DE2453074A1

DE2453074A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufwickeln langgestreckter materialien

Info

Publication number: DE2453074A1
Application number: DE19742453074
Authority: DE
Inventors: Jesse Clarence Bittman; Ralph Boyd Verstorben Long
Original assignee: Wean United Inc
Current assignee: Wean United Inc
Priority date: 1973-11-08
Filing date: 1974-11-06
Publication date: 1975-05-15
Also published as: IT1023105B; FR2250583B1; FR2250583A1; SE414126B; CA1010750A; JPS5075551A; SE7413450L

Description

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Wean United, Inc., Pittsburgh 22, State of Pennsylvania,

USA.

Verfahren und Vorrichtung zum Aufwickeln langgestreckter Materialien

Die Erfindung betrifft das Aufwickeln von langgestrecktem Material und insbesondere das Auf-Ab- und erneute Aufwickeln langgestreckten Materials, wie z.B. von Metallrohrmaterial, Rundstäben, Draht, Profilen, Vierkanten, Sechskanten und ähnlichen Erzeugnissen, so dass das Material für nachfolgende, fortlaufende Arbeitsprozesse in Wendelform verfügbar ist. Bislang war es schwierig, wenn nicht gar unmöglich, derartige Erzeugnisse in einem wirkungsvollen und produktiven Verfahren wiederholt aufzuwickeln.

Einer der hauptsächlichen Kostenfaktoren bei der Herstellung von Kupfer-, Stahl- oder Aluminiumrohrmaterial in der Grössenordnung von 1/16 inch (l/l6· 25,4 mm) bis 2 inch (50,8 mm) Aussendurchmesser liegt beim Glühen des Rohrmaterials, um bei nachfolgenden Arbeitsschritten, wie z.B. einer Kaltverformung, eine erwünschte Oberflächenhärte zu erzielen. Das Glühen ist

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bislang in verschiedenen Arbeitsgängen vollzogen worden., wobei u.a. ein Rohrmaterial in einer Wendelform gehalten wurde _s die ein Gewicht von 150 bis 200 lbs (150 bis 200» 0,453592 kg) aufweisen konnte j, was eine sehr geringe und beanstandenswerte Begrenzung des Gewichtes der Wendeln wegen der Neigung der am Boden gelegenen Windungen bedeutete zu zerbrechen oder schmelzzuverschweissen» Bei dem Versuche diese Schwierigkeiten zu beseitigen und den Wirkungsgrad zu erhöhen, sind spezielle Legierungskörbe für die Wendeln entwickelt worden^, die eine Erhöhung des Wendelgewichtes auf 400 bis löOO Pound (4θΟ bis I600« 0^53592 kg) ermöglichen. Dieses Verfahren erfordert ein Anordnen der Wendeln in den Körben und ein Entfernen aus letzteren nach dem Glühen^ was eine spezielle Auslegung der Körbe erforderlich macht und damit eine Kostensteigerung mit sich bringt. Bei diesem Verfahren sind die Körbe schwerer als die Wendeln selbst und sie müssen zusammen mit letzteren erhitzt und wieder abgekühlt werden» Es hat sich aber herausgestellt* dass die unteren oder am Boden befindlichen Windungen auf Stauchung beansprucht werden» Bei einem dritten Verfahren wird das Rohrmaterial geradegerichtetj, in gerade Rohrstücke vorbestimmter Länge geschnitten und in dieser Gestalt im Glühofen bearbeitet. Einer der entscheideneren Nachteile dieses Verfahrens besteht darin* dass die Möglichkeit eines fortlaufenden Verfahrens nicht gegeben ist, da eine Bearbeitung des Materials in Wendelform nicht möglich ist.

