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Verfahren zum Schliessen des Endes eines Metallrohres
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schliessen des Endes eines Metallrohres dadurch, dass das Rohr axial in ein mehrteiliges Gesenk gedrückt wird, das konvergierende Wandungen hat, und dass dabei das Gesenk und das Rohr relativ zueinander gedreht werden und gleichzeitig ein elektrischer Heizstrom von einem Teil des Gesenkes zu einem andern durch das Rohr fliessen gelassen wird. Auf diese Weise wird das in dem Gesenk befindliche Rohrende elektrisch erhitzt und durch die auf das Rohr einwirkende
Axialkraft gegen die konvergierenden Wandungen des Gesenkes gepresst, so dass das erhitzte Metall zusammengedrückt wird und das Ende des Rohres schliesst.
Das Verfahren wird allgemein zur Herstellung von Metallflaschen für Druckgase, z. B. für Sauerstoff-Flaschen verwendet, wobei das geschlossene Ende der Flasche im allgemeinen halbkugelförmig ist. Da die Flasche gewöhnlich auf dem geschlossenen Ende stehen soll, wird die Flasche entweder von einem Gestell getragen oder das geschlossene Ende mit einem Mantel umgeben oder das konvexe geschlossene Ende der Flasche so eingedrückt, dass es einen konkaven Teil erhält, welcher einen kreisförmigen Rand hat, auf dem die Flasche stehen kann.
Die Bildung des konkaven Teiles ist schwierig, wenn die Flasche an ihrem geschlossenen Ende keine gleichmässige Wandstärke hat. Diese Schwierigkeit wird noch erhöht, wenn die Wandstärken von einer Flasche zur andern verschieden sind. Die Bildung eines einwandfrei geschlossenen Endes kann ferner durch nicht homogenes Metall erschwert werden.
Die Erfindung bezweckt, das angegebene Verfahren zum Schliessen der Enden so zu verbessern, dass die genannten Schwierigkeiten verringert oder beseitigt werden.
Erfindungsgemäss wird daher so verfahren, dass das Metall des erhitzten Rohrendes von dem konver- gierenden Ende des Gesenkes in ein im Gesenk vorgesehenes axiales Loch in einem vom Durchmesser dieses Loches abhängigen Ausmass gepresst wird, so dass im Loch durch dieses Metall ein Verschluss gebildet wird, der das Eindringen von weiterem Metall aus dem Gesenk verhindert, und im Gesenk ausreichend Metall zur Bildung der erforderlichen Rohrwandstärke verbleibt. Zweckmässig werden dabei in Übereinstimmung mit der Arbeitstemperatur des Rohrmetalles im Gesenk eine oder mehrere der variablen Bestimmungsgrössen, nämlich auf das Rohr ausgeübte Axialkraft, Heizstromstärke und Drehzahl, geregelt.
Durch das in das Loch gep : esste Metall wird der Bewegung von weiterem Metall aus dem Gesenk ein Widerstand entgegengesetzt, so dass das in dem Gesenk befindliche Metall verfestigt wird. Das in das Loch gepresste Metall stellt einen bei Beginn des Verfahrens anfallenden Abfall dar (z. B. Abbrand von dem Rohrende). Diese Verfestigung gewährleistet, dass das Metall in dem ganzen Rohrende homogen ist.
