Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einformstraße und ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres. Mehrlagen-Rohre werden vorzugsweise bei hohen Anforderungen gegen Korrosion oder Abrasion verwendet.

Korrosionsbeständige Druckbehälter oder Druckleitungen können durch Anwendung von Mehrlagen-Rohren kostengünstiger hergestellt werden als Massivausführungen aus entsprechenden Werkstoffen. Dies wird erreicht durch die Lastenteilung auf eine dünne, korrosionsbeständige Innenlage (z.B. rost- und säurebeständiger Stahl) und eine vorzugsweise dicke, hochfeste, druckbeständige Außenlage (z. B. Feinkornbaustahl). Dadurch kann der Stahlverbrauch insgesamt erheblich gesenkt und ein Großteil des verbleibenden Stahlverbrauchs auf kostengünstige Werkstoffe verlagert werden.

Abrasionsbeständige Rohrleitungen werden durch die Ausführung als Mehrlagen-Rohr (etwa mit mechanischer Bindung, s.u.) in bestimmten Güteklassen überhaupt erst ermöglicht, da Werkstoffe (z.B. hochfeste Stähle mit hohen Härten) als Innenlage eingesetzt werden können, die für sich alleine nicht oder nur sehr schwierig zu Rohren verarbeitet werden können.

Andere Werkstoffkombinationen sind in großer Vielfalt möglich, prinzipiell begrenzt sich die Kombinierbarkeit von Werkstoffen dabei nur durch die jeweilig infrage kommenden Verarbeitungstechniken.

In vielen Fällen ist auch eine gute Verbindung zwischen Außen- und Innenlage(n) des Mehrlagenrohres wünschenswert oder sogar erforderlich. Man denke in diesem Zusammenhang etwa an die hohen mechanischen Belastungen, denen etwa das Rohr - und damit auch seine Lagen gegeneinander - bei einem Verlegen vom Schiff auf den Meeresgrund ausgesetzt ist.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Beim Aufbau des Rohrmantels wird dabei unterschieden zwischen vollflächiger metallurgischer Bindung (diese erfordert walz- oder snrengplat- tiertes Blech als Ausgangshalbzeug), und rein mechanischer Bindung (etwa einer Reibbindung) zwischen Innen- und Außenrohr - vorzugsweise Innen- und Außenblech und ihrer kraftschlüssigen Verbindung (wie etwa einer Verschweißung oder Verklebung) an den Blechkanten -.

Bei Mehrlagenrohren mit metallurgischer Bindung zwischen den Lagen - etwa Mehrlagenrohren aus Metallblechen, vorzugsweise Stahlblechen - findet als Ausgangshalbzeug ein plattiertes Verbundblech aus zwei verschiedenen (Stahl-) Werkstoffen Verwendung.

Der Nachteil dieses Verfahrens nach dem Stand der Technik liegt zum einen in den hohen Kosten des Ausgangshalbzeuges und damit auch des Endproduktes, zum anderen aber auch in einer mangelnden ausreichenden Verfügbarkeit dieses Ausgangshalbzeuges aufgrund äußerst beschränkter Produktionskapazitäten hierfür in der Welt, wobei festzustellen ist, daß derartiges Verbundhalbzeug auch nur als Blechtafeln und nicht als Band - etwa als Werkstoffbandrolle (Coil) - verfügbar ist. Weiterhin ist die Anzahl der Werkstoffe, die sich auf diese Weise verarbeiten lassen, begrenzt. So lassen sich etwa bestimmte abrasionsbeständige Stähle als Innenlage dann nicht verwenden, wenn sie sich aufgrund ihres hohen Kohlenstoffanteils nicht oder nur schlecht schweißen lassen.

Bei Mehrlagenrohren mit mechanischer Bindung finden nach älterem Stand der Technik als Ausgangshalbzeug mehrere - vorzugsweise zwei - fertige Rohre Verwendung. Das Verfahren soll dabei im folgenden anhand des Beispiels zweier Rohre erläutert werden (im Falle weiterer Lagen sind die Ausführungen entsprechend zu verstehen):

Zwei fertige Rohre werden aus den zu kombinierenden Werkstoffen passgenau gefertigt und ohne Reibung ineinander geschoben, wobei das äußere Rohr eine höhere Streckgrenze aufweisen muß als das innere.

Durch Expandieren (mechanisch - etwa vermittels eines Expansionsstempels - oder durch Flüssigkeitsdruck, wobei im letzten Falle die ineinander liegenden Rohre in ein das Außenrohr umfassendes Gesenk gepreßt werden) wird das Innenrohr unter elastisch-/ plastischer Aufweitung des Außenrohrs in das Außenrohr gedrückt. Nach Wegfallen der Expansionskräfte legt sich das Außenrohr wegen der höheren elastischen Rückfederung kraftschlüssig um das Innenrohr.

Abschließend werden die beiden Werkstoffe an den Stirnseiten verschweißt.

Der Nachteil dieses Verfahrens nach dem Stand der Technik liegt darin begründet, daß das äußere Rohr eine höhere Streckgrenze aufweisen muß als das innere, da ansonsten die den Kraftschluß mit dem Innenrohr hervorrufende und daher erforderliche elastische Rückfederung des Außenrohres fehlt. Dies ist insbesondere deshalb nachteilig, weil hochfeste Werkstoffe - etwa besonders hochfeste Stähle -, wie sie vorzugsweise für abrasions- oder korrosionsbeständige Rohrleitungen im Inneren des Rohres besonders vorteilhaft sind, hohe oder sogar sehr hohe Streckgrenzen aufweisen und sich damit für dieses Herstellungsverfahren nicht eignen.

