DE102016105902A1 - Method for producing a metal pipe with different wall thicknesses - Google Patents
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Abstract
Dargestellt und beschrieben ist ein Verfahren (1) zur Herstellung eines Rohres (2) aus Metall mit einem im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt und mit wenigstens zwei in axialer Richtung des Rohres (2) hintereinanderliegenden Abschnitten (3a, 3b) mit unterschiedlichen Wandstärken. Das vorgestellte Verfahren (1) zeichnet sich dadurch aus, dass ein Außenrohr (4) und ein Innenrohr (5) bereitgestellt (100) werden, wobei der Außendurchmesser des Innenrohres (5) kleiner ist als der Innendurchmesser des Außenrohres (4), dass das Innenrohr (5) an eine Sollposition in das Außenrohr (4) eingebracht (110) wird, dass wenigstens das Innenrohr (5) oder das Außenrohr (4) im kraftfreien Zustand eine solche Formabweichung vom idealen kreisrunden Querschnitt aufweist, dass das Innenrohr (5) in dem Außenrohr (4) an seiner Sollposition durch Kraftschluss gehalten (120) wird, dass das Außenrohr (4) zumindest an der Stelle der Sollposition des Innenrohres (5) durch äußere Krafteinwirkung durchmesserreduziert (130) wird.Shown and described is a method (1) for producing a tube (2) made of metal with a substantially circular cross section and with at least two in the axial direction of the tube (2) one behind the other sections (3a, 3b) with different wall thicknesses. The presented method (1) is characterized in that an outer tube (4) and an inner tube (5) are provided (100), wherein the outer diameter of the inner tube (5) is smaller than the inner diameter of the outer tube (4) Inner tube (5) to a desired position in the outer tube (4) introduced (110), that at least the inner tube (5) or the outer tube (4) in the force-free state has such a shape deviation from the ideal circular cross-section that the inner tube (5) held in the outer tube (4) at its desired position by force fit (120) is that the outer tube (4) at least at the location of the desired position of the inner tube (5) by external force reduced diameter (130).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres aus Metall mit einem im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt und mit wenigstens zwei in axialer Richtung des Rohres hintereinanderliegenden Abschnitten mit unterschiedlichen Wandstärken.The invention relates to a method for producing a tube made of metal with a substantially circular cross-section and with at least two in the axial direction of the tube one behind the other sections with different wall thicknesses.
Verfahren zur Herstellung von Metallrohren mit über ihre Längserstreckung variierender Wanddicke sind aus dem Stand der Technik in ganz unterschiedlicher Weise bekannt. Der Wunsch nach einer Veränderung der Wanddicke eines Metallrohres kann technisch unterschiedliche Gründe haben. Häufig ist eine über die Längserstreckung des Rohres veränderliche Wanddicke einer veränderlichen mechanischen Beanspruchung des Rohres über seine Längserstreckung geschuldet. Mit einer veränderlichen Wanddicke wird das Rohr mit über seine Längserstreckung veränderlichen Festigkeitseigenschaften ausgestattet. Ein anderer Grund für veränderliche Wandstärken mag auch eine ortsveränderliche thermische Beanspruchung sein.Methods for the production of metal pipes with varying wall thickness over their longitudinal extent are known in very different ways from the prior art. The desire for a change in the wall thickness of a metal pipe may have different technical reasons. Frequently, a variable over the longitudinal extent of the tube wall thickness of a variable mechanical stress of the tube over its longitudinal extension is owed. With a variable wall thickness, the pipe is equipped with varying strength properties along its length. Another reason for variable wall thicknesses may also be a mobile thermal stress.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl an Verfahren bekannt, um wandstärkenveränderliche Rohre herzustellen. Aus der
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Metallrohres mit einem im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt und mit wenigstens zwei in axialer Richtung des Rohres hintereinanderliegenden Abschnitten mit unterschiedlichen Wandstärken anzugeben, bei dem eine lokale Variation der Wanddicke auch ohne die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile herstellbar ist.Object of the present invention is to provide a method for producing a metal tube having a substantially circular cross-section and with at least two in the axial direction of the tube one behind the other sections with different wall thickness, in which a local variation of the wall thickness even without those of the prior art known disadvantages can be produced.
Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe ist erfindungsgemäß zunächst dadurch gelöst, dass ein Außenrohr und ein Innenrohr bereitgestellt werden, wobei der Außendurchmesser des Innenrohres kleiner ist als der Innendurchmesser des Außenrohres, dass das Innenrohr an eine Sollposition in das Außenrohr eingebracht wird, dass wenigstens das Innenrohr oder das Außenrohr im kraftfreien Zustand eine solche Formabweichung vom idealen kreisrunden Querschnitt aufweist, dass das Innenrohr in dem Außenrohr an seiner Sollposition durch Kraftschluss gehalten wird und dass das Außenrohr zumindest an der Stelle der Sollposition des Innenrohres durch äußere Krafteinwirkung durchmesserreduziert wird.The previously derived and indicated object is achieved according to the invention initially by providing an outer tube and an inner tube, wherein the outer diameter of the inner tube is smaller than the inner diameter of the outer tube, that the inner tube is introduced to a desired position in the outer tube that at least the inner tube or the outer tube in the force-free state has such a shape deviation from the ideal circular cross-section that the inner tube is held in the outer tube at its desired position by force fit and that the outer tube is reduced in diameter at least at the location of the desired position of the inner tube by external force.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf. Wenn es hier heißt, dass es um ein Verfahren zur Herstellung eines Metallrohres mit einem im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt geht, dann ist damit gemeint, dass das Rohr idealerweise einen kreisrunden Querschnitt aufweisen sollte, der in der technischen Realität – im mathematischen Sinne – natürlich nicht erreicht wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Innenrohr, das Außenrohr oder auch beide Rohre, also das Innenrohr und das Außenrohr, im kraftfreien Zustand eine Formabweichung vom idealen kreisrunden Querschnitt aufweist bzw. aufweisen, so dass das Innenrohr in dem Außenrohr an seiner vorgesehenen Sollposition durch Kraftschluss gehalten wird. Das bedeutet also, dass die Außenwandung des Innenrohrs und die Innenwandung des Außenrohrs an der Sollposition Kontakt miteinander haben und insoweit durch Kraftschluss miteinander verbunden sind. Dazu mag es notwendig sein, das Innenrohr in das Außenrohr durch Überwindung einer gewissen Vorschubkraft einzuschieben.The inventive method has a number of advantages. If it is said that it is a method for producing a metal tube having a substantially circular cross-section, then it is meant that the tube should ideally have a circular cross section, of course, in the technical reality - in the mathematical sense - not achieved becomes. According to the invention it is provided that the inner tube, the outer tube or both tubes, ie the inner tube and the outer tube, in force-free state has or have a shape deviation from the ideal circular cross-section, so that the inner tube held in the outer tube at its intended position by force fit becomes. This means that the outer wall of the inner tube and the inner wall of the outer tube at the desired position have contact with each other and are so far interconnected by frictional connection. For this it may be necessary to insert the inner tube in the outer tube by overcoming a certain feed force.
Wenn davon die Rede ist, dass die geschilderte Formabweichung im kraftfreien Zustand vorhanden ist, dann ist damit gemeint, dass auf das jeweilige Rohr keine äußere Kraft einwirkt, das Rohr also ohne Einwirkung einer äußeren Kraft eine derartige Formabweichung aufweist. Ein Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass das Innenrohr und das Außenrohr in der Sollposition zueinander fixiert sind, es ist also ohne Weiteres möglich, das Außenrohr und das an der Sollposition befindliche Innenrohr weiteren Bearbeitungsschritten zu unterziehen, ohne Gefahr zu laufen, dass die Positionierung von Innenrohr und Außenrohr verloren geht.If it is mentioned that the described shape deviation is present in the force-free state, then it is meant that acts on the respective pipe no external force, the tube thus without the action of an external force has such a shape deviation. An advantage of this procedure is that the inner tube and the outer tube are fixed in the desired position to each other, so it is readily possible to subject the outer tube and located at the desired position inner tube further processing steps without running the risk that the positioning of Inner tube and outer tube is lost.
