Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von über einen Dorn gewalzten Rippenrohren. Bei Dampferzeugern, Rauchgasvorwär- mern und dergleichen vollzieht sich bekannt lich der Wärmeübergang von den Feuer- oder Heizgasen zum Metall weitaus lang samer als vom Metall zum Wasser oder Dampf. Um diesem Umstande Rechnung zu tragen, hat man die Busseisernen Rohre von Vorwärmern, welche nicht unter Dampf druck stehen, mit angegossenen Ringrippen versehen.
Es wurde ferner vorgeschlagen, die Wärme aufnehmende Fläche auch bei unter Druck stehenden Kessel- oder Vor wärmerrohren aus Flusseisen durch nach dem Walzverfahren hergestellte Ringrippen zu vergrössern. Aus einer Reihe von Gründen konnten aber diese Vorschläge bisher keine praktische Anwendung finden trotzdem da durch bei mindestens gleichem Wirkungs grad eine weitgehende Material- und Raum ersparnis erzielbar wäre.
Eine unerlässliche Voraussetzung für die technische Brauchbarkeit von Rippenrohren als Wasserrohre besteht darin, dass ihre Innenfläche, praktisch genommen, vollkom men glatt ist, da auch eine leichte Innen- rillung das Absetzen von Kesselstein -zur Folge hätte und das Reinigen der Rohre ver hindern würde. Die -durch das Walzen be wirkten Materialverschiebungen pflanzen sich jedoch durch die ganze Wandstärke der Rohre hindurch fort und haben an dessen Innenfläche an den in der Zone der Aussen rippen verlaufenden Stellen eine Rillenbil- dung zur Folge.
Diese kann auch durch einen in das zu behandelnde Rohr eingeschobenen Dorn nicht hintangehalten werden, weil zwi schen diesem und der Innenwand des Rohres ein Spielraum von mindestens mehreren Zehnteln Millimetern verbleiben muss, je doch auch Innenrillen von so geringer Tiefe vermieden werden müssen. Das Entstehen von Innenrillen könnte nur dadurch hintan gehalten werden, dass an dem für die Bil dung der Aussenrippen erforderlichen Mate- rialfluss nur eine dünne Aussenschicht der Rohrwandung teilnimmt.
Hierbei könnten entweder Rohre von . wesentlich grösserer )Vandstärke verwendet werden, als unter sonst gleichen Umständen aus Festigkeits gründen notwendig wäre, oder es könnte bei Rohren von das notwendige -Mass nicht über schreitender Waudstärhe ein sehr zartes Rippen- und Rillenprofil (also Rippen von geringer Höhe und Rillen von. geringer Breite) gewählt werden. Beide Wege sind aber praktisch ungangbar.
Eine Voraus setzung für die Erzielung der Material ersparnis durch Verwendung selimiedeeiser- ner Rippenrohre bei Dampferzeugern. I\ber- hitzern und dergleichen besteht nämlich dar in, dass die durchschnittliche Wandstärke solcher Rippenrohre nicht oder nicht wesent lich grösser ist als die unter sonst gleichen Umständen aus Festigkeits- und \icherbeil-s- gründen notwendige Wandstärke von glatten Rohren.
Anderseits müssen die Rippen im Verhältnis zur normalen Wandstärke ver hältnismässig hoch sein, damit eine sich loh nende Vergrösserung der Aussenfläche erzielt werde: ferner miissen die zwischen den Rip pen liegenden Rillen verhältnismässig breit sein und im Profil sich möglichst der U-Forni nähern, um ein gutes Bespiilen durch die Heizorgane zu erzielen, tote Echeri zii ver meiden,
sowie das Ausfüllen der Rillen durch Russ- und Ascheteilchen bintanzu- ha.lten.
Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung von über einen Dorn gewalzten Rippenrohren, durch das auf einfachste \reise und unter Erfiil- lung aller aufgezählter Bedingungen bei ge walzten Rippenrohren die Erzielung einer glatten Innenfläche gesichert und die Be rücksichtigung sämtlicher, nach der zufäl ligen und im vorhinein nicht berechu nba re n Umstände ermöglicht werden kann,
von denen das Entstehen von Innenrillen abhängt. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Bildung von Innenrillen dadurch mit Sicherheit hintangehalten werden kann. dass ziz der durch eine reine Abwä.lzbewegung der Profilwalzen hervorgerufenen Materialver schiebung eine zusätzliche Jlaterialverschie- bung hinzukommt,
welche gegen die an der Innenfläche des Rohres in Vbereinstimmung finit den Aussenrippen verlaufende Zone der zu vermeidenden Innenrillen hin gerichtet ist.
