DE1452375B2 - Verfahren und Vorrichtung zum lokalen Aufweiten von Metallrohren - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Walzvorgang unterworfen. Hierdurch findet eine Vorrichtung zum lokalen Aufweiten von Metall- unerwartete, besonders günstige Wechselwirkung rohren, insbesondere zum Herstellen von kugel- dieser beiden Maßnahmen statt. Der pneumatische förmigen Aufweitungen an Geländerpfosten, Masten Druck im Rohrinneren wirkt nämlich elastisch und u. dgl., wobei das Rohr mindestens im Bereich der 5 ermöglicht ein Ausweichen des Rohrmaterials in allen beabsichtigten Aufweitungen auf eine zur Verfor- Richtungen, vor allem auch in axialer Richtung, mung ausreichende Temperatur erhitzt wird, wobei während bei bekannten Rohrwalzverfahren mit im Inneren des Rohres ein dieses aufweitender Gas- Innen- und Außenwalzen eine freie Bewegung des druck und von außen konzentrisch um die Rohrachse Rohrmaterials in axialer Richtung nicht möglich ist. ein die Form der Aufweitung bestimmender Gegen- io Durch die erfindungsgemäß erzielte Wechselwirkung druck ausgeübt werden und wobei mittels eines auf ist die Unempfindlichkeit des erfindungsgemäßen die Rohrenden wirkenden Axialdrucks zusätzliches Verfahrens gegenüber Ungleichmäßigkeiten im Ge-Rohrmaterial in die Aufweitungsbereiche gedrückt fügeaufbau oder in der Wandstärke des Ausgangswird, rohres zu erklären, denn durch diese Wechselwirkung

Ein derartiges Verfahren bzw. eine zu dessen Durch- 15 kommt ein selbsttätiger Ausgleich in bezug auf diese führung geeignete Vorrichtung sind aus der deutschen Eigenschaften des Rohres zustande. Besonders das Patentschrift 728 359 bekannt. Hiernach wird ein axiale Hineinstauchen von Rohrmaterial zum Ausortsfestes Rohr als Ganzes erhitzt und in einer Form gleich der Wandverdünnungen in den Aufweitungsdurch Gasinnendruck zu einem aus mehreren Kugeln bereichen ist infolge des erfindungsgemäß vorgezusammengesetzten Stab aufgeweitet. Der äußere 20 sehenen Walzvorganges wesentlich leichter und mit Gegendruck wird durch Halbschalen erzeugt, gegen besserem Erfolg durchführbar als bei dem bekannten die sich das Rohr aufweitet und die in Axialrichtung Verfahren mit geschlossener, starrer Form ohne des Rohres zusammenschiebbar sind. Bei diesem Walzvorgang.

Zusammenschieben wird zusätzliches Rohrmaterial in Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren infolge die Aufweitungsbereiche gedrückt, damit dort bzw. 25 des Walzvorganges große Teile der Rohroberfläche an den Einschnürungen zwischen benachbarten im Aufweitungsbereich frei zugänglich bleiben, erKugeln und an den Übergängen dieser Einschnü- geben sich weitere Vorteile dadurch, daß die Aufrungen in die Kugeln genügend Material zur Ver- weitung der Rohre während der Verformung ständig fügung steht und das Rohr an diesen gefährlichen beobachtet werden kann, so daß jederzeit augen-Querschnitten nicht geschwächt wird. Dabei bleiben 30 blicklich. eingegriffen werden kann, wenn eine Ungenauigkeiten in der Wandstärke des Ausgangs- Änderung der Arbeitsbedingungen (Drehzahl, Temrohres beim Aufweiten erhalten oder werden sogar peratur oder Innendruck) erforderlich ist. Insnoch vergrößert.-Das vorbekannte Verfahren setzt besondere läßt sich hierbei der Wärmeinhalt des also Rohre voraus, bei denen die vorgeschriebene Rohres durch entsprechende Steuerung einer in den Ausgangswandstärke sehr genau eingehalten ist. 35 Aufweitungsbereichen unmittelbar auf das Rohr ein-Ferner muß nach dem vorbekannten Verfahren das wirkenden Heizvorrichtung kurzfristig steigern oder Rohr über seine ganze Länge sehr genau und gleich- verringern. Auch ist eine schnelle und wirksame mäßig erhitzt werden, da sich sonst beim axialen Kühlung, z. B. durch Aufspritzen von Wasser, Zusammenschieben und Aufweiten ungewollte Wand- möglich.

