DE3634809A1 - Verfahren zur herstellung von doppelwandigen hohlkoerpern aus metall und nach dem verfahren hergestellter hohlkoerper - Google Patents
Verfahren zur herstellung von doppelwandigen hohlkoerpern aus metall und nach dem verfahren hergestellter hohlkoerperInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
doppelwandigen Hohlkörpern aus Metall, insbesondere von
rohrförmigen Hohlkörpern.
Für eine Vielzahl von Anwendungsfällen, insbesondere im
chemischen Apparatebau, ist es erforderlich, Rohrleitungen,
Behälter, insbesondere aber Reaktionsapparate, doppelwandig
auszubilden, und über die Wandflächen dem Behälterinhalt
Wärme zuzuführen oder Wärme zu entziehen. Derartige doppel
wandige, vorzugsweise rohrförmige Hohlkörper, aus denen
sich derartige Behälter aufbauen lassen, sind grundsätzlich
bekannt. Die Herstellung derartiger Behälter bereitet jedoch
dann Schwierigkeiten, wenn insbesondere bei Hohlkörpern
mit Kreisquerschnitt hohe Anforderungen an die exakte Kreis
form und auch an die exakte axiale Ausrichtung gestellt wer
den, wie dies beispielsweise für Apparate der Fall ist,
in die rotierende Einbauten eingesetzt sind, die in einem
Abstand von nur wenigen Millimetern bis zu Bruchteilen eines
Millimeters entlang der Innenwandung des Zylinders geführt
werden müssen. Da im Hinblick auf einen guten Wärmedurchgang
die Innenwandung des Hohlkörpers möglichst dünn sein muß,
war das Herstellungsverfahren für derartige doppelwandige
Hohlkörper sehr aufwendig, um den Verzug des Materials durch
die Schweißarbeiten zu beheben.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung derartiger Hohlkörper zu schaffen, die eine
hohe Formgenauigkeit hinsichtlich der Querschnittskontur
und hinsichtlich der axialen Ausrichtung aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf
einen die Innenwandung des Hohlkörpers bildenden ersten
Blechzuschnitt ein die Außenwandung bildender zweiter Blech
zuschnitt dicht anliegend aufgebracht und zonenweise mit
dem ersten Blechzuschnitt verschweißt wird, wobei in den
Hohlkörper ein Kalibrierkörper eingeschoben wird und daß
durch Beaufschlagung des Zwischenraumes zwischen den Blech
lagen mit einem Druckmittel die mit dem ersten Blechzuschnitt
nicht verschweißten Bereiche des zweiten Blechzuschnittes
nach außen unter Verformung aufgeweitet werden. Der Vorteil
dieser Verfahrensweise besteht darin, daß durch die Kaltver
formung beider Bleche das Material eine Kaltverfestigung
erfährt und damit der erstellte rohrförmige Hohlkörper eine
hohe Formsteifigkeit aufweist. Bei der Druckbeaufschlagung
wird das die Innenwandung bildende Blech auf den Kalibrier
körper gepreßt und erhält so die durch den Querschnitt des
Kalibrierkörpers vorgegebene genaue Querschnittskontur.
Die Verformung des die Außenwandung bildenden Bleches durch
Aufweitung nach außen ist sehr viel stärker, so daß hier
eine sehr viel stärkere Kaltverfestigung bewirkt wird, wobei
die durch den Schweißvorgang bei der Verbindung der beiden
Blechzuschnitte miteinander eingebrachten Spannungen abge
baut werden. Die Materialverfestigung bewirkt zugleich die
hohe Formsteifigkeit des fertigen Hohlkörpers. Derartige
nach dem Verfahren hergestellte rohrförmige Hohlkörper sind
vorzugsweise Kreiszylinder. Das Verfahren ist jedoch nicht
hierauf beschränkt. So lassen sich beispielsweise bei ent
sprechender Formgebung des Kalibrierkörpers auch konische
Hohlkörper oder auch Hohlkörper mit von der Kreisform abwei
chenden Querschnitt herstellen. Zweckmäßig ist es, wenn
der Kalibrierkörper nach dem Verschweißen der Blechlagen
und dem Formen des rohen Hohlkörpers eingeschoben wird.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, daß zwei, vorzugsweise flache Blechzuschnitte
dicht aufeinanderliegend zonenweise fest miteinander ver
schweißt werden und daß die verschweißten Blechzuschnitte
zu einem rohrförmigen Hohlkörper gebogen und an den sich
berührenden Längskanten fest miteinander verschweißt werden.
Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für Hohlkörper,
bei denen der die Außenwandung bildende Blechzuschnitt und
der die Innenwandung bildenden Blechzuschnitt über gegenein
ander versetzte Punktreihen miteinander verbunden sind.
