DE19504736A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen längsnahtgeschweißter Großrohre - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen längsnahtgeschweißter GroßrohreInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen längsnahtgeschweißter Großrohre
gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.
Die Herstellung längsnahtgeschweißter Großrohre nach dem U-O-Verfahren ist
bekannt (Stahlrohr-Handbuch 10. Auflage, Vulkan-Verlag Essen 1986; Seite 164 bis
167). Bei diesem Verfahren wird in der ersten Umformungsstufe das Blech im Bereich
der Längskanten vorgebogen. Der Biegeradius entspricht in etwa dem halben
Durchmesser des Schlitzrohres. Das Anbiegen erfolgt in Formpressen. In der zweiten
Stufe wird das Blech in einem Arbeitsgang zu einer U-Form gebogen, in dem ein über
die Länge des Bleches sich erstreckender Werkzeugträger das Blech durch zwei
Auflager drückt. In der Endphase wird der Abstand der Auflager verkleinert, um
senkrechte oder sogar nach innen geneigte Schenkel des U zu erreichen. In der dritten
Umformungsstufe wird das U-Profil in der O-Presse in einem Arbeitsgang zum runden
Schlitzrohr geformt, wobei zunächst die Kanten der U-Form geschlossen werden,
bevor der eigentliche Rundungsvorgang beginnt. In der Praxis bereitet es keine
Schwierigkeiten, durch eine passend gewählte Kontur des U-Preßstempels im Bereich
der unteren Hälfte der Vorbiegeform (3- bis 9-Uhr-Bereich) eine gute Angleichung an
die kreiszylindrische Innenkontur des unteren O-Preßgesenkes zu erreichen. Wie
bereits erwähnt, müssen während des Schließvorganges der O-Presse zunächst die
beiden Schenkel der U-Form zusammengeführt werden. Durch dieses
Zusammenbiegen kann in der unteren Hälfte der Krümmungsradius plastisch
verringert, d. h. überbogen werden. Beim Runden in der O-Presse wird das wieder
rückgängig gemacht, was aber zu einer Entfestigung führt (Bauschinger-Effekt). Es ist
bekannt, zur Vermeidung dieser Überbiegung in der U-Presse die Schlitzkanten soweit
wie möglich an den Werkzeugträger heranzubiegen und einen möglichst großen
Preßstempel zu benutzen, der es gerade noch gestattet, die U-Form in das untere
Gesenk der O-Presse einzuführen. Weil zwischen dem vorher gebogenen
Randstreifen (vom oberen Scheitel bis höchstens 1- bzw. 11-Uhr-Lage) und dem Rand
des in der U-Presse gebogenen Bereiches beidseitig ebene Blechstreifen von etwa 1/8
bis 1/6 der Blechbreite verbleiben (siehe Fig. 3) wird beim Runden in der O-Presse
zwangsläufig im Bereich von 3- bis 5-Uhr bzw. 7- bis 9-Uhr überbogen mit
resultierendem Bauschinger-Effekt nach der Rückbiegung, die oft nicht vollständig
gelingt, ebenso wenig wie die korrekte Biegung der nach der U-Formung eben
gebliebenen Streifen (zwischen 1- und 2-Uhr bzw. 10- und 11-Uhr). Im fertig
gebogenen Schlitzrohr verbleiben nach der O-Formung stets mehr oder weniger flache
Umfangsbereiche, besonders dann, wenn die Preßkraft begrenzt ist. Diese
Begrenzung kann gegeben sein,
- - weil der zulässige Hydraulikdruck der Anlage erreicht ist,
- - weil technische Anforderungen an das Fertigrohr entgegenstehen oder,
- - besonders bei dünnwandigen hochfesten Rohren, Stabilitätsprobleme in der Rundepresse auftreten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen längsnahtgeschweißter
Großrohre nach dem U-O-Verfahren anzugeben, bei dem bei der O-Formung mit
begrenzter Preßkraft, also unter Verzicht einer nennenswerten Durchmesserreduktion,
im wesentlichen durch Biegeverformung unter weitgehender Vermeidung des
schädlichen Bauschinger-Effektes ein nahezu rundes Schlitzrohr erzeugt wird.
Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen
Merkmalen gelöst. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist Bestandteil
von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist der gekrümmte Bodenbereich der U-Form derart ausgebildet,
daß anschließend in der O-Presse nach dem Schließen der Schlitzkanten die Kontur
der Vorform einem abgerundeten gleichseitigen Dreieck nahekommt, wobei die größte
Breite des Dreiecks dem Solldurchmesser entspricht. Im Vergleich zu einem Viereck
(auf einer Ecke stehendes Quadrat), das mit der U-Presse ebenfalls erzeugt werden
kann, bietet das Dreieck größere Hebelarme (Seitenlängen) und geringere Gefahr
hinsichtlich des Bauschinger-Effektes. Das Viereck hat darüber hinaus noch den
Nachteil, daß die seitlich abgerundeten Ecken bei 3- und 9-Uhr keine definierte Anlage
im Unter- oder Obergesenk einer üblichen O-Presse haben.
Der Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß
er zur Erzeugung der dreiecksartigen Form in der U-Presse aus Kreisabschnitten
zusammengesetzt ist, deren Mittelpunkte versetzt angeordnet sind. Ausgehend von
einem Preßstempel mit dem Sollradius R und seinem Mittelpunkt auf der
Symmetrielinie wird erfindungsgemäß im Bereich der 6-Uhr-Lage ein größerer Radius
R1 = R1(1-δ) gewählt, dessen Mittelpunkt auf der Symmetrielinie oberhalb des
theoretischen Mittelpunktes des Sollradius liegt. In den beiderseitig anschließenden
Bereichen werden kleinere Radien R2 = R2′= R/(1+δ) ausgeführt, deren Mittelpunkte
auf Linien liegen, die gegen die Symmetrieachse um 60° geneigt sind. Der Versatz der
Mittelpunkte ist abhängig von der Wanddicke und der elastischen Grenzdehnung, d. h.
dem Werkstoff des zu biegenden Bleches. Der sich aus der Wanddicke und der
elastischen Grenzdehnung ergebende Korrekturfaktor δ liegt für die üblichen
Blechdicken und Werkstoffe im Bereich von 0,02 bis 0,23.
Es versteht sich von selbst, daß nicht für jede Wanddicke und jede Werkstoffgüte ein
eigener Preßstempel hergestellt werden kann. Das würde die Fertigungskosten
hochtreiben und die Lagerhaltung erschweren. Aus diesem Grunde wird für eine
Bandbreite eng nebeneinander liegender Wanddicken sowie Werkstoffgüten ein
Durchschnittswert für den Korrekturfaktor vorgegeben, der dann die Grundlage für
die Fertigung der Kontur des Preßstempels bildet.
In der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 im Querschnitt die angestrebte ideale Dreiecksform in der ersten Phase der
Umformung in der O-Presse,
Fig. 2 im Querschnitt die Kontur eines erfindungsgemäßen Preßstempels,
Fig. 3 im Querschnitt eine Prinzipskizze der üblichen und bekannten U-Verformung im
Stadium nach dem Zurückfedern,
Fig. 4 im Querschnitt die Kontur eines üblichen Preßstempels.
In Fig. 3 sind im Querschnitt die wesentlichen Elemente einer bekannten U-Presse
dargestellt, sowie die damit erzeugte U-Form im Stadium des Zurückspringens nach
der Entlastung. Das zu biegende Blech 1 liegt auf zwei Biegerollenbalken 4, 4′. Von
oben drückt ein an einem Werkzeugträger befestigter Preßstempel 3 auf das Blech 1
bis der Preßstempel 3 mit dem Blech-Mittelbereich auf der prismatischen Unterlage 2
anschlägt. In der Schlußphase werden die Biegerollenbalken 4, 4′ zusammengefahren,
um eine senkrecht oder sogar nach innen geneigte Lage der Schenkel des U zu
erreichen. Nach der Entlastung springt die U-Form etwas auf, so daß sich die in dieser
Figur dargestellte Konfiguration ergibt. Mit a ist die größte Breite der U-Form benannt,
die höchstens gleich oder etwas kleiner sein muß als der Durchmesser des unteren
Gesenkes der O-Presse (siehe Fig. 1), damit die U-Form eingesetzt werden kann.
