DE1452375C - 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 pneumatischer 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 Auf Weitungsbereiche 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 30 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. 95 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 Auf Weitungsbereichen 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 Walzyerergibt. . 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 Auf Weitungsbereiche 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 herstellen, z.B. auch Telefon-, Telegrafen-, Angrundsätzlich nur in mehrstufiger Verfahrensweise tennen- und Straßenlaternenmasten. Diese Masten möglich. Bei dem zuletzt behandelten bekannten Ver- können sich auch nach oben kontinuierlich verfahren muß schließlich der Walzvorgang in unmittel- jungen, indem man das heiße Rohr während des barer Nähe der Rohrenden vorgenommen werden, 5 Aufweitungsvorganges gegen kegelförmige Formungswährend bei der Erfindung keine derartigen Ein- rollen laufen läßt. Man kann auch Masten herschränkungen nötig sind. stellen, deren Durchmesser sich stufenweise von oben Aus der französischen Patentschrift 1 035 384 ist nach unten vergrößern. Hierzu verwendet man Foreiri Verfahren bekannt, bei dem um ihre Längsachse mungsrollen mit abgerundeten Enden, um den rotierende Rohre erhitzt und von außen durch einen io Übergang von einer Stufe zur anderen abzurunden. Walzvorgang eingeengt werden. Ein Gasinnendruck Auch hierbei wendet man wiederum Axialdruck an, wird nicht angewandt. An Stelle der bei der Er- um an den aufgeweiteten Rohrteilen eine mindestens findung durch den Walzvorgang bewirkten genauen . ebenso große Wandstärke zu erhalten wie an den Profilierung der Aufweitungen wird das Rohr nach übrigen Teilen. So kann man beispielsweise Stahldiesem bekannten Verfahren lediglich durch ein 15 masten von fast beliebiger Länge, beispielsweise bis schmales Druckrad mechanisch nach innen gedruckt zu 15 m oder noch größerer Länge, in einem Stück und erhält dabei in Rohrlängsrichtung eine mehr herstellen, wobei das Oberende beispielsweise einen oder weniger zufällige, ungleichmäßige Profilierung, Durchmesser von 50 mm und eine Wandstärke von deren Verlauf stark von der Gleichmäßigkeit des 3 mm, der mittlere Abschnitt einen Durehmesser von Drucks des Druckrades und der Gleichmäßigkeit der ao 69 mm und eine Wandstärke von 3 mm und das Erhitzung abhängt. Dieses bekannte Verfahren kann untere Ende einen Durchmesser von 87 mm bei also überhaupt nur für eine Rohreinengung und nicht einer Wandstärke von 5 mm aufweist. Das erfinfür eine Aufweitung verwendet werden. Da der dungsgemäße Verfahren eignet sich auch zur Herinnere pneumatische Druck fehlt, ergibt sich nicht stellung von Aufweitungen an Rohren aus thermodie erfindungsgemäß erzielte besonders vorteilhafte as plastischem Kunststoff.

Wechselwirkung zwischen Innendruck und äußerem Eine Möglichkeit zur Durchführung des erfin-Walzvorgang. Es wäre auch gar nicht möglich, bei dungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden an dem bekannten Verfahren einen inneren Gasdruck Hand eines Ausführungsbeispiels einer hierzu geanzuwenden, da dieser nur die durch den Walzvor- eigneten Vorrichtung beschrieben. Es zeigt gang zustande gebrachte Einengung wieder zunichte 30 F i g; 1 einen schematischen waagerechten Schnitt machen würde. Bei dem bekannten Verfahren wirkt durch die Vorrichtung und