Es ist aber auch nach dieser Verfahrensweise möglich, die
Blechzuschnitte über eine Vielzahl von parallel laufenden
durchgehenden Schweißnähten miteinander zu verbinden, um
so durchgehende Strömungskanäle zu erhalten. Besonders zweck
mäßig ist es hierbei, wenn die Schweißnähte in Umfangsrich
tung des herzustellenden Hohlkörpers verlaufen, wobei die
Schweißnähte dann jeweils abwechselnd im Bereich der einen
und der anderen, die Längsnaht des fertigen Rohres bildenden
Kante des Blechzuschnittes mit Abstand enden und so das
fertiggestellte Rohr einen mäanderförmig vom einen Rohrende
zum anderen Rohrende verlaufenden Strömungskanal aufweist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist jedoch vorgesehen, daß auf ein vorgeformtes,
die Innenwandung des Hohlkörpers bildendes Rohr wenigstens
ein Blechstreifen wendelförmig aufgewickelt und längs der
Kanten mit der Außenwandung des Rohres dicht verschweißt
wird. Bei dieser Verfahrensweise kann der Kalibrierkörper
schon vor dem Schweißvorgang in das Rohr eingebracht werden.
Der auf diese Weise nach dem Aufweiten entstehende Strömungs
kanal erlaubt eine Durchströmung eines fließenden Mediums,
insbesondere einer Flüssigkeit mit nur geringem Druckverlust.
Der wendelförmig auf der Außenseite verlaufenden, durch das
Aufweiten verfestigte Strömungskanal gibt dem so hergestellten
rohrförmigen Hohlkörper eine hohe Formsteifigkeit wobei
hinsichtlich der Rundlaufgenauigkeit der Innenwandung und der
Geradheit des Hohlkörpers in axialer Richtung eine hohe
Präzision möglich ist.
In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner
vorgesehen, daß der wendelförmig aufzuwickelnde und mit
dem Rohr zu verschweißende Blechstreifen rinnenförmig vorge
formt wird. Dieser vorangehende Vorgang der Verformung des
Blechstreifens ist zunächst ein reiner Biegevorgang,
an den sich nach dem Aufschweißen durch die Druckmittelbeauf
schlagung die Ausreckung des Materials des Blechstreifens
anschließt. Bei dieser Verfahrensweise lassen sich bei
gleicher Ausreckung wie bei dem vorstehend beschriebenen
Verfahren Strömungskanäle mit größerem Querschnitt herstellen.
Die rinnenförmige Vorverformung läßt sich in den Wickelvorgang
dadurch integrieren, daß der beim Wickelvorgang dem Rohr
zulaufende Blechstreifen zunächst eine Formrollenstation
durchläuft, die dem Blechstreifen die Rinnenform gibt und
der dann in einem Zug unmittelbar nach der Vorverformung
auf das Rohr wendelförmig aufgewickelt und gleichzeitig
hierbei verschweißt werden kann.
Sowohl der glatte unverformte, wie auch der rinnenförmig
vorverformte Blechstreifen kann nun so auf das Rohr gewickelt
werden, daß sich in aufgewickeltem Zustand seine Kanten
unmittelbar miteinander berühren. Durch ein entsprechendes
Schweißverfahren, beispielsweise ein WIG- oder PLASMA-Schweiß
verfahren ist es dann möglich, sowohl die beiden benachbar
ten Kanten des aufgewickelten Blechstreifens miteinander,
als auch beide Kantenbereiche mit dem Material des Innenroh
res fest zu verschweißen. Nach dem Aufweiten ergibt sich
hierdurch eine schmale Schweißnaht, so daß nach dem Aufweiten
eine große Wärmeübertragungsfläche zwischen dem Strömungs
kanal und den vom Innenrohr unschlossenen Raum zur Verfügung
steht und eine dementsprechend höhere Wärmeleistung
übertragbar ist.