Während bei den ersten beiden Verfahren immerhin als vorteilig anzusehen ist, dass das Rohrm^erial xuährend seiner Bearbeitung in Wendelform gehalten werden kann, so dass es anschliessend in Wendelform gehandhabt und bearbeitet werden kann^, ist es jedoch nioht mögliche die Wendeln so abzuwickeln, dass das Rohrmaterial fortlaufend bearbeitet werden könnte, d»h dass es zum Beispiel als Strang durch einen kontinu_erlichen Glühofen befördert werden könnte. Der Grund dafür ist eine Folge der Tatsache, dass

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die bekannten Abwickel- oder Aufwickeleinriehtungen, wie sie sich z.B. aus den US-PS 3 103 237 und Re. 25 477 ergeben, die sich auf eine Drahtbearbeitungsvorrichtung beziehen, auf Verdrillung und Torsionsspannung am Material beim Auf- oder Abwickeln des Drahtes beansprucht werden. Die sich ergebenden Formänderungen in Materialien bei z.B. 1/16" Aussendurchmesser, wie Kupferkühlungsrohrleitungen, haben ein für den beabsichtigten Zweck nutzloses Material zur Folge.

In Anbetracht dieser Einschränkungen und Nachteile bekannter Verfahren zum Bearbeiten von Rohrmaterial und ähnlichen Erzeugnissen, wie z.B. Kunststoffmaterialien und zusammengesetzter Materialien, wie sie bei fortlaufender Bearbeitung letzterer, z.B. beim Glühen vorkommen, schafft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Wiederaufwickeln und Aufwickeln von Material derart, dass es aus seiner ursprünglichen Form entweder in Schleifenformen oder Wendelformen umgewandelt werden kann, die für eine nachfolgende Bearbeitung und Handhabung förderlich sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwickeln langgestreckten Materials, bei dem während des Aufwickeins Windungen derart erzeugt werden, dass das Material nicht auf unerwünschte Torsionsspannung um seine Hauptachse beansprucht wird, das sich kennzeichnet durch die Arbeitsschritte, dass das langgestreckte Material einer Biegekraft zur Bildung aufeinanderfolgender Windungen unterworfen wird, wobei die Windungen bei ihrer Bildung in eine durch ihren Durchmesser bestimmte, kreisförmige Bahn gedrängt werden und wobei während der Biegung des Materials die Biegekraft ein Umlaufen der gebildeten Windungen um die Achse derart bewirkt, dass die Windungen als freie, sich nicht drehende Körper austreten.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Aufwickeln

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langgestreckten Materials, bei der ein Aufwickeln der Windungen derart erfolgt, dass das Material keine Beanspruchung auf eine unerwünschte Torsionsspannung um seine Hauptachse erfährt, dadurch gekennzeichnet* dass eine Biegevorrichtung vorgesehen ist, die das langgestreckte Material einer Biegekraft derart aussetzt, dass aufeinanderfolgende Windungen gebildet und letztere in eine von dem Durchmesser der Windungen bestimmte kreisförmige Bahn gedrängt werden^ und dass eine Antriebseinrichtung vorgesehen ist., die während der Biegung des Materials die Biegevorrichtung um die Achse der aufeinanderfolgenden Windungen derart in Umlauf bringt* dass freie, sich nicht drehende Körper ausgestossen werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Zeichnung, In letzterer sind;

Fig. 1 ein Grundriss,, teilweise im Schnitt, einer Rohrmaterialauf Wickelanordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, die eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung darstellt, und

Fig. 2 ein Aufriss eines Teils der in Fig= I gezeigten Anordnung.

