Korrugation wogender Rohre

Technik/Spezialrohre

Komplettanlagen für die Herstellung gewellter Metallrohre mit Nennweiten zwischen DN6 und DN150 und Wandstärken von 0,1 mm und 0,8 mm bietet ein österreichischer Hersteller an.

01. März 2012

Die Wellrohranlagen von Rosendahl können auf die Anforderungen der Endanwendung optimiert ausgeführt werden. Grundsätzlich ist es möglich, die folgenden Werkstoffe kontinuierlich zu hochflexiblen Wellrohren zu verarbeiten:

-hochlegierte Edelstähle

-Nickelbasislegierungen

-Kupfer und Kupferlegierungen

-Aluminium und Aluminiumlegierungen

-Titan

Gewellte Metallschläuche stellen für verschiedenste Anwendungen seit Jahren eine Alternative zu Glattrohren aus Metall oder Kunststoffschläuchen für den Medientransport dar.

Weiter ergeben sich zunehmend neue Potenziale für flexible Metallschläuche in den Bereichen:

-neuzeitige Heizsysteme (Solaranwendungen, Mehrschichtwärmespeicher)

-Kälte- und Klimatechnik (Gasversorgungssysteme, Wand- und Bodenheizung)

-Automotive (Abgas und Treibstoff führende Leitungen)

-Medizintechnik

-Kraftwerksindustrie

Die Vorteile von Edelstahlwellrohren, im Vergleich zu den Alternativen, liegen ganz klar in der Rohrflexibilität (Biegbarkeit), in der Temperatur- und Druckbeständigkeit sowie in der einfachen Anschlusstechnik. Produktabmessung, Werkstoffwahl sowie die Wahl der Rohrwandstärken in Kombination mit unterschiedlich verfügbaren Wellrohrgeometrien (enge, normale, weite Wellung) bestimmen – anwendungsspezifisch – die Produkteigenschaften.

Die höhere Flexibilität von Wellrohren ermöglicht mehr Bewegungsfreiheit in achsenförmiger, angewinkelter sowie lateraler Führung. Die Druckbeständigkeit stellt vor allem für die Anwendung als mechanischer Schutz ein Hauptkriterium dar. Ziel ist es, das Optimum zwischen Flexibilität und Kompressionsstärke zu finden. Im Vergleich dazu kann bei Verwendung eines glatten Rohres eine verbesserte Krümmungsfähigkeit nur durch eine verringerte Wandstärke oder Materialänderungen erreicht werden, was meist Nachteile hinsichtlich Stabilität und Kosten mit sich bringt. Eine FE-Simulation bei NX Nastran zeigt das deutlich. Die Ausgangsdaten:

-Rohr-Außendurchmesser 20 mm

-Wandstärke 0,2 mm

-Material AISI 304 (1.4301)

-Wellentiefe 1 mm

Mit Hilfe des Versuches konnten die Unterschiede in der Verformung der verschiedenen Rohre sehr gut verdeutlicht werden. Wirkt eine konzentrische Kraft von 10 N an drei Stellen von außen auf ein glattes und ein gewelltes Rohr ein, so zeigt das Ausmaß der Verschiebung einen bei den glatten Rohren 2,1 mal so hohen Wert. Demnach ist die Druckbeständigkeit von Wellrohren erheblich höher, und das, ohne an Flexibilität zu verlieren. Darüber hinaus ist es möglich, die Wandstärke zu reduzieren, was sich wiederum positiv auf Kosten und Gewicht auswirkt.

Produktionsprozess

Bei der Betrachtung von korrugierten Rohren für die Leitung von Flüssigkeiten oder Gasen wird zwischen kontinuierlichen (›endlosen‹) Wellschläuchen aus Metall und konfektionierten Metallbälgen mit speziell aufbereiteten Anschlüssen unterschieden. Beide Arten müssen gas- oder wasserdicht konstruiert sein. Der Hauptunterschied liegt in der Produktlänge. Die benötigte Länge für einen gewellten Wellschlauch aus Metall beträgt 1000 Meter oder sogar mehr.

Auch die Fertigungstechnik muss unterschiedlich gestaltet sein, wenn auch für beide Fälle Metallumformungstechniken angewendet werden können. Die gewellte Form für Metallbälge hat eine limitierte Länge und wird mittels Werkzeugen sowohl von innen als auch von außen aus einem Rohrstück geformt. Die Außenform zeigt die Wellform. Von innen ist das Rohr vorgewölbt, sodass es vollständigen Kontakt zur Form hat. Zum Ausdehnen der Rohre werden elastisch verformbare Innenwerkzeuge oder Flüssigkeiten (Innenhochdruck-Umformen) verwendet.