In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah
rens ist vorgesehen, daß der Blechstreifen schuppenartig
überlappend auf das Rohr aufgewickelt und mit beiden Kanten
dicht verschweißt wird. Die eine Schweißnaht verläuft hierbei
unmittelbar auf der Außenwandung des Innenrohres, während
die andere Schweißnaht auf dem darunterliegenden Blechstrei
fen verläuft.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen,
daß ein erster Blechstreifen mit axialem Abstand der benach
barten Kanten und ein zweiter Blechstreifen den verbleibenden
Zwischenraum überdeckend auf das Rohr aufgewickelt und die
Kanten beider Blechstreifen jeweils mit der darunterliegenden
Fläche dicht verschweißt werden. Bei dieser Herstellungsweise
ergibt sich ein zweigängiger Wendel, wobei zweckmäßigerweise
der unmittelbar auf die Außenwandung des Innenrohres gewickel
te Blechstreifen rinnenförmig vorgeformt wird, um so bei
dem anschließenden Aufweiten für beide Kanäle einen in etwa
gleichen Strömungsquerschnitt zu erhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch in der Weise
verwirklichen, daß zwei verhältnismäßig breite Blechstreifen
mit wenigstens einer in Längsrichtung verlaufenden Schweiß
naht miteinander verschweißt werden, daß dieser doppeltlie
gende Blechstreifen dann zu einem Rohr gewickelt wird, wobei
die einander berührenden Kanten unmittelbar miteinander
verschweißt werden. Das so hergestellte zweilagige Wickel
rohr wird dann, wie vorbeschrieben, auf einen Kalibrierkör
per geschoben und durch Beaufschlagung des Zwischenraumes
zwischen beiden Blechen aufgeweitet.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, daß der Kalibrierkörper nach dem Einschieben
in den rohen Hohlkörper zunächst aufgeheizt wird und nach
der anschließenden Verformung des Hohlkörpers durch die
Druckmittelbeaufschlagung gekühlt und aus dem fertigen Hohl
körper gezogen wird. Diese Verfahrensweise verlangt zwar
einigen Energieaufwand für das Aufheizen und Abkühlen des
Kalibrierkörpers, hat jedoch den Vorteil eines einfachen
Aufbaues und ist praktisch wartungsfrei. Für zylindrische
oder auch konische Hohlkörper läßt sich ein derartiger Kali
brierkörper als einfaches Drehteil mit hoher Präzision her
stellen. Durch das Aufheizen des Kalibrierkörpers nach dem
Einschieben wird zunächst eine dichte Anlage an der Innen
fläche des Innenrohres unter gleichzeitiger geringfügiger
Dehnung des Materials bewirkt, so daß bei der anschließenden
Druckmittelbeaufschlagung die außenliegende Blechschicht
unter Materialreckung aufgeweitet, gleichzeitig aber die
innenliegende Blechschicht auf die Oberfläche des Kalibrier
körpers gepreßt wird und hierbei die geforderte Rundlaufge
nauigkeit fixiert wird. Da aufgrund der Druckmittelbeaufschla
gung der fertige Hohlkörper auf der Außenfläche des Kali
brierkörpers press aufsitzt, ist eine anschließende schnelle
Kühlung erforderlich, um den Kalibrierkörper herausziehen
zu können.
In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah
rens ist vorgesehen, einen aus einer Vielzahl von radial
verstellbaren Längssegmenten bestehenden Kalibrierkörper
zu verwenden. Ein derartiger Kalibrierkörper ist in der
Herstellung und in der Wartung erheblich aufwendiger, hat
jedoch den Vorteil, daß die vor der Druckmittelbeaufschla
gung erfolgende Durchmesservergrößerung zur Erzeugung einer
festen Anlage des Kalibrierkörpers an der Innenfläche des
Innenrohres mechanisch oder hydromechanisch vorgenommen
werden kann.
Während insbesondere bei einer Herstellung derartiger Hohl
körper unter Anwendung eines Wickelverfahrens zumindest
für die herzustellenden, die Außenwandung bildenden Strö
mungskanäle an sich Hohlkörper der erfindungsgemäßen Art
mit großer Menge hergestellt werden können, so ergibt sich
für die praktische Anwendung jedoch eine Beschränkung in
den herstellbaren Längen, die durch die Verwendung eines
einzuschiebenden bzw. eingeschrumpften Kalibrierkörpers
vor der Druckmittelbeaufschlagung bedingt ist. Dies hat
zur Folge, daß für eine Reihe von technischen Einsatzfällen,
beispielsweise der Verwendung derartiger Hohlkörper für
chemische Apparate, Gesamtlängen bis zu zehn Metern erforder
lich sind, so daß die Gesamtlänge nur durch das Zusammen
schweißen mehrerer Schüsse erstellt werden kann. Da die
gestellten Anforderungen hinsichtlich Geradheit und Rundlauf
genauigkeit auch für einen aus mehreren Schüssen
zusammengesetzten Hohlkörper der erfindungsgemäßen Art
gilt, muß auch bei der Herstellung der zur Verbindung
zweier benachbarter Schüsse erforderlichen Rundschweißnaht
besondere Vorsorge getroffen werden, um auch hier die
gleichen Präzisionsanforderungen erfüllen zu können. In
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zum
Verbinden von Präzisionsrohren mit einer Rundschweißnaht,
insbesondere zum Verbinden von rohrförmigen, doppel
wandigen Hohlkörpern entsprechend den vorbeschriebenen Ver
fahren erfindungsgemäß vorgesehen, daß die miteinander zu
verschweißenden Rohrenden auf einen Zentrier- und Kalibrier
körper aufgeschoben werden und daß vor dem Schweißvorgang
durch den Kalibriervorgang der durch die thermische Einwir
kung des Schweißvorganges beeinflußte Bereich der Hohlkör
per beiderseits des Schweißstoßes radial nach außen zum
Ausgleich der Materialschrumpfungen infolge der Schweißung
aufgeweitet wird. Das Aufweiten kann, wie vorbeschrieben,
thermisch über die Wärmedehnung eines entsprechend ausgebil
deten Kalibrierkörpers oder auch mechanisch erfolgen. Von
Bedeutung ist hierbei, daß die, wenn auch nur geringe Auf
weitung, lediglich in der durch die thermische Einwirkung
des Schweißvorganges beeinflußten Zone erfolgt. Unmittelbar
an den in seinem Durchmesser veränderbaren Bereich, ggf.