Nach dem älteren Stand der Technik ist aus der US 3 327 383 auch ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Doppellagenrohren vermittels einer Einformstraße bekannt, jedoch ist auch dieses Verfahren zur Herstellung von Mehrlagenrohren der hier geforderten Art, nämlich solcher mit einer guten reibschlüssigen Verbindung zwischen Außen- und Innenlage ungeeignet, da bei diesem Verfahren Innen- und Außenlage keine oder kaum Kräfte aufeinander ausüben, sondern vielmehr lose ineinander zu liegen kommen, was dadurch erreicht wird, daß die Außenlage breiter als die Innenlage gewählt wird, so daß die Innenlage während des Rohrformungsprozesses bis in die endgültige, sich in die Außenlage einpassende Lage verschoben wird. Die Innenlage übt hierbei keine Kraft auf die Außenlage aus— was auch aufgrund der Dickenverhältnisse von dicker Innen- zu dünner Außenlage nicht realisierbar erscheint -. Vielmehr sind die beiden Lagen allein aufgrund ihres engen Aneinanderliegens und eines etwaigen durch die Außenlage vermittels einer Umbiegung gebildeten und im Längsschlitz des Rohres an die Innenlage angeschweißten Randes miteinander verbunden. Der Reibschluß zwischen Außen- und Innenlage verbleibt daher notwendigerweise sehr gering, wodurch die nach diesem Verfahren hergestellten Rohre für solche Verwendungen, bei denen es auf eine gute Verbindung zwischen Außen- und Innenlage (n) des Mehrlagenrohres ankommt, ungeeignet ist. Hinzu tritt der Umstand, daß Rohre, welche nach der Lehre der US 3 327 383 hergestellt sind, keine homogene Struktur im Bereich ihrer Längskante aufweisen, da sie dort keine drucktragende Schweißver- bindung aufweisen. Mehrlagenrohre, wie sie nach der US 3 327 383 hergestellt werden eignen sich als Strukturbauelemente, wie etwa für den Brücken- oder Fachwerksbau, sind jedoch ungeeignet für Verwendungen, die eine Innendruckbeständigkeit des Rohres verlangen (wie etwa Druckgasleitungen) .

Inzwischen sind aber auch weitere Verfahren aus der WO 2006/066814 AI bekannt, die diese Nachteile nicht aufweisen und der Herstellung eines Mehrlagenrohres mit mechanischer Bindung zwischen den Werkstofflagen vermittels einer Biegewalze dienen. Hierbei werden einzelne zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen aufeinandergelegt, und der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff mit Hilfe der Biegewalze zu einem Mehrlagenrohr geformt, wobei in der Endphase der Rohrformung in der Biegewalze eine jeweilig als Innenrohr fungierende Werkstofflage kraftschlüssig in eine jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepresst wird.

Mit Hilfe dieses Verfahrens können Mehrlagenrohre hergestellt werden, die ohne walz- und/oder sprengplattiertes Halbzeug auskommen, andererseits aber auch nicht den Beschränkungen unterliegen, die die Herstellung mehrlagiger Rohre nach dem vorgenannten Stand der Technik mit reibschlüssiger mechanischer Bindung von Lagen untereinander mit sich bringt.

Die Verwendung walz- und/oder sprengplattierten Halbzeugs wird dadurch vermieden, daß zunächst zwischen den Werkstofflagen eine erste Verbindung— etwa eine Schweißnaht— geschaffen wird und hiernach die jeweilige als Innenrohr füngierende Werkstofflage während der Rohrformung in der Biegewalze durch eine— nach einem bestimmten Verformungsfortschritt anzubringende— weitere Verbindung zwischen den Werkstofflagen kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepresst und auf diese Weise im jeweiligen Außenrohr reibschlüssig gehalten wird und zwar ohne das Mehrlagenrohr aufweiten und damit die zum o.a. Expansionsverfahren angeführten Nachteile hinnehmen zu müssen.

Gleichwohl hat dieses Verfahren den produktionstechnischen Nachteil, daß es hierbei erforderlich ist, während der Rohrformung in der Biegewalze nach einem bestimmten Verformungsfortschritt eine weitere Verbindung zwischen den Werkstofflagen zu schaffen, was in der Regel durch ein Verschweißen geschieht. Für diese Verbindung ist es daher erforderlich, die Rohr- formung zu unterbrechen, um die beiden Werkstofflagen an dieser weiteren Stelle miteinander zu verbinden. Hierzu muß das noch unfertige Rohr aus der Biegewalze entfernt und sodann die Verbindung geschaffen, in der Regel also die Schweißnaht aufgebracht werden. Alternativ dazu kann es auch in der Biegewalze geschweißt werden, was diese jedoch währenddessen blockiert. Sodann kann der Rohrrohling (auch Schlitzrohr genannt) wieder in die Biegewalze eingebracht werden, um den dortigen Fertigungsprozeß weiter zu führen. Eine solches Vorgehen ist äußerst zeitintensiv und stellt daher einen erheblichen Produktionskostennachteil dar.

Die WO 2006/066814 AI lehrt jedoch auch ein Verfahren, bei dem einzelne zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen aufeinandergelegt werden, wobei eine als jeweiliges Außenrohr fungierende Werkstofflage ein Grundblech bildet, das in etwa endang seiner beiden Längskanten oder in etwa parallel hierzu jeweils eine, vorzugsweise aufgeschweißte, Anschlagkante aufweist und die aufliegende Werkstofflage lose zwischen diese Anschlagkanten zu liegen kommt, und der so gebildete Mehrlagen-Werkstoff mit Flilfe der Biegewalze zu einem Mehrlagenrohr geformt wird, wobei die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage zwischen die Anschlagkanten geklemmt und in der Endphase der Rohrformung in der Biegewalze die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage hierdurch kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepresst wird.

