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Verfahren und Druekwalze zur Herstellung von über einen Dorn gewalzten Rippenrohren.
Bei Dampferzeugern, Rauchgasvorw rmern u. dgl. vollzieht sieh bekanntlich der Wärme- übergang von den Feuer-oder Heizgasen zum Metall weitaus langsamer als vom Metall zum Wasser oder Dampf. Um diesem Umstande Rechnung zu tragen, hat man die gusseisernen Rohre von Vor- wärmern, welche nicht unter Dampfdruck stehen, mit angegossenen Ringrippen versehen. Es wurde ferner vorgeschlagen, die Wärme aufnehmende Fläche auch bei unter Druck stehenden Kessel-oder Vorwärinerrohren aus Flusseisen durch nach dem Walzverfahren hergestellte Ringrippen zu vergrössern.
Aus einer Reihe von Gründen konnten aber dieseVorsehläge bisher keine praktischeAnwendung finden, trotzdem dadurch bei mindestens gleichem Wirkungsgrad eine weitgehende Material-und Raumersparnis erzielbar wäre.
Eine unerlässliche Voraussetzung für die technische Brauchbarkeit von Rippenrohren als Wasserrohre besteht darin, dass ihre Innenfläche, praktisch genommen, vollkommen glatt ist, da auch eine ganz seichte Innenrillung dasAbsetzen von Kesselstein zur Folge hätte und das Reinigen der Rohre verhindern würde. Die durch das Walzen bewirkten Materialverschiebungen pflanzen sieh jedoch über die ganze Wandstärke der Rohre fort und haben an dessen Innenfläche an den in der Zone der Aussenrippen verlaufenden Stellen eine Rillenbildung zur Folge.
Diese kann auch durch einen in das zu behandelnde Rohr eingeschobenen Dorn nicht hintangehalten werden, weil zwischen diesem und der Innenwand des Rohres ein Spielraum von mindestens mehreren Zehnteln Millimeter verbleiben muss, jedoch auch Innenrillen von so geringer Tiefe unbedingt vermieden werden müssen. Das Entstehen
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walzen in bezug auf die Bewegungsrichtung der einzelnen Achsenpunkte auf einen von 90 abweichenden
Winkel eingestellt werden, wobei das Ausmass dieser Abweichung des Einstellwinkels von 90 von den die innere Rillenbildung beeinflussenden Umständen abhängt und höchstens einige Bogengrade beträgt.
Die Fig. 1-5 der Zeichnung dienen zur Veranschaulichung der der Erfindung zugrunde liegenden technischen Aufgabe ; die Fig. 6-9 veranschaulichen das Prinzip des neuen Verfahrens ; die Fig. 10 zeigt eine zur Ausführung des Verfahrens besonders geeignete Ausbildung der Profilwalzen.
Die Wandstärke der üblichen Wasserrohre von Dampferzeugern und unter Druck stehenden Vorwärmern sowie der Überhitzerrohre beträgt je nach den Spannungen und Rohrdurchmessern 5 bis höchstens 10 mm. Die Fig. 1 zeigt in natürlicher Grösse als Beispiel ein Rohr A von etwa 6 mm Wandstärke, das durch ein Walzverfahren mit umlaufenden Aussenrippen m zu versehen ist. Entsprechend der bekannten Tatsache, dass die Beanspruchung in der Rundnaht halb so gross ist wie in der Längsnaht, kann die ursprüngliche Wandstärke a in der Zone der Rillen n, also zwischen den Rippen m, auf die Hälfte oder etwas mehr herabgesetzt werden, während die Festigkeit in der Längsnaht infolge der eine Panzerung bildenden Rippen m annähernd die gleiche bleibt wie beim glatten Rohr.