In dem darauffolgenden Verfahrensschritt, der Durchmesserreduzierung des Außenrohres – damit ist eine dauerhafte, also plastische Durchmesserreduzierung des Außenrohres gemeint – wird eine weitere Intensivierung des Kontaktes zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr bewirkt, ohne dass es dazu weiterer Maßnahmen – wie beispielsweise dem Hartlöten oder einer Verschweißung – bedürfte.In the subsequent process step, the diameter reduction of the outer tube - thus a permanent, so plastic diameter reduction of the outer tube is meant - a further intensification of the contact between the outer tube and the inner tube is effected, without causing further measures - such as brazing or welding - needed.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest das Außenrohr oder das Innenrohr vorbereitend plastische so umgeformt wird, dass im kraftfreien Zustand eine solche Formabweichung vom idealen kreisrunden Querschnitt erzielt wird, dass das Innenrohr nach dem Einbringen in das Außenrohr in dem Außenrohr an seiner Sollposition durch Kraftschluss gehalten wird. Damit ist gemeint, dass das Außenrohr oder das Innenrohr – oder auch Außenrohr und Innenrohr – bevor das Innenrohr an eine Sollposition in das Außenrohr eingebracht wird plastisch abweichend von dem idealen kreisrunden Querschnitt deformiert wird bzw. werden, so dass hier prägnante Abweichungen von dem kreisrunden Querschnitt erzielt werden und der Querschnitt des Innenrohres und der Querschnitt des Außenrohres nicht überschneidungsfrei im kraftfreien Zustand übereinander gelegt werden können. Es ist also erforderlich, zumindest eine elastische Verformung bei dem Ineinanderbringen des Innenrohres in das Außenrohr zu bewerkstelligen. Es werden in diesem Verfahrensschritt also Formabweichungen erzielt, die außerhalb des Bereichs herstellungsbedingt vorhandener Abweichungen vom idealen kreisrunden Querschnitt liegen. So kann gezielt eine bestimmte Haltekraft des Innenrohres in dem Außenrohr an der Sollposition des Innenrohrs eingestellt werden. Diese Herstellung der Formabweichung vom idealen kreisrunden Querschnitt wird also vor dem Ineinanderbringen von Außenrohr und Innenrohr erzielt und damit auch vor dem Reduzieren des Durchmessers zumindest des Außenrohres. According to a preferred embodiment of the method, it is provided that at least the outer tube or the inner tube preparative plastic is transformed so that in the power-free state, such a shape deviation is achieved by the ideal circular cross-section, that the inner tube after insertion into the outer tube in the outer tube at its Target position is held by adhesion. This means that the outer tube or the inner tube - or outer tube and inner tube - before the inner tube is introduced to a desired position in the outer tube is plastically deviating from the ideal circular cross-section or will be, so here incisive deviations from the circular cross-section can be achieved and the cross section of the inner tube and the cross section of the outer tube can not be overlapped in the force-free state superimposed. It is therefore necessary to accomplish at least one elastic deformation when bringing the inner tube into the outer tube. In this method step, deviations in form are thus achieved which are outside the range of deviations from the ideal circular cross-section due to the production. Thus, a specific holding force of the inner tube in the outer tube can be selectively adjusted to the desired position of the inner tube. This production of the shape deviation from the ideal circular cross-section is thus achieved before the interfitting of outer tube and inner tube and thus also before reducing the diameter of at least the outer tube.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest das plastisch verformte Innenrohr oder das plastisch verformte Außenrohr beim ineinander Einbringen an dem Ende durch ein Greifmittel elastisch hin zu einer ideal runden Öffnung verformt wird, mit dem das Innenrohr in das Außenrohr eingebracht oder das Außenrohr über das Innerohr geführt wird. Dieser Verfahrensschritt dient dazu, das Ineinandereinbringen von Innenrohr in das Außenrohr bzw. von Außenrohr über das Innenrohr zu erleichtern, so dass das Einführen des Innenrohrs in das Außenrohr mit einem reduzierten mechanischen Widerstand möglich ist.According to a further advantageous embodiment of the method is provided that at least the plastically deformed inner tube or the plastically deformed outer tube is elastically deformed during insertion into the end by a gripping means to an ideal circular opening with which the inner tube inserted into the outer tube or the Outer tube is guided over the inner ear. This method step serves to facilitate the bringing of the inner tube into the outer tube or of the outer tube into one another via the inner tube, so that the insertion of the inner tube into the outer tube with a reduced mechanical resistance is possible.