DE1602264A1

DE1602264A1 - Verfahren zur Herstellung laengsgerippter Rohre

Info

Publication number: DE1602264A1
Application number: DE19671602264
Authority: DE
Inventors: Greis Howard Arthur; Pettee George Harris; Kubert Vincent Theodore
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-03-24
Filing date: 1967-03-21
Publication date: 1970-05-14
Also published as: GB1125188A; SE321913B; NO127795B; US3407638A; BE695701A; DK130951C; NL6700126A; FR1515321A; CH447084A; DE1602264B2; DK130951B; ES337295A1

Description

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Postfach 3OU 656-39-3D-330

General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, M. Y., USA

Verfahren zur Herstellung längsgerippter Rohre

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung längsgerippter Rohre, die besonders gut als V/ärraeaustauscherrohre verwendet werden können. In einem bekannten Destillierapparat werden solche längsgerippten Rohre als Wärmeaustauscher verwendet. Zu diesem Zweck sind diese Rohre als dünnwandige Hohlzylinder ausgebildet, deren Durchmesser zwischen 6,25 und 15,2 cm liegt, Die Länge dieser Rohre schwankt bei dieser Anwendung. Die Rippen laufen in Längsrichtung an den Rohren entlang, so daß sowohl die Innenflächen als auch die Außenflächen der Rohre abwechselnd mit Nuten und Kanten versehen sind, die die Rohre entlanglaufen ο ■ ■ :

Dünne, glattwandige Rohre sind aus den verschiedensten Materialien kommerziell erhältlich. Die Kosten für längsgerippte Rohre sind dagegen sehr hoch, da ein wirtschaftliches Verfahren zum genauen herstellen solcher längsgerippter Rohre bisher noch'nicht be-

^{kannt war}* BAD ORIGINAL

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Kürzlich wurde vorgeschlagen, die Innen- oder Außenflächen von Hohlzylindern mit Hilfe einer abgewandelten Vorrichtung zum Gewindepressen oder Gewindewalzen mit Rippen zu versehen. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist die Herstellung von Rändelrändern» Es ist jedoch sehr schwierig, soitfohl die Innenseite als auch die Außenseite eines dünnwandigen Zylinders derart mit Rippen zu versehen bzw. derart gewellt auszubilden, daß die Wandstärke des fertig gerippten oder gewellten hohlZylinders überall die gleiche ist.

Ein Verfahren zur Herstellung längsgerippter oder längsgewellter dünnwandiger Rohre ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein glattes, dünnwandiges Rohr über einen 'Dorn geschoben wird, der mit längs verlaufenden Zähnen versehen ist, die in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind. Dann werden ein oder mehrere ebenfalls mit Zähnen versehene Drückräder, bei denen die Zahnabstände etwas größer als die Zahnabstände auf dem Dorn sind, von außen gegen das Rohr gedruckt und gedreht, so daß das dünnwandige Rohr zwischen den Zähnen des Dorns und den Zähnen der Drückräder verformt v/ird. Das Rohr und der Dorn werden in Längsrichtung zwischen den Drückrädern hindurch geschoben. Zu Beginn des Verfahrens werden der Dorn und die Drückräder synchron gegeneinander gedreht. Anschließend werden nur noch die Drückräder gedreht, während der radial gerichtete Druck der Drückräder gegen das dünnwandige Rohr aufrecht erhalten wird, da das verformte Rohr dann selbst für die Synchronisierung sorgt.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden. Π Π 9 8 2 ö/017 5

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Fig» 1 zeigt einen Teil eines längsgerippten oder längsgewellten Rohres, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist. .

Fig. 2 zeigt im Querschnitt ein glattes Rohr, das auf einen Dorn geschoben ist.

Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung, die zum Aufschieben des glattwandigen Rohres auf den Dorn verwendet werden kann.

Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung zum Wellen oder Rippen der Rohre.

Fig. 5 ist ein Querschnitt durch das Rohr, den Dorn und' die Drückräder längs der Linie V-V aus Fig. 4*

Fig. 6 zeigt teilweise im Schnitt, wie das Verfahren nach der Erfindung arbeitet.

Fig. 7 und 8 sind ein Längs- und ein Querschnitt und zeigen eine andere Möglichkeit, den Dorn mit den Drückrädern zu synchronisieren.