Die Flanken der Rippen m müssen eckenfrei in den Boden der Rillen n übergehen, der vorzugsweise gleichfalls eine leichte Wölbung aufweist, so dass das Profil der Rillen n ungefähr die Form eines U hat. Zur Herstellung der Rippen und Rillen dienen in an sich bekannter Weise mehrere, beispielsweise vier, über den Umfang des Rohres A verteilte Profilwalzen B (Fig. 2), die in einem (nicht dargestellten) sehr kräftigen Rahmen gelagert sind, welcher eine Drehbewegung um die Achse 0 des Rohres A erhält.
Das Walzen erfolgt in an sich gleichfalls bekannter Weise über einen Dorn C (Fig. 1 und 2), der mit einem geringen Spiel d in das Rohr A eingeschoben ist.
Bei Herstellung von geschlossenen, ringförmigen Rippen sind die Achsen b der Profilwalzen zur Rohrachse parallel und die vier Walzen Bl, B2, B3, B'4laufen, wie die Fig. 3 in Abwicklung der
Zylinderfläche und schematischer Darstellung zeigt, in ein und derselben zur Rohrachse 0 senkrechten
Ebene.
Bei der Herstellung von Rohren mit nach einer Schraubenlinie verlaufenden Rippen m, für welche die Erfindung in erster Linie bestimmt ist, sind die Achsen b der Profilwalzen Bl, B2, B3, B4 entsprechend der Steigung der durch die strichlierte Linie I-I (Fig. 4) angedeuteten Schraubenlinie gegen die Rohrachse 0 geneigt und die Profilwalzen sind in der Längsrichtung des Rohres A gegen- einander versetzt, u. zw. bei Verwendung von vier Profilwalzen um je ein Viertel der dem Abstande der Rippen m gleichen Ganghöhe (Fig. 1 und 4).
In beiden Fällen (Fig. 3 und 4) werden somit die Punkte der Walzenachsen b in Bahnen geführt, welche mit den Achsen b selbst einen rechten Winkel einschliessen, und es ergibt sieh, wie dies im Walzverfahren allgemein üblich ist, eine sogenannte reine Abwälz- bewegung.
Die bei einer solchen reinen Abwälzbewegung in der Wandung der Rohre A eintretenden Material- verschiebungen sind in grösserem Massstabe durch die Fig. 5 veranschaulicht. In der Zone der Rillen'11, das heisst über die Breite c (Fig. 5) des wirksamen Walzenprofils, wird das Material gegen die Rohrachse 0 hin verdrängt und stark an den Dorn 0 angepresst, Zwischen diesen Zonen, nämlich an den längs der Rippen m verlaufenden Stellen, weicht das Material unter dem Walzendrueke radial nach aussen hin aus und bildet die Rippen m, während hier ein Materialfluss gegen die Rohrachsen 0 hin nicht oder nur in geringerem Masse als in der Zone der Rillen n stattfindet.
Infolgedessen entstehen an der Innenfläche des Rohres A längs oder in der Zone der Aussenrippen m umlaufende Vertiefungen oder Rillen, die in der Fig. 5 mit i bezeichnet sind. Bei den üblichen Wandstärken a der Wasserrohre von 5-8 mm und bei einem Spielraum d zwischen Dorn 0 und Rohr A von etwa 0'5 mm, darunter kann man aus praktischen Gründen kaum gehen, beträgt die Tiefe dieser Innenrillen i höchstens wieder 0'5 mm, sie ist aber in der Regel noch etwas kleiner. Das aber genügt, um ein derartiges Rippenrohr als Wasserrohr für Wärmeaustauschapparate unbrauchbar zu machen, da ein solches eine vollkommen glatte Innenfläche besitzen muss.
Dass trotz der in der Zone der Rillen n stattfindenden Anpressung des Materials an den Dorn C das Rohr A auf dem Dorn nicht festgewalzt wird, ist bekanntlich auf die elastische Deformation des kreisförmigen Rohrquerschnittes durch die über seinen Umfang verteilten Profilwalzen B zurück- zuführen ; nach dem Durchgang des Rohres A zwischen den Profilwalzen B reicht die Elastizität des Materials hin, die Deformation rückgängig zu machen, wobei sich die während der Walzwirkung an den Dorn 0 angepressten Stellen wieder von diesem lösen und das Weiterwandern des Rohres A über den Dorn 0 ermöglicht wird.
