Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schlitzrohren durch Umformen metallischer Flachprodukte, insbesondere von Blechen, indem diese in Umfangsrichtung des zu erzeugenden Schlitzrohres durch eine Mehrzahl einzelner Biegeschritte mittels zumindest eines Biegewerkzeugs und zumindest eines außenliegenden Unterwerkzeugs schrittweise umgeformt werden sowie ein Schlitzrohr hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Die Herstellung von dickwandigen Rohren, beispielsweise für Pipeline- Anwendungen oder dergleichen, erfolgt üblicherweise durch schrittweises Umformen von Flachprodukten zu einem so genannten Schlitzrohr, indem das Flachprodukt zunächst über seine gesamte Länge zu dem Schlitzrohr, auch Rohrvorprodukt genannt, umgeformt und anschließend durch Einbringen einer Längsnaht verschweißt wird.

Die Umformung des Flachprodukts erfolgt in der Regel in zwei Schritten, wobei eine erste Umformung zu einem Vorprodukt mit einer polygonartigen Kontur führt. Eine nahezu kreisrunde Kontur des Querschnitts wird dann in einem zweiten Schritt mittels eines Expanders erreicht. Bei dickwandigen Rohren besteht dann allerdings die Gefahr, die Expanderwerkzeuge zu überlasten.

Mittels des Biegewerkzeugs und zwei Gegenlagern oder Unterwerkzeugen, beispielsweise in der Form von Unterbalken, wird das Flachprodukt in dem o. g. ersten Umformschritt lokal umgeformt und durch Hintereinanderschaltung vieler derartiger Umformoperationen die letztendlich gewünschte Form des Werkstücks erlangt.

Diese Umformung erfolgt typischerweise auf Basis von Erfahrungswerten und einer mathematischen Betrachtung hiervon. Da die jeweiligen metallischen Flachprodukte lokal unterschiedliche Festigkeiten und demnach ein entsprechend unterschiedliches Umformverhalten aufweisen, stellt eine industrielle Fertigung derartiger Schlitzrohre aufgrund der diversen Störgrößen, wie beispielsweise Blechdicken- und Chargenschwankungen, einen ausgesprochen komplexen Prozess dar.

Es besteht daher in der Fachwelt weiterhin der Wunsch, derartige komplexe Umform prozesse zu automatisieren, um Rohrquerschnitte mit einer möglichst geringen Abweichung von der gewünschten Kontur, vorzugsweise Rundheit des Querschnitts, als auch einer gewünschten Form über die gesamte Länge herstellen zu können.

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Umformen von Flachprodukten in Schlitzrohre oder Rohrvorprodukte ist beispielsweise aus der DE 10 2011 009 660 A1 bekannt. Die Vorrichtung umfasst wenigstens ein Innenumformwerkzeug für ein zumindest schrittweises Umformen des Flachproduktes in Umfangsrichtung des zu erzeugenden Schlitzrohr- oder Rohrvorprodukt-Querschnitts sowie wenigstens ein Außenumformwerkzeug zur Umformung des Flachproduktes von außen, wobei wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens ein Empfänger zur Messung zumindest der Schlitzrohr- oder Rohrvorprodukt-Innenkontur mit zumindest einem Innenumformwerkzeug verbunden sind. Durch kontinuierliche Nachverfolgung der Ergebnisse aus Konturmessungen einzelner Umformschritte erlaubt eine derartige Vorrichtung eine effiziente Verfahrensführung und eine kontrollierte Umformung der Ausgangsmatenalien zu den Schlitzrohren mit definierten Konturen oder Formen derart, dass Abweichungen viel schneller und genauer kompensiert und die umgeformten Blechstrukturen wesentlich zuverlässiger und genauer hergestellt werden können. Allerdings setzt diese Art der Regelung die Kenntnis der aktuellen Rohrkontur voraus, die über die Licht- Mess-Systeme erfasst wird. Diese müssen aufwendig in den jeweiligen Werkzeugen untergebracht werden. Weiterhin offenbart die chinesische Patentanmeldung CN 110102607 A ein Verfahren zur Herstellung von Schlitzrohren nach dem sog. JCO-Prozess. Bei diesem Verfahren wird für ein Rohr eine Sequenz mit Biegeschritten ermittelt, wobei jeder einzelne Schritt der Vielzahl von Biegeschritte von einer „sicheren“ Einpresstiefe ausgehend mehrmals wiederholt wird, bis ein zuvor berechneter Abstand der Schrittmitte zu einem Punkt in der Nähe der Kante erreicht ist bzw. bis die verwendete Messbrücke einen vorausberechneten Radius anzeigt. Auf Basis dieser Sequenz werden sodann alle nachfolgenden Schlitzrohre hergestellt.