Dadurch, dass in dem axialen Loch ein Verschluss geschaffen wird, welcher der Bewegung des Metallès im Gesenk einen Widerstand entgegensetzt und als Gegenhalter für das dem Axialdruck ausgesetzte Rohr wirkt, bleibt im Gesenk eine vorherbestimmte Metallmenge zur Bildung des geschlossenen Endes. Das in dem Gesenk festgehaltene Metall bildet ein geschlossenes Ende von der erforderlichen Wandstärke ; diese nimmt normalerweise von der Seitenwand zu der Mittelachse etwas zu. Vor der Einführung in das Gesenk kann das Rohrende so verjüngt werden, dass es an dem geschlossenen Ende eine im wesentlichen gleichmässige Wandstärke hat. Gleichmässigkeit der Wandstärke gilt natürlich nicht zu Beginn für den Bereich des einen Stöpsel bildenden Fortsatzes, der anschliessend abgeschnitten wird.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben. In
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diesen zeigt Fig. 1 schematisch in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten, eine erfindungsgemässe
Vorrichtung zum Schliessen des Endes eines Metallrohres, Fig. 2 in einer Seitenansicht eine Vorrichtung zum Reinigen des Gesenkes der Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 eine Stirnansicht der Gesenkreinigungs- vorrichtung nach Fig. 2, Fig. 4 in einer Seitenansicht, teilweise nach der Linie 4-4 der Fig. 5, geschhit- ren das Gesenk nach Fig. 1 in grösserem Massstab und Fig. 5 das Gesenk nach Fig. 4 in einer Stirnansicht in Richtung des Pfeiles 5 der Fig. 4 gesehen.
Gemäss Fig. 1 wird das Metallrohr 10 von einem drehbaren Spannfutter 11 getragen, das seinerseits von dem Spindelstock 12 einer Maschine zumSchliessen derEnden eines Metallrohres nach dem genannten
Verfahren getragen wird. Die Maschine besitzt ein ortsfestes Gesenk 13, das koaxial zum Rohr 10 so ge- tragen wird, dass beim Vorschub des Rohres in Richtung des Pfeiles 14 das Ende 15 des Rohres in die Ge- senköffnung 16 eintritt und deren konvergierende Wandungen 17 berührt, welche konkav und halbkugel- förmig sind. Die Wandungen 17 können auch eine andere Form haben als die einer Halbkugel. Beispiels- weise können sie ähnlich wie die Schulter einer Sektflasche ausgebildet sein.
Das Gesenk 13 besteht aus drei Sektoren 18, die durch elektrisch isolierende Streifen 19 voneinander getrennt sind und durch einen Ringkörper 20 (Fig. 4 und 5) zusammengespannt werden. Jeder Sektor 18 ist über ein Kabel 21 (Fig. 1) an eine elektrische Heizstromquelle 22 angeschlossen.
Eine Vorrichtung 23 dient zum Einstellen der Stärke des den Gesenken zugeführten Heizstroms. Fer- ner ist eine Einstellvorrichtung 24 bei 25 an die Vorrichtung angeschlossen, welche in der Richtung des
Pfeiles 14 eine Axialkraft auf das Rohr 10 ausübt. Eine weitere Einstellvorrichtung 26 ist bei 27 an die
Vorrichtung zum Drehen des Spannfutters 11 und damit des Rohres 10 in der Richtung des Pfeiles 28 an- geschlossen. Die Vorrichtungen 23, 24 und 26 können von Hand aus bedient werden. Es kann jedoch auch eine oder mehrere dieser Einstellvorrichtungen zur automatischen Betätigung eingerichtet sein. Zu diesem
Zweck sind die Vorrichtungen beispielsweise bei 29 an einen Regler 30 angeschlossen, der in Abhängigkeit von den in dem Gesenk 13 herrschenden Bedingungen arbeitet.
Beispielsweise wird der Regler 30 von einem Temperaturfühler 31 gesteuert, der auf die Temperatur in dem Gesenk 13 befindlichen Metalles anspricht. Dies ist nachstehend ausführlicher beschrieben. Auf diese Weise werden Veränderungen der Temperatur des in dem Gesenk 13 befindlichen Metalles dem Regler 30 mitgeteilt, der dann eine oder mehrere der Vorrichtungen 23,24 und 26 so verstellt, dass eine oder mehrere der die Arbeitsbedingungen beeinflussenden Werte, nämlich, die Axialkraft, die Heizstromstärke und die Drehzahl entsprechend ver- ändert werden. Infolge der automatischen Einstellung der Arbeitsbedingungen bleiben diese im wesentlichen konstant, so dass ein einheitlicheres Arbeiten möglich ist, da die Bildung des Endverschlusses nicht so sehr von der Geschicklichkeit der Bedienung abhängig ist.
