Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, ein Verfahren und eine Richteinheit zum Rundbiegen des Endbereichs mit den beiden Enden spitzgebogener Rohre mit einer 3-Walzen-Biegemaschine, insbesondere unter Nutzung der Oberwalze einer 3-Walzen-Biegemaschine. Unter spitzgebogenen Rohren werden in diesem Zusammenhang Rohre verstanden, die aus einem gebogenen Blech hergestellt sind, das über einen Großteil des Umfangs mit einem etwa konstanten Radius rundgebogen ist, das aber beidseitig der Stoßstelle, an der die offenen Enden des Blechs miteinander verbunden sind (beispielsweise verschweißt), einen noch ungebogenen oder mit nur geringer, unzureichender Krümmung versehenen Verbindungsbereich aufweist, der die beiden Enden umfasst.

Insbesondere betrifft die Erfindung 3-Walzen-Biegemaschinen, die zum Biegen von Rohren mit großem Durchmesser geeignet sind und mit welchen sich gemäß Stand der Technik nur spitzgebogene Rohre herstellen lassen. Im Speziellen wird in diesem Zusammenhang auf 3-Walzen- Biegemaschinen verwiesen, die beispielsweise zur Herstellung von Offshore-Rohren, im Kesselbau und im allgemeinen Apparatebau eingesetzt werden. Derartige Rohre werden gemäß Stand der Technik häufig als spitzgebogene Rohre weiterverarbeitet und an ihren Einsatzorten installiert und benutzt. Alternativ ist es aus der Praxis bekannt, solche Rohre mit einer 4-Walzen-Biegemaschine vollständig rund herzustellen. Die 4-Walzen- Biegemaschinen sind allerdings deutlich teurer in der Anschaffung (Investitionskosten). Derartige Rohre weisen üblicherweise Durchmesser zwischen 4 m und 12 m auf, d.h. Radien, die zwischen 2 m und 6 m variieren. Übliche Wandstärken solcher Rohre liegen zwischen 100 mm und 200 mm. Die Längen solcher Rohre sind üblicherweise maximal 5 m, insbesondere zwischen 1 m und 4,5 m. Als Werkstoff kommt insbesondere Stahl zum Einsatz, der nicht nur relativ kostengünstig verfügbar, sondern auch gut weiterverarbeitbar ist, insbesondere durch Veschweißen, beispielsweise um den sich in Längsrichtung des Rohres erstreckenden Längsstoß nach dem Biegevorgang zu verbinden und/oder um mehrere Rohre zu einem langen Rohr miteinander zu verbinden. In der Praxis kommen aber auch beliebige andere oder speziellere Werkstoffe zum Einsatz, insbesondere Verbundwerkstoffe und Edelstahl.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nutzbarkeit einer 3-Walzen- Biegemaschine zu erhöhen, indem eine Anordnung, ein Verfahren und eine Richteinheit zur Verfügung gestellt werden, welche die Erzeugung einer qualitativ hochwertigen Rohrgeometrie unter Nutzung der Oberwalze einer 3-Walzen-Biegemaschine ermöglichen. Insbesondere soll mit der Erfindung ein Rundbiegen der spitzgebogenen Enden eines Rohres möglich sein, das mit einer 3-Walzen-Biegemaschine hergestellt wurde und deren Stoß zwischen den Enden bereits verbunden wurde, insbesondere durch Schweißen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere Vorteile und praktische Ausführungsformen der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Rundbiegen des Verbindungsbereichs mit den Enden spitzgebogener Rohre mit einer 3-Walzen- Biegemaschine umfasst a) eine 3-Walzen-Biegemaschine mit einer höhenverstellbaren Oberwalze, einem Richtelement und zwei Unterwalzen, b) eine Richteinheit mit (mindestens) einem höhenverstellbaren Stempel, der einen Freiraum zwischen den Unterwalzen durchragend angeordnet ist und c) eine Messvorrichtung zur Bestimmung des Radius eines in der 3- Walzen-Biegemaschine angeordneten Rohres zumindest in einem Rohrabschnitt, der sich zwischen Auflagepunkten des Rohres auf den beiden Unterwalzen erstreckt.