Ausgehend hiervon ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung von Schlitzrohren bereitzustellen, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Schlitzrohren bereitzustellen, das eine Regelung über den gesamten Umfang erlaubt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Schlitzrohren aus metallischen Flachprodukten, insbesondere Blechen, ist vorgesehen, dass diese in Umfangsrichtung des zu erzeugenden Schlitzrohres durch eine Mehrzahl einzelner Biegeschritte mittels zumindest eines Biegewerkzeugs und zumindest eines außenliegenden Unterwerkzeugs schrittweise umgeformt werden; wobei zunächst eine Mehrzahl von Positionen einzelner Biegeschritte sowie der Eintauchtiefe des Biegewerkzeugs vorausberechnet und auf Basis dieser Vorausberechnung das metallische Flachprodukt sodann zu dem Schlitzrohr schrittweise umgeformt wird.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem der Mehrzahl von Biegeschritten ein Sollwert-Istwert-Abstandsabgleich an zumindest einer entlang der Längserstreckung des metallischen Flachprodukts angeordneten Position zwischen beiden Kanten und/oder zwischen einer der beiden Kanten und der axialen Mittellinie des metallischen Flachprodukts durchgeführt und bei einer Abweichung mittels eines Korrektur-Algorithmus ein Korrekturwert für den nachfolgenden Biegeschritt ermittelt wird, um den sodann die Eintauchtiefe für das Biegewerkzeug adaptiert wird.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nicht, wie im Stand der Technik üblich, die gesamte Innenkontur oder ein Innenkontur-Ausschnitt erfasst, sondern es wird das Verhalten der Kanten des metallischen Flachprodukts während des Einform prozesses zu dem Schlitzrohr schrittweise kontrolliert, indem der Kantenabstand beider Kanten und/oder der Abstand zwischen einer der beiden Kanten und der axialen Mittellinie des metallischen Flachprodukts nach jedem der Mehrzahl von Biegeschritte ermittelt wird. Hierzu kann vorteilhafterweise eine Lasersensorik mit einer Laserquelle und einem Laserdetektor und/oder eine computergestützte Kamera verwendet werden, die über ein geeignetes Auswerteprogramm die Abstandsmessung durchführt. Ergänzend und/oder alternativ kann der Kantenabstand beider Kanten und/oder der Abstand zwischen einer der beiden Kanten und der axialen Mittellinie des metallischen Flachprodukts nach jedem der Mehrzahl von Biegeschritte per Ultraschall ermittelt werden. Durch die Vorausberechnung der Mehrzahl von Positionen der einzelnen Biegeschritte sowie der jeweiligen erforderlichen Eintauchtiefen können die Sollabstandswerte für den gesamten Einformprozess ermittelt werden. Auf Basis dieser Soll- und der sodann ermittelten Ist-Positionen kann bei einer Abweichung mittels eines Korrektur-Algorithmus ein Korrekturwert für den nachfolgenden Biegeschritt ermittelt werden, um den sodann die erforderliche Eintauchtiefe für das Biegewerkzeug adaptiert wird. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Korrektur bereits nach dem ersten Biegeschritt, der mittels des Biegewerkzeugs durchgeführt wird, und somit, im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, einen Schritt früher vorgenommen werden kann. Dies ermöglicht insgesamt eine Schritt-zu-Schritt Echtzeitregelung, die eine besonders hohe Konturtreue über den gesamten Umfang gewährleistet. Die hohe Konturtreue wirkt sich besonders vorteilhaft auf die Ovalität aus, die infolge der ständigen Prozessregelung in einem besonders engem Parameterfenster gehalten werden kann.