In der Fig. 1 ist ein Rohr 1 gezeigt, das außen mit Rippen oder Wellen 2 und innen mit entsprechenden Rippen oder Welien= 3 versehen ist. Der Durchmesser und die Länge des Rohres hängen genauso wie die genaue Form und der Abstand der Rippen von der Vorrichtung'

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ab, die zur Herstellung des Rohres verwendet worden ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich längsgerippte oder längsgewellte Rohre verschiedenster Gestalt herstellen, also beispielsweise Rohre, bei denen die Rippen oder Wellen nur schwach ausgeprägt sind, und Rohre, bei denen die Rippen stark ausgeprägte V-Form haben. Der Zweckmäßigkeit halber soll im folgenden aber nur von "Rippen" geisdet werden. Es sei bemerkt, <&ß die Rippen an der Innenseite und der Außenseite der Rohre derart gegenseitig angeordnet sind, daß die Wandstärke des Rohres 1 überall die gleiche ist.

Als Materialien für die Herstellung des Rohres 1 sind verschiedene duktile und halbduktile i-Iaterialien geeignet. Beispiele sind Kupfer, eine Kupfer-Nickel-Legierung aus 90 % Kupfer und 10 % Nickel, Aluminium und andere leicht verformbare Materialien.

In der Fig. 2 ist der erste SChnritt des Verfahrens aurgestellt, der darin besteht, daß ein Dorn, dessen Außendurchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser des Ronres 1 ist, innerhalb des Rohres 1 angeordnet v/ird. Der Dorn 4 ist mit parallel verlaufenden Zähnen von der gewünschten Gestalt versehen, die voneinander äquidistant angeordnet sind. Als Material für den Dorn 4 ist ein Stahl mit einem hohen Kohlenstoffgenalt geeignet. Der Dorn 4 erstreckt sich zumindest die ganze Länge des Rohres 1 entlang und paßt in das Rohr hinein.

In der Fig. 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, nit der das Rohr 1 auf den Dorn 4 ?.ufgeschoben werden kann. Der Dorn ist an seiner·! einen hnde nit einem Synchronisierung ritzel 5 und mit einer Ver-

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6 versehen. Das Dornende mit dem Synchronisierungsritzel 5 stützt sich gegen ein feststehendes Widerlager 7 ab, während das andere Dornende in das eine Ende des Rohres 1 hineingeschoben wird. In das andere Ende des Rohres 1 ist ein zylindrisches Stück S eines bewegbaren Widerlagers 9 eingesetzt. An dem Rohr 1 und dem Dorn 4 entlang können Rollen oder dergleichen (nicht gezeigt) angeordnet werden, um die Ausfluchtung des Rohres 1 gegenüber dem Dorn aufrechtzuerhalten. An dem bewegbaren Wider*- lager 9 sind Kabel 10 und 11 befestigt, die an ihrem anderen Ende mit den Trommeln einer Winde 12 verbunden sind. Wenn man somit die linde λ2 in Betrieb nimmt, wird,das Rohr 1 auf den Dorn 4 aufgezogen. Das Ende des Rohres 1 wird so x\reit auf den Dorn 4 aufgezogen, · bis es die Muten 13 überlappt, die in den Dorn 4 eingeschnitten sind.

Es sei bemerkt, daß es günstig ist, wenn das Synchronisierungsritzel 5 kleiner als der Durchmesser des Domes ist. Dadurch ist es möglich, das Rohr auch von der anderen Seite her über den Dorn zu schieben, was bei der Verwendung von vollautomatischen Vorrichtungen vorteilhaft sein kann.

In der Fig. 4 ist nun eine Vorrichtung dargestellt, mit der das Rohr 1 in Längsrichtung gewellt oder gerippt werden kann. Es sind zv/ei Joche 14 und 15 vorgesehen, in denen zwei gezahnte Drückräder 16 und 17 drehbar gehaltert sind. Die beiden Joche 14 und 15 können in senkrechten Ebenen verkantet werden, wie es dargestellt ist. weiterhin sind Vorrichtungen wie beispielsweise Hydraulikzylinder (nicht gezeigt) vorgesehen, mit denen die Joche und die Drückräder

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mit einer solchen Kraft aufeinander zu gedrückt werden können, die zur Verformung des Rohres 1 ausreicht. DAs ist durch die Pfeile 18 und 19 angedeutet. Eine Vorrichtung, mit der man die Drückräder in der richtigen Orientierung und mit dem richtigen Druck gegen das Rohr 1 andrücken kann, läßt sich aus einer üblichen Gewindewalz- oder Gewinderollmaschine erhalten, wenn man die Gewinderollköpfe durch die Drückräder 16 und 17 ersetzt.

