DE3115067C2

DE3115067C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Rippenrohres

Info

Publication number: DE3115067C2
Application number: DE3115067A
Authority: DE
Inventors: Katsuyoshi Kure Hori; Atsuya Kamakura Kamada; Hiroya Murakami; Mitsuhiro Takasaki; Osamu Yokohama Yamada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-04-15
Filing date: 1981-04-14
Publication date: 1985-12-12
Also published as: JPS56144819A; DE3115067A1; JPH0134683B2; US4429558A

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Einrichtung zum Herstellen einer Spiralrippe angegeben, wobei ein Materialband durch Walzen mit einem Walzenpaar gebogen wird, während es mit einer Spannung beaufschlagt wird, so daß die Geschwindigkeit, mit der das Band zwischen das Walzenpaar gezogen wird, vermindert wird; dadurch wird eine einen Abschnitt des Bands entsprechend einem Außenrandabschnitt der Spiralrippe beaufschlagende Druckkraft vermindert, wodurch wiederum die Grenzformänderung der Spiralrippe verbessert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rippenrohres der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Zum Aufwickeln und Befestigen einer Wendelrippe auf einem Rohr sind grundsätzlich zwei Verfahren bekannt Bei einem z. B. in der DE-PS 5 37 603 beschriebenen Verfahren wird ein Metallband ohne Querschnittsveränderung in einem gesonderten Umformvorgang wendelförmig hochkant auf den Außenmantel des Rohrs aufgewickelt und befestigt Beim Wickelvorgang des bis dahin geradelaufenden Bandes zu einer schraubenförmig verlaufenden Außenrippe entstehen am inneren Bandrand hohü Druckspannungen und am äußeren Bandrand entsprechend hohe Zugspannungen, die zu Riffeln am Innenrand und zu Dehnungsrissen am Außenrand führen. In gewissen Grenzen kann insbesondere die Innenriffelung durch eine Erwärmung des Bandes unmittelbar vor oder während des Wickelvorganges vermieden werden. Besonders bei kleinen Rohrdurchmessern und demgegenüber relativ breiten Bändern lassen sich jedoch auch durch die Erwärmung die durch übergroße Zugspannungen hervorgerufenen Dehnungsrisse am Außenrand nicht vermeiden.

Bei dem zweiten Verfahren wird ein ebenes geradliniges Band in einem kombinierten Walz- und Biegevorgang zu einer schraubenförmigen Wendelrippe geformt, die dann auf ein mit entsprechender Geschwindigkeit vorgeschobenes und gedrehtes Rohr aufgewickelt und dabei befestigt wird Der schraubenlinienförmige Verlauf der Rippe ergibt sich durch ein einseitig verstärktes Auswalzen des Bandes in einem konischen Walzspalt. Je größer jedoch bei einem derartigen Walzvorgang die Stichabnahme bzw. der Reduktionsgrad ist, umso ungünstiger werden die Einziehbedingungen des Bandes in den Walzspalt Aufgrund des stärkeren Auswalzens der einen — später den Außenrand der Wendelrippe bildenden — Bandseite entspricht die Walzgeschwindigkeit etwa derjenigen der neutralen Faser im Band. Diese verstärkte Auswalzung der äußeren Bereiche führt zur Entwicklung von Druckkräften am Außenrand, unmittelbar bevor das Band in den Walzspalt einläuft Es ergibt sich eine Stauchwirkung und dadurch verursachte Verdickungen in diesen äußeren Bandabschnitten, welche die Einziehbedingungen dieser Bandabschnitte in den Walzspalt erschweren. Besonders kraß werden diese Erscheinungen bei Wendelrippen mit kleinem freien Innendurchmesser, die auf schmale Rohre fest aufgewickelt werden sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der angegebenen Gattung aufzuzeigen, mit dem auch relativ breite Bänder ohne Beschädigungen zu Wendelrippen umgeformt und auf Rohre mit geringem Außendurchmesser fortlaufend aufgewickelt werden können. Ferner soll eine konstruktiv einfache und leistungsfähige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 (Verfahren) bzw. 4 (Vorrichtung) gelöst