Eine solche Anordnung ermöglicht es, ein spitzgebogenes Rohr derart auf den Unterwalzen zu positionieren, dass die Stoßseite nach unten orientiert ist und sich zwischen den Unterwalzen befindet. Vorzugsweise ist der Abstand der Unterwalzen zueinander verstellbar und derart zueinander eingestellt, dass der spitzgebogene Abschnitt vollständig von der Unterseite her ersichtlich und zugänglich ist. In diesem Fall kann durch Zusammenwirken der Oberwalze mit dem mindestens einen Richtelement, der Richteinheit und der Messvorrichtung das spitzgebogene Ende innerhalb der 3- Walzen-Biegemaschine rundgebogen werden. Dies kann manuell, teilautomatisiert oder vollautomatisiert erfolgen, indem durch relatives Aufeinanderzufahren der Oberwalze mit dem Richtelement auf den Stempel der Richteinheit eine Biegung bewirkt wird und die aus der Biegung resultierende Krümmung mit Hilfe der Messvorrichtung gemessen wird. Das aufeinander Zufahren kann dadurch erfolgen, dass die Oberwalze mit dem Richtelement in Richtung Stempel (insbesondere nach unten) verfahren werden, dass der Stempel der Richteinheit in Richtung der Oberwalze mit dem Richtelement verfahren wird oder durch eine Kombination dieser beiden Bewegungen. Es ist insoweit sowohl möglich, die Oberwalze mit dem Richtelement als Widerlager zu verwenden als auch den Stempel als Widerlager zu verwenden. Es kann in einer praktischen Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Stempel - mit oder ohne zugeordnete Hubeinheit - klappbar, verfahrbar oder anderweitig temporär entfernbar - angeordnet ist, insbesondere um den Bereich zwischen den beiden Unterwalzen und/oder einem Querträger, an welchem der Stempel befestigt ist, temporär anderweitig nutzen zu können.

Üblicherweise sind die beiden Unterwalzen einer 3-Walzen-Biegemaschine in separaten Lagerständern gelagert, welche Wellen oder Achsen der Unterwalzen lagern. Die Richteinheit ist vorzugsweise so gestaltet, dass diese zwischen den entsprechenden Lagerständern positionierbar ist.

In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist die Messvorrichtung eine optische Messvorrichtung, und/oder die Messvorrichtung ist mit der Richteinheit und/oder der Oberwalze zusammenwirkend angeordnet.

Als optische Messvorrichtung kommt insbesondere eine Lasermessvorrichtung in Betracht, vorzugsweise eine Lasermessvorrichtung, mit welcher eine Vielzahl von Messstrahlen gleichzeitig oder in sehr kurzer Taktrate sequentiell aussendbar sind, um aus den gemessenen Strecken die Krümmung und insbesondere den Radius einer Oberfläche zu bestimmen. Es wird ergänzend darauf hingewiesen, dass alternativ auch andere Messvorrichtungen verwendbar bzw. einsetzbar sind, insbesondere wellenbasierte Messvorrichtungen, wie z.B. Ultraschallmessvorrichtungen.