Stärkenveränderungen ergeben. Ferner können sich 40 Diese Vorteile lassen sich besonders dann erzielen, Wandstärken- und Festigkeitsunterschiede durch wenn das Rohr in an sich bekannter Weise während ungenau bearbeitete Formen und durch Schwerkraft- des Walzvorganges erhitzt wird oder wenn die Rohreinflüsse ergeben. Das vorbekannte Verfahren wandung in den Aufweitungsbereichen in an sich arbeitet also für die Massenfertigung zu unsicher und bekannter Weise unterschiedlich stark erhitzt wird, zu teuer. Es kommt daher nur zur Herstellung von 45 und zwar am stärksten in den am meisten aufzu-Werkstücken in Frage, die verhältnismäßig teuer weitenden Bereichen.

verkauft werden können. Massenartikel mit kugel- Durch die USA.-Patentschrift 2 800 942 Re 24 441

förmigen Aufweitungen, wie Geländerpfosten, Masten ist ein weiteres Verfahren zum lokalen Aufweiten

od. dgl., die außerordentlich schnell in großen von Metallrohren bekannt, bei dem die Walzen eines

Mengen hergestellt werden müssen, können nach 50 Walzenpaares gleichzeitig an der Innenseite und der

diesem bekannten Verfahren nur unwirtschaftlich Außenseite des Rohres zur Bildung einer Aufweitung

oder mit nicht ausreichender Qualität hergestellt zusammenwirken. Ein Gasinnendruck sowie eine Er-

werden. hitzung der Aufweitungsstellen sind hierbei nicht

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, vorgesehen. Eine am offenen Rohrende anliegende, ein Verfahren zu schaffen, das gegenüber den im 55 ringförmige Scheibe auf der Welle der Innenwalze billigen Massenbetrieb schwer vermeidbaren Un- dient nicht zum Ausüben eines Axialdrucks auf das gleichmäßigkeiten unempfindlich ist und trotzdem Rohr, sondern lediglich als Anschlag, um die Anein Endprodukt stets gleichbleibender Güte, ins- griffssteile der Innenrolle zu bestimmen. Dieses bebesondere in bezug auf Wandstärke und Festigkeit, kannte, auf beide Rohrflächen wirkende Walzverergibt. 60 fahren läßt sich nur dann anwenden, wenn die

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Verformung verhältnismäßig gering ist, denn der

bei dem Verfahren der eingangs erwähnten Art der Verformungsgrad wird durch die maximale Größe

Gegendruck durch einen Walzvorgang ausgeübt wird. der Walze begrenzt, die in das Rohrinnere eingeführt

Statt der Verwendung starrer Formschalen zur werden kann. Bei der Erfindung sollen dagegen Ausübung des äußeren Gegendrucks werden also bei 65 wesentlich größere Verformungen mit Wandstärkender Erfindung die Aufweitungsbereiche gleichzeitig ausgleich und mit Aufrechterhaltung eines möglichst mit der pneumatischen Aufweitung von innen her gleichmäßigen Materialgefüges bewirkt werden, einem an der Außenseite des Rohres wirksamen Solche größeren Verformungen sind bei der her-

kömmlichen Walztechnik mit Walzenpaaren aber grundsätzlich nur in mehrstufiger Verfahrensweise möglich. Bei dem zuletzt behandelten bekannten Verfahren muß schließlich der Walzvorgang in unmittelbarer Nähe der Rohrenden vorgenommen werden, während bei der Erfindung keine derartigen Einschränkungen nötig sind.

