DE2205281C2 - Verfahren und Vorrichtung zum differenzierten Einwalzen von Rohren - Google Patents

Description

a) der Zahl der vorwählbaren Drehmomente für die Walzstrecke,

b) der Zahl der Walzschritte für jedes Drehmoment und

c) des Drehmoments auf den vorher bestimmten Schritt

sowie eine Anzeige für die Zahl der anstehenden Walzschritte durch Leuchtschrift und eine Erfassung der durchgeführten Walzschritte in einem Speicher und

einer Registrierung der ausgeführten Walzschritte durch einen Meßschreiber mit dem Ist-Wert Drehmoment vorgesehen ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum differenzierten Einwalzen von Rohren in Rohrböden etc. von insbesondere Wärmeaustauschern, wobei die Größe der Haftaufweitung über das Drehmoment der Antriebsmaschine bestimmt und vor dem Einwalzen das für die Einstellung der erforderlichen Haftaufweitung errechnete Drehmoment eingestellt, während des Walzvorgangs gemessen, erfaßt und eingehalten wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Insbesondere bei Wärmeaustauschern ist es notwendig. Rohre dicht in den im Rohrboden angebrachten Bohrungen zu befestigen. In den Fällen, in denen eingewalzt werden muß, wird eine Rohrwalze verwendet, welche in das zu befestigende Rohrende hineingesteckt wird und dort mittels Walzrollen, deren Laufdurchmesser langsam vergrößert wird, eine Aufweitung des Rohres bewirkt, bis dieses dicht an der Innenwand der entsprechenden Bohrung anliegt. Es kann aber auch der Fall sein, daß lediglich eine Anlagewalzung (Schiebesitz) durchgeführt wird. Es wurden hierbei schon Dichtigkeiten erzielt, die besser waren, als die eines in dem Rohrboden angeschweißten Rohres. Für die Feststellung des Maßes, um das das Rohr aufgeweitet werden muß, sind mehrere Möglichkeiten bekannt. Am meisten wird ein Berechnungsverfahren verwendet, bei dem die Haftaufweitung in Prozent von der Wandstärke der einzuwalzenden Rohre in Beziehung zu deren lichter Weite gesetzt wird, wobei sich als Resultat die lichte Weite des Rohres nach der Einwalzung ergibt. Mit diesem Verfahren wird erreicht, daß die Rohre bei gleichem Prozentsatz der Haftaufweitung, unabhängig von deren Durchmesser und den Toleranzen der Bohrungen in den Rohrboden mit gleicher Kraft gegen die Wandung der Bohrung im Rohrboden gedruckt werden, wobei jedoch die beim Einwalzen üblichen Toleranzen der Rohr- und Bohrungsabmessungen, sowie der zur Anwendung kommenden Materialien und Festigkeitswerte eingehalten werden müssen. Die Höhe des Prozentsatzes der Haftaufweitung hängt vom Material des Rohres und dessen Eigenschaften und von den physikalischen und thermischen Belastungen der Apparate ab und wird weitgehend empirisch gefunden.

Bei allen bisherigen Walzverfahren war das Ziel, eine gleichmäßige Haftaufweitung für die gesamte Walzlänge zu erreichen, weil nur dann eine genügende Dichtigkeit zwischen Rohr und Rohrboden gewährleistet zu sein schien.

Dies war solange zufriedenstellend, als die Rohrboden noch nicht sehr dick waren. In der Zwischenzeit mußten aber wegen der höhreren Anforderungen die Rohre in immer dickere Rohrboden eingewalzt werden. Im Extremfall werden heute schon Rohrboden von 600 mm Dicke verwendet. Dabei ergibt sich die Schwierigkeit, daß bei der gleichbleibenden in ihrer Höhe erforderlichen Haftaufweitung Verwerfungen des Rohrbodens auftreten können, ferner daß der einzuwalzende Rohrteil um so große Beträge beim Einwalzen in der Länge wächst, daß diese nicht mehr unberücksichtigt bleiben können. Obwohl nun aber Kontrollgeräte bekannt waren, mit denen z. B. 10 verschiedene Stufen der Haftaufweitung eingestellt werden konnten, war es nicht möglich, damit so große Dicken in den Rohrboden zu bewältigen, ohne daß die geschilderten Nachteile aufgetreten sind.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß sich aber diese Nachteile vermeiden lassen und der Längenzuwachs der einzuwalzenden Rohre erheblich

vermindern läßt, obwohl die Dichtigkeit weiterhin voll gewährleistet ist und höchsten Anforderungen genügt.

Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Haftaufweitung über die Länge der Einwalzstrecke unterschiedliche Went aufweist.

Dieses neue Verfahren bringt einige erhebliche und wesentliche Vorteile mit sich. Wie schon dargelegt, kann der Längenzuwachs der Rohre erheblich vermindert und gleichzeitig sehr gute Dichtigkeit erreicht werden. Aber auch die Korrosionsangriffe, die Gefügeveränderungen, die Rißbildung in den Rohren und die Strömungsverhältnisse können positiv beeinflußt werden. Darüber hinaus kann infolge des vorgegebenen Programmes die Rohrwalze nicht nur bei gleichbleibenden Werten der Haftaufweitung, sondern auch bei unterschiedlichen Werten der Haftaufweitung während der ganzen Walzung im jeweiligen Rohr verbleiben, wobei noch zusätzlich der Vorteil besteht, daß eine Änderung der Meßeinrichtung nicht vorgenommen zu werden braucht.

In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 ein Diagramm, in dem mehrere Programme unterschiedlicher Haftaufweitung dargestellt sind,

F i g. 2 den jeweiligen Querschnitt eines eingewalzten Rohres in der Rohrwand nach den Programmen gemäß Fig. 1.

Es erscheint notwendig, zuerst darauf hinzuweisen, daß die gezeigten Beispiele zum besseren Vergleich untereinander alle auf die gleiche Einwalzlänge von 200 mm bezogen sind. Da die Haftaufweitung unabhängig von dem Rohrdurchmesser ist, konnten in F i g. 2 die Veränderungen an der Rohrinnenwand durch die Walzung schematisch dargestellt werden. Die Art des Einwalzverfahrens, Pilgerschrittverfahren oder Steppwalzen spielt keine Rolle, da die Wahl des Einwalzverfahrens von den jeweils gestellten Erfordernissen abhängig ist.

In Fig. 1 ist in der Kurve Γ die bisher übliche Walzung dargestellt, wobei über die ganze Einwalzstrecke von im vorliegenden Falle beispielsweise 200 mm die gleiche Haftaufweitung von 20% eingehalten wird. Dies führt zu einer Rohrverformung nach F i g. 2/1. Der kritische Punkt liegt hierbei am Austritt des Rohres 11 aus dem Rohrboden 12, weil dort der Übergang 13 zwischen dem gewalzten und damit verfestigten Teil 14 des Rohres und dem ungewalzten und damit unbearbeiteten Teils vorhanden ist. An dieser Stelle können nicht nur Spannungsrisse auftreten, sondern auch interkristalline Korrosion.

Wird nun demgegenüber nach F i g. 1 Kurve 2 ein Programm gewalzt, bei dem das erste Drittel der Walzstelle z. B. mit 10%, das zweite Drittel mit 20% und das letzte Drittel der Walzstelle wieder mit 10% Haftaufweitung gewalzt, so ist über die ganze Walzstelle ein dichter Sitz vorhanden, aber nach Fig.2/11 ist am Austritt des Rohres 21 aus dem Rohrboden 22 ein wesentlich kleinerer Unterschied vorhanden, weil dort nur noch eine Differenz zwischen der Haftaufweitung 0% und 10% vorhanden ist. Trotzdem ist das Rohr völlig dicht, da hier bei der Walzstelle 23 eine Haftaufweitung von 20% vorhanden ist und auf beiden Seiten die Walzstellen 24 jeweils 10% Haftaufweitung besitzen, welche auch noch die Dichtigkeit des Rohrsitzes gewährleisten.

In bestimmten Fällen kann es auch äußerst zweckmäßig sein, die Walzung über eine Einwalzstelle nach Kurve 3 der Fig. 1 vorzunehmen, d.h. die gesamte Einwalzlänge in vier Stufen unterschiedlicher Haftaufweitung einzuteilen. Nach Fig.2/HI wird das Rohr31 in den Rohrboden 32 so eingewalzt daß der erste Walzabschnitt 33, dessen Länge etwa ein Viertel der Dicke des Rohrbodens 32 also der Einwalzlänge entspricht, mit 20% Haftaufweitung eingewalzt wird, wohingegen der nächste Abschnitt 34, welcher ebenfalls etwa ein Viertel der gesamten EinwaJzlänge beträgt, mit 15% Haftaufweitung eingewalzt wird. Die nächsten beiden Abschnitte 35 und 36 sind dann jeweils um etwa ein weiteres Viertel der Gesamthaftaufweitung abgestuft, so daß also der Abschnitt 35 mit 10% und der Abschnitt 36 mit 5% Haftaufweitung eingewalzt wird. Hier ist also am Austritt des Rohres 31 aus dem Rohrboden 32 nur noch eine Differenz von 0% auf 5% Haftaufweitung vorhanden, was die Spannung an dieser Stelle erheblich vermindert.