Zur Erzielung einheitlicherer Arbeitsbedingungen und zur Verringerung der Abhängigkeit von der Geschicklichkeit der Bedienung wird die Arbeitstemperatur in dem Gesenk ferner durch Umwälzung eines strömenden Mediums durch das Gesenk geregelt.
Jeder Sektor 18 des Gesenkes ist in nächster Nähe des geschlossenen Endes des Gesenkes mit einer Kammer 32 (s. besonders Fig. 4 und 5) versehen, an die ein durch den Sektor 18 führender Kanal 33 angeschlossen ist, an dessen innerem Ende ein zum Boden der Kammer 32 gerichteter rohrförmiger Fortsatz 34 vorgesehen ist (Fig. 4). Als strömendes Medium wird vorzugsweise Wasser verwendet, das über einen biegsamen Schlauch 35 zugeführt wird und von der Kammer durch einen Kanal 36 und einen biegsamen Schlauch 37 aufwärts strömt (Fig. 1). Die Umwälzung des Wassers durch die Kammern 32 wird durch eine Pumpe 38 bewirkt, welche das Wasser in geschlossenem Kreislauf durch die Kammern 32 und einen Kühler 39 bewegt. Die Schläuche 35, 37 sind durch eine den Kühler umgehende Leitung 40 miteinander verbunden, in der ein Ventil 41 angeordnet ist.
Ein weiteres Ventil 42 ist zwischen dem Austrittsende des Kühlers 39 und der Umgehungsleitung 40 vorgesehen.
Die Ventile 41, 42 sind bei 43 an einen Regler 44 angeschlossen, der von einem Temperaturfühler 45 gesteuert wird, der im Bereich des geschlossenen Endes des Gesenkes 13 in dessen Wand eingebettet ist und bei Veränderungen der Arbeitstemperatur eine solche Steuerung der Ventile 41, 42 bewirkt, dass das Gesenk unter der Wirkung der Temperatur des durch die Kammern 32 tretenden Wassers auf der erforderlichen Temperatur gehalten wird.
Wenn die Enden einer Anzahl von Rohren 10 in rascher Folge geschlossen werden, kann eine Überhitzung des Körpers des Gesenkes 13 eintreten. Durch Umwälzen von Wasser durch die Kammer 32 wird gewährleistet, dass der Körper auf einer zulässigen Temperatur gehalten wird, aber gleichzeitig die Temperatur in der Öffnung 16 genügend hoch ist, um ein rasches und einwandfreies Schliessen der Rohrenden zu gestatten. Wenn dagegen das Arbeiten kurze Zeit hindurch unterbrochen wird, kühlt das Gesenk 13 ab, so dass das nächste zu bearbeitende Rohr ändern Arbeitsbedingungen ausgesetzt wird und eine entsprechen-
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de Veränderung des Druckes, der Drehzahl oder der elektrischen Stromstärke notwendig sein kann.
Bei kurzen Betriebsunterb. : echungen der Maschine wird das durch die Kammer 32 umgewälzte Wasser so geregelt, dass es die Temperatur des Gesenkes auf dem für den Betrieb erforderlichen Wert erhält.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung, in der die Temperatur des umgewälzten Wassers durch die Ventile 41,42 geregelt wird. Eine Regelung kann aber auch bzw. zusätzlich dadurch bewirkt werden, dass die Umwälzmenge des Wassers verändert wird, z. B. indem die Pumpe 38 von dem Regler entsprechend geregelt wird.
Es hat sich gezeigt, dass die Steuerung des Fliessens des heissen Metalles an dem geschlossenen Ende des Gesenkes 13 für die Erzielung eines geschlossenen Endes aus homogenem Metall, das dem Druck in der Flasche gewachsen ist, und zur Gewährleistung der erforderlichen Wandstärke des geschlossenen Endes
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sehr kleinem Durchmesser ausgebildet oder versehen ist, tritt das Metall aus dem Gesenk nicht in das Loch ein, sondern wird axial in der dem Pfeil 14 entgegengesetzten Richtung in das Rohr hineingedrückt, so dass das Rohrende eingedrückt wird. In diesem Fall wird das eingedrückte Ende überhitzt und bildet sich in dem Rohr eine poröse Masse von unkontrollierbarer Grösse und Dicke.