Dadurch, dass nun eine Konturtreue über den gesamten Umfang des Schlitzrohres ermöglicht wird, können die Expanderwerkzeuge, insbesondere bei dickwandigen Rohren mit Wandstärken von zumindest 6.0 mm, vorzugsweise von zumindest 15.0 mm, mehr bevorzugt von zumindest 20.0 mm oder mehr, gleichmäßiger belastet werden, so dass die Gefahr einer Überlastung dieser reduziert wird.

Aufgrund der hohen Konturtreue über den gesamten Umfang ist zudem keine Wiederholung der einzelnen Biegeschritte erforderlich. Vorteilhafterweise ist daher vorgesehen, dass jeder der Mehrzahl der Biegeschritte ein einziges Mal durchgeführt wird. Dies erlaubt besonders hohe Taktzeiten bei der Fertigung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.

Unter dem Begriff der Kante wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Stirnfläche des metallischen Flachprodukts verstanden, die sich entlang der Längserstreckung des metallischen Flachprodukts erstreckt.

Die zumindest eine Kante, bevorzugt beiden Kanten, des metallischen Flachprodukts kann grundsätzlich als gerade Kante ausgebildet sein, worunter eine senkrecht zu einer der beiden Mantelflächen des metallischen Flachproduktes ausgebildete Stirnfläche verstanden wird. Eine derartige Kante weist sodann zwei Kantenpunkte auf, die sensorisch erfasst werden können.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist jedoch vorgesehen, dass die zumindest eine, mehr bevorzugt beiden Kanten, des metallischen Flachprodukts eine für den nachfolgenden Schweißprozess optimierte Geometrie aufweist, die zwei, drei oder n-Teilstirnflächen umfasst, wobei jeweils zwei zueinander benachbarte Teilstirnflächen einen Winkel einschließen. Eine derart ausgebildete Kante weist sodann zumindest drei, vier, oder n-Kantenpunkte auf, die sensorisch erfasst werden können, um die Abstände zwischen den beiden Kanten und/oder zwischen einer der beiden Kanten und der axialen Mittellinie des metallischen Flachprodukts zu ermitteln. Welche der Kantenpunkte sodann zueinander betrachtet werden, kann in Abhängigkeit der Zugänglichkeit bzw. Erkennbarkeit dieser von einer Lasersensorik und/oder einer computergestützten Kameraeinheit von Schritt zu Schritt variieren.

Das vorliegende Verfahren ist für ein besonders breites Produktionsspektrum geeignet. Vorteilhafterweise weisen die metallischen Flachprodukte daher eine Breite von 0.2 bis 10 m, mehr bevorzugt eine Breite von 0.8 bis 8 m, und am meisten bevorzugt eine Breite von 1.0 bis 6.0 m, sowie eine Dicke von 5.0 bis 100 mm, mehr bevorzugt eine Dicke von 6.0 bis 50 mm auf.

Unter dem Begriff der Breite wird im Sinne der vorliegenden Erfindung die radiale Erstreckung des metallischen Flachproduktes verstanden, entlang das zu erzeugende Schlitzrohr durch die Mehrzahl der Biegeschritte gebildet wird.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird der Sollwert-Istwert- Abstandsabgleich an zumindest zwei, mehr bevorzugt an zumindest drei, noch mehr bevorzugt an mehreren entlang der Längserstreckung des metallischen Flachprodukts angeordneten Positionen zwischen den beiden Kanten und/oder zwischen einer der beiden Kanten und der axialen Mittellinie des metallischen Flachprodukts vorgenommen, so dass eine unabhängige Regelung sektionsweise über die axiale Länge des zu erzeugenden Schlitzrohres ermöglicht wird.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Messergebnisse des Istwert-Abstands zwischen den beiden Kanten und/oder zwischen einer der beiden Kanten und der axialen Mittellinie des metallischen Flachprodukts an eine Steuerungseinheit übertragen und von dieser sodann der Sollwert-Istwert-Abstandsabgleich durchgeführt und bei einer Abweichung mittels des Korrektur-Algorithmus ein Korrekturwert für den nachfolgenden Biegeschritt ermittelt wird, wodurch die Steuerungseinheit eine vollautomatische Umformung des metallischen Flachproduktes in das Schlitzrohr steuert und regelt.

