DE1602264C - Vorrichtung zur Herstellung eines in Längsrichtung auf seinem gesamten Umfang gewellten Rohres - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines in Längsrichtung auf seinem gesamten Umfang gewellten Rohres gleichförmiger Wandstärke aus einem glatten Rohr mit einem in dieses einschiebbaren, um seine Längsachse drehbaren Dorn mit etwa der Länge des Rohres und einer an der Rohraußenwandung angreifenden ortsfest gelagerten WaIzvorrichtung, wobei der Dorn und die Walzvorrichtung ineinander eingreifende, der herzustellenden Wellung entsprechend gewellte Oberflächen haben, und mit am Dorn und an der Wellvorrichtung angeordneten, in Wirkverbindung stehenden, antreibbaren Zahnrädern für die Drehung des Dorns und der Walzvorrichtung.

Derartige Rohre können besonders gut als Wärmeaustauscherrolire verwendet werden, z. B. in einem bekannten Distillierapparat. Sie sind als dünnwandige Hohlzylinder ausgebildet, deren Durchmesser zwischen 6,25 und 15,2 cm liegt. Die Länge dieser Rohre schwankt bei dieser Anwendung. Die wellenförmigen Rippen laufen in Längsrichtung an den Rohren entlang, so daß sowohl die Innenflächen als auch die Außenflächen der Rohre abwechselnd gewellt sind.

Bei der bekannten Vorrichtung (USA.-Patentschrift 838 570) ist die Walzvorrichtung eine langgestreckte Walze mit gewellter Oberfläche und mit einer Länge, die etwas größer ist als das zu verformende Rohr. Die beiden Achslager der Walze sind radial zum Dorn zustellbar. Beim Betrieb der Vorrichtung kommen die Wellungen der Walze auf der ganzen Rohrlänge mit dessen Oberfläche in Eingriff, so daß die Wellung im Rohr in ihrer Gesamtlänge gleichzeitig erzeugt wird. Die gleichmäßige Erzeugung einer gewellten Rohrwandung auf so große Länge ist an und für sich schon kaum möglich. Hinzu

ao kommt noch, daß das Werkstück nur von einer Seite aus bearbeitet wird, zu Beginn des Verformungsvorgangs sich als Werkstoff tangential in die entstehende Welle von der übrigen Rohrwandung aus hineinziehen kann, so daß bei fortschreitender Rundumbelastung an den anderen Stellen ungleichmäßige Verformungen der Wandung auftreten können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die hier in Rede stehende Vorrichtung so auszubilden, daß die längsgewellten Rohre überall eine gleichmäßige Wandstärke haben.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Walzvorrichtung aus einander gegenüberliegenden Drückrädern besteht, deren in zur Dornachse parallelen Ebenen liegende radial verschiebbare Drehachsen gegenüber der Horizontalen geneigt sind und deren Oberflächenwelten in dieser Lage parallel zur Rohroberfläche liegen, daß die Zahnräder für die Drehung des Dorns mit einem auf dessen einem Ende sitzenden Ritzel kämmen, in radial verschiebbaren Jochen gelagert sind und zu Beginn des Wellvorganges über eine Gelenkwelle und eine einstellbare Kupplung mit der Antriebswelle eines der Drückräder verbunden sind. Dadurch wird die Wirkung erreicht, daß die Wellen nur allmählich in der Rohrwandung und fortschreitend erzeugt werden, und zwar unter gegenseitiger Festlegung des Wandungsmaterials an zwei gegenüberliegenden Stellen, so daß eine gleichmäßige Wandstärke erhalten bleibt.

Vorteilhafterweise sind die Wellen der Drückräder so gestaltet, daß sie einen Reliefteil für die Anformung, einen Teil für den Hauptformgang und einen Teil für den Fertiggang enthalten. Ferner ist vorteilhafterweise das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder für die Drehung des Dorns zum Ritzel das gleiche wie das Verhältnis der Zähne der Drückräder zu der Welle und auf dem Dorn.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit Figuren beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Teil eines längsgerippten oder längsgewellten Rohres, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt worden ist,
Fig. 2 im Querschnitt ein glattes Rohr, das auf

6g einen Dorn geschoben ist,

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

F i g. 4 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung zum Wellen oder Rippen der Rohre,

F i g. 5 einen Querschnitt durch das Rohr, den Dorn und die Drückräder längs der Linie V-V aus Fig. 4,

Fig. 6 teilweise im Schnitt, wie die Vorrichtung 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 F i g. 1 ist ein Rohr 1 gezeigt, das außen mit Rippen oder Wellen 2 und innen mit entsprechenden Rippen oder Wellen 3 versehen ist. Der Durchmesser und die Länge des Rohres hängen genauso, wie die genaue Form und der Abstand der Rippen, von der Vorrichtung ab, die zur Herstellung des Rohres verwendet worden ist. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 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« geredet werden. Es sei bemerkt, daß die Rippen an der Innenseite und der Außenseite der Rohre derart gegenseitig angeordnet sind, daß die Wandstärke des Rohres 1 überall die gleiche ist.