Diese zusätzliche Materialverschiebung wird der Erfindung gemäss dadurch herbei- gefiihrt, dass die =lchsen von Profilwalzen in bezug auf die Bewegung:sriclitung der ein7el- nen Achsenpunkte auf einen von 90 ab weichenden Winkel eingestellt werden, wo bei das Ausmass dieser @liweichuiig des Ein stellwinkels von<B>90</B> " von den die innere Rillenbildung beeinflussenden Umständen abhängt und höchstens einige Bogengrade beträgt.
Die Fig. 1 bis 5 der Zeichnung dienen zur Veransclia,ulichung der der Erfindung zu-runde liegenden technischen Aufgabe: die Fig. li bis 9 veranschaulichen an AusfÜh- rungsbeispielen das Prinzip des neuen Ver fahrens: die Fig. 10 zeigt. eine zur Ausführung des Verfahrens besonders geeignete Ausbildung der Profilwalzen.
Die Ni'andstiii@ke der üblichen Wasser rohre von Dampferzeugern und unter Druck stehenden Vorwärmern sowie der Vberhitzer- rohre beträgt je nach den Spannungen und Rohrdurchmessern 5 bis höchstens 10 mm.
Die Fig. 1. zeigt als Beispiel ein Rohr t1 von etwa 6 rnni Wandstärke, das durch ein @V@ilzvcrfaliren mit umlaufenden Aussen rippen iu zu versehen ist. Entsprechend der bekannten Tatsache, dass die Beanspruchung in der Riiiidnaht halb so gross ist wie in der Längsnaht, kann die ursprüngliche Wand stärke a in der Zone der Rillen n., also zwi schen den Rippen tu.
auf die Hälfte herab gesetzt -erden. wiihrend die Festigkeit in der Längsnaht infolge der eine Panzerung bildenden Rippen in annähernd die gleiche bleibt wie beim glatten Rohr. Die Flanken der Rippen in müssen eckerifrei in den Boden der Rillen rt übergehen. der vorzugsweise gleichfalls eine leichte Wölbung aufweist, so dass das Profil der Rillen n ungefähr die Form eines U hat.
Zur Herstellung der Rip pen und Rillen dienen in an sich bekannter Weise mehrere, beispielsweise vier über den Umfang des Rohres A verteilte Profilwalzen P (Fig. 2), die in einem (nicht dargestellten) sehr kräftigen Rahmen gelagert sind, wel cher 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<I>d</I> in das Rohr<I>A</I> eingeschoben ist.
Bei Herstellung von geschlossenen, ring- förmigen Rippen sind die Achsen b der Profilwalzen B zur Rohrachse 0 parallel und die vier Walzen B'-, <I>B=,</I> B3, B' laufen, wie die Fig. 3 in Abwicklung der Zylinder fläche und schematischer Darstellung zeigt, in ein und derselben zur Rohrachse 0 senk rechten Ebene.
Bei der Herstellung von Roh ren mit nach einer Schraubenlinie verlaufen den Rippen m, für welche die Erfindung in erster Linie bestimmt ist, sind die Achsen b der Profilwalzen B', B2, B3, B<I>'</I> entsprechend der Steigung der durch die strichlierte Linie 1-I (Fig. 4) angedeuteten Schraubenlinie gegen die Rohrachse 0 geneigt und die Profilwalzen sind in der Längenrichtung des Rohres A gegeneinander versetzt,
und zwar bei Verwendung von vier Profilwalzen um je ein Viertel der dem Abstande der Rippen m gleichen Ganghöhe<I>t</I> (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 sich, wie dies im Walzverfahren üb lich ist, eine sogenannte reine Abwälzbewe- gung.
Die bei einer solchen reinen AbwäIzbe- wegung in der Wandung der Rohre A ein tretenden Materialverschiebungen sind in grösserem Massstabe in der Fig. 5 veranschau licht. In der Zone der Rillen n, das heisst un gefähr über die Breite c (Fig. 5), wird das Material gegen die Rohrachse 0 hin ver drängt und stark an den Dorn C angepresst. Zwischen diesen Zonen, nämlich an den längs der Rippen <I>an</I> verlaufenden Stellen, weicht das Material unter dem Walzendrucke radial nach aussen hin aus und bildet die Rippen m.