Wenn dagegen der Durchmesser des Loches 46 zu gross ist, tritt das Metall in Form eines Rohres von kleinerem Durchmesser durch das
Loch, so dass die Überhitzung erneut zu einer Porosität des Metalles führen kann.
Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung bildet ein Loch 46 einen axialen Fortsatz des ge- schlossenen Gesenkes ; es hat einen solchen Durchmesser, dass die Geschwindigkeit, mit der das Metall in das Loch eintritt, derart geregelt wird, dass das Metall in dem Loch einen Stöpsel bildet, der dem Fliessen von weiterem Metall aus dem Gesenk in das Loch einen Widerstand entgegensetzt. Der Grad dieses Widerstandes wird durch die Auswahl des Lochdurchmessers in Abhängigkeit von allen Arbeitsbedingungen bestimmt. Infolge dieses Widerstandes wird das Metall in dem Gesenk unter der Wirkung der auf das Rohr einwirkenden Axialkraft verfestigt und das Rohrende mit homogenem, nicht porösem Metall verschlossen.
Der Widerstand gegen ein Fliessen von Metall aus dem Gesenk bestimmt ferner die in dem Gesenk verbleibende Metallmenge und damit die Wandstärke. Die Wandstärke nimmt von der Seitenwand zur Mittelachse des geschlossenen Endes zu, wenn nicht die vorstehend genannten Massnahmen getroffen werden.
Die Wandstärke kann jedoch durch geeignete Auswahl des Lochdurchmessers in Abhängigkeit von allen Arbeitsbedingungen vorherbestimmt werden. Wenn daher das geschlossene Ende einen konkaven Teil erhalten soll, damit die Flasche auf dem dadurch gebildeten kreisförmigen Rand stehen kann, erfolgt die Bildung des konkaven Teiles unter einheitlichen Bedingungen, weil die Wandstärke konstant und das Metall homogen ist.
Der Durchmesser des Loches 46 ist von den jeweiligen Arbeitsbedingungen (Rohrdurchmesser, Wandstärke des Rohres und bei einem gegebenen Metall, Axialdruck und Temperatur, die teilweise durch die elektrische Stromstärke und teilweise durch die Drehzahl bestimmt wird) abhängig. Wenn bei sonst gleichen Bedingungen beispielsweise der Axialdruck erhöht wird, erhält man bei einer gegebenen Lochgrösse einen höheren Verfestigungsdruck und es bleibt eine grössere Metallmenge in dem Gesenk. Daher muss der Durchmesser des axialen Loches 46 im Hinblick auf bestimmte Arbeitsbedingungen ausgewählt werden, die dann aufrechterhalten werden, um die Erzielung einheitlicher Ergebnisse zu gewährleisten.
Jetzt sei auf Fig. 2 und 3 Bezug genommen.
Die Bildung des Endverschlusses des Rohres 10 bewirkt das Entstehen von Zunder und von andern Verunreinigungen, die sich in der Öffnung 16 und in dem axialen Loch 46 ansammeln und die Arbeitsbedingungen beeinflussen können.
Nach einem Merkmal der Erfindung werden die Gesenköffnung 16 und die Mündung des axialen Loches 46 nach jedem Rohrschliessvorgang oder nach dem Schliessen mehrerer Rohre 10 gereinigt. Zu diesem Zweck ist eine Bürste 47 auf einer Spindel 48 montiert, die von einem pneumatischen Motor 49 angetrieben wird. Der Motor mit Bürste wird von einem Arm 50 getragen, der radial von einer Hülse 51 vorsteht, die drehbar auf einer Stange 52 gelagert ist, welche von einem Gestell 53 der Vorrichtung getragen wird. Die Hülse 51 ist an einem Schlitten 54 befestigt, der auf der Stange 52 montiert ist und von einem pneumatischen Zylinder 55 hin-und herbewegt wird, dessen Kolbenstange 56 mit einem Arm 57 des Schiebers 54 verbunden ist. Bei Betätigung des Zylinders 55 in einer Richtung wird die Bürste 47 in der Axialrichtung des Rohres 10 zu dem Gesenk 13 hin bewegt.