Nach Fig. 2 wird zunächst ein Dorn, dessen Außendurchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser des Rohres 1 ist, innerhalb des Rohres 1 angeordnet. Der Dorn 4 ist mit parallel verlaufenden Rippen oder Wellen von der Gestalt versehen, die der herzustellenden Rohrwellung entspricht. Die Wellen sind in gleichem Abstand voneinander angeordnet. Der Dorn 4 erstreckt sich zumindest die ganze Länge des Rohres 1 entlang.

In der F i g. 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, mit der das Rohr 1 auf den Dorn 4 aufgeschoben werden kann. Der Dorn ist an seinem einen Ende mit einem Ritzel 5 und mit einer Verbindungswelle 6 versehen. Das Dornende mit dem Ritzel S 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 8 eines bewegbaren Widerlagers 9 eingesetzt. An dem Rohr 1 und dem Dorn 4 entlang können Rollen od. dgl. angeordnet werden, um die Ausfluchtung des Rohres 1 gegenüber dem Dorn aufrechtzuerhalten. An dem bewegbaren Widerlager 9 sind Kabel 10 und 11 befestigt, die an ihrem anderen Ende mit den Trommeln einer Winde 12 verbunden sind. Wenn man die Winde 12 in Betrieb nimmt, wird das Rohrl auf den Dorn 4 aufgezogen. Das Ende des Rohres 1 wird so weit auf den Dorn 4 aufgezogen, bis es die Nuten 13 überlappt, die in den Dorn 4 eingeschnitten sind.

Es ist günstig, 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 F i g. 4 ist eine Vorrichtung dargestellt, mit der das Rohr 1 in Längsrichtung gewellt oder gerippt werden kann. Es sind zwei 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, vorgesehen, mit denen die Joche und die Drückräder 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 derselben Geschwindigkeit angetrieben werden, 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 F i g. 4 klar hervor.

Das Rohr 1 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 verwenden.

Auf das andere Ende des Rohres 1 wird mittels eines bewegbaren Widerlagers 27 bei Bedarf ein Längsdruck ausgeübt. Dieses Widerlager 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 hindurchzuschieben.

Um sicherzustellen, daß die Wandstärke des Rohres überall gleichbleibt, 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 Drückräder anlegen. Zu Beginn des Verfahrens ist es jedoch nicht gewährleistet, daß die Zähne des Doms 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 bewerkstelligen, ist eine Synchronisierungsvorrichtung vorgesehen, die mit 29 bezeichnet ist. Die Synchronisierungsvorrichtung 29 weist zwei Zahnräder 30 und 31 auf, die in bewegbaren Jochen 32 und 33 gelagert sind und mit dem Ritzel 5 in Eingriff stehen. Das Zahnrad 30 wird von der Welle des Drückrades 16 über eine Gelenkwelle 34 angetrieben, die mit der Welle des Drückrades 16 durch eine einstellbare Kupplung verbunden ist.

Die Gelenkwelle 34 (wie auch die bereits erwähnten Wellen 24 Und 25) ist so ausgebildet, daß sie zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle korrespondierende Winkelgeschwindigkeiten hervorruft. Außerdem muß das Verhältnis zwischen den Zähnen der Zahnräder 30 und 31 und den Zähnen auf dem Ritzel 5 gleich dem 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 Gelenkwelle 34, den Zahnrädern 30, 31 sowie zwischen dem Ritzel 5, der Welle 6 und dem Dorn 4, so daß der Dorn 4 zusammen mit den Drückrädern 16 und 17 gedreht wird, wenn die Zahnräder 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 synchronisert sind, wenn die Vorrichtung unter Torsionsbeanspruchungen arbeitet.

Der Zweck der bewegbaren Joche 32 und 33 besteht darin, die Zahnräder 31 und 30 vom Ritzel 5 wegzuschwenken, so daß das Rohr 1 und der Dorn 4 frei zwischen den Zahnrädern 30 und 31 hindurchlaufen können, wenn die Synchronisierung von dem bereits verformten Rohr übernommen worden ist und die Zahnräder nicht mehr benötigt werden.

In der Fig. 5 ist schematisch die Drehrichtung für die Drückräder, den Dorn und das Rohr dargestellt. Wie man sieht, wird die richtige Phasenbeziehung zwischen den Drückrädern und dem Dorn von dem deformierten Rohr aufrechterhalten, wenn die Synchronisierung erst einmal hervorgerufen worden ist.