An diesen Stellen findet ein Ma terialfluss gegen die Rohrachse 0 hin nicht oder nur in geringem Masse statt. Infolge dessen entstehen an der Innenfläche des Roh res A längs oder in der Zone der Aussen rippen m umlaufende Vertiefungen oder Rillen, die in der Fig. 5 mit i bezeichnet sind. Bei den üblichen Wandstärken a der Wasserrohre von 5 bis 8 mm und bei einem Spielraum<I>d</I> zwischen Dorn C und Rohr<I>A</I> von etwa 0,5 mm (darunter kann man aus praktischen Gründen kaum gehen) beträgt die Tiefe dieser Innenrillen i höchstens 0,5 mm, sie ist aber in der Regel noch etwas kleiner.
Das aber genügt, um ein derartiges Rippenrohr als Wasserrohr für Wärmeaus tauschapparate unbrauchbar zu machen, da ein solches eine glatte Innenfläche besitzen muss.
Da trotz der in der Zone der Rillen n stattfindenden Anpreisung 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 Um fang verteilten Profilwalzen B zurückzu führen.
Nach dem Durchgang des Rohres A zwischen den Profilwalzen B reicht die Ela stizität des Materials hin, die Deformation rückgängig zu machen, wobei sich die wäh rend der Walzwirkung an den Dorn C an gepressten Stellen wieder von diesem lösen und das Weiterwandern des Rohres A über den Dorn C ermöglicht wird.
Es wurde nun gefunden, dass das Ent stehen der Innenrillen i mit voller .Sicherheit dadurch hintangehalten werden kann, dass die Achsen b der Profilwalzen B zu der (tangentialen) Bewegungsrichtung der ein zelnen Achsenpunkte nicht im rechten Win kel (Fig. 3 und 4), sondern auf einen von <B>90'</B> ein wenig abweichenden Winkel einge stellt werden. In den Fig. 6 und 7 der Zeichnung ist der von<B>90'</B> abweichende Ein- stellwinkel mit x bezeichnet und übertrieben gross dargestellt.
In Wirklichkeit beträgt die Abweichung von 90 zweckmässig höchsten einige Bogengrade; sie ist. beispielsweise nie mals so gross wie bei nach Schraubenlinien verlaufenden Rippen in. die Steigung t (Fig. 4) der Schraubenlinie, sondern -esent- lieh kleiner. Die Profilwalzen B'.
B\, .B''' und B' sind in dem um die Rohrachse 0 umlau fenden Rahmen oder Gehäuse mittels (nicht dargestellter) gabelartiger Tragorgane ge lagert, die eine kleine Winkelverstellung um die in den Fig. 6 und 7 mit o bezeichneten Achsen gestatten, so dass die Profilwalzen sowohl im rechten Winkel zu der (tangen- tialen) Bewegungsrichtung (Fig. 3 und 4) als auch innerhalb ge-,visser Grenzen auf einen von<B>90'</B> abweichenden Winkel .x; (Fig. 6 und 7) eingestellt werden können.
Bei der Durchführung des beispielsweisen Verfahrens werden die Profilwalzen B', B=, <I>B',</I> B4 zunächst zur Herbeiführung einer reinen Abwälzbewegung auf einen rechten )Vinkel (Fig. 3 und 4) eingestellt, gegen die Rohrachse 0 gepresst, so dass ihr Umfang in das Fleisch des Rohres A bis zur gewünsch ten Tiefe eintritt, und alsdann wird die Ma schine in Gang gesetzt.
Hierauf wird ent weder während des Ganges oder bei zeitweise abgestellter Maschine der Einstellwinkel von <B>90'</B> allmählich auf einen solchen Wert :r (Fig. 6 oder 7) vergrössert, bei welchem sich zeigt, dass die Innenrillen i (Fig. 5) nicht mehr entstehen und das Rippenrohr eine glatte Innenfläche aufweist. Mit dieser Ein stellung der Profilwalzen<I>B', B\, B",</I> B' wird dann die Arbeit fortgesetzt und sie kann so lange beibehalten werden, als Rippenrohre von gleicher Beschaffenheit hergestellt wer den sollen.
Handelt es sich um die Herstellung von Rippenrahren mit ringförmigen Rippen, so erhalten die Profilwalzen B', B=, B", B' selbstverständlich keine gegenseitige '\'er- setzung in der Achsenrichtung des Rohres -1 (Fig. 3 und 6), sondern bloss die zusätzliche Einstellung auf den Achsenwinkel .x (Fig. 6).