Der Abstand der beiden Schlitzkantenbereiche 5, 5′ ist mit b gekennzeichnet. Der
Winkelbereich, bis zu dem der Randbereich vorgebogen wird, ist mit β bezeichnet. Der
Radius der Anbiegung trägt die Bezeichnung RE. Der Scheitelbereich 6 der U-Form ist
üblicherweise kreisförmig mit einem Radius R. Mit L ist derjenige Bereich bezeichnet,
der bei der Vorformung nahezu eben bleibt.
Fig. 4 zeigt in einem Querschnitt im vergrößerten Maßstab die Kontur eines üblichen
Preßstempels 3. Die Kontur ist gekennzeichnet durch eine Zylinderfläche 7 mit dem
Radius R, wobei der Mittelpunkt dieses Radius R im Symmetriemittelpunkt MS liegt.
Die kreisförmige Zylinderfläche 7 erstreckt sich bis in die Durchmesserebene 8. Dann
schließt sich auf beiden Seiten eine weitere Zylinderfläche 9, 9′ mit einem Radius
R′ = R/2 an. Die Mittelpunkte MR, MR′ liegen auf der Durchmesserebene 8. Die
umfangsmäßige Erstreckung dieser beiden Zylinderflächen 9, 9′ beträgt beispielhaft
60°.
Fig. 1 verdeutlicht den Grundgedanken der Erfindung. Es wird ein stark abgerundetes
gleichseitiges Dreieck in der ersten Phase des Schließens der O-Presse angestrebt.
Von dieser Presse sind in dieser Figur nur andeutungsweise das obere und das untere
Gesenk 10, 11 dargestellt. Diese Gesenke 10, 11 können aufeinander zu- bzw.
voneinander wegbewegt werden. In der ersten Phase des Schließens der beiden
Gesenke 10, 11 werden im wesentlichen die beiden Schlitzkantenbereiche 5, 5′
zusammengefahren. Danach beginnt die eigentliche Rundung zu einem Schlitzrohr.
Durch die saubere Anlage der gekrümmten Bereiche 12, 12′ in der 4- bzw. 8-Uhr-Lage
im unteren Gesenk 11 wird bewirkt, daß die schwach oder gar nicht gekrümmten
Bereiche 13, 14, 15 bei der Rundung zur Anlage kommen unter Vermeidung eines nicht
erwünschten Bauschinger-Effektes. Darüber hinaus wird auch die Presse nicht
überbeansprucht, da eine wesentliche Durchmesserreduktion für die Rundung nicht
erforderlich ist.
In Fig. 2 ist die Kontur des erfindungsgemäßen Preßstempels 16 dargestellt. Im
Unterschied zum bekannten Stand der Technik (Fig. 4) liegt der Mittelpunkt M1 des
Abrundungsradius R1 für den Scheitelbereich 17 nicht auf dem Symmetriemittelpunkt
MS, sondern auf der Symmetrieachse z im Abstand e versetzt weiter entfernt von der
Konturlinie. An den Scheitelbereich 17 schließen sich beidseitig Bereiche 18, 19 mit
dem Abrundungsradius R2, R2′ an. Die Mittelpunkte M2, M2′ der Abrundungsradien
R2, R2′ liegen versetzt um den Abstand f zum Symmetriemittelpunkt MS näher an der
Konturlinie. Die Linien, auf der diese Mittelpunkte M2, M2′ liegen, sind um 60°
verschwenkt, bezogen auf die Symmetrieachse z. Die Verbindungslinien L1, L1′ von
M1 bis zur Konturlinie über M2 bzw. M2′ begrenzen den Scheitelbereich 17 mit dem
Abrundungsradius R1. Die umfangsmäßige Erstreckung dieses Scheitelbereiches 17
beträgt etwa 60°. An diesen Scheitelbereich 17 schließen sich beidseitig die beiden
zuvor genannten Bereiche 18, 19 mit dem Abrundungsradius R2 bzw. R2′ an. Für den
Bereich über 90° hinausgehend kann sich ggf. noch ein weiterer Bereich 20
anschließen mit dem Abrundungsradius R3, wobei R3 kleiner ist als R2. Dieser
mögliche Zusatzbereich 20 ist hier nur auf der linken Hälfte der Figur dargestellt.