Durch das Umformen des Bandes unter Zug in Verbindung mit der Anpassung der Einziehgeschwindigkeit des Bandes in den Walzspalt an diejenige Walzgeschwindigkeit mit der der Außenbereich des Bandes gewalzt wird, werden die beim Umformen im konischen Walzspalt auf die Außenbereiche des Bandes einwirkenden Druckkräfte verringert wodurch die beim herkömmlichen Umformen des Bandes zu einer Wendelrippe in einem konischen Walzspalt auftretenden übermäßig hohen Beanspruchungen des Außenrandes der Wendelrippe vermieden werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

eo Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von Figuren im einzelnen erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Herstellen einer Wendel,
F i g. 2 eine teilgeschnittene Vorderansicht der Vorrichtung nach F i g. 1,
F i g. 3 einen Schnitt III-III in F i g. 1,
it j 65 F i g. 4 einen Ausschnitt IV in F i g. 3,

fe F i g. 5 einen Schnitt V-V in F i g. 4 mit zwei Bandquerschnitten,

!Ί F i g. 6 einen Regler im Blockschaltbild,

|i| F i g. 7 die Beziehung zwischen der Zugspannung im Band und der Formänderung zu einer Wendelrippe.

Die dargestellte Vorrichtung zum Herstellen einer Wendelrippe weist eine Spannvorrichtung 4 auf, die ein im Querschnitt rechteckiges Band 3 unter Spannung von einer in einem Ständer 1 gelagerten Vorratsrolle 2 abzieht Eine Uniformvorrichtung 7 biegt das Band 3 zu einer Spiralrippe 5 und wickelt diese auf ein Rohr 6 auf.

Die Spannvorrichtung 4 umfaßt eine Spanneinheit 20, einen Bandzugmesser 30 und einen Regler 40, der die Spanneinheit 20 entsprechend dem Ausgangssignal des Bandzugmessers 30 steuert und die Zugspannung im Band 3 einstellt

Die Spannvorrichtung 4 umfaßt vier Rollen 12 bis 15, die an einem Tisch 11 drehbar gelagert sind und das Band von der Vorratsrolle 2 zur Umformvorrichtung 7 führen.

Die Spanneinheit 20 enthält eine am Tisch 11 angeordnete elektromagnetische Bremse 21 mit einer Bremstrommel 24, deren in einem Lager 22 gelagerte Welle 23 durch den Tisch 11 hindurchragt Das Band 3 läuft um die Bremstrommel 24 und wird mit der von der Bremstrommel 24 und von der Bremse 21 erzeugten Bremskraft beaufschlagt

Der Bandzugmesser 30 enthält ein am Tisch 11 befestigtes Gehäuse 31 mit einem piezoelektrischen Wandler 32 und einem Meßfühler 33, an dessen freiem Ende eine Rolle 34 gelagert ist Die Rolle 34 drückt zwischen den Rollen 12 und 13 gegen das Band 3 und wirkt über den Fühler 33 auf den Wandler 32, der dem Bandzug entsprechende Spannungssignale erzeugt

Der in F i g. 6 dargestellte Regler 40 umfaßt einen Sollwertgeber 41 zum Einstellen einer Soll-Spannung, die in einem Vergleicher 42 mit dem Ausgangssignal des Wandlers 32 verglichen wird. Ein mit dem Vergleicher 42 verbundenes Polaritätsstellglied 43 bestimmt die Polarität auf der Grundlage des vom Vergleicher 42 übertragenen Vergleichsergebnisses. Ein mit dem Polaritätsstellglied 43 verbundener Impulsgeber erzeugt auf der Grundlage von Befehlen aus dem Polaritätsstellglied 43 Impulse einer jeweils erforderlichen Polarität, die in einem Verstärker 45 verstärkt und einem Schrittmotor 46 zugeführt werden. Eine Vorschubspindel 49 ist parallel zu einem Widerstand 48 angeordnet, der mit einer Energieversorgung 47 für die Bremse 21 verbunden ist Die Vorschubspindel 49 ist mit einer Welle des Schrittmotors 46 verbunden. Ein auf der Vorschubspindel 49 aufgeschraubtes Kontaktelement 50 steht mit dem Widerstand 48 in Gleitkontakt und nimmt einen Strom ab, welcher der Bremse 21 zugeführt wird.