Für die kontinuierliche Produktion eines endlosen Wellschlauches ist es nicht möglich, den Umformvorgang durch ein Innenwerkzeug zu unterstützen. Ein Metallformungsprozess ist also ausschließlich von außen durchführbar. Das Ausgangsprodukt bildet ein Spaltband, das von einem Abwickler abgezogen, an den Kanten beschnitten und in einer Formstation mittels Biegeumformung kontinuierlich zu einem Spaltrohr geformt wird. Anschließend werden die Kanten des Spaltrohres mittels Plasma- oder Laserschweißen miteinander verbunden.

Der Vorschub des Rohres unter konstanter Geschwindigkeit wird über einen Band- oder Spannbackenabzug sichergestellt, um für sichere Prozessbedingungen zu sorgen. Im darauf folgenden ein- oder mehrstufigen Korrugierprozess, der direkt in die Linie integriert ist, wird die Wellung aus dem zugeführten Glattrohr ausgeformt. Abschließend besteht die Möglichkeit, den Wellschlauch mit oder ohne Gebinde aufzuwickeln oder auf Fixlängen zu sägen.

Die Verknüpfung der drei Prozessschritte Formen, Schweißen und Wellen gewährleistet eine kontinuierliche Produktion sehr langer Strecken und reduziert die Zeitverluste durch zusätzliches Handling.

Um dies möglichst wirtschaftlich zu gestalten, müssen kontinuierliche und stabile Prozesse in diesen Bereichen bereitgestellt werden. Der Wellprozess kann durch ein Prinzip mit einem frei am Rohr abrollenden Werkzeug erreicht werden. Das zentrale Element dieser Einheit stellt ein Ring mit einer speziellen Innen-Geometrie dar, welcher in einem bestimmten Winkel relativ zu den Rohrachsen angebracht ist.

Die exzentrische Drehbewegung des Rings verursacht eine Taumelbewegung, was einen kontinuierlichen und nahezu reibungsfreien Prozess mit einer Rotationsgeschwindigkeit bis 8000 Umdrehungen pro Minute ermöglicht. Abhängig von der Werkzeuggeometrie und den Prozesseinstellungen kann eine schrauben- oder ringförmige Wellenform produziert werden.

Wellrohre für Solaranwendungen

Flexible Metallschläuche mit einer ringförmigen Wellung können zum Beispiel als Verbindung zwischen Solar-Panel und Pufferspeicher sowie für die Erzeugung von Schichtenwärmetauschern selbst verwendet werden. Je nach Temperaturniveau, Korrosionsbedingungen und mechanischer Belastung können unterschiedliche ferritische oder austenitische Stähle verwendet werden.

Vorteil der Verwendung ringförmiger, flexibler Schläuche für diese Anwendungsbereiche ist die einfachere Installation sowie der einfachere Endanschluss, wo Schweißen oder Löten nicht notwendig ist. Der Endanschluss wird mittels Klemmverschraubung oder Pressverbindung vorgenommen, was aber eine hohe Präzision der Wellschlauchgeometrie voraussetzt. Um ein Versagen in der Endanwendung zu verhindern (vorgeschriebene Lebensdauer in vielen Fällen von mindestens 15 Jahren), erfolgt eine detaillierte Spezifizierung von Metallschläuchen unter anderem nach den Standards DIN EN 14585-1 und DIN EN ISO 10378 in Bezug auf Biegbarkeit, Druckfestigkeit und Druckwechselbelastbarkeit und so weiter.

Die Herstellkosten von Wellrohren werden im Wesentlichen von den gewählten Werkstoffen (kalt gewalztes Spaltband) sowie von der Produktivität der Wellrohrfertigung (erreichbare Produktionsgeschwindigkeiten, mögliche Lauflängen, …) bestimmt. Basierend auf einer Analyse des Fertigungsprozesses hat Rosendahl die bestimmenden Prozessparameter eruiert und konsequent optimiert. Die Erkenntnisse daraus flossen unmittelbar in die aktuellen Maschinen einer Wellrohranlage wie Bandeinform- und Rohrschweißstation, Rohrabzug, Welleinheit et cetera ein.

Rosendahl bietet für die Herstellung von Wellrohren Fertigungslösungen mit erreichbaren Produktionsgeschwindigkeiten bis 6 m/min sowie Lauflängen bis 1000 m am Stück an. Rezeptur- und aktive Prozessführung in Kombination mit Inline-Messmitteln stellen die Produktqualität sicher. Die Anpassung der Fertigungslösung an unterschiedliche Rohrdimensionen kann dank des modularen Anlagenkonzeptes durch einfaches Umrüsten, im Idealfall durch Werkzeugwechsel, erfolgen.

Tube Halle 6, Stand G19

Erschienen in Ausgabe: 02/2012