Wenn der Zylinder 55 in der entgegengesetzten Richtung betätigt wird, erfolgt eine Bewegung der Bürste von dem Gesenk 13 weg. Zwischen den Armen 50, 57 ist ein pneumatischer Zylinder 58 vorgesehen, mit dem die Bürste 47 und ihr Motor 49
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von einer Stellung, in der sie mit dem Gesenk 13 fluchten, in eine horizontale Stellung oberhalb des Ge- senkes bewegt werden können, wie dies in Fig. 3 strichpunktiert angedeutet ist.
Nach dem Schliessen des Endes eines Rohres 10 in dem Gesenk 13 wird das Rohr aus dem Gesenk herausgezogen, von dem Spannfutter 11 freigegeben und aus der Vorrichtung entfernt. Gleichzeitig wird durch Betätigung des Zylinders 58 der Arm 50 gesenkt, so dass die Bürste 47 mit dem Gesenk 13 fluchtet, worauf der Zylinder 55 so betätigt wird, dass er die Bürste in das Gesenk einführt. Zur gleichen Zeit wird die Bürste mittels des Motors 49 gedreht, so dass an den Wänden 17 befindliche Fremdkörper entfernt wer- den. Die Bürste wird so weit vorgeschoben. dass sie wenigstens in die Mündung des axialen Loches 46 und möglicherweise auch in das Loch selbst eintritt.
Nach durchgeführter Reinigung wird durch Betätigung des
Zylinders 55 die Bürste 47 aus dem Gesenk 13 herausgezogen, worauf der Zylinder 58 die Bürste in die in
Fig. 3 gezeigte horizontale Stellunghebt und der Motor 49 abgestellt wird.
Ein Schmiermittel wird nach dem Reinigen des Gesenkes in das Gesenk und vor und während der Ein- führung eines Rohrendes in das Gesenk auf dieses Rohrende gespritzt. Dies erfolgt vorzugsweise automatisch in zeitlicher Abstimmung mit den vorstehend ausführlich beschriebenen andern Arbeitsvorgängen.
Der Gesenkhalter 20 und die Klemmvorrichtungen zur Befestigung des Gesenkes in dem Halter können unabhängig von der Kühlung des Gesenkes oder in Verbindung damit durch ein strömendes Medium, z. B. Wasser gekühlt werden.
Als strömendes Medium zur Regelung der Gesenktemperatur können ausser Wasser beispielsweise auch geeignete Öle, Luft, Gase und Dämpfe, z. B. Wasserdampf, verwendet werden.
Es ist ein kreisförmiges Gesenk 13 gezeigt. Tatsächlich wird das Gesenk durch spangebende Verformung eines einzigen Metallkörpers mit einer kreisförmigen Öffnung 16 hergestellt und dann in die Sektoren 18 geteilt. Bei eingesetzten Isolierstreifen 19 sind daher die den einzelnen Sektoren zugeordneten Kreismittelpunkte etwas gegeneinander versetzt, was sich als Vorteil erwiesen hat.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Schliessen des Endes eines Metallrohres, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall des erhitztenRohrendes von dem konvergierenden Ende des Gesenkes in ein im Gesenk vorgesehenes axiales Loch in einem vom Durchmesser dieses Loches abhängigen Ausmass gepresst wird, so dass im Loch durch dieses Metall ein Verschluss gebildet wird, der das Eindringen von weiterem Metall aus dem Gesenk verhindert, und im Gesenk ausreichend Metall zur Bildung der erforderlichen Rohrwandstärke verbleibt.