In Figur 1 ist eine herkömmliche Korbeinrichtung 10 dargestellt, in der eine Wendel eines Metallrohrmaterials 12 mit z.B. einem Aussendurchmesser von 5/l6" bei einer 0^020" vollwandigen Hartkupferlegierung Nr, 102 angeordnet ist. Der Korb 10 weist einen handelsüblichen Drehantrieb aus einer Motor-Zahnradanordnung 14 auf _s dessen Drehrichtung durch den Pfeil 16 angezeigt ist. Wie aus Figur 1 hervorgeht, wird das Rohrmaterial dementsprechend in Uhrzeigerrichtung aufgewickelt und einer Richtmaschine l8 zugeführt, um die Wendelform des Rohrmaterials in einen geradlinig verlaufenden Strang umzuformen» Die Richtmaschine 18 ist, da sie mehrere Ausführungsformen aufweisen kann., nur im Umriss dargestellt^ und sie kann eine typische Geschwindigkeit

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des Rohrmaterials von 1,500 f.p.m (1,500*30,48 cm pro Minute) erzeugen. Vor der Richtmaschine 18 ist ein Drehzahlregler 20 zur Steuerung der Geschwindigkeit der Richtmaschine 18 entsprechend der Geschwindigkeit des Motors 14 des Korbes 10 und zur Veränderung der Peripheriegeschwindigkeit des Rohrmaterials angeordnet, wenn es entsprechend seinem fortschreitend sich verringernden Durchmesser abgewickelt wird.

Der Richtmaschine 18 nachgeschaltet findet sich eine Aufwickelvorrichtung 22 gemäss der Erfindung, die in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, wobei zwei unterschiedliche Zustände des Korbes 10 und der Aufwickelvorrichtung wiedergegeben sind. Während in beiden Figuren beide Einheiten zur gleichen Zeit arbeitend dargestellt sind, wird deutlich, dass die gesamte Wendel zunächst vom Korb abgewickelt wird, bevor eine Wiederaufwicklung in der Aufwickelvorrichtung erfolgt. Die Aufwickelvorrichtung beginnt mit ihrem Betrieb, wenn ihr das nacheilende Ende der Wendel vom Korb zugeführt wird. Die Aufwickelvorrichtung . weist einen Satz von drei vertikal angeordneten, gestaffelten Biegewalzen 24 auf, die das Führungsende des Rohrmaterials von der Richtmaschine 18 aufnehmen und das Rohrmaterial in Windungen aufwickeln,, die im allgemeinen einen kleineren Durchmesser aufweisen, als bei ihrer ursprünglichen Form im Korb 10. Die kleineren Windungen können typischerweise von der Grössenordnung von 6¹ Aussendurchmesser sein. Wie sich aus Figur 1 ergibt, werden die neu gebildeten Windungen vom Walzensatz 24 in Gegenuhrzeigerrichtung getrieben. In Figur 2 sind ein elektrischer Motor 26 und ein Treibriemen 28 für den Satz von Walzen 24 dargestellt, wobei Jede Walze zwangsläufig in einer durch die Pfeile in Figur 1 dargestellten Richtung angetrieben wird.

Unterhalb der Walzen 24 ist ein eine volle Kreisbewegung beschreibender Tisch 30 mit einem aufrechtstehenden Element 32 und einem horizontal sich erstreckenden Element 3^ angeordnet, wobei das letztere derart begrenzt ist, dass eine im wesentli-

