Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von schlangenlinienfürmig gebogenen Rippenrohrregistern aus quergewalzten Rippenrohren Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor richtung zur Herstellung von schlangenlinienförmig gebogenen Rippenrohrregistern aus quergewalzten Rip penrohren für Wärmetauscher, insbesondere für Kälte- und Klimaanlagen.
Es sind bereits Wärmetauscher für Kälte- und Kli maanlagen aus parallel zueinander angeordneten, mit Aussenrippen versehenen Rohren bekannt, die an ihren Enden miteinander durch angeschweisste oder -gelötete Rohrbogen verbunden sind.
Diese Herstel lungsverfahren haben den Nachteil, dass die Verbin dungsstellen der Rohrbogen mit den berippten Rohren leicht undicht werden, was erst bei der Prüfung des komplettierten Wärmetauschers auf Dichtheit festge stellt werden und zu erheblicher Nacharbeit oder Aus- schuss führen kann. Ausserdem bewirken Schweissgut anhäufungen Querschnittsverengungen und Strömungs störungen innerhalb der Verbindungsstellen, wodurch die Leistung der Wärmetauscher verringert wird.
Der kleinste zulässige Biegeradius bei der Fertigung der Rohrbogen wird durch die während des Biegevor ganges auftretende Zugbeanspruchung in der äusseren Rohrbogenwand bestimmt. Um diese Zugbeanspruchung, die daraus resultierende Rissbildung sowie eine starke Schwächung der Rohrwanddicke zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, einen Druck auf die Aussenwand glatter Rohre in Richtung der Längsachse während des Biegevorganges auszuüben.
Rohrbiegevorrichtungen vorgenannter Konstruktion haben den Nachteil, dass sie nur zum Biegen relativ kurzer und glatter Rohre verwendet werden können, bei denen keine Aussenrippe vorhanden sind. Bei gros sen Rohrlängen, die zur Herstellung von Rohrschlan gen erforderlich sind, besteht die Gefahr des Ausknik- kens., da, die Nachschiebekraft am äusseren Rohrende wirkt. Dieser Gefahr sind besonders Leichtmetallrohre, die eine geringe Knicksteifigkeit aufweisen, ausgesetzt.
Bei der Fertigung von Wärmetauschern werden quergewalzte Rippenrohre aus Leichtmetall auf Grund der guten Verformungseigenschaften bei der Rippenbil- dung bevorzugt. Diese sind über ihre ganze Länge mit einer spiralförmig verlaufenden sehr dünnen Rippe versehen, wobei die geringe Festigkeit des Werkstoffes zur Vermeidung von Deformierungen der Rippen be achtet werden muss.
Vorrichtungen bekannter Bauart haben den Nachteil, dass die Naehschiebeeinrichtungen und deren Einstellmechanismen sehr aufwendig sind und ausserdem die grüsse Empfindlichkeit der weichen Materialien nicht beröcksichtigen. Beim Nachschiebe vorgang muss das Rohr in einem möglichst geringen Abstand von der Bieges elle erfasst werden, um die Gefahr des Ausknickens des, Rohres zu beseitigen, da die Nachsch=ebekraft relativ hohe Werte erreicht,
um die Stauchung des Materials im Biegebereich zu be wirken.
Zweck der Erfindung ist es, Rippenrohrregister für Wärmetauscher so herzustellen, dass die bei den be kannten Herstellungsverfahren durch die Vielzahl der Verbindungsstellen bedingten Dichtungsfehler sowie die vorgannten Nachteile der bekannten Biegevorrich tung beseitigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch ein geeignetes Verfahren Aussenrippen aufweisende quergewalzte Rohre mit so kleinen Radien zu biegen, dass parallele Abschnitte von Rohrregistern für Wär metauscher zur Erreichung eines geringen Aussenvolu mens schlangenlinienförmig sehr dicht nebeneinander ilugend aus einer Rohrlänge ohne Verbindungssteilen zwischen den Rohrbogen erzeugt werden können, sowie die Schaffung einer Vorrichtung zur Durchfüh rung des Verfahrens.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch ge- iöst, aass ausgehend von glatten Rohrlängen in Ab ständen der Biegestellen Rippen in einer Höhe aufge- watzt werden, die kleiner ist als die Höhe der Rippen ausserhalb der Biegestellen, und dass dann die Biege stellen weich geglüht und die Rohre durch eine Vor richtung zu schlangenförmig dicht aneinander liegen den Rippenrohrregistern aus einer Rohrlänge ohne Verbindungsstellen zwischen den Rohrbogen gebogen werden.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in unmittelbarer Nähe der Biege stelle eine Nachschiebeeinrichtung, bestehend aus einem auf einer Biegewelle befestigten Ritzel und Zahnstan gen sowie je einer mit den Biegebacken fest verbunde nen, in einen Durchbruch einer Drehscheibe versenk baren Ausgleichsreibungskupplung, bestehend aus einer T-Leiste, einem Block, einem Spannteil sowie einem Bremsbelag, angeordnet ist.