Die Formvorrichtung 7 umfaßt einen Motor 62, eine elektromagnetische Kupplungsbremse 63 und ein Getriebe 64, die an der Unterseite eines neben dem Tisch 11 liegenden Hilfstisches 61 angeordnet sind. Eine Hauptspindel 66 ist in zwei Lagern 65 an der Unterseite des Tisches 61 gehaltert und mit der Kupplungsbremse 63 verbunden. Das Getriebe 64 ist über ein stufenlos verstellbares Wechselgetriebe 68 mit der Hauptspindel 66 verbunden, auf welcher ein Stirnrad 69 und ein Kegelrad 70 befestigt sind. Das Kegelrad 70 kämmt mit einem Kegelrad 71 am unteren Ende einer Zwischenwelle 74, die über ein Lager 73 in einem Ständer 72 am Hilfstisch 61 abgestützt ist Ein Stirnrad 75 ist auf dem oberen Ende der Zwischenwelle 74 befestigt Eine Welle 79 ist mittels eines Lagers 78 im Rahmen 77 eines Lagergehäuses 76 drehbar gehaltert und weist an einem Ende eine Walze 80 zum Umformen des Bandes 3 auf. Ein an ihrem unteren Ende angeordnetes Stirnrad 81 kämmt mit dem Stirnrad 75. Durch Rotation der Hauptspindel 66 wird die Walze 80 in Drehbewegung versetzt
Ein Stirnrad 83 ist auf einer Nebenwelle 82 des Getriebes 64 aufgezogen, deren eines Ende mittels eines

Lagers 84 im Lagergehäuse 76 gelagert ist Ein mit dem Stirnrad 83 kämmendes Stirnrad 87 ist auf dem unteren P Ende einer Zwischenwelle 86 aufgezogen, die im Lagergehäuse 76 gelagert ist Zwischen zwei am Lagergehäuse I; 76 angeordneten Paaren von Leitorganen 88 sind Gleitplatten 89, 90 verschiebbar gehalten, mit denen im

fts Lagergehäuse 76 drehbare Stellschrauben 91, 92 verbunden sind. Durch Verdrehen der Stellschrauben 91,92

^ werden die Gleitplatten 89,90 in Richtung der Leitorgane 88 verschoben. Von den Gleitplatten 89,90 ist über ein

": selbsteinstellendes Lager 93 eine Welle 94 drehbar gehaltert, deren unteres Ende über ein Universalgelenk 95

■ mit der Zwischenwelle 86 verbunden ist und auf deren oberem Endabschnitt eine Walze 96 befestigt ist, die mit

. · der Walze 80 den konischen Walzspalt für das Band 3 begrenzt Damit werden durch Rotation der Hauptspindel

66 beide Walzen 80 und 96 angetrieben. Das stufenlos verstellbare Wechselgetriebe 68 bewirkt eine synchrone Einstellung der beiden Walzen 80 und 96. Die in bezug auf das Band erzielbare Querschnittsverminderung kann eingestellt werden, indem der Walzspalt zwischen den Walzen 80 und 96 durch Verdrehen der Stellschrauben 91 und 92 eingestellt wird.

Eine über ein Lager 97 an dem Tisch 61 drehbar abgestützte Welle 98 weist auf ihrem einen Ende ein Stirnrad 100 auf, das mit dem Stirnrad 69 über ein Zwischenrad 99 kämmt, das an dem Tisch 61 abgestützt ist, und weist auf ihrem anderen Ende ein Stirnrad 101 auf, das mit einem Zwischenrad 103 kämmt, das von dem Tisch 61 über f ein Lager 102 drehbar abgestützt ist An dem Tisch 61 ist ein Stützelement 104 gesichert, an dem eine Mutter 105