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chen zentrisch angeordnete Öffnung j>6 gebildet wird. Wie aus Figur 2 hervorgeht* sind mehrere Windungen auf dem horizontalen Element des Tisches J)Q angeordnet. Der Walzensatz 24 mit seinen Antriebselementen 26 und 28 wird von einem Ständer 38 getragen, während, der Tisch 30 mittels einer Anzahl frei drehbarer Walzen 40 für seine Drehbewegung gelagert ist. Die Drehung des Tisches 30 wird mit Hilfe eines an letzterem vorgesehenen kreisförmigen Vorsprungs 42, der an der Innenseite mit einer Anzahl Führungswalzen 44 und an der Äussenseite mit einer oder mehreren Äntriebswalzen 46 in Eingriff steht, ausgeführt, wobei die Antriebswalzen 46 mittels eines mit einem elektrischen' Motor 50 verbundenen Treibriemens 48 angetrieben werden. Wie durch den Pfeil 52 in Figur 1 dargestellt wird, wird der Tisch 30 in einer kreisförmigen Richtung,, die zur Bewegungsbahn der kurz zuvor von dem Walzensatz 24 gebildeten Windungen entgegengesetzt ist, angetrieben. In diesem Fall werden aus Windungen kleineren Durchmessers Windungen grösseren Durchmessers gebildet, wobei infolge der Differenz der Durchmesser eine Tendenz besteht, das Material hinter die Walzen 70 zu drücken oder hinter letzteren zusammenzupressen,, In dem Fall, in dem Windungen mit grösserem Durchmesser aus Windungen mit kleinerem Durchmesser gebildet werden sollen, wird der Tisch in der entgegengesetzten Richtung angetrieben, da in diesem Fall die Neigung besteht ₉ das Material von den Walzen 70 zurückzuziehen oder zu strecken« Für bestimmte Erzeugnisse braucht der Tisch nicht gedreht zu werden, und es' kann eine geringe Reibungsoberfläche vorgesehen werden.

Aus Figur 2 geht hervor, dass links vom Ständer 38 im Abstand ein zweiter Ständer 56 angeordnet ist, wobei die beiden Ständer 38 und 56 mittels eines Querträgers 58 miteinander befestigt sind _s der drehbar auf einer von einem Gehäuse 62 aufgenommenen Welle 60 gelagert ist ο Das obe^e Ende der Welle 60 wird mittels eines ..reibrlemens 64, der mit einem Motor 66 verbunden ist, an-

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getrieben, während das untere Ende einen drehbaren, sich horizontal erstreckenden Arm 68 trägt, an dessen einem Aussenende ein Satz von drei Biegewalzen 70 gelagert ist. Die beiden Aussenwalzen können in durch die Pfeile, die den Walzen in Figur 1 zugeordnet sind, angezeigte Richtungen-angetrieben werden, und zwar in Uhrzeigerrichtung entsprechend der Drehrichtung des Tisches 30, die entgegengesetzt zur Richtung der Beweguhgsbahn der von dem Walzensatz 24 erzeugten Windungen ist. Schliesslich werden zwangsläufig zwei der Walzen 70 von einem elektrischen Motor 72 angetrieben, der über einen Treibriemen 7²I- mit einer Welle 76 verbunden ist, die sich vertikal mit geeignetem Spiel ins Innere.der Welle 60 erstreckt. Am Ende des Arms 68 entgegengesetzt zu den Walzen 70 ist ein Drehzahlregler 78 gelagert, über den das Rohrmaterial zugeführt wird und der vorgesehen ist, um das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen einem oder mehreren der Motoren 50, 66 und 72 zu steuern, um dafür zu sorgen, dass die Formgeschwindigkeit des Walzensatzes 70 derart aufrechterhalten werden kann, dass keine beanstandungswerten Spannungen oder Verdichtungen am Rohrmaterial während des Aufwickelvorgangs auftreten.

Der Walzensatz 70 ist derart ausgelegt, dass er das Führungsende des Rohrmaterials aufnimmt, nachdem die Wendel auf den Tisch 50 befördert worden ist, und dass Windungen mit kleinerem Aussendurchmesser von z.B. 4^! aufgewickelt werden. Zur gleichen Zeit, in der diese Aufwicklung durch die Wirkung der Biegewalzen 70 erfolgt, wird der Arm 68, der den Walzensatz 70 trägt, wie bereits erwähnt, in entgegengesetzter Richtung zur Bewegungsbahn der vom Walzensatz 24 gebildeten Windungen gedreht, wodurch bewirkt wird, dass der Walzensatz 70 das Rohrmaterial überrollen lässt zwecks Erzeugung von freifallenden, sich nicht drehenden Windungen oder Schleifen aus dem Material, das weder auf unerwünschte Verdrillkräfte oder Torsionsspannungen während des Aufwickelverfahrens beansprucht worden ist.