aber auch in entsprechend weitem Abstand weist der Zentrier-
und Kalibrierkörper jeweils wenigstens eine in die aneinander
stoßenden Hohlkörper hineinragende Zentrierzone auf, so
daß eine exakte axiale Ausrichtung der beiden jeweils mitein
ander zu verschweißenden Hohlkörper gewährleistet ist. Wäh
rend durch den Kalibrierteil gleichzeitig gewährleistet
ist, daß sich infolge des Schweißvorganges das Material
nicht verziehen kann und auch hier die gewünschte Rundlauf
genauigkeit erhalten bleibt.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen doppelwandigen
Hohlkörper aus Metall, insbesondere einen rohrförmigen Hohl
körper, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Der erfindungsgemäße Hohlkörper ist gekennzeichnet durch
einen glatten, vorzugsweise zylindrischen Innenrohrkörper,
dessen Außenfläche mit einem wenigstens eingängigen Strömungs
kanal versehen ist, der durch ein nach außen aufgeweitetes,
mit der Außenfläche des Innenkörpers verbundenes Blech ge
bildet wird und der jeweils an seinen Enden mit einer Anschluß
öffnung für eine Strömungsmittelleitung verbunden ist.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Hohlkörpers ist vorgesehen, daß der Innenrohrkörper auf
seiner Außenfläche mit einem wenigstens eingängigen wendel
förmigen Strömungskanal versehen ist, der durch einen nach
außen aufgeweiteten, mit seinen Rändern am Innenrohrkörper
dicht verschweißten Blechstreifen gebildet wird.
In zweckmäßiger Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hohl
körpers ist es ferner vorgesehen, daß der Strömungskanal
jeweils im Endbereich des Hohlkörpers mit einem Ringraum
in Verbindung steht, der mit einer Durchtrittsöffnung für
ein strömendes Medium versehen ist.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen flachen, mit mehreren parallelen
Schweißnähten verbundenen Doppelblech
zuschnitt,
Fig. 2 eine Seitenansicht und
Fig. 3 eine Aufsicht auf einen rohrförmigen,
aus dem Doppelblechzuschnitt gem. Fig. 1
hergestellten Hohlkörper,
Fig. 4 einen durch Bewickeln mit einem Blech
streifen hergestellten rohen Hohlkör
per,
Fig. 5 die Ausführungsform gem. Fig. 4 in
fertigem Zustand nach dem Aufweiten,
Fig. 6 einen Schnitt gem. der Linie VI-VI
in Fig. 4 in größerem Maßstab,
Fig. 7 einen Schnitt gem. der Linie VII-VII
in Fig. 5 in größerem Maßstab,
Fig. 8 in einem Schnitt entsprechend VI-VI
eine andere Bewicklungsform,
Fig. 9 eine weitere Ausgestaltung der Bewick
lungsform,
Fig. 10 eine Abwandlung der Bewicklungsform
gem. Fig. 9 mit rinnenförmig vorgeform
ten Blechstreifen,
Fig. 11 eine Stirnansicht für eine Anordnung
zur Herstellung eines Hohlkörpers ent
sprechend der Ausführungsform gem. Fig. 4,
Fig. 12 eine schematische Aufsicht auf die
Anordnung gem. Fig. 11,
Fig. 13 in einem Längsschnitt die Anordnung
eines thermisch verstellbaren Kali
brierkörpers in einem rohen Hohlkörper
gem. Fig. 4,
Fig. 14 einen schematischen Querschnitt durch
einen mechanisch verstellbaren Kali
brierkörper,
Fig. 15 einen Längsschnitt durch einen Zentrier-
und Kalibrierkörper zum Aneinander
schweißen von zwei Hohlkörperschüssen.