Die Erfindung soll nachstehend an mehreren Aus führungsbeispielen erläutert werden. In den Zeichnun gen zeigen: Fig. 1 und 2 einen Längsschnitt eines Rippenrohres während des Walzvorganges, Fig.3 einen Rippenrohrabschnitt mit verringerter Rippenhöhe in halbgeschnittener Darstellung, Fig.4 einen Rippenrohrabschnitt mit grosser Rip penhöhe in vergrösserter Schnittdarstellung, Fig.5 einen Rohrbogen eines Rippenrohres in halbgeschnittener Darstellung,
Fig.6 einen Rohrabschnitt mit verringertem Durchmesser, Fig. 7 ein Rippenrohr während des Fräsvorganges, Fig. 8 einen Längsschnitt eines Rippenrohres wäh rend des Walzvorganges, Fig. 9 eine Biegestelle eines Rippenrohres während des Fräsvorganges, Fig. 10 die Schnittdarstellung AA eines Rippenroh res mit Abflachung nach Fig. 9, Fig.ll einen Rohrbogen eines Rippenrohres in halbgeschnittener Darstellung,
Fig. 12 die Vorrichtung in Schnittdarstellung, Fig. 13 die Vorderansicht der Vorrichtung, Fig. 14 eine vergrösserte Darstellung einer gewin- deförmigen Halbschale, Fig. 15 und 16 die Nachschiebeeinrichtung in sche matischer Darstellung, Fig. 17 die Einstelleinrichtung zur Regulierung der Nachschiebekraft der Biegebacken,
Fig. 18 eine Draufsicht auf die Nachschiebeeinrich- tung.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren nach Fig. 1 bis 6 wird das glatte Rohr 1 wie in Fig. 2 dargestellt, an dem vorausbestimmten Rohrabschnitt 24, im Ab stand 22, durch einen spanabhebenden oder sparlosen Arbeitsgang auf den Grundrohrdurchmesser 3 verrin- gert, wobei die Länge des Rohrabschnittes 24 so be messen wird, dass sie für einen Rohrbogen ausreicht.
Der Grundrohrdurchmesser 3 wird so bemessen, dass beim Überwalzen des Rohrabschnittes 24 der verrin- gerte Rippenaussendurchmesser 4 entsteht. Die Rohr innenwand wird durch das Aufwalzen der Rippe auf den Rippenaussendurchmesser 20 mit Wellungen 6 versehen. Dadurch wird der ursprüngliche Rohrinnen durchmesser 7 verändert, wie es die vergrösserte Dar stellung in Fig. 4 zeigt. Die Rippe ist schraubenförmig auf das glatte Rohr 1 aufgewalzt.
Mit gleicher Steigung verlaufen die Wellungen 6 unterhalb der Rippe an der Rohrinnenwand. Obwohl der Durchmesser des innen gewellten Rohres 8, wie in Fig.4 dargestellt, nur ge ringfügig grösser ist, als der Durchmesser des glatten Rohres 11, tritt eine wesentliche Schwächung der Rohrwanddicke 10 an den Vertiefungen 9 des innen gewellten Rohres ein. Auf Grund der erheblichen Schwächung der Rohrwanddicke und der Kerbwirkung kann ein solcher Rohrabschnitt nur mit relativ grossen Biegeradien gebogen werden.