Die Vorrichtung, mit der die Drückräder 16 und 17 mit der gleichen Geschwindigkeit angetrieben i^erden, weist einen Motor 20 sowie im Eingriff stehende Zahnräder 21, 22 und 23 auf. Weiterhin sind Antriebswellen 24 und 25 vorgesehen, die mit den Drückrädern 16 und 17 verbunden sind. Die genaue Anordnung geht aus der Fig. klar hervor.

Das Rohr T wird auf dem Dorn 4 mit Hilfe einer Anzahl von Keilen 26 verkeilt, die in die Nuten 13 (Fig. 3) eingeschlagen werden. Hierzu kann man aber auch andere, insbesondere automatische Vorrichtungen vewenden.

Auf das andere ENde des Rohres 1 wird mittels eines bewegbaren Widerlagers 27 bei Bedarf ein Längsdruck ausgeübt. Dieses Wider-." lager ist mit einem Lager 28 versehen, so daß sich das Rohr und der Dorn gegenüber dem Widerlager drehen können. In den meisten Fällen reicht jedoch der Anstellwinkel der Drückräder 16 und 17 aus, eine ausreichend große Kraftkomponente in axialer Richtung hervorzurufen, um das Rohr und den Dorn während des Ablaufes des Verfahrens in Längsrichtung zwischen den Drückrädern hindurchzu-

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schieben.

Um sicherzustellen, daß die !Wandstärke des Rohres überall gleich bleibt, müssen der Dorn und die Zähne der Drückräder mit der richtigen Phasenbeziehung gegeneinander gedreht werden. Während des Ablaufes des Verfahrens stellt sich diese Phasenbeziehung von selbst richtig ein, wenn nämlich ein Teil des Rohres bereits gerippt ist, da sich dann die bereits verformten Wandteile eng an den Dorn und an die Zähne der DrückTäder anlegen. Zu Beginn des Verfahrens ist es jedoch nicht gewährleistet, daß die Zähne des Dorns und die Zähne der Drückräder richtig ineinandergreifen, daß also wie bei kämmenden" Zahnrädern die Spitzen der Zähne auf den Drückrädern genau zwischen die Spitzen der Zähne auf dem Dorn fallen. In diesem Falle wäre die Wandstärke des gewellten Rohres nicht mehr gleichförmig.

Um nun zu BEginn des Verfahrens die richtige Synchronisierung zu bewerkstelligenj ist eine Synchronisierungsvorrichtung vorgesehen, die mit "29" bezeichnet ist. Die Synchronisierungsvorrichtung 29 weist zwei Synchronisierungszahnräder 30 und 31 auf, die in bewegbaren JOchen 32 und 33 gelagert sind und mit dem Synchronisierungsritzel 5 in Eingriff stehen. DAs Zahnrad 30 wird von der Welle des Drückrades 16 über über eine Universalwelle 34 angetrieben, die mit der Welle des Drückradesiiö durch eine einstellbare Kupplung verbunden ist. Wichtig ist zu bemerken, daß die Universalwelle 34 (wie auch die tereits erwählten Wellen 24 und 25) so ausgebildet ist, daß sie zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle korrespondierende Winkelgeschwi,ndigkeiten hervorruft. Außerdem muß das Verhältnis zwischen den Zähnen der Synchronisierungszahnräder 30 und 31 und den Zähnen auf dem Ritzel 5 gleich dem

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Verhältnis zwischen den Zähnen der Drückräder 16 und 17 und den Zähnen auf dem Dorn 4 sein. Es besteht also eine Drehverbindung zwischen den Drückrädern 16,17, der Kupplung 35, der Universalantriebswelle 34, den Synchronisierungszahnrädern 30, 31 sowie zwischen dem Synchronisierungsritzel 5, der Welle 6 und dem Dorn 4, so daß der Dorn 4 zusammen mit den Drückrädern 16 und 17 gedreht wird, wenn die SynchronisierungsZahnräder 30 und 31 eingedrückt sind.