Nach Kurve 4 der Fig. 1 wird der Wert der Haftaufweitung vom Anfang bis zum Ende der Einwalzstrecke kontinuierlich von einem Anfangswert bis auf Null verringert. Dies ergibt eine Einwalzstelle nach F i g. 2/IV, wo das Rohr 41 über die gesamte Einwalzlänge, welche gleich der Dicke des Rohrbodens 42 ist, kontinuierlich von 15% auf 0% verringert wird. Der Abschnitt 43 des Rohres an der Einwalzstelle ist also kegelförmig nach innen geformt, wobei an der Austrittstelle des Rohres 41 aus dem Rohrboden 42 praktisch keine Differenz in der Haftaufweitung mehr auftritt.

Nach F i g. 1 Kurve 5 wird ein Programm gefahren, welches über eine bestimmte Einwalzlänge eine kontinuierliche Erhöhung der Haftaufweitung von 0 auf 16% ergibt, wobei dieser Höchstwert über eine bestimmte Länge beibehalten wird und dann wieder bis zum Ende der Einwalzstelle kontinuierlich auf 0 abgesenkt wird. Der zugehörige Querschnitt des Rohres ist in Fig.2/V dargestellt, wo das Rohr 51 in den Rohrboden 52 eingewalzt wird, und zwar derart, daß im ersten Abschnitt 53 der Einwalzung die Haftaufweitung von 0 auf 16% kontinuierlich erhöht und im zweiten Abschnitt 54 dieser Höchstwert der Haftaufweitung von 16% beibehalten wird. Der dritte Abschnitt 55 bringt dann wieder eine kontinuierliche Absenkung der Haftaufweitung von 16% auf 0%, so daß auch hier an der Austrittsstelle des Rohres 51 aus dem Rohrboden 52 keine Spannungen mehr vorhanden sind.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß in den Abschnitten, in denen nicht maximale Haftaufweitung vorliegt, der Längenzuwachs des Rohres in der Einwalzstrecke wesentlich kleiner ist. Daraus resultiert also ein günstigeres Verhältnis des Längenzuwachses des Rohres zu der Gesamtlänge des Rohres, wodurch wesentliche Nachteile, wie Verbiegen des Rohres oder Abreißen der Schweißnaht, weitgehend vermieden werden können. Dieser verringerte Längenzuwachs des Rohres in der Einwalzstrecke macht sich vor allen Dingen dann bemerkbar, wenn Rohre eingewalzt werden sollen, welche aus zwei verschiedenen Werkstoffen zusammengesetzt sind. Bisher mußte dabei immer damit gerechnet werden, daß sich das weichere Material löst, weil dessen Läneenzuwachs größer ist als der des härteren Materials. Auch diese Schwierigkeit wird damit vermindert.

Im allgemeinen wird die Haftaufweitung über das Drehmoment der Antriebsmaschine, mit der die Walze angetrieben wird, kontrolliert, wozu Kontrollgeräte üblicher Bauart verwendet werden. Zur Durchführung

des erfindungsgemäßen Verfahrens müssen diese Kontrollgeräte entweder durch ein Zusatzgerät oder durch neuen Aufbau so verändert werden, daß die Haftaufweitung nicht nur bei dem einmal eingestellten Wert verbleibt, sondern nach einem vorgegebenen Programm verändert werden kann.

Da die Haftaufweitung bei den bekannten Kontrollgeräten durch ein Stellglied vorbestimmt wird, könnten also mehrere Stellglieder von denen jedes einem bestimmten Abschnitt der Einwalzung zugeordnet ist, in Abhängigkeit von der Eindringtiefe der Walze abgefragt werden.