Aus der französischen Patentschrift 1 035 384 ist ein Verfahren bekannt, bei dem um ihre Längsachse rotierende Rohre erhitzt und von außen durch einen Walzvorgang eingeengt werden. Ein Gasinnendruck wird nicht angewandt. An Stelle der bei der Erfindung durch den Walzvorgang bewirkten genauen Profilierung der Aufweitungen wird das Rohr nach diesem bekannten Verfahren lediglich durch ein schmales Druckrad mechanisch nach innen gedrückt und erhält dabei in Rohrlängsrichtung eine mehr oder weniger zufällige, ungleichmäßige Profilierung, deren Verlauf stark von der Gleichmäßigkeit des Drucks des Druckrades und der Gleichmäßigkeit der Erhitzung abhängt. Dieses bekannte Verfahren kann also überhaupt nur für eine Rohreinengung und nicht für eine Aufweitung verwendet werden. Da der innere pneumatische Druck fehlt, ergibt sich nicht die erfindungsgemäß erzielte besonders vorteilhafte Wechselwirkung zwischen Innendruck und äußerem Walzvorgang. Es wäre auch gar nicht möglich, bei dem bekannten Verfahren einen inneren Gasdruck anzuwenden, da dieser nur die durch den Walzvorgang zustande gebrachte Einengung wieder zunichte machen würde. Bei dem bekannten Verfahren wirkt der Walzvorgang in der Verformungsrichtung, also radial nach innere während bei der Erfindung der Walzvorgang der radial nach außen gerichteten Verformung entgegenwirkt. Die Verformungskraft wird bei der Erfindung nicht durch die Walzen, sondern durch den zusätzlichen, radial nach außen wirkenden Gasinnendruck aufgebracht.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise drehbar gelagerte Aufnahmen an den Enden des Rohres vorgesehen sind, von denen mindestens eine drehend antreibbar ist, und daß in an sich bekannter Weise am Rohrumfang frei drehbar gelagerte, profilierte Formungsrollen angeordnet sind.

Das zu bearbeitende Rohr wird also in eine Art Drehvorrichtung mit Hilfe der Aufnahmen eingespannt, wobei mindestens eine der Aufnahmen, wie es aus der deutschen Patentschrift 728 359 bekannt ist, axial beweglich sein kann, um der Verkürzung des Rohres infolge der Aufweitung Rechnung zu tragen, und wobei, wie es aus dieser Patentschrift ebenfalls bereits bekannt ist, an eine der Aufnahmen eine Gasleitung zur Zuführung von Druckgas in das Innere des Rohres angeschlossen sein kann. Die am Außenumfang des Rohres angeordneten profilierten Formungsrollen benötigen keinen Antrieb, weil das Rohr über die Aufnahmen an seinen Enden angetrieben wird. Da also von den Formungsrollen keine Kraft auf das Rohr übertragen wird, wird das Rohr in den Aufweitungsbereichen durch diese Formungsrollen nicht besonders verformt, sondern nur abgestützt, so daß eine gleichmäßige Wandstärke und ein gleichmäßiger Gefügeaufbau erhalten bleiben.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung kann man Pfosten und Masten aller Art herstellen, z. B. auch Telefon-, Telegrafen-, Antennen- und Straßenlaternenmasten. Diese Masten können sich auch nach oben kontinuierlich verjungen, indem man das heiße Rohr während des Aufweitungsvorganges gegen kegelförmige Formungsrollen laufen läßt. Man kann auch Masten herstellen, deren Durchmesser sich stufenweise von oben nach unten vergrößern. Hierzu verwendet man Formungsrollen mit abgerundeten Enden, um den Übergang von einer Stufe zur anderen abzurunden. Auch hierbei wendet man wiederum Axialdruck an, um an den aufgeweiteten Rohrteilen eine mindestens ebenso große Wandstärke zu erhalten wie an den übrigen Teilen. So kann man beispielsweise Stahlmasten von fast beliebiger Länge, beispielsweise bis zu 15 m oder noch größerer Länge, in einem Stück herstellen, wobei das Oberende beispielsweise einen Durchmesser von 50 mm und eine Wandstärke von 3 mm, der mittlere Abschnitt einen Durchmesser von 69 mm und eine Wandstärke von 3 mm und das untere Ende einen Durchmesser von 87 mm bei einer Wandstärke von 5 mm aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zur Herstellung von Aufweitungen an Rohren "aus thermoplastischem Kunststoff.