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 Ve und 5°. Wie man am Beispiel der Zähne 16 α sieht, ist das Drückrad 16 schräg verzahnt ausgebildet, so daß die Zähne 16 α an der Stelle, an der sie mit den Rippen oder Wellen der deformierten Rohrwand im Eingriff stehen, parallel zu den Zähnen auf dem Dorn sind. Wenn man also Rohre herstellen will, deren Rippen oder Wellen genau longitudinal verlaufen, ist der Winkel, unter dem die Zähne 16 a schräg verzahnt 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 16 α mit einem Vorformungsteil 16 b, mit einem Hauptformungsteil 16 c und mit einem Endformungsteil 16 d versehen worden.

Mit der Vorrichtung nach Fig. 4 werden die Drückräder 16 und 17 gedreht, während auf die Joche 14 und 15 ein Druck ausgeübt wird und die Synchronisierungsvorrichtung 29 in Eingriff steht. Wenn ein kurzes Stück des Rohres 1 verformt worden ist, wie es in der F i g. 4 mit 38 angedeutet ist, werden die Joche 32 und 33 weggeschwenkt, so daß die Synchronisierungsvorrichtung nicht mehr wirksam ist. Das Rohr und der Dorn können dann frei zwischen den Zahnrädern 30, 31 hindurchgeschoben werden, wenn die Vorrichtung weiterläuft. Dann werden nur noch die Drückräder 16 und 17 vom Motor 20 gedreht, während der radial gerichtete Druck aufrechterhalten 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 F i g. 7 und 8 ist eine andere Art der Synchronisierung dargestellt. Hier wird an Stelle der Synchronisierungsvorrichtung 29 ein Vorlaufstück 39 verwendet. In den F i g. 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 Dom aufgeschoben. Die richtige Phasenbeziehung stellt sich dann von selbst ein, wenn das Ende des Rohres 1 unter den Vorformungsteilen 16 b des Drückrades 16 entlangläuft. 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 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 weitergeschoben werden, 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 F i g. 5 geht hervor, daß die Kreisteilung auf dem Drückrad die gleiche wie auf dem verformten Rohr sein muß, damit das Drückrad richtig mit den Rippen des deformierten Rohres in Eingriff kommen kann. Die tatsächliche Kreisteilung der Zähne auf dem Dom muß daher etwas geringer sein als die Kreisteilung auf den Drückrädern, da zur effektiven Kreisteilung der Zähne auf dem Dom die Wandstärke des Rohres etwas beiträgt.

Die beschriebene Vorrichtung weist den Vorteil großer Einfachheit auf. Darüber hinaus ist sie sehr wirtschaftlich und kann zur Herstellung von gerippten oder gewellten Rohren von verschiedenen Durchmessern angewendet werden. Hierzu ist es nur erforderlich, Dome mit verschiedenen Durchmessern zu verwenden. Darüber hinaus ist es möglich, gerippte oder gewellte Rohre verschiedener Längen herzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung eines in Längsrichtung auf seinem gesamten Umfang gewellten Rohres gleichförmiger Wandstärke aus einem glatten Rohr mit einem in dieses einschiebbaren, um seine Längsachse drehbaren Dorn mit etwa der Länge des Rohres und einer an der Rohraußenvandung angreifenden ortsfest gelagerten Walzvorrichtung, wobei der Dorn und die Walzvorrichtung ineinander eingreifende, der herzustellenden Wellung entsprechend gewellte Oberflächen haben, und mit am Dorn und an der Wellvorrichtung angeordneten, in Wirkverbindung stehenden antreibbaren Zahnrädern für die Drehung des Dorns und der Walzvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzvorrichtung aus zwei einander gegenüberliegenden Drückrädern (16, 17) besteht, deren in zur Dornachse parallelen Ebenen liegende radial verschiebbare Drehachsen gegenüber der Horizontalen geneigt sind und deren Oberflächenwellung in dieser Lage parallel zur Rohroberfläche liegen, und daß die Zahnräder (30, 31) für die Drehung des Dorns (4) mit einem auf dessen einem Ende sitzenden Ritzel (5) kämmen, in radial verschiebbaren Jochen (14, 15) gelagert sind und zu Beginn des Wellvorgangs über eine Gelenkwelle (34) und eine einstellbare Kupplung (35) mit der Antriebswelle (24, 25) eines der Drückräder (16, 17) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen der Drückräder (16, 17) so gestaltet sind, daß sie einen Reliefteil (16 b) für die Anformung, einen Teil (16 c) für den Hauptformgang und einen Teil (16 d) für den Fertiggang enthalten.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder (30, 31) für die Drehung des Dorns (4) zum Ritzel (5) das gleiche ist wie das Verhältnis der Zähne der Drückräder (16,17) zu der Wellung auf dem Dorn (4).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Vorschubeinrichtung (27, 28) für den Dorn (4) in axialer Richtung.