Wie Fig.4 zeigt, tritt dagegen an den mit niedriger Rippe versehenen Rohr abschnitten keine Schwächung der Rohrwanddicke ein, da die Rohrinnenwand an diesen Stellen völlig glatt erhalten bleibt und ausserdem der Durchmesser des glatten Rohres 11 um die zweifache Wanddickendiffe- renz 12 geringer ist als der Aussendurchmesser der Wellungen 9. Nach dem Walzen des Rohres werden die Biegestellen im Rohrabschnitt 24 einem Glühpro- zess unterzogen, wodurch das Rohrmaterial, vorzugs weise Reinaluminium, in weichen Zustand versetzt wird.
Danach wird mittels einer Rohrbiegevorrichtung für quergewalzte Rippenrohre das gerade Rippenrohr an den Rohrabschnitten mit verringertem Rippenaus sendurchmesser 4 wechselseitig mit Rohrbogen verse hen, wie in Fig. 5 dargestellt, und in Schlangenlinien form gebogen. Die leichte Rippenbildung mit dem Rip- penaussendurchmesser 4 unterstützt die Rohraussen wand beim Biegen, so dass dem bekannten Einfallen des Rohrquerschnittes an der Rohrbogenaussenwand entgegengewirkt wird.
Nach diesem Biegeverfahren können Biegeradien an quergewalzten Rippenrohren gebogen werden bei einem Biegeverhältnis mittlerer Biegeradius 27 zu Grundrohraussendurchmesser 5 von annähernd 1:1. Bei der Herstellung von Rippenrohrre- gistern aus quergewalzten Rippenrohren nach diesem Verfahren wird erreicht, dass die zueinander parallel verlaufenden Rohrabschnitte mit dem Rippenaussen durchmesser 20 bei geringstem Abstand nebeneinander angeordnet werden können.
Nach einem weiteren erfindungsgemässen Verfah ren wird wie in Fig. 8 dargestellt, das glatte Rohr 1, auf einer Rippenrohrwalzmaschine quergewalzt. In den voraus bestimmten Rohrabschnitten 26 werden im Durchlauf der gesamten Rohrlänge, die Walzensätze 2 um den Hub 13 vom Rohrzentrum weiter entfernt, wodurch an diesen Stellen der Grundrohraussendurch- messer 15 auf den Grundrohraussendurchmesser 14 vergrössert wird.
Die mit dem Rippenaussendurchmes- ser 20 gewalzten Rohrabschnitte bilden im Rippen rohrregister die geraden Rohrabschnitte, an denen keine Biegung durchgeführt werden. Nach Fig.8 ist die verringerte Rippenhöhe 17 um etwa 20 ,'o niedriger als die Rippenhöhe 16, während die Rohrwanddicke 19 um den Hub 13 der Walzensätze 2 und um die Wellentiefe 23 stärker ist als die Wandstärke im Rohr abschnitt mit dem Rippenaussendurchmesser 20.
Die grössere Wandstärke in Verbindung mit einer annä hernd glatt verlaufenden Rohrinnenwand am Grund rohrinnendurchmesser 18 ermöglicht das Biegen von mittleren Biegeradien 27, die kleiner sind als der Grundrohraussendurchmesser 14. In Fig. 11 ist ein sol cher Rohrbogen dargestellt.
Nach diesem Verfahren können beliebig lange Rohre quergewalzt und während des Durchlaufes eines Rohres die erforderliche Anzahl solcher Rohrwandstärkenverdickungen angebracht wer den, die in genau vorausbestimmten Abständen durch einen Steuervorgang der Walzensätze 2 an der Rippen- rohrwalzmaschine ausgelöst werden. Im Anschluss an den Walzvorgang wird an dem mit Rippen versehenen Rohr, vorzugsweise durch einen spanabhebenden Arbeitsgang, gleichzeitig wechselseitig an allen Rohrab schnitten 25 wie in Fig. 7 und 9 dargestellt, die Rippe entfernt.
Nach einem diesem Arbeitsgang folgenden Glühprozess wird das Rohr auf der erfindungsgemäs- sen Vorrichtung gebogen. In Fig. 10 wird gezeigt, das der Grundrohraussendurchmesser 14 des Rippenrohres geringfügig abgeflacht wird. Durch die Abflachung werden die Stauchkräfte während des Biegevorganges im Rohrbogen verringert, da die Verdickung der Rohr wand während des Biegevorganges an den Biegestellen leichter vor sich geht.