Bei- der Herstellung von Rohren mit schraubenförmig verlaufenden Rippen be halten die Profihvalzen B', B\.<I>B',</I> B' die der Steigung der Schraubenlinie entspre chende gegenseitige achsiale Verstellung uin je ein Viertel der Ganghöhe fi oder des Rippenabstandes (Fig. 4 und 7), sie erhallen jedoch die zusätzliche Einstellung auf den Achsenwinkel x (Fig. 7).
In beiden Fällen (Fig. 6 und 7) schliessen somit die Flächen, in denen die einzelnen Punkte der Profil walzen um die Rohrachse 0 umlaufen, mit den Ebenen, in denen sie sich um die Walzenachsen h drehen, einen sehr spitzen Winkel von höchstens einigen Bogengraden ein.
Es findet daher nicht mehr eine soge- nannte reine Abwälzhewegung der Profil walzen<I>B', B=,</I> B , B' statt, bei welcher die Walzen symmetrisch nach beiden Seiten hin wirken, sondern es kommt zu der reinen Ab wälzbewegung eine Art von Gleitbewegung hinzu, in deren Folge jede Profilwalze mehr nach einer Seite hin wirkt.
Die durch die zu sätzliche Einstellung auf den -#NTiiikel x (Fig. 6 und 7) und die erwähnte. Gleitwir- kung herbeigeführte Materialverschiebung er folgt ungefähr in der Richtung des Pfeils 1I der Fig. 5, und sie hat zur Folge, dass in der Zone der Aussenrippen a. ein verstärkter Materialfluss gegen die Rohrachse 0 hin stattfindet, so dass das Material auch in die ser 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 x einen grö sseren Wert als<B>90'</B> erhält.. Es kann bei spielsweise, wie die Fig. 8 für nach Schrau benlinien verlaufende Rippen zeigt. die erste Walze B' auf einen Winkel von 90 einge stellt bleiben, während erst die folgenden Walzen B'=, B' und<I>B',</I> gegebenenfalls mit allmählicher Zunahme des Winkels x, die zusätzliche Einstellung erhalten.
Die erste und eventuell auch die zweite Profilwalze B' bez -. B= arbeitet 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 BI und B4 die Innen rillen i wieder zum Verschwinden bringen.
Eine weitere Ausführungsform der Er findung ist in der Fig. 9 dargestellt; sie be steht darin, dass ein Satz von Profilwalzen B', B2, B-', B" die übliche Einstellung auf reine Abwälzbewegung erhalten und die hierbei entstehende Innenrillung i (Fig. 5) erst durch einen zweiten, dahinter arbeiten den Satz von Profilwalzen B", B', B', B8, welche der Erfindung gemäss auf einen von <B>90'</B> abweichenden Winkel x eingestellt sind, wieder beseitigt wird.
Die Fig. 10 zeigt eine zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens besonders ge eignete Ausgestaltung der Druckwalzen, bei der zwei oder mehr Profile 1, 2, 3 und 4 vor gesehen sind, welche die Rippen- und Rillen bildung in je zwei oder mehr Stufen herbei führen und zu diesem Zweck einen allmäh lichen Übergang der Profile 1, 2, 3, 4 von einem ungefähr dreieckigen Querschnitt zur U-Form aufweisen. Ohne die der Erfindung entsprechende Einstellung der Achse auf einen von 90 abweichenden Winkel x würde sich auch bei solchen mehrprofiligen Druck walzen die zu vermeidende Innenrillung i ergeben.
Die zusätzliche Einstellung der Achsen b gemäss der Erfindung hat bei der artigen Druckwalzen (Fig. 10) noch eine besondere Wirkung. Durch die Vergrösserung der Einstellwinkel x über<B>90'</B> (gegenüber der tangentialen Bewegungsrichtung) wird nämlich ohne konstruktive Änderung und ohne Änderung der Steigung t das Verhält nis zwischen der Breite der wirksamen Pro file 2, 3, 4 einerseits und der Breite der zwi schen den Profilen 2, 3 und 4 befindlichen Einkehlungen 5 und 6 anderseits geändert.
Bei der Einstellung auf von 90 abweichende Achsenwinkel x arbeiten die Profile 2, 3 und 4 nicht mit der Breite c (Fig. 10), welche der im Achsenschnitt der Druckwalze B lie genden Profilform entspricht, sondern mit einer um ganz winzig kleine Bruchteile von Millimetern vergrösserten Breite.