Nach dieser Ausführungsform der WO 2006/066814 AI können als jeweilige Innenlage somit auch solche Werkstoffe - wie etwa besonders hochfeste Stähle - Verwendung finden, die sich nicht oder nur sehr schwer schweißen lassen. Auch hier wird die als Innenrohr fungierende Werkstofflage bereits während der Rohrfomung in der Biegewalze kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepresst und so im jeweiligen Außenrohr reibschlüssig gehalten und zwar ohne, daß es einer Verbindung, wie etwa einer zu schaffenden Schweißnaht bedarf. Daher ist hier eine zeit- und kostenintensive Unterbrechung des Rohrformungsprozesses in der Biegewalze auch nicht erforderlich. Jedoch hat dieses Fertigungsverfahren wiederum den Nachteil, daß hierbei die Rohrinnenlage nicht gänzlich nach innen hin geschlossen ist, da ein Teil des Rohrinnenumfanges durch die auf dem jeweiligen Grundblech, also der je- weils außen liegenden Werkstofflage, angebrachten Anschlagkanten ausgebildet wird, was dazu führt, daß hier die vorteilhaften Wirkungen der Rohrinnenlage, wie Korrosions- oder Abrasionsbeständigkeit nicht einzutreten vermögen. Dieser Nachteil kann auch nicht einfach durch eine Auftragsschweißung in diesem Bereich gelöst werden, da eine Schweißverbindung zwischen dem Material der Anschlagkante und dem der Innenlage bei diesem Verfahren, das ein Schweißen zwischen Außen- und Innenlage vermeiden will, gerade nicht infrage kommt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ausgehend vom Stand der Technik nach der WO 2006/066814 AI ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Mehrlagenrohres anzugeben, welches einerseits eine gute Verbindung zwischen Innen- und Außenlage gewährleistet ohne metallurgische Verbindungen der Materialien zu benötigen, andererseits aber auch sowohl ohne Unterbrechung des Rohrformungsprozesses zur Werkstofflagenverbindung wie auch etwaige nachträgliche Einarbeitungsschritte von Werkstofflagenteilen auskommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Herstellungsverfahren für Mehrlagenrohre nach Anspruch 1, sowie eine Einformstraße zur Herstellung eines Mehrlagenrohres nach Anspruch 10 gelöst. Zweckmäßige Ausfuhrungsformen ergeben sich dabei insbesondere jeweils aus den Unteransprüchen.

Vermittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Mehrlagenrohr ohne Unterbrechung des Rohrformungsprozesses zur Werkstofflagenverbindung und ohne nachträgliche Einarbeitung von Werkstofflagenteilen hergestellt werden, welches eine gute Verbindung zwischen Innen- und Außenlage gewährleistet, ohne dabei metallurgisch verbundene Werkstofflagen zu benötigen, indem einzelne zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen vermittels Zu- fuhrmitteln, vorzugsweise vermittels (womöglich angetriebener) Zuführrollen, als Band übernommen und aufeinandergelegt werden, und der so aus den aufeinanderüegenden Werkstofflagen gebildete Mehrlagen- Werkstoff durch eine Einformstation oder Einformstationen der Einformstraße dadurch zum Rohr geformt wird, daß der den Rohrradius formende und durch ihre jeweiligen Rollen gebildete Innenraum der Einformstation oder nacheinander angeordneten Einformstationen in Richtung zum Rohrfertigende hin (also zum fertigen Ende des Rohres hin) den angestrebten Rohrendradius erreicht hat, wobei das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Breite des jeweilig als Innenrohr fungierenden Werkstofflagenbandes Bi so gewählt wird, daß

B _; > L _nfa - 7U (SA + Sl) _is t , mit Bi als der Breite der jeweilig als Innenrohr fungierenden Werkstofflagenbandes in mm,

Lnfa der Breite der jeweilig als Außenrohr fungierenden Werkstofflagenbandes in mm,

SA der Wanddicke des jeweilig als Außenrohr fungierenden Werkstofflagenbandes in mm, und

SI als der Wanddicke des jeweilig als Innenrohr fungierenden Werkstofflagenbandes in mm.

Dies ist gleichbedeutend damit, daß die Breite des später als Innenrohr fungierenden Werkstofflagenbandes größer ist, als die Breite, die sich aus der Geometrie zweier bündig, aber spannungsfrei ineinander liegender Werkstofflagen ergeben würde, was erfindungsgemäß zu einer Stauchung der Innenlage in Umfangsrichtung und somit zu einer radialen Verpressung der Innen- in die Außenlage führt

Zur Erläuterung der Wirkungsweise dieses Verfahrens, insbesondere der Entstehung der Preßkraft, die die jeweilige Werkstoffinnenlage gegen die jeweilige Werkstoffaußenlage preßt, bedarf es der nachfolgenden Betrachtung der geometrischen Verhältnisse.

Hierzu finden— vorzugsweise ausgehend von zwei Lagen, also einer Innenlage, die das spätere Innenrohr und einer Außenlage, die das spätere Außenrohr bildet - die folgenden Größen Verwendung:

DA als der Außendurchmesser des Außenrohres - und somit als der Durchmesser des Mehrlagenrohres überhaupt - in mm, SA als Wanddicke des Außenrohres in mm, SI als Wanddicke des Innenrohres in mm, σι als Streckgrenze (welche in der Regel in etwa der Stauchgrenze insbesondere bei gewalzten Metallen - entspricht) des Innenrohres in N/ mm ² ,

E als Elastizitätsmodul (E-Modul) der Innenlage in N/ mm ² .

Die Länge der neutralen Faser - in kreisförmig gebogenem Zustand - des Außenrohres - hier L _n fa genannt— beträgt:

L _NFA = (DA - SA) . TC , was der mitderen Umfangslänge - hier des Außenrohres— (und damit auch der Breite des jeweilig als Außenrohr fungierenden Werkstofflagenbandes) entspricht. Wollte man das Innenrohr ohne jede Stauchung in das Außenrohr einpassen, so würde die Länge seiner neutralen Faser (ohne Stauchung der Innenlage) - hier L„nos genannt - aufgrund der unterschiedlichen Biegeradien

L _nfi os = (DA-2. SA- SI) . * , was ebenfalls der mittleren Umfangslänge - hier jedoch des Innenrohres - entspricht, betragen.