befestigt ist, die auf eine Vorschubspindel 106 geschraubt ist In der Vorschubspindel 106 ist in deren Außenumfang eine zu ihrer Achse parallel verlaufende Keilnut 107 ausgebildet Auf der Vorschubspindel 106 ist ein Zahnrad 108 befestigt das mit dem Zwischenrad 103 kämmt und axial verschiebbar ist Zwischen dem Zahnrad 108 und der Vorschubspindel 106 ist ein verschiebbar in die Keilnut 107 eingefügter Keil 109 angeordnet Somit wird die Rotation des Zahnrads 108 durch den Keil 109 auf die Vorschubspindel 106 übertragen, so daß die Vorschubspindel 106 axial verschoben wird. Zu diesem Zeitpunkt beginnen die Vorschubspindel 106 und das Zahnrad 108 eine Verschiebung in Axialrichtung, und das Zahnrad 108 beginnt umzulaufen, während es mit dem Zwischenrad 103 kämmt Auf einem Ende der Vorschubspindel 106 ist ein Spannfutter 110 befestigt, in dem das Rohr 6 ergriffen wird. Damit wird infolge der Rotation der Walzen 80 und 96, die durch die Betätigung des Motors 62 bewirkt ist die Vorschubspindel 106 synchron damit gedreht so daß das Rohr 6 gleichzeitig vorgeschoben und gedreht wird. Infolgedessen wird die Wendelrppe 5 auf das Rohr 6 mit einem Steigungswinkel gleich dem Anschnittwinkel der Vorschubspindel 106 gewickelt Das Rohr 6 wird verschiebbar und drehbar von einer Buchse 112 gehaltert die von einer an dem Tisch 61 gesicherten Halterung 111 abgestützt ist.

Die Herstellung eines Rippenrohres mit der beschriebenen Vorrichtung vollzieht sich in folgender Weise: Das Spannfutter HO ergreift in seiner Ausgangslage auf der Seite der Mutter 105 das Rohr 6. Das Band 3 wird von

der Vorratsrolle 2 Ober die Bremstrommel 24 und Rollen 15 bis 12 sowie die Rolle 34 zwischen die Walzen 80 und 96 geführt Das Einstellglied 41 stellt die Soll-Zugspannung ein, und der Bremse 21 wird ein dementsprechend großer Strom zugeführt

Nach Einschalten des Motors 62 wird das fortlaufend von der Vorratsrolle 2 den Walzen 80 und 96 zugeführte s Band 3 zur Wendelrippe 5 geformt und in Schraubengängen auf das Rohr 6 gewickelt Dabei läuft die Vorschubspindel 106 synchron mit den Walzen 80 und 96 und verschiebt das Rohr 6 in Axialrichtung, während es gleichzeitig um seine Achse gedreht wird. Damit wird die Wendelrippe S auf das Rohr 6 mit demselben Steigungswinkel wie die Vorschubspindel 106 gewickelt
Da auf das Band 3 die von der Bremse 21 erzeugte Bremskraft einwirkt wird es gespannt zwischen die Walzen

to 80 und 96 eingezogen und drückt gegen die Rolle 34, die über den Stab 33 den piezoelektrischen Wandler 32 aktiviert Die im Wandler 32 erzeugte proportionale Ausgangsspannung wird im Vergleicher 42 mit der dem Einstellglied 41 vorgegebenen Soll-Spannung verglichen. Das Polaritätsstellglied 43 stellt die Polarität der dem Schrittmotor 46 zuzuführenden Impulse entsprechend dem Ausgang des Vergleichers 42 ein und der Impulsgeber 44 führt Impulse mit der vorbestimmten Polarität dem Schrittmotor 46 Ober den Verstärker 45 zu, welche den Bremsstrom vergrößern oder vermindern. Wenn die Ausgangsspannung des Wandlers 32 höher als die vom Einstellglied 4! eingestellte Seilspannung ist werden der Bremsstrom und damit die Bremskraft sowie die Zugspannung im Band 3 vermindert Wenn dagegen die Ausgangsspannung des Wandlers 32 niedriger als die vom Einstellglied 41 vorgegebene Soll-Spannung ist, wird der Bremsstrom vergrößert, so daß die Bremskraft und damit die Zugspannung des Bands 3 erhöht werden.

Da das Band 3 unter einer mechanischen Spannung verformt wird, kann seine Einziehgeschwindigkeit zwischen die Walzen 80 und 96 gegenüber derjenigen ohne Zugspannung vermindert werden. Die Zugspannung des Bands 3 ermöglicht eine Walzgeschwindigkeit die der Einziehgeschwindigkeit des Außenbereichs der Wendelrippe 5 zwischen den Walzen 80 und 96 entspricht, wodurch die auf den Außenrand der Spiralrippe 5 einwirkende Kraft minimiert wird.