Claims (5)
1. Verfahren zum Herstellen längsnahtgeschweißter Großrohre nach dem U-O-
Verfahren, bei dem nach dem Anbiegen jeweils eines Randstreifens
gegenüberliegender Längskanten eines rechteckigen Bleches dieses in einer U-
Presse vorgebogen und anschließend in einer O-Presse zu einem Schlitzrohr
fertiggebogen wird, wobei beim Pressen in der O-Presse zunächst die beiden
Schenkel der U-Form zusammengeführt werden, bevor der eigentliche
Rundungsvorgang beginnt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der gekrümmte Bodenbereich der U-Form im Umfangsbereich zwischen
der 3- bis 9-Uhr-Lage derart vorgeformt wird, daß anschließend in der O-Presse
nach dem Schließen der Schlitzkanten die Kontur der Vorform einem stark
abgerundeten gleichseitigen Dreieck nahekommt, wobei die größte Breite des
Dreiecks dem Solldurchmesser entspricht und zwei abgerundete Ecken des
Dreiecks im unteren Gesenk der U-Presse zur Anlage kommen.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mittels einer U-
Presse bestehend aus einem senkrecht zur Blechfläche verfahrbaren über die
Länge des Bleches sich erstreckenden flächigen Werkzeugträgers, an dem eine
Reihe in Längsrichtung aufeinander folgender Preßstempel befestigt sind,
deren Außenkontur sich aus Zylinderflächen zusammensetzt, sowie seitlich,
querachsig verfahrbaren oder schwenkbaren Biegerollenbalken,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontur des Preßstempels (16) eine Kreiszylinderfläche (17) mit einem
Radius R1 größer als der errechnete Sollradius R aufweist, deren Mittelachse z
auf der Symmetrieebene liegt, beidseitig in den Schnittlinien der
Kreiszylinderflächen (18, 19) mit um 60° gegenüber der Symmetrieebene um die
Mittelachse gedrehten Ebenen von innen tangiert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
daß der Mittelpunkt M1 des Abrundungsradius R1 des Scheitelbereiches (17)
der Kontur des Preßstempels (16) in der Symmetrieachse z um den Abstand e
versetzt zum Symmetriemittelpunkt MS weiter entfernt von der äußeren
Konturlinie liegt und die dem Scheitelbereich (17) mit dem Abrundungsradius
R1 nach beiden Seiten hin sich anschließenden Bereiche (18, 19) mit den
Abrundungsradien R2, R2′ auf Mittelpunkten M2, M2′ liegen, die versetzt um
den Abstand f vom Symmetriemittelpunkt MS auf einer Radiusebene näher an
der äußeren Konturlinie angeordnet sind, die um 60° aus der Symmetrieachse z
gedreht ist, wobei die von M1 bis zur Kontur sich erstreckenden
Verbindungslinien L1, L1′ über M2 bzw. M2′ einen Sektor (17) für den
Abrundungsradius R1 aufspannen, an dem sich tangential die Bereiche (18, 19)
mit dem Abrundungsradius R2 bzw. R2′ anschließen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich gegebenenfalls über den Bereich 90° hinweg noch ein weiterer
Bereich (20) mit dem Abrundungsradius R3 anschließt, dessen Radius geringer
ist, als der Abrundungsradius R2.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Abrundungsradius R1 der Bedingung
R1 = R/(1-δ)und der Abrundungsradius R2 der BedingungR2 = R1(1+δ)mit R = errechneter Sollradius aus dem Radius der Mittelfläche des Fertigrohres
unter Berücksichtigung der Rückfederungδ = (R+t/2) · ε el · 2/t
t = Nennwanddicke
ε el = elastische Grenzdehnung entspricht.
t = Nennwanddicke
ε el = elastische Grenzdehnung entspricht.
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- 1995-02-06 DE DE1995104736 patent/DE19504736C2/de not_active Expired - Fee Related
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