Es wurde nun gefunden, dass das Entstehen der Innenrillen i mit voller Sicherheit dadurch hintangehalten werden kann, dass die Achsen b der Profilwalzen B zu der (tangentialen) Bewegungrichtung der einzelnen Achsenpunkte nicht im rechten Winkel (Fig. 3 und 4), sondern auf einen von 90 ein wenig abweichenden Winkel eingestellt werden. In den Fig. 6 und 7 der Zeichnung ist der von 900 abweichende Einstellwinkel mit x bezeichnet und übertrieben gross dargestellt. In Wirklichkeit beträgt die Abweichung von 900 höchstens einige Bogengrade ; sie ist beispielsweise niemals so gross wie bei nach Schraubenlinien verlaufenden Rippen m die Steigung t (Fig. 4) der Schraubenlinie, sondern wesentlich kleiner.
Die Profilwalzen Bl, B2, B3 und B4 sind in dem um die Rohrachse 0 umlaufenden
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Winkelverstellung um die in den Fig. 6 und 7 mit o, o, 03, 04 bezeichneten Achsen gestatten, so dass die Profilwalzen sowohl im rechten Winkel zu der (tangentialen) Bewegungsrichtung (Fig. 3 und 4) als auch, innerhalb gewisser Grenzen, auf einen von 900 abweichenden Winkel x (Fig. 6 und 7) eingestellt werden können.
Bei der Durchführung des Verfahrens werden die Profilwalzen B, B2, B3, B4 zunächst zur Herbeiführung einer reinen Abwälzbewegung auf einen rechten Winkel (Fig. 3 und 4) eingestellt, gegen die Rohrachse 0 gepresst, so dass ihr Umfang in das Fleisch des Rohres A bis zur gewünschten Tiefe eintritt, und die Maschine in Gang gesetzt. Hierauf wird entweder während des Ganges oder bei zeitweise abgestellter Maschine der Einstellwinkel von 90'allmählich auf einen solchen Wert x (Fig. 6 und 7) vergrössert, bei welchem sich zeigt, dass die Innenrillen i (Fig. 5) nicht mehr entstehen und das Rippenrohr eine vollkommen glatte Innenfläche aufweist.
Mit dieser Einstellung der Profilwalzen BI, B, B, B4 wird dann die Arbeit fortgesetzt, und sie kann zur Herstellung von gleichartigen Rippenrohren beibehalten werden.
Handelt es sich um die Herstellung von Rippenrohren mit geschlossenen ringförmigen Rippen,
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Achsenrichtung des Rohres A (Fig. 3 und 6), sondern bloss die zusätzliche Einstellung auf den Achsenwinkel'x (Fig. 6). Bei der Herstellung von Rohren mit schraubenförmig verlaufenden Rippen behalten die Profilwalzen B\ B2, B, B4 die der Steigung der Schraubenlinie entsprechende gegenseitige axiale Verstellung um je ein Viertel der Ganghöhe t oder des Rippenabstandes (Fig. 4 und 7), sie erhalten jedoch die zusätzliche Einstellung auf den Aehsenwinkel x (Fig. 7).