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung dieses Verfahrens ist in einer ersten Variante vorgesehen, dass das Greifmittel als Innenspreizmittel ausgebildet ist und in das Innenrohr oder in das Außenrohr geführt wird und die Rohrwandung durch radial nach außen gerichtete Kräfte elastisch verformt. Dieses Innenspreizmittel wird vorzugsweise ohne mechanischen Widerstand in das jeweilige Rohr – beispielsweise mit einer Art Lanze – eingeführt und dann in seinem Durchmesser vergrößert, beispielsweise durch Aufstellen von metallischen Flügeln. Das genannte Innenspreizmittel wird insbesondere über seinen gesamten Umfang hin gleichmäßig von seinem Durchmesser her erweitert, so dass das jeweilige Rohr, in das das Innenspreizmittel eingeführt worden ist, auch gleichmäßig in Richtung auf eine runde Öffnung hin verformt wird.According to a particular embodiment of this method is provided in a first variant that the gripping means is designed as Innenspreizmittel and is guided in the inner tube or in the outer tube and the tube wall elastically deformed by radially outwardly directed forces. This Innenspreizmittel is preferably introduced without mechanical resistance in the respective tube - for example, with a kind of lance - and then increased in diameter, for example by setting up metallic wings. Said internal expansion means is extended uniformly in particular over its entire circumference from its diameter, so that the respective tube, into which the inner expansion means has been introduced, is also deformed uniformly in the direction of a round opening.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist vorgesehen, dass das Greifmittel – oder ein zusätzliches Greifmittel – als Außengreifmittel ausgebildet ist und um das Innenrohr oder um das Außenrohr geführt wird und die Rohrwandung durch radial nach innen gerichtete Kräfte elastisch verformt. Insbesondere durch Zusammenwirken derartiger Maßnahmen, also durch das Verformen eines Endes des Innenrohrs und des Außenrohrs, also jener Enden, die ineinander gebracht werden sollen, ist ein besonders problemloses Ineinanderführen von Innenrohr und Außenrohr gewährleistet.Alternatively or additionally, it is provided that the gripping means - or an additional gripping means - is designed as an external gripping means and is guided around the inner tube or the outer tube and the tube wall elastically deformed by radially inwardly directed forces. In particular, by cooperation of such measures, ie by deforming one end of the inner tube and the outer tube, ie those ends which are to be brought into one another, a particularly easy merging of inner tube and outer tube is ensured.
Bei der Durchmesserreduzierung des Außenrohres stellt sich die Frage, wie weit die Reduzierung des Durchmessers des Außenrohres vollzogen werden soll, um zu einer gewünschten Festigkeit oder zu gewünschten Strömungseigenschaften innerhalb des hergestellten Rohres zu führen. Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens ist hier vorgesehen, dass das Außenrohr zumindest an der Stelle der Sollposition des Innenrohres – bei eingefügtem Innenrohr an der Sollposition – durch äußere Krafteinwirkung plastisch auf den Außendurchmesser des Innenrohres durchmesserreduziert wird. Allein durch diese Maßnahme ist schon gewährleistet, dass das Innenrohr fest in dem Außenrohr positioniert und fixiert ist, da das deformierte Innenrohr noch zusätzlich elastisch verformt wird, möglicherweise über seine Elastizitätsgrenze auch schon plastisch verformt wird und so jedenfalls zwingend in vollem Umfang an dem Außenrohr anliegt. Schon durch diese Maßnahme werden Lücken zwischen Innenrohr und Außenrohr weitestgehend vermieden.When reducing the diameter of the outer tube, the question arises as to how far the reduction of the diameter of the outer tube is to be carried out in order to lead to a desired strength or desired flow properties within the tube produced. According to one embodiment of the method is provided here that the outer tube is at least at the location of the desired position of the inner tube - with an inserted inner tube at the desired position - reduced by external force plastically on the outer diameter of the inner tube. Alone by this measure is already guaranteed that the inner tube is firmly positioned and fixed in the outer tube, since the deformed inner tube is additionally elastically deformed, possibly even beyond its elastic limit is plastically deformed and so definitely rests in full on the outer tube , Already by this measure, gaps between inner tube and outer tube are largely avoided.