Eine Möglichkeit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels einer hierzu geeigneten Vorrichtung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen waagerechten Schnitt durch die Vorrichtung und

F i g. 2 eine Seitenansicht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit der Vorrichtung nach F i g. 1 hergestellten Geländerpfostens.

Gemäß F i g. 1 wird eine ortsfeste Leitung 1 mit Druckluft, beispielsweise mit etwa 70 atm, beschickt. Die Leitung 1 endet in einem Messingkegel 2, der bei 3 mit einer nicht gezeigten Dichtung versehen und mit einer beispielsweise mit 250 Umdr./Min. rotierenden Muffe 4 abgedichtet verbunden ist. Die Verbindungsmuffe 4 steht über eine Leitung 4 a mit einem Verbindungsstück 5 von T-förmigem Querschnitt in Verbindung. Das Verbindungsstück 5 ist an der Rückseite eines dreibackigen Spannfutters 5 angeschraubt. Der rohrförmige Teil des Verbindungs-Stücks 5 ist in Kugellagern drehbar gelagert und nimmt somit an der Rotation der rotierenden Maschinenteile teil. In dem Spannfutter 6 ist ein Ende eines aufzuweitenden Rohres 8 eingeklemmt. Zwischen dem Rohrende und dem Spannfutter 6 ist ein Dichtungsorgan 7 angeordnet, z. B. eine Metallunterlegscheibe, kombiniert mit einer Gummidichtung, um eine abgedichtete Verbindung von der Rohrleitung 4 α zum Inneren des Rohres 8 zu bilden.

Zwei Sätze 9 und 11 von je drei Formungsrollen sind gleichmäßig verteilt um das Rohr 8 herum angeordnet. Die Formungsrollen der Sätze 9 und 11 sind an ihrem Außenumfang jeweils mit Vertiefungen 10 bzw. 12 versehen. Diese Vertiefungen entsprechen dem gewünschten Pfostenprofil, nämlich den kugelförmigen Aufweitungen 10 α und 12 α an dem Pfosten gemäß F i g. 2. . . :

Die Formungsrollen 9 und 11 werden lediglich von der Drehbewegung des Rohres 8 angetrieben. Mehr als drei Rollen pro Satz sind oft unvorteilhaft, da dann nicht genug Platz zur Unterbringung der notwendigen Heizorgane übrigbleibt. Die Formungsrollen bestehen z. B. aus oberflächengehärtetem

Stahl. Die Formungsrollen bzw. mindestens eine der Formungsrollen sind mittels eines nicht gezeigten Hebelsystems so angeordnet und z. B. pneumatisch gesteuert, daß man die Rollen nach dem Einspannen des Rohres 8 mit diesem in Anlage bringen kann. Die Lage der Formungsrollen 9,11 ist in Längsrichtung verstellbar, damit man den Abstand zwischen den herzustellenden Aufweitungen nach Bedarf ändern kann. Auch der Abstand der Formungsrollen von der Rohrachse ist verstellbar.

Neben der Endfläche mindestens einer der Formungsrollen 11 befindet sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine rotierende Schneidscheibe 13, die nicht in Zusammenhang mit dem Gegenstand der Erfindung steht, mittels derer das Rohr 8 an dieser Stelle abgeschnitten und gleichzeitig, mindestens teilweise, zugestaucht werden kann. Sollte dann noch ein Loch übrigbleiben, so kann man dieses nachträglich zuschweißen.

Das hintere Ende des Rohres 8 wird von einer Gummidichtung 14 in einem mitrotierenden Ende 15 der Drehvorrichtung gasdicht verschlossen. Ein nicht rotierendes Druckorgan 16 übt über Kugellager 17 einen Axialdruck auf das mitlaufende Ende 15 aus. Dieser Druck wird pneumatisch erzeugt und hat beispielsweise eine Größe von 7 atm. Je nachdem, wieviel zusätzliches Material in die Aufweitungsbereiche des Rohres 8 hineingedrückt werden soll, läßt sich der Druck einstellen.