Besonders vorteilhaft wird der Istwert-Abstand zwischen den beiden Kanten und/oder einer der beiden Kanten und der axialen Mittellinie von einer Lasersensorik und/oder einer computergestützten Kameraeinheit durchgeführt, die besonders bevorzugt mit der Steuerungseinheit signaltechnisch verbunden ist.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung zudem ein Schlitzrohr hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand von Figuren und Beispielen näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren und/oder Beispielen erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren bzw. die Beispiele und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen: Figuren 1a bis 1 h eine Darstellung einzelner Arbeitsschritte eines Umform prozesses zur Herstellung eines Schlitzrohres,

Figur 2 das erfindungsgemäße Messprinzip in einer ersten

Ausführungsvariante,

Figur 3 das erfindungsgemäße Messprinzip in einer zweiten

Ausführungsvariante,

Figuren 4a bis 4c geometrische Ergebnisse bei idealen Voraussetzungen für ein Blech mit einer vorgegebenen Wanddicke und einer vorgegebenen Streckgrenze unter der Annahme, dass diese konstant sind,

Figuren 5a bis 5c Ergebnisse aus einem ersten Praxisbespiel.

Anhand der Figuren 1a bis 1 h wird das Grundprinzip zur Herstellung eines Schlitzrohres 1 aus einem metallischen Flachprodukt 2 anhand von acht einzelnen Arbeits- bzw. Biegeschritten gezeigt. Das metallische Flachprodukt 2 wird dabei in Umfangsrichtung des zu erzeugenden Schlitzrohres 1 durch eine Mehrzahl einzelner Biegeschritte mittels zumindest eines Biegewerkzeugs 3 und zweier außenliegender Unterwerkzeuge 4 schrittweise umgeformt.

In Schritt a) wird das Flachprodukt 2 mit bereits vorumgeformten Kantenbereichen 5a, 5b dargestellt. Die Kantenbereiche 5a, 5b werden üblicherweise vorab mittels einer nicht dargestellten Umformpresse gebildet. Wie Schritt b) zeigt, beginnt der Umformvorgang durch Einfädeln des metallischen Flachprodukts 2 zwischen zwei Gegenlager 4a, 4b des Unterwerkzeugs 4 und das Biegewerkzeug 3, das einen Schaft 3a und einen Biegestempel 3b umfasst. Das Biegewerkzeug 3 kann hubweise im Wesentlichen senkrecht auf das Flachprodukt 2 hin zwischen die beiden Gegenlager 4a, 4b verschoben werden. Im Zusammenwirken der Gegenlager 4a, 4b sowie des Biegestempels 3b erfolgt dann die Einbringung lokaler Umformungen in das Flachprodukt 2. Während in den Arbeitsschritten a) bis d) die Umformung der ersten Seite des Flachprodukts 2 zu einem Schlitzrohr- Querschnitt erfolgt, wird in den Schritten e) bis h) die schrittweise Umformung der rechten Seite des Flachprodukts 2 zu dem Schlitzrohr 1 dargestellt. Beide Umformprozesse erfolgen üblicherweise als Aneinanderreihung einer Vielzahl von lokalen Umformschritten von den Seitenkanten 5a, 5b aus nach innen.

In Figur 2 ist eine Ausführungsvariante des Messprinzips dargestellt. Wie anhand der Darstellung erkennbar, wird nach jedem der durchgeführten Biegeschritte, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, über eine Lasersensorik 8 eine Messung durchgeführt, um den Ist-Abstand zwischen beiden Kanten 6a, 6b und/oder zwischen einer der beiden Kanten 6a und der axialen Mittellinie 7 des metallischen Flachprodukts 2 zu ermitteln. Die Lasersensorik 8 erfasst hierbei jeweils einen erfassbaren Kantenpunkt 9a, 9b der jeweiligen Kante 6a, 6b.