Unter einer zusammenwirkenden Anordnung von Messvorrichtung und Richteinheit wird insbesondere verstanden, dass die Messvorrichtung und die Richteinheit und/oder die Messvorrichtung und die Oberwalze - beispielsweise mittels einer Steuerung - derart miteinander gekoppelt sind, dass ausgehend von Messwerten der Messvorrichtung Steuerbefehle zu der Richteinheit und/oder zu der Oberwalze aussendbar sind, beispielsweise um den Stempel und/oder die Oberwalze zielgerichtet so zu bewegen bzw. zu steuern, dass ein Radius innerhalb einer Soll-Toleranz erzielt wird.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung weist die Richteinheit eine in mindestens einer horizontalen Richtung verfahrbare Verfahreinheit auf. So kann beispielsweise eine Verfahrmöglichkeit in einer axialen Richtung der Walzen vorgesehen sein, d.h. parallel zu den Drehachsen der Unterwalzen und der Oberwalze. Eine derartige Verfahrbarkeit ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Stempel einer Richteinheit zur Bearbeitung eines Rohres mehrfach an verschiedenen Positionen verwendet werden soll, ohne dass das zu bearbeitende Rohr und die 3-Walzen-Biegemaschine bewegt werden müssen. Eine entsprechende Verfahreinheit kann insbesondere mittels eines als Schlitten ausgebildeten Trägers realisiert sein, der auf einem geeigneten Gestell verfahrbar angeordnet ist. Ein solcher Schlitten kann gleitend oder wälzgelagert ausgebildet sein. Aufgrund der geringeren Reibung bevorzugt sind Wälzlagerungen, insbesondere mittels Rollen.

Alternativ oder in Ergänzung zu einer Verfahreinheit können auch mehrere höhenverstellbare Stempel und mehrere Messvorrichtungen vorgesehen sein. Dadurch kann auf eine Verfahreinheit ganz verzichtet werden, wenn über die Länge eines zu bearbeitenden Rohres ausreichend viele höhenverstellbare Stempel mit den Stempeln zugeordneten Messvorrichtungen vorgesehen sind. In diesem Fall kann, beispielsweise in einem Abstand von jeweils 500 mm zueinander, jeweils ein Stempel vorgesehen sein, um ein Rohr mit spitzgebogenen Enden und mit einer Länge von mehreren Metern über die gesamte Länge im Bereich der spitzgebogenen Enden rund zu biegen.

Es wird auch auf die Möglichkeit verwiesen, nur einen Stempel mit einer ausreichend großen Länge vorzusehen, der es ermöglicht, das zu biegende Rohr über eine ausreichend große Länge derart zu biegen, dass es mit Abschluss der Bearbeitung über die vollständige Länge rundgebogen ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Rundbiegen des Verbindungsbereichs mit den Enden spitzgebogener Rohre, bei welchem ein Rohr mit den spitzgebogenen Enden nach unten orientiert zwischen der Oberwalze und den zwei Unterwalzen einer 3-Walzen-Biegemaschine angeordnet wird, wobei zwischen der Oberwalze und dem Rohr mindestens ein Richtelement positioniert ist und wobei a) unter Verwendung einer Richteinheit mit mindestens einem höhenverstellbaren Stempel, der einen Freiraum zwischen den Unterwalzen durchragend angeordnet ist, der Abstand zwischen dem Richtelement und dem Stempel verringert wird, um die Enden - durch Kraftbeaufschlagung - zu biegen und b) der durch das Biegen erzeugte Radius der Enden mittels einer Messvorrichtung ermittelt wird.

Auf die vorstehend bereits in Verbindung mit der Anordnung beschriebenen Vorteile und optionalen weiteren technischen Merkmale der Anordnung, die auch in Verbindung mit der Durchführung des Verfahrens realisierbar sind, wird hiermit noch einmal verwiesen.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Schritte a) und b) nacheinander so oft wiederholt, bis der mittels der Messvorrichtung ermittelte Radius innerhalb eines Sollwert-Bereiches liegt. So kann beispielsweise ein Sollwert-Bereich für den Radius zwischen 4,01 m und 3,99 m vorgegeben werden, um die Schritte a) und b) dann so oft zu wiederholen, bis zum ersten Mal ein Radius in dem Sollwert-Bereich erreicht ist. Zeigt sich während einer Anwendung des Verfahrens, dass der Sollwert-Bereich zunächst überschritten und dann unterschritten wird, ist der Sollwert-Bereich verfehlt worden. Es ist dann empfehlenswert, das Verfahren für die Bearbeitung weiterer baugleicher Rohre anzupassen, indem die Erhöhung der Kraft in kleineren diskreten Schritten erfolgt und/oder der Sollwert-Bereich größer gewählt wird.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Richteinheit in Längsrichtung des zu biegenden Rohres verfahrbar ausgebildet, und das Verfahren wird mehrmals wiederholt, um die Enden im Bereich unterschiedlicher Längenabschnitte zu biegen. Diese Ausführungsform wurde vorstehend bereits in Verbindung mit einer Verfahreinheit beschrieben, die insbesondere mittels eines verfahrbaren Schlittens realisiert ist. Sie eignet sich vor allem in Verbindung mit einer - im Vergleich zur 3-Walzen-Biegemaschine - kompakt bauenden Richteinheit mit einer Verfahreinheit und mindestens einem Stempel, die eine deutlich geringere Länge aufweist als die Oberwalze und die beiden Unterwalzen.