Nach diesem Verfahren können auf der erfindungsgemässen Vorrichtung Biegeradien in einem Biegeverhältnis mittlerer Biegeradius 27 zu Grundrohraussendurchmesser 14 kleiner als 1:1 gebo gen werden, so dass Rippenrohrregister gebildet wer den können, bei denen die Rohrabstände 21 dem Rip- penaussendurchmesser 20 entsprechen.
Die Vorrichtung zur Durchführung der erfindungs- gemässen Verfahren besteht im wesentlichen aus einer Nachschiebeeinrichtung, einer Biegewelle mit Rückhol- einrichtung, dem Antriebsmechanismus sowie aus einer Drehscheibe mit Spanneinrichtung.
Die Nachschiebeeinrichtung ist im Zentrum der Drehscheibe 30 in einem Durchbruch 65 angeordnet. Die zugehörigen Biegebacken 64 sind wechselseitig ver senkbar und von dem Rippenrohr 62 abklappbar. In der Darstellung nach Fig. 12 befindet sich die obere Biegebacke 64 in Funktion, während die darunter lie- gende Biegebacken 64 zurückgeklappt und unter der Drehscheibenebene versenkt ist.
Wie Fig. 14 zeigt, sind die Biegebacken 64 und das Spannbackenuntert-il 42 mit gewindeförmigen Halbschalen 60 versehen, die mit Toleranz zwischen die gewindeförmig aufgewalzten Rippen hineinpassen.
Die Nachschiebekraft wird wie aus Fig. 15 und 16 ersichtlich ist, durch die Differenz zwischen dem Teilkreishalbmesser der Ritzelverzah- nung 46 und dem mittleren Biegeradius 33 sowie durch die daraus resultierende Differenz zwischen dem Hub 38 der Zahnstangen 44; 45 und der mittleren Bogenlänge am Rohrbogen 32 erzeugt.
Eine mit den Biegebacken 64 fest verbundene Aus gleichsreibungskupplung überträgt die auf die entspre chende Rohrabmessung einstellbare Nachschiebekraft auf das Rippenrohr 62. Die Biegebacken 64 sind wie Fig.17 zeigt, an T-förmige Leisten 63 fest ange schraubt. Diese Leisten gleiten in einer mit Bremsbelag ausgestatteten T-Nut 59, die in einem Block 57 einge arbeitet ist und mit einem Spannteil 56 versehen, die Ausgleichsreibungskupplung bilden. Das Spannteil 56 wird über zwei Spannschrauben 55 durch einen Exzenter 54 angezogen.
Der Anzugsdruck wird durch die Mutter 53 auf die erforderliche Nachschiebekraft eingestellt. Die Biegewelle 31 führt beim Biegen eines Rohrbogens die gleiche Drehbewegung aus wie die Drehscheibe 30 und wird nach Beendigung des Biegevorganges in die Nullstellung zurückgedreht. Die Biegewelle 31 trägt an ihrer Stirnseite eine geteilte Biegerolle 28 und eine Auflage 41 für das der Rippenform entsprechende Spannbackenunterteil 42. Im Bereich der Biegebacken ist die Biegewelle 31 mit einer Ritzelverzahnung 46 versehen, die mit den Zahnstangen 44; 45 im Eingriff steht, welche den Hub 50 der Biegebacken 64 bewirken.
Am hinteren Ende der Biegewelle 31 ist eine Rückholeinrichtung angebracht. Die Rückholeinricb- tung besteht aus einem Arbeitszylinder 48, der mit einem Führungskeil 49 verbunden ist. Durch e;ne Abwärtsbewegung des Führungskeiles 49 wird die Bie gewelle 31 um die Strecke 52 wie in Fig. 12 darge stellt, zurückgezogen bis die geteilte Biegerolle 28 un terhalb der Ebene der Drehscheibe 30 liegt.
Durch den Antriebsmechanismus wird wie aus Fig. 12 ersichtlich, eine in gleicher Drehrichtung und synchron verlau fende Verdrehung der Drehscheibe 30 und der Biege welle 31 beim Biegevorgang erreicht. Die Drehbewe gung der Drehscheibe 30 und der Biegewelle 31 erfolgt vorzugsweise durch einen hydraulisch-mechanischen Antrieb. Die Drehscheibe 30 entspricht in ihrem Halb messer der grössten zu biegenden Rohrschlangenlänge. Im Zentrum der Drehscheibe 30 ist ein Durchbruch 65 eingearbeitet, aus dem die Biegewelle mit dem Spann backenunterteil 42 hervorragt.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung hat den Vorteil, dass die Rohrschlange ohne zu wenden gebogen wer den kann, da dieses Problem mit der Zunahme der Anzahl der Biegestellen immer schwieriger wird.
Das Biegen einer Rohrschlange findet wie folgt statt: Ein gerades Rippenrohr 62 wird an der ersten Biegestelle oberhalb der geteilten Biegerolle 28 aufge legt. Danach wird das Pinol 58 mit dem Spannbacken oberteil 43 vorgeschoben, die geteilte Biegerolle 28 geschlossen, und das Rippenteil des Spannbackenober- und -unterteiles 42; 43 gespannt.
Die Biegebacke 64 wird mittels Handhebel 51 aus der Versenkung heraus gezogen und durch Verdrehen des Handhebels 51 an das freie Ende des Rippenrohres 62 herangeklappt, wobei die Gewindegänge 29 der gewindeförmigen Halbschale 60 der Biegebacken 64 zwischen die Rip pen 40 des Rohres 62 eingeführt werden und auf den Grundrohraussendurchmesser 15 drücken. Durch wei teres Verdrehen des Handhebels 51 wird über dem Exzenter 54 das Spannteil 56 fest auf die T-förmige Leiste 63 gepresst. Die Grösse der Druckkraft wird durch die Muttern 53 so eingestellt, dass die Nach schiebekraft auf die erforderliche Stauchung am Rohr bogen 32 abgestimmt ist.
Die untere Biegebacke 64 ist dabei unterhalb der Tischebene versenkt, so dass die Auflage 41 mit dem darauf befestigten Rohrende frei bewegbar ist. Durch den Arbeitszylinder 35 wird die Zahnstange 36 nach unten gezogen, wodurch die Dreh scheibe 30 und die Biegewelle 31 soweit verdreht wer den, bis der Rohrschenkel an dem freien Ende des Rippenrohres 62 anschlägt. Nachdem der erste Bogen hergestellt ist, wird das Pinol 58 mit dem Spannbak- kenoberteil 43 und der geteilten Biegerolle 28 gelöst und zurückgezogen. Nach diesem Arbeitsgang wird die Biegebacke 64 mittels Handhebel 51 von dem Rohr abgeklappt und in die Versenkung zurückgeschoben.
Durch den Arbeitszylinder 48 wird der Führungskeil 49 nach unten gezogen, wodurch die Biegewelle 31 um die Strecke 52 zurückgezogen wird. Dabei kommt das Ritzel 37 der Biegewelle 31 zum Eingriff in die Zahn stange 34 und das Zahnrad 47 wird von dem Getriebe getrennt. Die Biegewelle 31 wird dabei in die Nullstel lung zurückgedreht. Die Drehscheibenebene ist durch keine herausragenden Teile gesperrt, so dass sich das Rippenrohr 62 bis zur nächsten Biegestelle ungehindert verschieben lässt. Die Biegewelle 31 wird durch die Betätigung des Arbeitszylinders 48 wieder nach vorn geschoben, so dass die geteilte Biegerolle 28 und das Spannbackenunterteil 42 wieder aus der Drehscheibe 30 herausragen.
Das Spannbackenunterteil 42 wird auf einer Auflage 41 nach unten verschoben, und das zu biegende Rohrstück in die gewindeförmige Halbschale 60 eingedrückt. Jetzt liegt das Rohr mit seiner Biege stelle unterhalb der geteilten Biegerolle 28. Die geteilte Biegerolle 28 wird durch das Verschieben des Pinols 58 wieder geschlossen, wie bei dem ersten bereits be- schrieb.nen Biegevorgang. Mittels Spannelemente 61 wird die Rohrschlange auf der Drehscheibe 30 befe stigt. Die Zahnstange 36 wird nun durch den Arbeits zylinder 35 nach oben gedrückt, so dass die Dreh scheibe 30 und die Biegewelle 31 verdreht werden.