Verwendet man somit ein Werkstoffband der Breite L„ _ß o _S als Innenlage und ein Werkstoffband der Breite L^, als Außenlage, so kann sich die Innenlage während der Rohrformung genau in die Außenlage einpassen, was heißt, daß die jeweiligen Längskanten der Außen-, wie auch der Innenlage mit dem Abschluß des Rohrformungprozesses— einen geometrisch ideal ablaufenden Rohrformungsprozeß, d.h. die ideale Bildung eines Kreises (im Rohrquerschnitt gesehen) einmal vorausgesetzt - zu gleicher Zeit aneinanderstoßen. In diesem Falle würde das Innenrohr nur durch seine während des Formungsprozesses aufgebaute Rückfederkraft gegen die Außenlage gedrückt. Eine Stauchung des Innenrohres, die infolge des dabei im Material aufgebauten Druk- kes und seiner Wölbung nach außen gegen die jeweilige Außenwerkstofflage hin in eine zusätzliche Preßkraft des Innenrohres gegen das Außenrohr münden würde, würde hingegen nicht stattfinden. Eine solche möchte das erfindungsgemäße Verfahren jedoch gerade erzeugen. Es stellt sich damit die Frage, welche Breite die Innenlage aufweisen muß, damit es zu einer solchen erwünschten Stauchung der Umfangslänge oder, was dasselbe ist, der Bandbreite der Werkstofffinnenlage (Bi) beim Rohrformungsprozeß kommt.

Nach den o.a. Darlegungen beträgt die Länge, über die sich die Kanten der Innenlage gegenüber denen der Außenlage in Umfangsrichtung während der Rohrformung frei verschieben können:

und damit

= (DA - SA) ^ - (DA - 2 - SA - SI) ^ was äquivalent zu

= (SA + SI) ^ ist, womit klar wird, daß immer dann eine Stauchung des jeweilig als Innenrohr fungierenden Werkstofflagenbandes eintritt, wenn dieses breiter ist, als das jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflagenband abzüglich der Summe der Dicke beider benachbarter Werkstofflagen multipliziert mit der Kreiszahl π, wenn also für die Breite Bi des als Innenrohr fungierenden Werkstofflagenbandes gilt

B _{ > L^ - ir CSA + SI) .

Wird aber die jeweilig als Innenrohr fungierende Werkstofflage bei der Rohrformung in der Breite - etwa durch die Einformstation oder die Einformstationen der Einformstraße - gestaucht, so wird die jeweilig als Innenrohr fungierende Werkstofflage dadurch auch in die jeweilige äußere (also vom Rohrinnenraum gesehen nach außen benachbarte) Werkstofflage gepreßt. Dabei läßt sich diese Preßkraft bis zur Streckgrenze (respektive Stauchgrenze, die in der Regel - insbesondere bei gewalzten Metallblechen, in etwa gleich der Streckgrenze ist— ) steigern. In Fällen, in denen keine ausgeprägte Streck- oder Stauchgrenze vorliegt kann anstelle dieser auch die sogenannte technische Streckgrenze (auch Dehngrenze als Betrag der Spannung einer plasti- sehen bleibenden Dehnung unter einer bestimmten Krafteinwirkung genannt) oder technische Stauchgrenze genannt treten. Oberhalb der Zone der sogenannten ,Hook 'sehen Geraden', also etwa im Bereich der plastischen Dehnung (z.B. im Bereich der sogenannten ,Lüderskurve') hingegen läßt sich diese Kraft nicht mehr wesentlich (zumindest nicht mehr proportional) steigern. Will man also vor diesem Hintergrund über die o.a. Bedingung

B _; > L^ - TC CSA + SI) ,

- die überhaupt eine Stauchung sicherstellt - hinaus eine maximale Stauchung und damit auch eine maximale Preßkraft erreichen, so ist folgendes zu bedenken:

Der Stauchungsgrad der Innenwerkstofflage zum Erreichen der Stauchgrenze - hier est genannt - ergibt sich nach dem Hook 'sehen Gesetz zu:

Demnach gilt für den Fall, daß die maximale Preßkraft der Innenwerkstofflage gegen die Au- ßenwerkstofflage gerade eben erreicht werden soll:

Β. - Β. - β* = L _nfa - ir . (SA + SI) .

Hinsichtlich der Breite, die sich für das Band der Innenwerkstofflage in diesem Falle ergibt gilt also:

L _nfa - 7C (SA + Sl)

L _nfa - 7t (SA + SI)

wobei für den maximal erreichbaren Stauchungsgrad 0 < — < 1 gilt. Für praktische Zwecke ist zu bedenken, daß— so man die maximale Preßkraft der Innen- gegen die Außenlage möglichst zuverlässig auch tatsächlich, jedenfalls in etwa, erreichen will— es sicherzustellen gilt, daß die Stauchgrenze (~ Streckgrenze) auch tatsächlich erreicht ist. Dies kann man dadurch erzielen, daß man zum maximalen Stauchungsgrad, wie er sich aufgrund der Materialkonstanten (σι, E) ergibt, noch einen gewissen Zuschlag— vorzugsweise von bis zu300 % des maximalen Stauchungsgrades, besonders bevorzugterweise aber von bis zu 200 % des maximalen Stauchungsgrades— gibt.

Vorzugsweise kann daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Mehrla- genrohren für die Breite des als Innenrohr fungierenden Werkstofflagenbandes im Hinblick auf die Erzielung einer möglichst hohen Preßkraft der Innen- gegen die Außenlage für praktische Zwecke gefordert werden, daß gilt:

L _nfa - 7t (SA + SI) σ,

B . , mit 0 < — < 1 .

₁ _ σ, E

E

Dadurch, daß die Breite der Innenlage also größer oder gleich als der rechts der Gleichung stehende Term gewählt wird, wird ein möglicher Stauchungszuschlag berücksichtigt, der die Ferti- gungsungenauigkeiten— etwa in Lage und/oder Führung der Werkstofflagenbänder zueinander— so zu kompensieren vermag, daß die angestrebte maximale Preßkraft des Innenrohres gegen das Außenrohr— jedenfalls in etwa— sicher erreicht wird.