Je grösser der Einstellwinkel x gewählt wird, umso breitere Rillen n arbeiten die Profile 2, 3 und 4 aus und umso dünner und höher wer den die Rippen-in. Von dem Verhältnis zwi schen der Breite der Rillen n einerseits und der Dicke und Höhe der Rippen m anderseits hängt aber der Widerstand gegen den 11Iate- rialfluss nach den verschiedenen Richtungen ab, daher auch die Verteilung des Material flusses in die Auskehlungen 5, 6 der Profil walze (Fig. 10) und in die entgegengesetzte Richtung,
also gegen die Zone der zu ver meidenden Innenrillung i (Fig. 5) hin.
Das Verfahren der Einstellung der Profilwalzen auf einen von 90 abweichen den Achsenwinkel x bietet daher die Mög lichkeit, allen Faktoren, von denen die Bil dung der Innenrillen i abhängt, empirisch Rechnung zu tragen.
Diese Faktoren sind nicht einmal je für sich allein, noch weniger aber in ihrer gegenseitigen Beeinflussung im vorhinein rechnungsmässig genau feststellbar und werden durch Wahl des richtigen Ein stellwinkels x berücksichtigt. Solche Fak toren sind: Die Grösse des Spielraumes d zwischen dem Rohr A und dem Dorn C, die Tiefe und Breite der Rillen n, die Dicke und Höhe der Rippen m, ferner auch die Form des Rillen- und Rippenprofils und schliess lich die Beschaffenheit des Rohrmaterials.
Innerhalb ziemlich weiter Grenzen kann durch das den Gegenstand der Erfindung bildende Walzverfahren der eine Innen- rillung herbeiführende Einfluss aller dieser Faktoren ausgeschaltet werden.
Je grösser die Höhe der Rippen m im Verhältnis zur Wandstärke a des als Aus gangsmaterial verwendeten glatten Rohres A ist (Fig. 1), desto grösser ist die Gefahr, dass die Rippen m an ihrem äussersten Umfange feine Risse erhalten, weil bei schmiedbarem Eisen oder Stahl im kalten Zustande nur ein Materialfloss im begrenzten Masse stattfinden kann. Je kleiner der Zwischenraum. d zwi schen dem Dorn C und dem Rohre A ist, desto grösser muss in den Rippen in der 3Ia- terialfluss nach aussen sein, wenn die Rippen in eine bestimmte Höhe besitzen sollen.
Es wird nun vorzugsweise der Zwischen raum d grösser gewählt, als mit Rücksicht auf die Verschiebbarkeit des Rohres _1 in bezug auf den Dorn C notwendig wäre, und zwar beträgt der Zwischenraum d zweck mässig einen bis zwei Millimeter und bei Rohren von grossem Durchmesser sogar noch mehr. Dadurch wird ein grösserer Teil des Materials gegen die Achse des Rohres Il hin verdrängt, wobei aber das Profil der Rippen m und der Rillen n das gleiche blei ben.
Der äusserste Umfang der Rippen in wird dadurch kleiner, die Höhe der Rippen ni und die erzielte Vergrösserung der Aussenfliiebe bleiben aber die gleichen. Mit andern -\Voi-- ten heisst das, dass der innere Durchmesser des ursprünglich glatten Rohres ,d um 1 bis 2 mm (oder mehr) grösser ist als der innere Durchmesser des fertigen Rippenrohres, wie dies in der Fig. 5 angedeutet ist. Auf diese Weise wird die Gefahr beseitigt, dass die Rippen in- an ihrem äussersten Umfange kleine Risse aufweisen.
Dessen ungeachtet erhält man ein Rip penrohr, das innen glatt oder hinreichend glatt ist, und zwar aus folgenden Gründen. Die Profilwalzen B (Fig. ?) buchten das Rohr A an vier Stellen gegen die Achse 0 bin ein und pressen es an den Dorn C -an. Dadurch entsteht ein 141aterialfluss gegen die Achse 0 hin sowie nach aussen, nämlich in die zu bildenden Rippen.
Die Verteilung dieses Materialflusses nach aussen und innen kann aber wieder durch Änderung der Ein- stellninkel x. mit welchem die Profilwalzen arbeiten, derart geregelt =erden, dass eine glatte Innenfläche des Rippenrohres -1 zu standekommt.