F i g. 7 zeigt den freien Innendurchmesser einer Spiralrippe über der Zugspannung, mit der ein Aluminiumband mit einem Breiten-/Dicken-Verhältnis von 35 ohne wellenförmige Riffelungen oder andere Fehler, wie Außenrisse, umgeformt wird. Auf der Ordinate ist das Verhältnis des freien Innendurchmessers bei Grenzformänderung mit Zugspannung zum Innendurchmesser bei Grenzformänderung ohne Zugspannung aufgetragen.
F i g. 7 zeigt daß durch die Zugspannung Bänder zu Spiralrippen mit kleinerem Durchmesser umgeformt werden können und daß es umso leichter wird, die Rippe mit einem kleineren Durchmesser zu biegen, je kleiner der Innendurchmesser der Wendelrippe ist

In der Tabelle ist die Beziehung zwischen der Banddicke und der Zugspannung für Wendelrippen gleicher Form mit einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Breite von 16 mm angegeben. Danach können bei Zugspannungen von 3 kg/mm² Rippen in gutem Zustand bis zu einer Dicke von 0,2 mm gefertigt werden.

Tabelle

Spannung	Dicke (mm) 035	0,3	0.25	überall Riffelungen, Bruch an Außenrand
40 Keine	gut	Riffelungen an Außenrand	Riffelungen an Innen- u. Außenrand	Riffelungen an Außenrand
2,0 kg/cm² 45	gut	gut	gut	gut
3,0 kg/cm²	gut	gut	gut

Dies bedeutet nicht daß um so bessere Ergebnisse erzielbar sind, je größer die ein Band beaufschlagende mechanische Spannung ist D. h, eine erhöhte mechanische Spannung führt zu erhöhtem Schlupf zwischen den Walzen und dem Band, bis das Band von den Walzen nicht mehr gegriffen wird. Der Schlupf zwischen dem Band und den Walzen verhindert nämlich, daß das Band zwischen die Walzen gezogen wird, so daß ein Bearbeiten des Bandes unmöglich wird. Die mechanische Spannung; mit der ein Band zu beaufschlagen ist wird somit auf einen Wertebereich eingestellt der den Angriff der Walzen an dem Band nicht beeinträchtigt Der Höchstwert der mechanischen Spannung wird bevorzugt durch Versuche bestimmt und zwar jedesmal, wenn Wendelrippen herzustellen sind, da dieser Wert in Abhängigkeit von dem eingesetzten Schmiermittel, der Arbeitsgeschwindigkeit und anderen Betriebsbedingungen schwanken kann.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Rippenrohres, bei dem ein Metallband mit rechteckigem Querschnitt durch Walzen in ein Band mit Trapezquerschnitt umgeformt und hochkant wendelförmig auf das synchron

vorgeschobene umlaufende Rohr aufgewickelt wird, dadurchgekennzeichnet, daß auf das Metaliband vor dem Umformungsbereich eine Zugspannung ausgeübt wird und daß die Einziehgeschwindigkeit des Bandes der Walzgeschwindigkeit entspricht, mit der der Außenbereich des Bandes gewalzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Aluminiumbandes von einer Dicke von 0,25 mm und einer Breite von 16 mm mit einer Spannung von mindestens 20 N/mm² gewalzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aluminiumband von wenigstens 0,2 mm Dicke und 16 mm Breite unter einer Zugspannung von mindestens 30 N/mm² gewalzt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 -3 mit einem Walzenpaar, die einen trapezförmigen Walzspalt einschließen, und mit einer Vorrichtung zum synchronen Vorschieben und Verdrehen eines Rohres, gekennzeichnet durch eine dem Walzenpaar (80,96) vorgeschaltete Spannvorrichtung (4), die eine mit einer Bremsrolle (24) gekoppelte elektromagnetische Bremse (21) aufweist, deren Bremskraft über einen Bandzugmesser (30) und einen mit diesem gekoppelten Regler (40) einstellbar ist