Durch den Stauchungszuschlag werden auch eine elastische Aufweitung des Außenrohres aufgrund der radial wirkenden Preßkraft des Innenrohres auf das Außenrohr und Einflüsse auf das Verfahren durch eine nach der Rohrformung etwaig nicht exakt blechdickenmittige Lage der neutralen Faser der jeweiligen Werkstofflage aufgefangen.

Vorzugsweise wird bei dem Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres mit Hilfe des Verfahrens nach der hier vorliegenden Erfindung das Mehrlagenrohr auch durch eine Auftrags- schweißung des Innenrohres (von innen her) geschlossen, um so den Mehrlagenrohrkörper fertigzustellen.

Einen bevorzugten Anwendungsfall des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung stellt die Herstellung von erfindungsgemäßen Doppellagenrohren dar, gleichwohl beschränkt sich die Erfindung nicht hierauf, auch drei-, vier- und noch mehrlagigere erfindungsgemäße Rohre sind hiermit grundsätzlich herstellbar.

Bevorzugterweise finden Bleche, vorzugsweise Metallbleche und besonders bevorzugterweise Stahlbleche oder Bleche aus korrosionsbeständigem Metall oder korrosionsbeständigen Legierungen (z.B. Edelstahlbleche oder z.B. Kupfer oder z.B. Chrom-Nickel-Legierungen als Werkstofflage oder Elemente der Werkstofflage bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Herstellung von Mehrlagenrohren Verwendung.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Einformstraße zur Herstellung eines Mehrlagenrohres dienen, die so ausgestaltet ist, daß sie Zuführmittel, vorzugsweise Zufuhrrollen, aufweist, die einzelne zum Mehrlagenrohr zu kombinierende Werkstofflagen jeweils als Band aufnimmt und aufeinanderlegt, und die mindestens eine Einformstation aufweist, die der Formung des Mehrlagenrohres aus dem aus aufeinanderliegenden Werkstofflagen gebildeten Mehrlagen- Werkstoff vermittels Rollen dient, wobei zumindest im Falle einer Einformstation zumindest eine Rolle als Profilrolle ausgestaltet ist, deren Profil in der Weise geformt ist, daß es so gegen die längs in Rohrrichtung verlaufenden Kanten zumindest eines der Werkstoffbänder wirkt, daß die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage durch Stauchung in ihrem Umfang kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage gepresst wird und, daß der das Rohr formende Innenraum einer - vorzugsweise der letzten in Richtung zum Rohrfertigende hin angeordneten - Einformstation so ausgestaltet ist, daß er dem angestrebten Rohrradius entspricht.

Die Profilrollen stellen dabei auch sicher, daß das Innenrohr in das Außenrohr gestaucht werden kann, ohne daß die Längskanten der Werkstofflagen, die später aneinanderstoßen, übereinander rutschen. In einer bevorzugten Aus führungs form weist die Einformstraße nach der vorliegenden Erfindung mehrere nacheinander angeordnete Einformstationen auf, die der Formung des Mehrla- genrohres aus dem aus aufeinanderliegenden Werkstofflagen gebildeten Mehrlagen- Werkstoff vermittels Rollen dienen, wobei sich der das Rohr formende Innenraum dieser nacheinander angeordneten Einformstationen in Richtung zum Rohrfertigende hin bis auf den angestrebten Rohrendradius hin verkleinert, wodurch das Rohr auf dieses Durchmessermaß hin geformt wird.

Auf der Einlaufseite stehen die zum Mehrlagenrohr zu kombinierenden Werkstofflagen vorzugsweise jeweils auf einer zur Einformstraße zugehörigen Haspel bereit, von der sie dann abgewickelt, - etwa vermittels Zuführrollen - aufeinandergelegt und dann der nächst gelegenen Einformstation zugeführt werden. Diese Art der Werkstofflagenzufuhr ist besonders günstig, da die aufgewickelten Werkstofflagenbänder (sogenannte ,Coils ^< ) einerseits besonders platzsparend andererseits aber durch die Abwicklung des Bandes durch eine Drehbewegung auch besonders gut zu handhaben sind.

Vorzugsweise werden zur erfindungsgemäßen Herstellung eines Mehrlagenrohres die aneinanderstoßenden Längskanten der jeweilig als Innenrohr fungierenden Werkstofflage noch im Zustand ihrer durch die Einformstation oder die Einformstationen hervorgerufenen Stauchung miteinander verbunden, vorzugsweise verschweißt, was etwa vermittels eines Lasers oder eines anderen geeigneten Schweißverfahrens geschehen, etwa mittels eines solchen Lasers der durch den noch offenen Schlitz zwischen den Längskanten der jeweiligen äußeren Lage(n) hindurch auf die jeweilige Innenlage an der Stelle trifft, wo deren Längskanten aneinanderstoßen.