Bei den bekannten Kontrollgeräten für die elektrischen Antriebsmaschinen der Rohrwalzen wird die Haftaufweitung als Stromänderung erfaßt und in einer Brückenschaltung mit einer durch ein Stellglied, z. B. Potentiometer einstellbaren Größe verglichen. Hat der Strom während der Walzung diesen Soll-Wert erreicht, so wird durch Relais die Antriebsmaschine entweder abgeschaltet oder auf Linkslauf, also Lösen der Rohrwalze geschaltet. Nach einer, ebenfalls einstellbaren, Pause läuft der nächste Walzschritt an. In dieser Pause kann die Rohrwalze in die vorgesehene Walztiefe verstellt werden. Das einer bestimmten Haftaufweitung zugeordnete Stellglied wird für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch eine Mehrzahl von nacheinander abzufragenden Potentiometern ersetzt. Meist werden 10 dieser Widerstände verwendet, so daß eine Walzung in 10 Stufen mit jeweils verschiedener Haftaufweitung durchgeführt werden kann. Die Abfragung erfolgt zweckmäßig automatisch in Abhängigkeit von der Eindringtiefe der Walze und kann optisch angezeigt werden, wenn jeder Stufe eine andere Anzeigelampe zugeordnet ist. Mittels eines Schalters kann innerhalb der 10 Stufen eine gewünschte Anzahl von Stufen gewählt und eingestellt werden. Eine Stufe, die normalerweise aus Rechtslauf der Antriebsmaschine bis zur Haftaufweitung, Umschaltung auf Linkslauf mit wählbarer Dauer des Linkslaufs und einstellbarer Pause besteht, kann mit einem zusätzlichen Wiederholungsschalter auch unmittelbar nacheinander mehrmals wiederholt werden.

Es kann aber auch ein einziges Stellglied in Abhängigkeit von einer Kurve motorisch verstellt und eingestellt werden und mit diesem Kontrollgerät ein bestimmtes Programm der Haftaufweitung über die Länge der Einwalzstrecke gefahren werden. Es ist auch möglich, ein kleines und sehr einfaches aufgebautes Rechengerät mit dem Kontroller zu kombinieren, so daß die Einstellung der Haftaufweitung über die Länge der Einwalzstrecke nicht stufenweise sondern kontinuierlich entsprechend dem vorgegebenen Programm erfolgt. Insbesondere im letzteren Fall läßt sich die ganze Walzung von Rohren weitgehend automatisieren, was insbesondere bei den heute üblichen Wärmeaustauschern mit mehreren Tausend Walzstellen einen erheblichen technischen Fortschritt ergibt, da die Walzungen wesentlich schneller, aber trotzdem noch mit der gleichen Genauigkeit wie bisher durchgeführt werden können. Auch pneumatische Antriebsmaschinen für die Rohrwalze lassen sich in entsprechender Weise für das erfindungsgemäße Verfahren verändern.

Insbesondere für die Herstellung hochwertiger Wärmeaustauscher kann es zweckmäßig sein, mit der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Schreibgerät zu verbinden, das von jeder Einwalzung eine Kurve aufzeichnet, welche dann mit typischen Kurven von »Gut-Einwalzungen« verglichen werden können. Abweichungen von diesen Kurven, auch in der Reihenfolge der einzelnen Schritte, lassen erkennen, ob die Einwalzungen ordnungsgemäß ausgeführt wurden. Damit läßt sich eine weitere Verbesserung der Einwalzungen erreichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum differenzierten Einwalzen von Rohren in Rohrboden etc. von insbesondere Wärmeaustauschern, wobei die Größe der Haftaufweitung über das Drehmoment der Antriebsmaschine bestimmt und vor dem Einwalzen das für die Einstellung der erforderlichen Haftaufweitung errechnete Drehmoment eingestellt, während des Walzvorganges gemessen, erfaßt und eingehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Haftaufweitung über die Länge der Einwalzstrecke unterschiedliche Werte aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Haftaufweitung über die Länge der Einwalzstrecke von einem niedrigeren über den Höchstwert auf den gleichen oder einen anderen niedrigeren Wert eingestellt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Haftaufweitung an der inneren Seite des Rohrbodens den kleinsten Wert aufweist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, mit durch Antriebsmaschine angetriebener Rohrwalze und Einwalzkontroller, an dessen gegebenenfalls mehrere Schaltstufen besitzendem Steuergerät das der errechneten Haftaufweitung entsprechende Drehmoment einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltung der jeweils einer bestimmten Haftaufweitung entsprechenden Drehmomente stufenweise nach Programm erfolgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Wiederholungsschalters jede Stufe unmittelbar nacheinander mehrmals wiederholbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziges Stellglied für die Einstellung der Haftaufweitung mit einem Motor, z. B. Schrittschaltmotor verbunden ist, welcher mit einstellbarer Geschwindigkeit während der Walzung das Stellglied entsprechend einem vorher bestimmten Programm verstellt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur automatischen Durchführung des Walzvorganges eine sowohl manuell änderbare als auch beispielsweise durch Befehlsspeicherung im Loch- oder Magnetband einstellbare Kodierung für die Festlegung