Die Kupplung 35 wird dazu verwendet, die Torsionselastizität der Drehverbindung zwischen den Drückrädern 16 und 17 und dem Dorn 4 auszugleichen, so daß die Drückräder und der Dorn in der richtigen Phase synchronisiert sind, wenn die Vorrichtung unter Torsionsbeanspruchungen arbeitet.

Der Zweck der bewegbaren Joche 32 und 33 besteht darin, die Zahnräder 31 und 30 vom Synchronisierungsritzel 5 wegzuschwenken, so daß das Rohr 1 und der Dorn 4 frei zwischen den Synchronisierungs· ζ ahnrädern 30 und 31 hindurch laufen können, wenn die Synchronisierung von dem bereits verformten Rohr übernommen worden ist und die Synchronisierungszahnräder nicht mehr benötigt werden.

In der Fig. 5 ist schematisch die Drehrichtun;: für die Drückräder, den Dorn und das Rohr dargestellt, i.'ie man sieht, wird die ricntige Phasenbeziehung zwischen den ürückrädern und dem Dorn von dem deformierten Roiir aufrecat erhalten, wenn die Synchronisierung erst einmal hervorgerufen worden ist.

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In der Fig. 6 sind nun die Grundlagen dargestellt, auf denen die Wahl der Zähne auf den Drückrädern und dem Dorn sowie die Wahl der Anstellwinkel beruht. Der Anstellwinkel A ist der besseren Darstellung wegen zu groß gezeichnet, Er liegt üblicherweise zwischen 1/3° und 5°. Wie man am Beispiel der Zähne 16a sieht, ist das Drückrad 16 schrägt verzahnt ausgebildet, so daß die Zähne 16a an der Stelle, an der sie mit den Rippen oder Wellen der deformierten Rohrwand im Eingriff stdien, parallel zu den Zähnen auf dem Dorn sind. Wenn man also RoIm? herstellen xvill, deren Rippen oder Wellen genau longitudinal verlaufen, ist der Winkel, unter dem die Zähne 16a schrägverzahnt sind, genau gleich dem Anstellwinkel A. Dreht sich nun das Drückrad 16 in Richtung des Pfeiles 36, so entsteht eine axial gerichtete Kraftkomponente, die auf das Rohr und den Dorn einwirkt und mit dem Pfeil 37 bezeichnet ist. Die Größe dieser Kraftkomponente hängt von der Größe des Anstellwinkels A ab. Es ist nicht erforderlich, daß die Rippen genau longitudinal am Rohr verlaufen müssen. Vielmehr können die · Rippen auf beliebige Weise schraubenförmig verlaufen. Hierzu braucht man nur die Zähne auf dem Dorn 4 schraubenförmig auszubilden und den Winkel der SChrägverzahnung des Drückrades 16 gegenüber dem Anstellwinkel A richtig zu wählen.

Um nun das Rohr 1 schrittweise verformen zu können, sind die Zähne 16a mit einem Vorformungsteil 16b, mit einem Hauptforinungsteil 16c und mit einem Endformungsteil 16d versehen xrorden.

uas Verfahren, das mit der Vorrichtung nach Fig. 4 ausgeführt v/erden kann, besteht darin, die Drückräder 16 und 17 zu drehen,

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während auf die Joche 14 und 15 ein Druck ausgeübt wird und die Synchronisierungsvorrichtung 29 in Eingriff steht. Kenn ein kurzes Stück des Rohres 1 verformt worden ist, wie es in der Fig. 4 mit "38" angedeutet ist, werden die JOche 32 und 33 v/eggeschwenkt, so daß die Synchronisierungsvorrichtung nicht mehr wirksam ist. Das Rohr und der Dorn können dann frei zwischen den Synchronisierungszahnrädern hindurchgeschoben v/erden, wenn das Verfahren weiter läuft. l.^:un v/erden nur noch die Drückräder 16 und 17 vom .iotor 2ü gedreht, während der radial gerichtete Druck aufrecht erhalten wird. Um nun das Vorschieben des Rohres und des Domes zu unterstützen, kann auf Wunsch auf das bewegbare Widerlager 27 eine axial gerichtete Kraft ausgeübt werden.