Teile der Maschine, die etwa heißlaufen sollten oder die durch die Erhitzung des Rohres 8 zu heiß werden, kann man kühlen. Beispielsweise kann man die Drehlager der Formungsrollen 9,11, die Drucklager 17 und die Drehlager des Verbindungsstücks 5 mit Wasser kühlen.

Das Verfahren wird mit der Vorrichtung nach F i g. .1 wie folgt durchgeführt:

Man rotiert das Rohr 8 mit einer Drehzahl von etwa 250 Umdr./Min. und erhitzt die aufzuweitenden Stellen mittels einer Schweißbrennerflamme oder einer ähnlichen Heizvorrichtung jeweils zwischen den Formungsrollen 9 oder 11. Im Inneren des Rohres 8 erzeugt man einen Druck von etwa 70 atm. Dadurch beginnt das Rohr 8 sich im Bereich der Vertiefungen 10 oder 12 aufzuweiten. .

Man stellt zunächst nur eine Kugel her, beispielsweise die kugelförmige Aufweitung 10 α mit Hilfe der Formungsrollen 9. Nach dem anfänglichen Erhitzen des Rohres 8 wird die Flamme allmählich zurückgezogen, bis sich die ganze Aufweitung 10 α gebildet hat. Gleichzeitig mit diesem Vorgang wird auf das Rohr 8 mittels des Druckorgans 16 Druck in Längsrichtung ausgeübt, um zusätzliches Rohrmaterial in den Aufweitungsbereich hineinzuschieben und dort eine Verdünnung der Rohrwandung weitgehend zu vermeiden.

Die Drehvorrichtung für das Rohr 8 kann mit einem Anschlag für das mitlaufende Ende 15 versehen sein, der sich beispielsweise mit Hilfe von Zwischenscheiben einstellen läßt, wodurch man den Grad der Zusammendrückung des Rohres in Achsrichtung einstellen kann.

Nach Bildung der ersten Aufweitung 10 α kann man eine zweite Aufweitung 12 α in entsprechender Weise herstellen.

Bei Rohren mit einem Außendurchmesser von 44 mm kann man Aufweitungen 10 a, 12 α beispielsweise bis zu einem Außendurchmesser von 69 mm herstellen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum lokalen Aufweiten von Metallrohren, insbesondere zum Herstellen von kugelförmigen Aufweitungen an Geländerpfosten, Masten u. dgl., bei dem das Rohr mindestens im Bereich der beabsichtigten Aufweitungen auf eine zur Verformung ausreichende Temperatur erhitzt wird, bei dem im Inneren des Rohres ein dieses aufweitender Gasdruck und von außen konzentrisch um die Rohrachse ein die Form der Aufweitung bestimmender Gegendruck ausgeübt werden und bei dem mittels eines auf die Rohrenden wirkenden Axialdrucks zusätzliches Rohrmaterial in die Aufweitungsbereiche gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruck durch einen Walzvorgang (9 bis 12) ausgeübt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (8) in an sich bekannter Weise während des Walzvorganges (9 bis 12) um seine Längsachse gedreht wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (8) in an sich bekannter Weise während des Walzvorganges (9 bis 12) erhitzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwandung in den Aufweitungsbereichen in an sich bekannter Weise unterschiedlich stark erhitzt wird, und zwar am stärksten in den am meisten aufzuweitenden Bereichen.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise drehbar gelagerte Aufnahmen (6,15) an den Enden des Rohres (8) vorgesehen sind, von denen mindestens eine (6) drehend antreibbar ist, und daß in an sich bekannter Weise am Rohrumfang frei drehbar gelagerte, profilierte Formungsrollen (9,11) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Formungsrollen (9,11) am Rohrumfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 mit einer axialen Druckgaszuführung an mindestens einem Rohrende, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (4 a) der Druckgaszuführung (1, 4 α) mit der zugehörigen Aufnahme (5, 6) drehbar ist und über eine Abdichtungsvorrichtung (3,4) mit einem ortsfesten Teil (1) der Gaszuführung verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen