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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Biegen eines Rohres, insbesondere zur späteren Verwendung des Rohres in
einem Plattenwärmetauscher
wie etwa einem Plattenverdampfer eines Haushalts-Kältegeräts.
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Herkömmliche
Verfahren zum Biegen eines Rohrs für einen Plattenverdampfer verwenden
einen stationären
Biegebolzen, um den das Rohr abschnittweise herum gebogen wird,
und eine Rohrdüse, über die
das zu biegende Rohr an den Biegebolzen herangeführt wird. Nach dem Erzeugen
einer Biegung wird neues Rohr über
die Düse
in einer benötigten
Länge zugeführt, das
Rohr eventuell um die Achse der Düse gedreht und eine weitere
Biegung wird erzeugt, indem der neu zugeführte Rohrabschnitt um denselben Biegebolzen
herum gezogen wird. Durch mehrmaliges Zuführen von Rohr und Biegen in
jeweils entgegengesetzte Richtungen wird ein Verdampferrohr mit mäanderndem
Verlauf erhalten. Mit Fortschreiten der Fertigung nehmen Abmessungen
und Masse des Verdampferrohres zu, und es besteht die Gefahr, dass
Teile des Verdampferrohrs, die bereits korrekt gebogen wurden, sich
im Laufe der weiteren Fertigung wieder verformen, sei es aufgrund
von Reibung des hin und her geschwenkten Rohrs auf einer Unterlage
oder aufgrund von Fliehkräften,
die beim Drehen und Biegen auf bereits fertige Abschnitte des Verdampferrohres
wirken. Weitere Probleme können sich
ergeben, wenn die zu fertigende Form des Verdampferrohrs mit den
dafür verwendeten
Vorrichtungen inkompatibel ist und bereits fertig gebogene Teile des
Verdampferrohrs bei der Erzeugung weiterer Biegungen an diese Vorrichtungen
anstoßen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Biegen eines Rohres anzugeben, die ein nachträgliches
Verbiegen bereits fertig gebogener Teile des Rohrs verhindern.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren zum Biegen eines Rohrs mit den Schritten
- a) Bereitstellen einer Rohrdüse zum Zuführen des Rohrs
und eines im Bezug zu der Rohrdüse
bewegbaren, eine Mehrzahl von Biegebolzen aufweisenden Werkstückträgers;
- b) Fixieren eines Abschnitts des Rohrs an dem Werkstückträger;
- c) in Kontakt bringen eines sich zwischen der Rohrdüse und dem
fixierten Abschnitt des Rohrs erstreckenden Rohrabschnitts mit einem
der Biegebolzen und Drehen des Werkstückträgers um die Achse des Biegebolzens,
um das Rohr um den Biegebolzen herum zu biegen;
- e) in Kontakt bringen eines sich zwischen der Rohrdüse und dem
besagten Biegebolzen erstreckenden Rohrabschnitts mit einem weiteren
Biegebolzen und Drehen des Werkstücks um die Achse des weiteren
Biegebolzens, um den Rohrabschnitt um den weiteren Biegebolzen herum
zu biegen.
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Die
Mehrzahl von Biegebolzen erlaubt es, diese zum Stabilisieren der
Form des Rohrs mit den um sie herum gebogenen Rohrabschnitten in
Kontakt zu belassen, so dass eine nachträgliche Verformung bereits fertig
gebogener Abschnitte des Verdampferrohrs im Laufe der weiteren Fertigung
ausgeschlossen ist. Da somit auch Fliehkräfte keinen verformenden Einfluss
haben können,
können
die einzelnen Biegeschritte mit gleich bleibend hoher Geschwindigkeit
durchgeführt
werden, was auch eine Beschleunigung der Fertigung gegenüber herkömmlichen
Techniken ermöglicht.
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Das
Fixieren im Sinne des Schritts b) kann z. B. das Einführen des
Rohrs in eine Klemme des Werkstückträgers sein,
aber auch durch das Herumbiegen um einen Biegebolzen kann ein Abschnitt
des Rohrs am Werkstückträger fixiert
werden.
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Vorzugsweise
umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Verschiebens des Werkstückträgers, um
zusätzlich
Rohr aus der Rohrdüse
heraus zu ziehen. Dadurch ist es möglich, diejenigen Biegebolzen, um
die das Rohr jeweils als nächstes
herum gebogen werden soll, in einem im Wesentlichen gleich bleibenden,
geringen Abschnitt von der Rohrdüse
zu platzieren.
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Die
Richtung der Verschiebung des Werkstückträgers in Schritt d) ist vorzugsweise
parallel zum Verlauf des Rohrs zwischen den in den Schritten c)
und e) umschlungenen Biegebolzen, um eine zusätzliche Verbiegung des Rohrs
während
des Herausziehens zu vermeiden.
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Ebenfalls
zum Vermeiden einer unkontrollierten Biegung ist es sinnvoll, wenn
der Werkstückträger in Schritt
c) gedreht wird, bis ein sich von dem Biegebolzen zur Rohrdüse erstreckender
Rohrabschnitt in Richtung des in Schritt e) zu umschlingenden Biegebolzens
weist.
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Um
die Weiterverarbeitung des fertig gebogenen Rohrs zu einem Plattenwärmetauscher
zu erleichtern, kann als weiterer Verfahrensschritt das Auftragen
von Klebstoff auf das Rohr vorgesehen sein. Dies geschieht vorzugsweise
gleichzeitig mit dem Herausziehen des Rohrs aus der Rohrdüse.
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Um
das fertig gebogene Wärmetauscherrohr von
dem Werkstückträger zu lösen, kann
vorgesehen werden, die Biegebolzen im Werkstückträger zu versenken. Dies kann
auf besonders einfache Weise geschehen, indem beim Andrücken des
Werkstückträgers an
eine Platte, an der auch das fertig gebogene Rohr fixiert wird,
die Biegebolzen in den Werkstückträger hinein
zurückgedrängt werden.
Hierfür
können die
Biegebolzen die Platte direkt berühren.
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Um
die für
einen Wärmeaustausch
zur Verfügung
stehende Fläche
zu vergrößern, ist
es zweckmäßig, das
Rohr zwischen dem Werkstückträger und einer
Platte, vorzugsweise der Platte, auf der es befestigt wird, zusammenzudrücken.
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Gegenstand
der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen
Verfahrens, die einen Werkstückträger mit
mehreren, zueinander parallele Achsen aufweisenden Biegebolzen und
eine Halterung für
den Werkstückträger umfasst,
die eine Drehung des Werkstückträgers um jede
Achse eines der Biegebolzen erlaubt.
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Als
Halterung kommt insbesondere ein Roboterarm in Betracht, der ein
Kopfstück
aufweist, an dem der Werkstückträger um eine
zu den Achsen der Biegebolzen parallele Drehachse drehbar montiert
ist und der eingerichtet ist, dieses Kopfstück auf einer Kreisbahn von
wählbarem
Durchmesser zu bewegen, wobei die Achse der Kreisbahn zu der Drehachse
des Kopfstücks
parallel ist. Durch passende Wahl von Mittelpunkt und Durchmesser
der Kreisbahn kann jede Achse eines Biegebolzens in Bezug auf ein ortsfestes
Koordinatensystem zur Drehachse des Werkstückträgers gemacht werden.
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Der
Werkstückträger umfasst
vorzugsweise eine Trägerplatte,
in die die mehreren Biegebolzen zurückdrängbar sind.
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Die
Biegebolzen haben vorzugsweise eine taillierte Umfangsfläche, um
einem um sie herum gebogenen Rohr sicheren Halt zu geben.
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Wenn
die Biegebolzen einen der Trägerplatte
benachbarten Fuß,
um den das Rohr herum geschlungen werden kann, und eine über den
Fuß überstehende
Spitze haben, deren Durchmesser kleiner als der des Fußes ist,
kann durch Drücken
einer Platte auf die Spitze eines Biegebolzen der Biegebolzen in
die Trägerplatte
zurückgedrängt und
das Rohr vom Biegebolzen gelöst
werden, und gleichzeitig kann es zwischen der Trägerplatte und der andrückenden
Platte eingeklemmt werden, sei es zum Flachdrücken oder zum Festkleben an
der dagegen gedrückten
Platte.
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Eine
Klebstoffdüse
zum Auftragen von Klebstoff auf aus der Rohrdüse austretendes Rohr ist zweckmäßigerweise
zu der Rohrdüse
benachbart angeordnet.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Werkstückträgers;
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2 einen
schematischen Querschnitt durch den Werkstückträger, einen ihn haltenden Roboterarm
und einen ortsfesten Rohrzuführungskopf;
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3A bis 3D jeweils
eine schematische Draufsicht auf den Rohrzuführungskopf und den Werkstückträger in verschiedenen
Stadien der Fertigung des Wärmetauscherrohrs;
und
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4A bis 4C jeweils
verschiedene Stadien der Anbringung des Wärmetauscherrohrs auf einer
Grundplatte eines Wärmetauschers.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Werkstückträgers. Der Werkstückträger umfasst
eine Grundplatte 1, deren Abmessungen im Wesentlichen denen
eines mit ihm zu fertigenden Verdampferrohrs entsprechen. Eine erste
Klemmvorrichtung 2 an einer Schmalseite der Grundplatte 1 ist
vorgesehen, um darin ein Anfangsstück eines in 1 nicht
dargestellten auf der Grundplatte 1 zu verlegenden Rohrs
zu klemmen. An den Längsseiten
der Grundplatte sind Biegebolzen 3 in drei zueinander und
zu den Längsseiten
parallelen Reihen 4, 5 bzw. 6 angeordnet.
Die Biegebolzen der Reihen 4, 5 sind gegeneinander
versetzt angeordnet, so dass das Rohr zwischen Biegebolzen der Reihen 4 und 5 hin
und her mäandernd
verlegt werden kann. Indem das Rohr um unterschiedlich viele Biegebolzen
der Reihen 4, 5 herumgelegt wird, können Verdampferrohre
für Verdampfer
von unterschiedlicher Höhe
vorgeformt werden. Je nach Abmessung des zu fertigenden Verdampfers
wird die eine oder andere von zwei an einer Längsseite der Grundplatte 1 angeordneten
Klemmvorrichtungen 7 bzw. 8 zum Klemmen des hinteren
Endes des Rohrs verwendet.
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Die
Grundplatte 1 ist zur Reduzierung von Gewicht und Trägheitsmoment
von einer Vielzahl von Schlitzen 9 durchzogen, die jeweils
so platziert sind, dass ein auf der Grundplatte 1 verlegtes
Rohr keinen der Schlitze 9 kreuzt, sondern auf Stegen 10 zwischen
den Schlitzen 9 verläuft.
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Die
Biegebolzen 3 umfassen jeweils einen im Wesentlichen flachzylindrischen
Rollenkörper 11 mit einer
umlaufenden Nut 12 und einen Schaft 13, der in der
Grundplatte 1 in Richtung seiner Achse bzw. der Oberflächennormalen
der Grundplatte 1 verschiebbar gehalten ist. Eine Spitze
des Schafts 13 steht über
den Rollenkörper 11 über. Unterhalb
jedes Rollenkörpers 11 ist
in der Grundplatte 1 eine Aussparung 14 (siehe 2)
gebildet, die bemessen ist, um eine (nicht dargestellte) drückende Schraubenfeder und,
in gestauchtem Zustand der Schraubenfeder, den Rollenkörper 11 aufzunehmen.