In einem weitergehenden Verfahrensschritt werden das Außenrohr und das Innenrohr zumindest an der Stelle der Sollposition des Innenrohres durch äußere Krafteinwirkung beide gemeinsam plastisch durchmesserreduziert, wodurch eine noch intensivere Verbindung zwischen Außenrohr und Innenrohr erzielt wird. Es besteht keine Notwendigkeit, zusätzliche Verbindungsmaßnahmen zwischen Außenrohr und Innenrohr vorzunehmen.In a further step, the outer tube and the inner tube are at least at the point of the desired position of the inner tube by external force both together plastically reduced diameter, whereby an even more intense connection between the outer tube and inner tube is achieved. There is no need to make additional connection measures between outer tube and inner tube.
Bei besonderen Belastungen wird in einem weiteren Verfahrensschritt nach der Durchmesserreduzierung des Außenrohres im Bereich des Innenrohres das Außenrohr mit dem Innenrohr verschweißt. Besonders vorteilhaft sind hier zwei umlaufende Schweißnähte an den Enden des Innenrohres. Besonders vorteilhaft ist hier, wenn das Außenrohr mit dem Innenrohr von außen durch Laserschweißen verschweißt wird, insbesondere durch einen orbital umlaufenden Laser. Es entstehen so praktisch keine Nähte, die in den Strömungsquerschnitt des resultierenden metallischen Rohres ragen. Das erzielte Rohr ist auch im strömungsmechanischen Sinne nahezu ideal.For special loads, the outer tube is welded to the inner tube in a further step after the diameter reduction of the outer tube in the region of the inner tube. Particularly advantageous here are two circumferential welds at the ends of the inner tube. It is particularly advantageous here if the outer tube is welded to the inner tube from the outside by laser welding, in particular by an orbital rotating laser. There are practically no results Seams that protrude into the flow cross-section of the resulting metallic tube. The achieved pipe is also almost ideal in terms of fluid mechanics.
Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Rohres aus Metall auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigenIn particular, there are now a variety of ways to design and develop the inventive method for producing a pipe made of metal. Reference is made on the one hand to the claims subordinate to claim 1, on the other hand, to the following description of embodiments in conjunction with the drawings. In the drawing show
In
Nachfolgend wird das Innenrohr
Abschließend wird das Außenrohr
Das ganze Verfahren
In
Bei dem in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Verfahren zur Herstellung eines Metallrohres Method for producing a metal tube
- 22
- Metallrohr metal pipe
- 33
- Abschnitte des Rohres Sections of the pipe
- 44
- Außenrohr outer tube
- 55
- Innenrohr inner tube
- 66
- Walzen roll
- 77
- Greifmittel gripping means
- 7a7a
- Innenspreizmittel Innenspreizmittel
- 7b7b
- Außengreifmittel External gripping means
- 88th
- Schweißnaht Weld
- 9090
- Herstellen einer Formabweichung vom kreisrunden Querschnitt Producing a shape deviation from the circular cross-section
- 100100
- Bereitstellen von Außenrohr und Innenrohr Provision of outer tube and inner tube
- 110110
- Einbringen von Innenrohr in Außenrohr Insertion of inner tube in outer tube
- 120120
- Halten des Innenrohres im Außenrohr durch Kraftschluss Holding the inner tube in the outer tube by traction
- 130130
- Durchmesserreduktion Diameter reduction
- 140140
- Verformung einer Rohröffnung hin zum idealen kreisrunden Querschnitt Deformation of a pipe opening towards the ideal circular cross-section
- 150150
- Schweißen welding
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007032267 A1 [0003] DE 102007032267 A1 [0003]
- DE 19750959 A1 [0004] DE 19750959 A1 [0004]
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