Dies kann etwa vermittels einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einformstraße geschehen, bei der nach der (z.B. ersten) Einformstation, bei der der Innenraum, der das Rohr formt, so bemessen ist, daß er dem angestrebten Rohrradius entspricht, eine weitere Station mit Rollen angeordnet ist, deren Innenraum ebenfalls so bemessen ist, daß er dem angestrebten Rohrradius entspricht, wodurch das Mehrlagenrohr zwischen diesen beiden Stationen noch im Zustand der Stauchung der als Innenrohr fungierenden Werkstofflage gehalten wird und die Schweißstation, vorzugsweise der Laser zwischen diesen beiden Stationen angeordnet ist, was ein Schließen der Schweißnaht erlaubt, bevor die Stauchung durch die Stationen entfällt Auch die aneinanderstoßenden Längskanten der jeweilig als Außenrohr fungierenden Werkstofflagen werden vorzugsweise noch im Zustand der Stauchung der als Innenrohr fungierenden Werkstoffiage durch die Einformstation oder die Einformstationen geschlossen. Dies geschieht vorzugsweise vermittels einer Verbindungsschweißung, die diese Längskanten - etwa noch unter dem Druck der Rollen der Einformstation(en) - miteinander verschweißt, was auch hier etwa zwischen zwei Stationen geschehen kann, die die Stauchung der Innenlage aufrecht erhalten, bis die Schweißnaht belastbar und dann selber in der Lage ist, die Stauchung der Innenlage ohne weiteren äußeren Druck aufrecht zu erhalten. In diesem Zusammenhang soll nicht unerwähnt bleiben, daß eine Herstellung des Rohres mit angestrebtem Durchmesser bei erfindungsgemäßer Stauchung der jeweiligen Innenlage auch ohne die vorerwähnten Profilrollen denkbar ist, so denn - etwa aufgrund ausreichender Dicke der Lagen und/oder hinreichend exakter Längskantengeometrie - sichergestellt ist, daß die Längskanten der jeweiligen Lagen während und nach der Fertigung des Rohres aneinanderstoßen und nicht übereinander rutschen. In diesem Falle sorgt allein das ausreichend enge Schließen des Außenrohres bei Aufrechterhaltung der Stauchung der Innenlage(n) - etwa unter dem Druck der Rollen der Ein- formstation(en) - dafür, daß die Stauchung der Innenlage nach Schließen der Außenlage ohne weiteren äußeren Druck aufrecht erhalten bleibt. Dies ist nicht abhängig von der Verwendung der erwähnten (nämlich gegen die Kanten zumindest einer Werkstofflage wirkenden) Profüxol- len , sondern nur von der Aufrechterhaltung des Stauchungszustandes der Innenlage(n), etwa auch durch einfache Rollen geschehen kann, sofern es nicht zu einem Übereinanderrutschen der Längskanten der Werkstofflagen des zu fertigenden Mehrlagenrohres kommt (s.o.).

Bei dem erfindüngsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres mit Hilfe einer Einformstraße kann auch das fertiggestellte Mehrlagenrohr auf eine Haspel aufgewickelt werden, etwa dann, wenn diese als ein Teil der Einformstraße vorgesehen ist. Derartige Haspeln können direkt auf Rohrverlegeschiffen zum Einsatz kommen. Besonders günstig ist dies, wenn die Rohrfertiung direkt im Hafen erfolgt, von wo aus das fertig gestellte Rohr sogleich zur Haspel auf einem Schiff läuft. Derartige Haspeln auf Rohrverlegeschiffen weisen enorme Kapazitäten auf. So weisen etwa die auf dem Rohrverlegeschiff„Skandi Navicä" zum Einsatz kommenden Haspeln einen Durchmesser von 25 m bei einer Tragfähigkeit von 2500 t auf. Rohre mit einem Durchmesser von 101,6 mm bis 457,2 mm können damit beispielsweise verlegt werden. Bei einem Rohrdurchmesser von etwa 203,2 mm können so z.B. 42 km Rohr auf der Haspel aufgewickelt und in einem Stück verlegt werden (vgl. etwa hierzu: Fitmerünformationsschrift der mit dem Titel„ Wälzlager für eine der größten Haspeln auf dem Rohrverlegeschiff Skandi Navica— Beispiele aus der Anwendungstechnik, WL 21 508 DA", Schaeffler KG, Heavy Industries, Mining & Processing, 97419 Schwein fürt, 2007, dort S. 1, Sp. 3). Mit der vorliegenden Erfindung ist es nun möglich, auf eine stückweise Rohrfertigung mit anschließendem Aneinanderschweißen vor Schiffsverladung zu verzichten, wenn etwa die erfindungsgemäße Einformstraße zur Rohrfertigung, wie vorstehend bereits angeführt, unmittelbar im Hafen gelegen ist. Eine solche schiffsnahe kontinuierliche Rohrfertigung ist insbesondere für die erfindungsgemäß hergestellten Mehrlagenrohre mit möglichst fest gegeneinander sitzenden Lagen von großem Vorteil, da sich diese Rohre einerseits in korrisionsbeständiger Innenlagenausführung besonders gut für unterseeisch zugängliche Lagerstätten etwa mit sauren Gasen oder dergleichen eignen, andererseits die erfindungsgemäß hergestellten Rohre durch den festen Sitz ihrer Lagen gegeneinander den Belastungen einer Verlegung vom Schiff aus gewachsen sind.

Im folgenden werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung besprochen. In dieser zeigt:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einformstraße und zwar im oberen Teil von der Seite her in Längserstreckung, darunter von oben betrachtet in Längserstreckung und darunter an ausgewählten Stellen im Querschnitt, wobei die Größenverhältnisse der Darstellungen hier nicht in allen Teilen der Realität entsprechen,

Fig. 2 eine perspektivisch skizzierte Sicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einformstraße in Richtung auf das Rohrfertigende hin vom Materialeinlauf her gesehen, und

Fig. 3 ein exemplarisches Spannungs-Dehnungsdiagramm zur Erläuterung, wie die angestrebte maximale Preßkraft durch Stauchung der Innenlage dem Umfang nach erreicht wird.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einformstraße die der Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung zu dienen vermag. Die erfindungsgemäße Einformstraße ist hier im oberen Teil A von der Seite her in Längserstreckung, darunter in Teil B von oben betrachtet in Längserstreckung und darunter in Teil C an ausgewählten Stellen im Querschnitt zu sehen, wobei die Größenverhältnisse der Darstellungen (insbesondere im Teil C der hiesigen Darstellung) nicht immer der Realität entsprechen (In der Realität verkleinert sich der Durchmesser des Rohres zum Fertigende hin).