In entspanntem Zustand hält
die Schraubenfeder den Rollenkörper 11 in
seiner in den 1 und 2 gezeigten, über die
Oberseite der Grundplatte 1 vorspringenden Stellung.
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An
einem der in dem Schnitt der 2 dargestellten
Biegebolzen 3 ist ein herumgeschlungenes Rohr 15 gezeigt.
Das Rohr 15 wird von einer Rohrdüse 16 in spitzem Winkel
zur Oberfläche
der Grundplatte 1 zugeführt.
Eine vor dem Ausgang der Rohrdüse 16 platzierte
Klebstoffdüse 17 trägt eine Raupe 18 aus
Butylkleber auf das aus der Rohrdüse 16 austretende
Rohr 15 auf.
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Die
Rohrdüse 16 und
die Klebstoffdüse 17 sind
ortsfeste Komponenten eines Rohrbiegeautomaten, zu dem ferner ein
die Grundplatte 1 unterstützender Roboter 19 gehört. Der
Roboter 19 umfasst wenigstens einen in 2 nicht
gezeigten Oberarm und einen Unterarm 20, die um eine vertikale
Achse drehbar miteinander verbunden sind, sowie ein Kopfstück 22,
an dem die Grundplatte 1 um eine zur Verschieberichtung
der Biegebolzen 3 parallele und leicht den die Vertikale
geneigte Achse 23 drehbar ist. Durch koordinierte Bewegungen
von Ober- und Unterarm des Roboters 19 ist die Achse 23 bezogen auf
ein ortsfestes Koordinatensystem horizontal in zueinander orthogonalen
Richtungen verschiebbar.
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Die
Arbeitsweise der von dem Werkstückträger, dem
Roboter 19 und den Düsen 16, 17 gebildeten
Rohrbiegevorrichtung wird anhand der 3A bis 3D erläutert. 3A zeigt
ein Anfangsstadium der Fertigung eines Verdampferrohrs. Das zum Beispiel
von einer Rolle abgewickelte und über die Rohrdüse 16 zugeführte Rohr 15 ist
in der Klemmvorrichtung 2 gehalten, und ein Abschnitt 24 des
Rohrs erstreckt sich geradlinig zwischen der Klemmvorrichtung 2 und
der Rohrdüse 16,
wobei er einen Biegebolzen 3 der Reihe 4 berührt.
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In
einem anschließenden
Fertigungsschritt schwenkt der Oberarm 21 des Roboters
um eine ortsfeste Achse 25, und gleichzeitig schwenkt der Unterarm 20 in
Bezug zum Oberarm 21 so, dass das Kopfstück 22 einen
Halbkreis 26 beschreibt, dessen Mittelpunkt der von dem
Rohrabschnitt 24 berührte Biegebolzen
ist. Gleichzeitig mit den Bewegungen von Ober- und Unterarm des
Roboters 19 wird auch die Grundplatte 1 in Bezug
zum Kopfstück 22 so
gedreht, dass die Grundplatte 1 bezogen auf ein ortsfestes
Koordinatensystem eine Drehung um 180° beschreibt. So bleibt die Lage
der Achse 23 im Raum während
der Bewegung des Roboters unverändert. Im
Laufe dieser Drehung legt sich das Rohr 15 um den Biegebolzen 3 herum,
und es ergibt sich die in 3B gezeigte
Konfiguration, in welcher die Düsen 16, 17 benachbart
zu dem umschlungenen Biegebolzen 3 über der Grundplatte 1 platziert
sind. Aufgrund des spitzen Winkels, den die Achse 23 mit
der Vertikalen bildet, ist die Drehung möglich, ohne dass es zu einem Zusammenstoß zwischen
den Düsen 16, 17 und
den von der Grundplatte 1 überstehenden Biegebolzen 3 kommen
kann.
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Als
nächstes
werden Ober- und Unterarm des Roboters 19 so geschwenkt,
dass das Kopfstück 22 eine
lineare Bewegung entsprechend dem Pfeil 27 in 3B beschreibt.