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Die Walzen 70 können angetrieben werden oder auch nicht, ihre Geschwindigkeit sollte Jedoch im Fall eines Antriebs im wesentlichen synchron mit der Geschwindigkeit des Arms sein. Wegen der Fähigkeit des erfindungsgemässen Verfahrens sowie der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des letzteren, Material in einer solchen Weise aufzuwickeln, dass es während seiner Aufwicklung keinen Verdrill- oder Torsionskräften in Richtung seiner Hauptachse ausgesetzt wird, ist es in geeigneter Weise möglich, Materialien wie Stahl-, Aluminium- und Kupferrohrmaterial ₉ rundstab- und drahtähnliches Material in verschiedenen festen Formen, z.B. als Vierkant oder Sechskant aufzuwickeln. Auf diese Weise können die Erzeugnisse in Wendelform gehalten werden, während zugleich eine kontinuierliche Bearbeitung möglich ist„

Während die fortlaufende Bearbeitung in verschiedenen Formen vorgenommen werden kann, ist in der Zeichnung zur Erläuterung dargestellt, dass das aufgewickelte Material für ein Ablagern in Form getrennter Windungen auf einem fortlaufenden Förderer 8o geeignet ist^ der mittels eines Motors 82 und einer Kette 84 in Richtung des Pfeils 86 mit einer solchen Geschwindigkeit angetrieben werden kann, dass dieWindungen nach Bildung durch den Walzensatz 70 und nach Fallen durch die Öffnung 56 auf das benachbarte Ende des Förderers in einer sich überlappenden Abstandsbeziehung angeordnet sind. Auf diese Weise wird ein wesentlicher Teil ihrer Oberfläche freigelegt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Förderer mit dem Glühofen 88 verbunden, wodurch der Förderer 80 die ausgebreiteten Windungen durch den Ofen für eine fortlaufende Wärmebehandlung befördert. Nach Durchlaufen des Ofens 88 werden die behandelten Windungen von einem Aufnahmedorn 90 aufgenommen und zu einer neuen Wendel 92 zusammengefasst, in welcher Form die Windungen weiter bearbeitet werden können,

Patent ans prüche

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Aufwickeln langgestreckten Materials, bei dem während des Aufwickeins Windungen derart erzeugt werden, dass das Material keine unerwünschte Torsionsspannung um seine Hauptachse erfährt, dadurch gekennzeichnet, dass das langgestreckte Material einer Biegekraft zur Bildung aufeinanderfolgender Windungen unterworfen wird, wobei die Windungen bei ihrer Bildung in eine durch ihren Durchmesser bestimmte kreisförmige Bahn gedrängt werden und wobei während der Biegung des Materials die Biegekraft ein Umlaufen der gebildeten Windungen um die Achse derart bewirkt, dass die Windungen als freie, sich nicht drehende Körper austreten.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwickeln ein Wiederaufwickeln bereits gebildeter Windungen ist, wobei die bereits gebildeten Windungen einer von einer Biegevorrichtung erzeugten Kraft zwecks Bildung aufeinanderfolgender Windungen ausgesetzt werden, die einen von dem der bereits gebildeten Windungen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, dass die Biegevorrichtung die aufeinanderfolgenden Windungen in eine von ihrem neuen Durchmesser bestimmte, kreisförmige Bahn drängen und dass die Biegevorrichtung während der Biegung des Materials um eine Achse der aufeinanderfolgenden Windungen in einer kreisförmigen Bahn in entgegengesetzter Richtung zu der Richtung in Umlauf gesetzt wird, in der die aufeinanderfolgenden Windungen in der kreisförmigen Bewegungsbahn gedrängt werden, so dass die aufeinanderfolgenden Windungen als freie, sich nicht drehende Körper austreten.