der Walzvorgang in der Verformungsrichtung, also F i g. 2 eine Seitenansicht eines nach dem erfinradial nach inrfen, während bei der Erfindung der dungsgemäßen Verfahren mit der Vorrichtung nach Walzvorgang der radial nach außen gerichteten Ver- F i g. 1 hergestellten Geländerpfostens. . formung entgegenwirkt. Die Verformungskraft wird 35 Gemäß F i g. 1 wird eine ortsfeste Leitung 1 mit bei der Erfindung nicht durch die Walzen, sondern Druckluft, beispielsweise mit etwa 70 atm, beschickt, durch den zusätzlichen, radial nach außen wirkenden Die Leitung 1 endet in einem Messingkegel 2, der Gasinnendruck aufgebracht. bei 3 mit einer nicht gezeigten Dichtung versehen Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfin- und mit einer beispielsweise mit 250 Umdr./Min. dungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekenn- 40 rotierenden Muffe 4 abgedichtet verbunden ist. Die zeichnet, daß in an sich bekannter Weise drehbar ge- Verbindungsmuffe 4 steht über eine Leitung 4 a mit lagerte Aufnahmen an den Enden des Rohres vor- einem Verbindungsstück 5 von T-förmigem Quergesehen sind, von denen mindestens eine drehend an- schnitt in Verbindung. Das Verbindungsstück 5 ist an treibbar ist, und daß in an sich bekannter Weise am der Rückseite eines dreibackigen Spannfutters 5 an-Rohrumfang frei drehbar gelagerte, profilierte For- 45 geschraubt. Der rohrförmige Teil des Verbindungsmungsrollen angeordnet sind. Stücks 5 ist in Kugellagern drehbar gelagert und Das zu bearbeitende Rohr wird also in eine Art nimmt somit an der Rotation der rotierenden Drehvorrichtung mit Hilfe der Aufnahmen einge- Maschinenteile teil. In dem Spannfutter 6 ist ein spannt, wobei mindestens eine der Aufnahmen, wie Ende eines aufzuweitenden Rohres 8 eingeklemmt, es aus der deutschen Patentschrift 728 359 bekannt 50 Zwischen dem Rohrende und dem Spannfutter 6 ist ist, axial beweglich sein kann, um der Verkürzung ein Dichtungsorgan 7 angeordnet, z. B. eine Metalldes Rohres infolge der Aufweitung Rechnung zu unterlegscheibe, kombiniert mit einer Gummitragen, und wobei, wie es aus dieser Patentschrift dichtung, um eine abgedichtete Verbindung von der ebenfalls bereits bekannt ist, an eine der Aufnahmen Rohrleitung 4 α zum Inneren des Rohres 8 zu bilden, eine Gasleitung zur Zuführung von Druckgas in das 55 Zwei Sätze 9 und 11 von je drei Formungsrollen Innere des Rohres angeschlossen sein kann. Die am sind gleichmäßig verteilt um das Rohr 8 herum ange-Außenumfang des Rohres angeordneten profilierten ordnet. Die Formungsrollen der Sätze 9 und 11 sind Formungsrollen benötigen keinen Antrieb, weil das an ihrem Außenumfang jeweils mit Vertiefungen Rohr über die Aufnahmen an seinen Enden an-: 10 bzw. 12 versehen. Diese Vertiefungen entsprechen getrieben wird. Da also von den Formungsrollen 60 dem gewünschten Pfostenprofil, nämlich den kugelkeine Kraft auf das Rohr übertragen wird, wird das förmigen Aufweitungen 10 α und 12 ο an dem Rohr in den Aufweitungsbereichen durch diese Pfosten gemäß F i g. 2.

Formungsrollen nicht besonders verformt, sondern Die Formungsrollen 9 und 11 werden lediglich von nur abgestützt, so daß eine gleichmäßige Wandstärke der Drehbewegung des Rohres 8 angetrieben. Mehr und ein gleichmäßiger Gefügeaufbau erhalten 65 als drei Rollen pro Satz sind oft unvorteilhaft, da bleiben. dann nicht genug Platz zur Unterbringung der not-Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der wendigen Heizorgane übrigbleibt. Die Formungs-Vorrichtung kann man Pfosten und Masten aller Art rollen bestehen z. B. aus oberflächengehärtetem

to

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 zuschwcißen.

Das hintere Ende des Rohres 8 wird von einer *o 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 »5 beispielsweise eine Größe von 7 atm. Je nachdem,· wieviel zusätzliches Material in die Aufweitungsbcrciche 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 derJFormungsrollen 9,11, die Drucklager 17 und die Drehlager des Verbindungsstücks 5 mit Wasser kühlen.

Das Verfahren wird mit der Vorrichtung nach Fig. 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 s° 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 gedruckt 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 Drückgaszuführung (1,4 a) 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