Es ist weiter bevorzugt, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der Radius mit der Messvorrichtung auch während des Biegens der Enden eines Rohres ermittelt wird. Dazu ist es erforderlich, eine geeignete Messvorrichtung zu wählen sowie diese derart auszurichten und relativ zu den übrigen Elementen einer erfindungsgemäßen Anordnung zu positionieren, dass die Messvorrichtung auch während des Biegens ausreichend viele Messwerte ermitteln und verarbeiten kann, dass der Radius ermittelbar ist. In diesem Fall lässt sich durch gleichzeitiges Messen und Nachsteuern des Stempels bzw. der Oberwalze mit dem Richtelement ein zügiges und präzises Biegen der spitzgebogenen Enden eines Rohres erreichen, insbesondere indem die Biegekraft kontinuierlich erhöht wird, bis der gemessene Radius innerhalb eines Sollwert-Bereiches liegt.

Schutz wird ferner beansprucht für eine Richteinheit zum Rundbiegen des Verbindungsbereichs mit den Enden spitzgebogener Rohre zusammen mit einer 3-Walzen-Biegemaschine, insbesondere mit der Oberwalze einer solchen 3-Walzen-Biegemaschine, wobei die Richteinheit einen höhenverstellbaren Stempel und mindestens eine Messvorrichtung zur Ermittlung des Radius des Rohres in einem Wirkbereich des Stempels aufweist. Damit ist gemeint, dass die Messvorrichtung dazu ausgebildet und derart anordenbar oder angeordnet sein muss, dass sie auf eine Fläche eines zu bearbeitenden spitzgebogenen Endes gerichtet ist, die unter Einwirkung einer Wirkfläche des Stempels ihre Krümmung verändert. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Wirkfläche und der Stempel in gleicher Orientierung derart an der Richteinheit angeordnet sind, dass der Stempel und die Messvorrichtung gleichzeitig nutzbar sind. Wie schon erwähnt, eignet sich als Messvorrichtung insbesondere eine Lasermessvorrichtung, welche Messstrahlen, insbesondere ein fächerartiges Strahlenbündel aussenden und die Entfernung sowie eine sich daraus ergebende Geometrie, insbesondere Radien, ermitteln kann.

In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Richteinheit weist die Messvorrichtung eine Lasermessvorrichtung auf, und/oder der Stempel ist funktional mit einer Verfahreinheit gekoppelt, mittels welcher der Stempel - zusätzlich zu einer Hochrichtung - auch senkrecht zur Hochrichtung verschiebbar gelagert ist. Auf die damit verbundenen Vorteile, insbesondere in Verbindung mit einem als Schlitten ausgebildeten Träger, die vorstehend bereits erwähnt wurden, wird hiermit noch einmal verwiesen.

Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung mit einer 3-Walzen-Biegemaschine und einer Richteinheit vor der Umformung des Verbindungsbereichs mit den beiden Enden eines spitzgeformten Rohres und

Fig. 2 die Anordnung aus Fig. 1 während bzw. am Ende einer Umformung des Verbindungsbereichs mit den beiden Enden des Rohres. Die Figuren 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer 3- Walzen-Biegemaschine 10, von welcher eine erste Unterwalze 12, eine zweite Unterwalze 14 und der untere Teil einer Oberwalze 16 dargestellt sind. Wie aus Figur 1 erkennbar ist, handelt es sich vorliegend um eine symmetrische Anordnung der beiden Unterwalzen 12, 14 gegenüber der Oberwalze 16. Die Oberwalze ist insoweit mittig über den beiden Unterwalzen 12, 14 angeordnet, und die Unterwalzen weisen beide den gleichen Durchmesser auf. In der gezeigten Ausführungsform liegt der Durchmesser der Unterwalzen zwischen 500 und 1.500 mm, insbesondere bei 1060 mm. Der Durchmesser der Oberwalze 16 ist größer und liegt zwischen 900 mm und 2.000 mm, insbesondere bei ca. 1.320 mm.

Es wird klargestellt, dass eine symmetrische Anordnung für die Realisierung der Erfindung nicht erforderlich ist.

Die Anordnung umfasst darüber hinaus eine Richteinheit 18, die in horizontaler Richtung betrachtet zwischen den beiden Unterwalzen 12, 14 angeordnet ist. Die Richteinheit 18 umfasst im Wesentlichen ein Gestell 20 und eine Hubeinheit 22 mit einem Stempel 24, der in Richtung des Doppelpfeils 26 (hier: in Hochrichtung) verfahrbar ausgebildet ist.

Figur 1 zeigt den Stempel 24 in einer unteren Stellung vor einem Biegevorgang, d.h. der Stempel 24 weist mit seiner Kontaktfläche 36 keinen Kontakt zur Außenseite A eines noch zu biegenden Rohres 30 auf, von welchem nur der untere Abschnitt dargestellt ist. Wie aus Figur 1 erkennbar ist, ist das Rohr 30 ausgehend von den beiden Enden 28a, 28b über eine bestimmte Länge noch ungebogen. Dennoch sind die Enden 28a, 28b im Bereich der Innenseite I durch Verschweißen miteinander verbunden. Dadurch ergibt sich im Bereich der Außenseite A der Enden 28a, 28b ein Spalt. Ziel des Biegevorgangs ist es, die ungebogenen Endabschnitte, welche sich in einem Bereich zwischen den beiden Auflagepunkten A1 , A2 des Rohres 30 auf den Unterwalzen 12, 14 jeweils bis zu den Enden 28a, 28b erstrecken, derart zu biegen, dass sich in etwa der gleiche Radius ergibt wie bei der übrigen Außenfläche A des Rohres 30.

Der Stempel 24 ist in den Figuren 1 und 2 nur exemplarisch als Rechteck dargestellt. Der Stempel 24 weist eine Kontaktfläche 36 auf, die während des Biegevorgangs zumindest teilweise Kontakt zur Außenseite des Rohres 30 herstellt. Die Kontaktfläche 36 kann, anders als in den Figuren dargestellt, auch jede andere beliebige Form aufweisen, insbesondere eine gekrümmte Form.

Zwischen der Oberwalze 16 und der Innenseite I des Rohres 30 ist ein Richtelement 32 angeordnet. Das Richtelement 32 weist eine in etwa rechteckige Querschnittsform und eine im Querschnitt nach innen orientierte, hohlkehlenartige Ausnehmung 34 auf. Dadurch ergeben sich zwei Kontaktbereiche K1 , K2 zwischen dem Richtelement 32 und der Innenseite I des Rohres 30.

Das Gestell der Richteinheit 20 ist durch einen im Querschnitt rechteckigen Träger 38 gebildet, auf welchem ein Querträger 40 gelagert ist. Der Träger 38 ist in zwei in den Figuren nicht dargestellten Lagerständern befestigt, welche die Basis für die Lagerung aller Walzen 12, 14, 16 bildet. Der Querträger 40 ist u-förmig ausgebildet unter über Rollen 42 senkrecht zur Zeichenebene nach Art eines Schlittens verfahrbar gegenüber dem Träger 38 gelagert. Auf dem Querträger 40 ist eine Antriebseinheit 44 angeordnet, welche sowohl einen Antrieb zum Verfahren des Querträgers 40 relativ zum Träger 38 bereitstellt als auch einen Antrieb zum Verfahren des Stempels 24 in Richtung des Doppelpfeils 26. Die Kombination aus dem Querträger 40 und der Antriebseinheit 44 kann insoweit als Verfahreinheit angesehen werden, als sie ein Verfahren des Stempels 24 senkrecht zur Zeichenebene ermöglicht.

An dem Stempel 24 ist eine Messvorrichtung 46 in Form einer Lasermessvorrichtung angeordnet, die nur schematisch als Rechteck dargestellt ist. Mit der Messvorrichtung 46 lassen sich innerhalb eines fächerförmigen Messbereichs 48, dargestellt durch ein gestricheltes Trapez, Abstände und daraus resultierend die Krümmung bzw. der jeweilige Radius der Außenseite A des Rohres 30 erfassen. Dabei ist die Messvorrichtung 46 so angeordnet, dass die Krümmung der Außenseite auch während des Einwirkens des Stempels 24 auf das Rohr 30 erfasst werden kann.

Figur 2 zeigt den Stempel 24 in einer oberen Stellung mit Kontakt zur Außenseite A der beiden Enden 28a, 28b des bereits gebogenen Rohres 30. Wie erkennbar ist, ist der Biegevorgang bereits abgeschlossen, weil an der Außenseite A des Rohres 30 eine Kontur mit konstantem Radius ausgebildet ist, die sich auch über den Verbindungsbereich zwischen den Auflagepunkten A1 , A2 erstreckt. Im Ergebnis wurde der Verbindungsbereich des spitzgebogenen Rohres gemäß Fig.1 durch das gezielte Aufbringen von Biegekräften - durch Zusammenwirken der Oberwalze 16 mit dem Richtelement 32 und dem Stempel 24 der Richteinheit 18 - ein Rundbiegen des Verbindungsbereichs bewirkt. Dabei können sowohl das Richtelement 32 mit der Oberwalze 16 als auch der Stempel 24 der Richteinheit 18 als Gegenlager beim Aufbringen der Biegekräfte dienen.

Die Messvorrichtung wird vorzugsweise - zumindest auch dann - verwendet, wenn keine Biegekraft mehr auf ein Rohr 30 einwirkt, das sich in der 3- Walzen-Biegemaschine 10 befindet und von einer Biegekraft beaufschlagt ist. Es ist daher in der Praxis in den meisten Fällen ein iteratives Vorgehen erforderlich, um einen Sollwert-Bereich für einen Radius im Bereich der Außenseite A eines Rohres 30 zu erreichen, bei welchem sich Biegeprozesse und Messungen abwechseln. Ist ein Sollwert-Bereich erreicht, kann der Biegevorgang abgeschlossen und der Stempel 24 der Richteinheit 18 abgesenkt werden. Wenn das Rohr 30 an mehreren Stellen mittels der Richteinheit 18 bearbeitet werden soll, wird der Stempel 24 mittels der Verfahreinheit jeweils nach Erreichen des Sollwert-Bereichs zu der nächsten Einsatzstelle verfahren, und das Verfahren wird dann dort in gleicher Art und Weise wiederholt. Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.

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Bezugszeichenliste

10 3-Walzen-Biegemaschine

12 Unterwalze (erste)

14 Unterwalze (zweite)

16 Oberwalze

18 Richteinheit

20 Gestell

22 Hubeinheit

24 Stempel

26 Doppelpfeil

28a, 28b Ende

30 Rohr

32 Richtelement

34 Ausnehmung

36 Kontaktfläche

38 Träger

40 Querträger

42 Rolle

44 Antriebseinheit

46 Messvorrichtung

48 Messbereich

A Außenseite

A1, A2 Auflagepunkt

I Innenseite

K1 , K2 Kontaktbereich

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