schweißnähte, gefertigt ist und daß die Bögen (2, 3) des Doppelmantelrohres spanlos geformt sind und vorgegebene Werte für die Ovalität und Welligkeit einhalten.

12. Doppelmantelrohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Biege- bzw. Bogenradien r = 1,5 × Außendurchmesser (D) des Außenrohrs (5) bis 5 × Außen­ durchmesser des Außenrohrs betragen.

13. Doppelmantelrohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Biege- bzw. Bogenradien r = 2,5 × Außendurchmesser des Außenrohres (5) betragen.

14. Doppelmantelrohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zwischen dem Innen- (4) und dem Außenrohr (5) 15 bis 20% des Durchmessers (d) des Innenrohres (4) beträgt.

15. Doppelmantelrohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Durchmesser (d) des Innenrohres (4) im Bereich von 20 bis 50 mm liegt.