In beiden Fällen (Fig. 6 und 7) schliessen somit die Flächen, in denen die einzelnen Punkte der Profilwalzen um die Rohrachse 0 umlaufen, mit den Ebenen, in denen sie sich um die Walzenachsen b drehen, einen sehr spitzen Winkel von höchstens einigen Bogengraden miteinander ein. Es findet daher nicht mehr eine sogenannte reine
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hinzu, in deren Folge jede Profilwalze mehr nach einer Seite hin wirkt. Die durch die zusätzliche Einstellung auf den Winkel x (Fig. 6 und 7) und die erwähnte Gleitwirkung herbeigeführte Materialverschiebung erfolgt in der Richtung des Pfeiles Il der Fig. 5, und sie hat zur Folge, dass in der Zone der Aussenrippen m ein verstärkter Materialfluss gegen die Rohrachse 0 hin stattfindet, so dass das Material auch in dieser Zone an den Dorn C angepresst wird und die Innenrillen i (Fig. 5) nicht auftreten.
Die Erfindung kann auch auf die Weise ausgeführt werden, dass nicht bei sämtlichen Profilwalzen der Einstellwinkel einen grösseren Wert als 900 erhält. Es kann beispielsweise, wie die Fig. 8 für nach Schraubenlinien verlaufende Rippen zeigt, die erste Walze Bl auf einen Winkel von 900 eingestellt bleiben, während erst die folgenden Walzen B2, B3 und B4, gegebenenfalls mit allmählicher Zunahme des Winkels x, die zusätzliche Einstellung erhalten. Die erste und eventuell auch die zweite Profilwalze Bl bzw.
B2 arbeiten daher auf die übliche Weise mit reiner Abwälzbewegung, wobei an der Stelle ihrer jeweiligen Wirkung die Innenrillen i (Fig. 5) auftreten, während die folgenden Walzen B3 und B4 die Innenrillen i wieder zum Verschwinden bringen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in der Fig. 9 dargestellt und besteht darin, dass ein Satz von Profilwalzen B\ B2, B3, B4 die übliche Einstellung auf reine Abwälzbewegung erhalten und die hiebei entstehende Innenrillung i (Fig. 5) erst durch einen zweiten, dahinter arbeitenden Satz von Profilwalzen B5, B", B7, B8, welche der Erfindung gemäss auf einen von 900 abweichenden Winkel x eingestellt sind, wieder beseitigt wird.
Die Fig. 10 zeigt eine zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens besonders geeignete Ausgestaltung der Druckwalzen, bei der zwei oder mehr Profile 1, 2, 3 und 4 vorgesehen sind, welche die
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Winkel x ergibt sich auch bei solchen mehrprofiligen Druckwalzen die zu vermeidende Innenrillung i. Die zusätzliche Einstellung der Achsen b gemäss der Erfindung hat bei derartigen Druckwalzen (Fig. 10) noch eine besondere Wirkung. Durch die Vergrösserung der Einstellwinkel x über 90 gegenüber der tangentialen Bewegungsrichtung wird nämlich ohne konstruktive Änderung und ohne Änderung der Steigung t das Verhältnis zwischen der Breite der wirksamen Profile 2, 3, 4 einerseits und der Breite der zwischen den Profilen 2, 3 und 4 befindliehen Einkehlungen 5 und 6 anderseits geändert.
Bei der Einstellung auf von 900 abweichende Achsenwinkel x arbeiten die Profile 2, 3 und 4 nicht mit der Breite c, welche der im Achsenschnitt der Druckwalze B liegenden Profilform, also der Erzeugenden des Walzenprofils, entspricht, sondern mit einer um ganz kleine Bruchteile von Millimetern vergrösserten Breite.
Je grösser der Einstellwinkel x gewählt wird, um so breitere Rillen n arbeiten die Profile 2,. 1 und4 aus und um so dünner und höher werden die Rippen m. Von dem Verhältnis zwischen der Breite der Rillen 12 einerseits und der Dicke und Höhe der Rippen m anderseits hängt aber der Widerstand gegen den Materialfluss nach den verschiedenen Richtungen, daher auch die Verteilung des Materialflusses in die Auskehlungen 5, 6 der Profilwalze (Fig. 10) und in die entgegengesetzte Richtung, also gegen die Zone der zu vermeidenden Innenrillung i (Fig. 5). hin ab.
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