In Figur 3 ist eine weitere Ausführungsvariante des Messprinzips dargestellt. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsvariante weist jede der Kanten 6a, 6b des metallischen Flachproduktes mehrere Teilstirnflächen 10a, 10b auf. Wie anhand der Darstellung erkennbar, schließen jeweils zwei zueinander benachbarte Teilstirnflächen 10a, 10b einen Winkel ein und bilden jeweils einen Kantenpunkt 9a, 9b, der von der Lasersensorik 8 erfasst werden kann, um den Ist-Abstand zwischen beiden Kanten 6a, 6b und/oder zwischen einer der beiden Kanten 6a und der axialen Mittellinie 7 des metallischen Flachprodukts 2 zu ermitteln.

Beispiele

Vergleichsbeispiel:

Zur Herstellung eines Schlitzrohres mit einem Außendurchmesser von 813 mm, einer Wanddicke von 12.7 mm und einer Länge von 10 m wurde ein Blech mit den Abmessungen (L x B x H) 10000 x 2554 x 12.7 mm bereitgestellt, das eine Streckgrenze von 600 MPa aufwies. Als Biegestempel wurde ein Universalbiegestempel mit einem Radius von 120 mm verwendet.

Auf Basis der Abmessungen, der Streckgrenze des Materials, des Radius des verwendeten Biegestempels sowie der Unterwerkzeuge, des Unterwerkzeugabstands sowie der E-Modul Parameter wurde die Anzahl der einzelnen Biegeschritte und die entsprechenden Eintauchtiefen (Fig. 4a) vorausberechnet. Für ein Schlitzrohr mit einer Soll-Schlitzweite von 200.3 mm wurden 17 Biegeschritte ermittelt.

Sodann wurden zunächst die Kantenbereiche mittels einer Umformpresse in herkömmlicher Weise gebildet. Anschließend wurde das Blech zwischen das Biegewerkzeug und das Unterwerkzeug mit zwei Gegenlagern eingefädelt, woraufhin die einzelnen Biegeschritte 1 bis 17 wie berechnet (Fig. 3a) durchgeführt worden sind. Da das Blech über die Fläche in Bezug auf die Materialdicke als auch in Bezug auf seine Streckgrenze nicht ideal ist, wie dies in der Vorausberechnung angenommen wird, führte der gesamte Umformprozess in dem Vergleichsbeispiel zu einer Abweichung von über 3 % bei der Schlitzweite.

Erfindungsgemäßes Beispiel:

Im Unterschied zu dem Vergleichsbeispiel erfolgte bereits nach dem ersten Biegeschritt, der auf Basis der vorausberechneten Eintauchtiefe von 18 mm durchgeführt worden ist (siehe Fig. 5a), ein Sollwert-Istwert-Abstandsabgleich. Hierzu wurde zwischen den beiden Kantenpunkten 9a, 9b sowie zusätzlich zwischen dem Kantenpunkt 9a und der Mittellinie 7 der Abstand mittels der Lasersensorik ermittelt, wie dies in Figur 2 und 3 gezeigt ist. Die ermittelten Abstände wurden mit den zuvor berechneten Soll-Abständen verglichen, woraufhin mittels eines Korrektur-Algorithmus ein Korrekturwert für den nachfolgenden zweiten Biegeschritt ermittelt worden ist (siehe Fig. 5a). Die Eintauchtiefe des zweiten Biegeschrittes wurde sodann um den Korrekturwert angepasst, wie in Figur 5a gezeigt. Die nachfolgenden Biegeschritte 3 bis 17 wurden in gleicher Weise durchgeführt.

In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die Ergebnisse aus dem Vergleichs- und dem erfindungsgemäßen Beispiel vor dem Hintergrund der theoretisch berechneten Werte dargestellt. Wie der Tabelle 1 zu entnehmen, ist der positive Einfluss des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Kontur des Schlitzrohres deutlich zu erkennen.

Tab. 1 :

Bezugszeichenliste

1 Schlitzrohr

2 Flachprodukt

3 Biegewerkzeug

3a Schaft

3b Biegestempel

4 Unterwerkzeug

4a Gegenlager

4b Gegenlager

5a Kantenbereich

5b Kantenbereich

6a Kante

6b Kante

7 Mittellinie

8 Lasersensorik

9a Kantenpunkt

9b Kantenpunkt

10a Teilstirnfläche

10b Teilstirnfläche