J.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch"gekennzeichnet, dass das Führungsende der bereits gebildeten Windungen in einer im

wesentlichen geradlinigen Bewegungsbahn zu einer weiteren 50 9 820/0815

Biegevorrichtung^ die voraus der ersten Biegevorrichtung angeordnet ist, geführt wird₅ dass die ursprünglichen Windungen von der anderen Biegevorrichtung in aufeinanderfolgende Windungen eines grösseren Durchmessers gebogen werden, als der Durchmesser der wiederaufgewickelten Windungen ist, dass die aufeinanderfolgenden Windungen bei ihrer fortlaufenden Bildung durch die andere Biegevorrichtung aufgesammelt werden und dass die erste Biegevorrichtung zur Aufnahme der angesammelten Windungen veranlasst wird.

4.) Verfahren nach Anspruch ;5j> dadurch gekennzeichnet, dass die von der anderen Biegevorrichtung gebildeten Windungen nach ihrer Bildung gelagert und die gelagerten Windungen relativ zu der auf eine Umlaufbalmgebrachten Biegevorrichtung in Drehung versetzt werden,

5·) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Bildung der aufeinanderfolgenden Windungen letztere veranlasst werden, sich derart auf eine Trageinrichtung abzusetzen, dass jede der aufeinanderfolgenden Windungen die nächste vorausgehende Windung zwecks Preilegung eines wesentlichen Teils ihrer Oberfläche für eine Bearbeitung überlappt.

6.) Vorrichtung zum Aufwickeln langgestreckten Materials, bei der ein Aufwickeln der Windungen derart erfolgt, dass das Material keine Beanspruchung auf eine unerwünschte Torsionsspannung um seine Hauptachse erfährt, dadurch gekennzeichnet, dass eine. Biegevorrichtung vorgesehen ist, die das langgestreckte Material einer Biegekraft derart aussetzt, dass aufeinanderfolgende Windungen gebildet und letztere in eine von dem Durchmesser der Windungen bestimmte kreisförmige Bahr gedrängt werden, und dass eine Axitriebsvorrichtung vorgesehen ist, die während der Bie-

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gung des Materials die Biegevorrichtung um die Achse der aufeinanderfolgenden Windungen derart in Umlauf bringt, dass frei, sich nicht drehende Körper ausgestossen werden.

7·) Vorrichtung nach Anspruch 6 zum Wiederaufwickeln bereits aufgewickelter Windungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegevorrichtung die bereits gebildeten Windungen einer Biegekraft zur Bildung aufeinanderfolgender Windungen unterwirft, deren Durchmesser von den bereits gebildeten Windungen unterschiedlich ist, und dass Antriebsvorrichtungen (72) für die Biegevorrichtung vorgesehen sind, die ein Drängen der aufeinanderfolgenden Windungen in eine kreisförmige Bahn, die von den neuen Durchmessern der Windungen bestimmt wird, während der Biegung bewirken.

8.) Vorrichtung nach Anspruch 7* gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (7) zum Zuführen des Führungsendes der ursprünglichen Windungen in einer im allgemeinen geraden Bewegungsbahn zu einer anderen, zur ersten Biegevorrichtung voraus angeordneten Biegevorrichtung, die die ursprünglichen Windungen in aufeinanderfolgende Windungen mit einem grösseren Durchmesser als ursprünglich biegt.

9.) Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Auflager (30) zum Tragen der von der anderen Biegevorrichtung gebildeten Windungen und durch Antriebseinrichtungen zum Drehen des Auflagers relativ zu der in eine Umlaufbahn gebrachten Biegevorrichtung.

10.) Vorrichtung nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine Auslassvorrichtung (80) zum Abgeben aufeinanderfolgender Windungen nach ihrer Bildung auf ein Auflager in einer solchen Weise, dass jede der aufeinanderfolgenden Windun-

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gen die vorauslaufende Windung zwecks Preilegung wesentlicher Teile ihrer Oberfläche für eine Bearbeitung überlappt.

Hof/G.

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