In den Fig. 7 und 8 ist nun eine andere Art der Synchronisierung dargestellt. Hier wird anstelle der Synchronisierungsvorrichtung 29 ein Vorlaufstück 39 verwendet. In den Fig. 7 und 8 sind ein Drückrad 16 und der Dorn 4 schon in der richtigen Phasenbeziehung dargestellt, die durch das Vorlaufstück 39 hervorgerufen worden ist, das wie ein bereits verformtes Rohr gestaltet ist. Dieses Vorlaufstück 39 wird noch vor dem einen Rohrende 1 auf den Dorn aufgeschoben. Die richtige Phasenbeziehung stellt sich dann von selbst ein, wenn das Ende des Rohres 1 unter den Vorformungsteilen 16b des Drückrades 16 entlang läuft. Diese Art der Synchronisierung ist zwar einfacher als die bereits beschriebene. Sie ist jedoch zeitraubender und außerdem für vollautomatische Verfahren weniger gut geeignet. Weiterhin ist die Synchronisierung mittels eines VorlaufStückes dann nicht anwendbar, wenn nur der Mittelteil des

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Rohres gewellt werden soll, die Enden des Rohres dagegen glattwandig bleiben sollen, was Vorteile bietet, wenn das gewellte oder gerippte Rohr in einen Wärmeaustauscher eingesetzt und verlötet werden soll. Wenn das Rohr und der Dorn in Längsrichtung weiter geschoben urerden, kommt das Vorlaufstück von selbst außer Eingriff· da es von den Drückrädern in Längsrichtung weggeschoben wird.

Nachdem das Rohr 1 im gewünschten Umfang gerippt oder gewellt worden ist, wird das Rohr vom Dorn-4 abgezogen. Man kann das gesamte Rohr 1 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wellen oder mit Rippen versehen. Häufig ist es jedoch vorteilhaft, die Enden des Rohres glatt zu belassen, so daß das Rohr leichter mit anderen Bauteilen verbunden werden kann.

Aus der Fig. 5 geht hervor, daß die Kreisteilung auf dem Drückrad die gleiche wie auf dem verformten Rohr sein muß, damit das Drückrad riehtig mit den Rippen des deformierten Rohres in Eingriff kommen kann. Die tatsächliche ICreistilung der Zähne auf den Dorn muß daher etwas geringer sein als die Kreisteilung auf den Drückrädern, da zur effektiven Kreisteilung der Zähne auf dem Jörn die Wandstärke des Rohres etwas beiträgt. Wenn in den Patentansprüchen der Ausdruck "äquivalenter Abstand der Zähne" oder etwas ähnliches verwendet wird, so soll dieser Tatbestand damit geneint sein.

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Das beschriebene Verfahren weist den Vorteil großer Einfachheit auf. Darüberhinaus ist das Verfahren sehr wirtschaftlich und kann zur Herstellung von gerippten oder gewellten Rhren von verschiedenen Durchmessern angewendet werden. Hierzu ist es nur erforderlich, Dorne mit verschiedenen Durchmessern zu verwenden. Darüberhinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr flexibel, da es keine Schwierigkeiten bereitet, gerippte oder gewellte Rohre verschiedener Längen herzustellen.

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Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung längsgerippter oder längsgewellter Rohre, dadurch g e kenn z- ei cn net, daß ein mit Zähnen versehener Dorn (4) in ein Rohr (1) geschoben wird, und daß mit Zähnen versehene Drückräder (16,17), bei denen der Zahnabstand dem Zahnabständ auf dem Dorn ("4) äquivalent ist, mit einer solchen Kraft und derart gegen das Rohr (1) angedrückt und gedreht werden, daß die Zähne der Drückräder (16,17) den Lücken zwischen den Zähnen auf dem Dorn gegenüberstehen und das Rohr verformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Dorn mit einer Anzahl von äquidistant angeordneter Zähne versehen ist und daß das Rohr (1) und der Dorn (4) in Längsrichtung zwischen den Drückrädern hindurchgeschoben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zähne der Drückräder schrägverzahnt sind und eine durch die Wanddicke des Rohres bedingte etwas größere Kreisteilung aufweisen als die Zähne des Dorns, und daß die Drückräder gegenüber der Rohrachse um einen geringen Winkel angestellt werden, der dem Winkel, der SChrägverzahnung entspricht.

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4. Verfahren nach Anspruch 1,2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß nur die Drückräder unter Aufrechterhaltung des radial gegen das Rohr gerichteten Druckes gedreht werden, so daß das Rohr und der Dorn zwischen den Drückrädern weiterlaufen, wenn das deformierte Rohr die Synchronisierungs· funktion übernommen hat.

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