Gleichzeitig wird die Grundplatte 1 in Bezug zum Kopfstück 22 so
rotiert, dass sie ihre Orientierung im Raum beibehält. Dadurch wird
zusätzliches
Rohr geradlinig aus der Rohrdüse 16 herausgezogen,
und wie in 3C gezeigt, berührt der
neu herausgezogene Rohrabschnitt 28 einen Biegebolzen 3 der
Reihe 5.
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In
einem nächsten
Schritt werden Drehungen der Arme 20, 21 und des
Kopfstücks 22 so
koordiniert, dass die Grundplatte 1 eine 180°-Drehung
mit dem vom Rohrabschnitt 28 berührten Biegebolzen 3 als
Mittelpunkt beschreibt, wodurch das Rohr 15 um diesen Biegebolzen 3 herum
geschlungen wird. Durch eine anschließende Translation wird ein
neuer Rohrabschnitt aus der Rohrdüse 16 herausgezogen, der
an einem nächsten
Biegebolzen 3 der Reihe 4 zur Anlage kommt. Dieser
bildet den nächsten
Drehmittelpunkt einer Bewegung der Grundplatte 1. Durch sukzessives
Drehen und Verschieben der Grundplatte 1 wird das Rohr 15 um
so viele Biegebolzen 3 der Reihen 4, 5 herum
geschlungen, wie erforderlich.
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Wenn
die für
einen Plattenverdampfer mit gegebenen Abmessungen benötigte Anzahl
von Rohrmäandern
erhalten ist, wird das Rohr, wie in 3D gezeigt,
um einen Biegebolzen 3 der Reihe 6 herum und zwischen
diesem und einem benachbarten Biegebolzen 3 derselben Reihe
hindurchgeführt. 3D zeigt
die Konfiguration nach Herumführen des
Rohrs 15 um einen Biegebolzen 3 an einem überstehenden
Finger 29 der Grundplatte 1 und Verlegen des Rohrs
entlang einer Längskante
der Grundplatte 1 von dem Finger 29 bis zur Klemmvorrichtung 7.
Zwischen dieser und der Rohrdüse 16 kann
das Rohr nun durchtrennt werden, um die Formung des Verdampferrohrs
abzuschließen.
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Da
bis zum Abschluss der Formung sämtliche
Biegebolzen 3, an denen das Rohr 15 gebogen worden
ist, in Kontakt mit diesen bleiben, ist die erhaltene Form des Verdampferrohrs
exakt fixiert, und Verformungen aufgrund von Reibung oder Fliehkräften sind
ausgeschlossen.
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Die
Grundplatte 1 mit dem darauf gehaltenen Rohr 15 wird
nun gegenüber
einer Trägerplatte 30 des
zu fertigenden Verdampfers platziert und gegen diese gedrückt. Dabei
kommen zunächst
die überstehenden
Spitzen der Schäfte 13 mit
der Trägerplatte 30 in
Kontakt, und die Biegebolzen 3 werden in die Aussparungen 14 der
Grundplatte zurückgedrängt, wie
in 4B zu erkennen. Gleichzeitig wird das Rohr 15 aus
den Nuten 12 der umschlungenen Rollenkörper 11 herausgedrückt.
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Indem
die Grundplatte 1 und die Trägerplatte 30 weiter
aufeinander zu bewegt werden, wird zunächst die Klebstoffraupe 18 zwischen
dem Rohr 15 und der Trägerplatte 30 flachgedrückt, und
schließlich
wird auch das Rohr 15 selbst abgeflacht, wie in 4C zu
erkennen, was den thermischen Kontakt zwischen ihm und der Trägerplatte 30 verbessert. Sobald
der Klebstoff 18 hinreichend abgebunden ist, um das Rohr 15 auf
der Trägerplatte 30 festzuhalten, kann
der Werkstückträger entfernt
werden, und der Plattenverdampfer ist fertig.