Die Einformstraße zur Herstellung eines Mehrlagenrohres 5 ist hier so ausgestaltet, daß sie als Zuführmittel 3 Zuführrollen aufweist, die einzelne zum Mehrlagenrohr 5 zu kombinierende Werkstofflagen 1, 2 jeweils als Band aufnimmt und aufeinanderlegt, und hiernach mehrere nacheinander angeordnete Einformstationen 4, 4a, 4b aufweist, die der Formung des Mehrlagenrohres 5 aus dem aus aufeinanderliegenden Werkstofflagen 1, 2 gebildeten Mehrlagen- Werkstoff vermittels Rollen 6 dient, bei der mehrere Einformstationen 4, 4a zumindest eine Rolle 6 als Profilrolle 6a aufweisen, deren Profil in der Weise geformt ist, daß es so gegen die längs in Rohrrichtung verlaufenden Kanten zumindest eines der Werkstoffbänder 1, 2 wirkt, daß die jeweilige als Innenrohr fungierende Werkstofflage 1 durch Stauchung in ihrem Umfang kraftschlüssig in die jeweilig als Außenrohr fungierende Werkstofflage 2 gepresst wird und, daß der das Rohr formende Innenraum der letzten in Richtung zum Rohrfertigende 10 hin angeordneten Einformstation 4b so ausgestaltet ist, daß er dem angestrebten Rohrradius entspricht.

Der das Rohr formende Innenraum der nacheinander angeordneten Einformstationen 4, 4a, 4b verkleinert sich hier dabei in Richtung zum Rohrfertigende 10 hin bis auf den angestrebten Rohrendradius.

Auch weist die Einformstraße hier jeweils eine Haspel 7a, 7b für die zu kombinierenden Werkstofflagen 1, 2 auf, auf denen diese jeweils als aufgewickeltes Band (als sogenanntes Coil) bereitgestellt werden. Hier ist nach der ersten Einformstation 4a, bei der der Innenraum, der das Rohr formt, so bemessen ist, daß er dem angestrebten Rohrradius entspricht (also der durch ihre Rollen 6 gebildete Innenraum), eine Schweißstation 8 angeordnet, die dem Miteinander- Verschweißen der dort aneinanderstoßenden Längskanten der jeweilig als Innenrohr fungierenden Werkstofflage 1 dient. Vorliegend dient als Schweißstation ein Laser 8, was aber nicht zwingend ist. Auch ist nach der ersten Einformstation 4a, bei der der Innenraum, der das Rohr formt, so bemessen ist, daß er dem angestrebten Rohrradius entspricht, eine weitere Station 4b mit Rollen 6 angeordnet, deren Innenraum ebenfalls so bemessen ist, daß er dem angestrebten Rohrradius entspricht, wodurch das Mehrlagenrohr zwischen diesen beiden Stationen 4a, 4b noch im Zustand der Stauchung der als Innenrohr fungierenden Werkstofflage 1 gehalten wird. Die Schweißstation 8, die die Innenlage 1 des Mehrlagenrohresa 5 schließt, ist dabei zwischen den beiden Stationen 4a, 4b angeordnet, so daß das Rohr hier noch im Zustand der Stauchung der als Innenrohr fungierenden Werkstofflage 1 gehalten wird.

Nach der letzten Einformstation 4b, bei der der Innenraum, der das Rohr formt, so bemessen ist, daß er dem angestrebten Rohrradius entspricht, ist hier eine Schweißstation zur Verbindungsschweißung der Außenlage 9 angeordnet, die einer Verbindungsschweißung zur Verbindung der Längskanten der als Außenrohr fungierenden äußeren Werkstofflage 2 dient. Diese Schweißstation zur Verbindungsschweißung der Außenlage 9 ist dabei ganz knapp hinter der Einformstation 4b angeordnet, so daß das Mehrlagenrohr 5 noch im Zustand der Stauchung der als Innenrohr fungierenden Werkstofflage 1 gehalten wird.

Will man hier— was die Erhaltung des Stauchungszustandes der Rohrinnenlage 1 angeht - sicherer gehen, so kann die Schweißstation zur Verbindungsschweißung der Außenlage 9 aber auch zwischen zwei Stationen, zwischen denen das Mehrlagenrohr noch im Zustand der Stauchung der als Innenrohr fungierenden Werkstofflage 1 gehalten wird, angeordnet sein. Dies kann etwa dadurch geschehen, daß die Schweißstation zur Verbindungsschweißung der Außenlage 9, ebenso, wie die Schweißstation 8 (aber nach dieser) zwischen den beiden Einformstationen 4a und 4b angeordnet wird. Es ist aber auch möglich, eine weitere Station vorzusehen, bei der der durch ihre Rollen 6 gebildete Innenraum so bemessen ist, daß er dem angestrebten Rohrradius entspricht und die nach der Station 4b angeordnet wird, wodurch zwischen der Station 4b und der solchermaßen weiteren Station (im Bild hier nicht zu sehen) das Mehrlagenrohr 5 noch im Zustand der Stauchung der als Innenrohr fungierenden Werkstofflage 1 gehalten wird. Die Schweißstation zur Verbindungsschweißung der Außenlage 9 kann dann vorzugsweise zwischen diesen beiden Stationen angeordnet sein.

In jedem Falle stellt die erfindungsgemäße Verschweißung der Außenlage sicher, daß hierbei die Innenlage im Zustand der Stauchung gehalten und die angestrebte Verpressung der Lagen gegeneinander hierdurch erreicht wird.

Fig. 2 zeigt eine perspektivisch skizzierte Sicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einformstraße in Richtung auf das Rohrfertigende 10 hin vom Materialeinlauf her gesehen. Die Verwendung der Bezugszeichen enstpricht denen der Fig. 1. Die Einformstraße in der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach dieser Fig. enstpricht derjenigen nach Fig. 1, wobei hier jedoch keine Haspeln zu sehen sind, von denen die Bänder der Werkstoffiagen 1, 2 abgespult werden. Auch die Zuführrnittel zur Einformstraße sind nicht zu sehen.

Ein weiterer Unterschied zur Ausführungsform der Einformstraße nach Fig. 1 besteht darin, daß hier die Erhaltung des Stauchungszustandes der Rohrinnenlage 1 beim fertigen Mehrlagenrohr 5 dadurch erreicht wird, daß die Schweißstation zur Verbindungsschweißung der Außenlage 9 hier vor einer weiteren zusätzlichen Station 4c angeordnet ist, deren durch ihre Rollen 6 gebildeter Innenraum so bemessen ist, daß er dem angestrebten Rohrradius entspricht und die nach der Station 4b angeordnet ist, wodurch zwischen der Station 4b und der solchermaßen weiteren Station 4c das Mehrlagenrohr 5 noch im Zustand der Stauchung der als Innenrohr fungierenden Werkstofflage 1 gehalten wird. Die Schweißstation zur Verbindungsschweißung der Außenlage 9 ist hier somit zwischen diesen beiden Stationen 4b, 4c angeordnet.

Fig. 3 zeigt ein exemplarisches Spannungs-Dehnungsdiagramm zur Erläuterung, wie die angestrebte maximale Preßkraft durch Stauchung der Innenlage dem Umfang nach erreicht wird.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es das Innenlagenmaterial des Mehrlagenrohres so weit zu stauchen, daß man in den Bereich S des hier zu sehenden Spannungs-Dehnungsdiagramms gelangt, um so die durch die Stauchung maximal mögliche Verpressung der Innen- in die au- ßenlage zu erreichen, was einen möglichst festen Sitz des Innen- im Außenrohr gewährleisten soU.

Wird die jeweilig als Innenrohr fungierende Werkstofflage bei der Rohrformung in der Breite- etwa durch die Einformstation oder die Einformstationen der Einformstraße - gestaucht, so wird die jeweilig als Innenrohr fungierende Werkstofflage dadurch auch in die jeweilige äußere (also vom Rohrinnenraum gesehen nach außen benachbarte) Werkstofflage gepreßt. Dabei läßt sich diese Preßkraft bis zur Streckgrenze σι (respektive Stauchgrenze, die in der Regel - insbesondere bei gewalzten Metallblechen, in etwa gleich der Streckgrenze ist - )steigern. In Fällen, in denen keine ausgeprägte Streck- oder Stauchgrenze vorliegt kann anstelle dieser auch die sogenannte technische Streckgrenze (auch Dehngrenze als Betrag der Spannung einer plastischen bleibenden Dehnung unter einer bestimmten Krafteinwirkung genannt) oder technische Stauchgrenze genannt treten. Oberhalb der Zone der sogenannten ,Hook 'sehen Geraden' - hier in der Figur der Bereich H -, also etwa im Bereich der plastischen Dehnung (z.B. im Bereich der sogenannten ,Lüderskurve ⁱ )— hier also der Bereich S - hingegen läßt sich diese Kraft nicht mehr wesentlich (zumindest nicht mehr proportional) steigern.

Will man also vor diesem Hintergrund über die Bedingung

B _; > L^ - T^SA + SI) ,

- die überhaupt eine Stauchung sicherstellt - hinaus somit eine maximale Stauchung und damit auch eine maximale Preßkraft (infolge dieser Stauchung) erreichen, so ist folgendes zu bedenken:

Der Stauchungsgrad der Innenwerkstofflage zum Erreichen der Stauchgrenze - hier est - ergibt sich nach dem Hook 'sehen Gesetz zu:

wobei E die Steigung der sogenannten Hook 'sehen geraden im Bereich H ist, wenn es eine solche (ausgeprägte Hook 'sehe Gerade) für das Material gibt. Demnach gilt für den Fall, daß die maximale Preßkraft der Innenwerkstofflage gegen die Außenwerkstofflage gerade eben erreicht werden soll:

Β. - Β. - β* = L _nfa - 7f (SA + SI) .

Hinsichtlich der Breite, die sich für das Band der Innenwerkstofflage in diesem Falle ergibt, gilt also:

L _nfa - 7t (SA + SI)

1 - ε,

L _nfa - 7C (SA + Sl) σ

wobei für den maximal erreichbaren Stauchungsgrad 0 <

E

Für praktische Zwecke ist zu bedenken, daß— so man die maximale Preßkraft der Innen- gegen die Außenlage möglichst zuverlässig auch tatsächlich, jedenfalls in etwa, erreichen will— es sicherzustellen gilt, daß die Stauchgrenze σι (~ Streckgrenze) auch tatsächlich erreicht ist. Dies kann man dadurch erzielen, daß man zum maximalen Stauchungsgrad, wie er sich aufgrund der Materialkonstanten σι und E ergibt, noch einen gewissen Zuschlag— vorzugsweise von bis zu 300 % des maximalen Stauchungsgrades , besonders bevorzugterweise aber von bis zu 200 % des maximalen Stauchungsgrades est - gibt.

Vorzugsweise kann daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Mehrlagenrohren für die Breite des als Innenrohr fungierenden Werkstofflagenbandes im Hinblick auf die Erzielung einer möglichst hohen Preßkraft der Innen- gegen die Außenlage für praktische Zwecke gefordert werden, daß gilt:

Dadurch, daß die Breite der Innenlage also größer als der rechts der Gleichung stehende Term gewählt wird, wird ein Stauchungszuschlag berücksichtigt, der die Fertigungsungenauigkeiten etwa in Lage und/ oder Führung der Werkstofflagenbänder zueinander - so zu kompensieren vermag, daß die angestrebte maximale Preßkraft des Innenrohres gegen das Außenrohr - jedenfalls in etwa - sicher erreicht wird. Auf diese Weise erreicht man für das Material der Innenlage somit sicher den Bereich S, wo die angestrebte maximale Preßkraft des Innenrohres gegen das Außenrohr sicher gewährleistet ist, da von hier aus gesehen - in etwa - immer die maximale Rückfederkraft des Innenrohres wirkt. Stauchungszuschläge vom 100 %, 200 % und 300 % sind zur Veranschaulichung mit in das Diagramm eingetragen. Ebenso ist der Rückfederweg R von 300 % Stauchungszuschlag ausgehend exemplarisch mit in das Diagramm eingetragen. Hieraus geht hervor, daß sich die aus der Stauchung der Innenlage herrührende Preßkraft im Bereich S nicht mehr, jedenfalls nicht mehr wesentlich, steigert.