Zur Herstellung der in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungs
form werden, wie in Fig. 1 dargestellt, zwei Blechzuschnitte
1 und 2 aufeinandergelegt, wobei der Blechzuschnitt 2 in
der Länge etwas kürzer ist und mit seinen Endkanten 3, 4
mit Abstand zu den entsprechenden Endkanten des Bleches 1
liegt. Die beiden Blechzuschnitte werden nun, beispielsweise
mittels einer Rollnahtschweißung, sowohl entlang der Kanten
3 und 4 als auch im Bereich zwischen den Endkanten 3 und
4 mit einer Vielzahl von parallelen Schweißnähten 5
miteinander dicht verschweißt. Die Schweißnähte 5
beginnen jeweils abwechselnd von der einen Seitenkante
und der anderen Seitenkante und sind dann, wie die Zeichnung
zeigt, nicht bis zum Ende geführt. Der kleinere Blechzu
schnitt 2 weist zwei Durchgangsöffnungen 6 und 7 auf, die
mit einem nicht näher dargestellten Anschlußstutzen versehen
sind. Die beiden Blechzuschnitte können, wie dargestellt,
als ebene Bleche aufeinanderliegen, was die Herstellung der
Schweißnähte erheblich vereinfacht. Sie können auch bereits
ganz oder teilweise vorgebogen ineinandergesteckt und dann
verschweißt werden. Der fertiggeschweißte doppellagige
Blechzuschnitt wird nun um die Achse 8 zu einem Zylinder
gebogen und die dann aneinanderstoßenden Seitenkanten 9
mit einer Längsnaht dicht verschweißt. Je nach Verfahren
kann nun vor oder nach dem Schweißen der Längsnaht in diesen
rohen Hohlkörper nun ein Kalibrierkörper eingeschoben wer
den, der mechanisch oder thermisch in seinem Durchmesser
vergrößert wird und damit mit seiner Außenfläche dicht an
der Innenfläche des rohen Hohlkörpers anliegt. Dieser Kali
briervorgang wird nachstehend noch näher beschrieben werden.
Nunmehr wird über die Anschlußstutzen an den Durchgangsöff
nungen 6 der Zwischenraum zwischen den beiden Blechen 1 und
2 mit einem Druckmittel, beispielsweise einem Gas oder einer
Flüssigkeit beaufschlagt. Da der durch das Blech 1 definierte
Innenkörper sich über seine volle Länge auf dem eingeschobe
nen Kalibrierkörper abstützt, weiten sich die von den Schweiß
nähten 3, 4 und 5 begrenzten Zonen des außenliegenden Bleches
zu ringförmig in Umfangsrichtung verlaufenden Wulsten auf,
wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.
Beispielsweise zur Herstellung eines chemischen Apparates
kann dann der fertige rohrförmige Hohlkörper an seinen Enden
mit Flanschen 10, in seinem oberen Bereich mit einem Einlaß
stutzen 11 und ggf. weiteren Zu- und Abläufen versehen wer
den. Der so erhaltene doppelwandige, rohrförmige Hohlkörper
kann nun in der Verwendung mit seinen Anschlüssen 6 an eine
Strömungsmittelzuleitung angeschlossen werden, durch die
beispielsweise ein strömendes Heizmedium zugeführt wird.
Aufgrund der besonderen Anordnung der Schweißnähte 5 ergibt
sich eine Längsdurchströmung durch die mit der Aufwölbung
gewonnenen Kanäle, wie dies mit den Pfeilen angedeutet ist.
Durch die Druckbeaufschlagung des rohen Hohlkörpers wird
im Zusammenwirken mit dem eingesetzten Kalibrierkörper zum
einen jeglicher Verzug aus den Schweißvorgängen beseitigt,
da das durch das Blech 1 gebildete Innenrohr auf den mit
einer gewissen Vorspannung von innen anliegenden Kalibrier
körper gepreßt wird. Durch das Aufweiten der durch die
Schweißnähte 5 begrenzten Kanäle wird das Material des Ble
ches 2 in entsprechendem Maße gereckt und erfährt hierbei
eine Kaltverfestigung, die zu einer sehr hohen Formsteifig
keit der Gesamtanordnung führt und gleichzeitig bewirkt
daß nach dem Ziehen des Kalibrierkörpers die durch den Kali
brierkörper vorgegebene Querschnittsform, beispielsweise
die exakte Kreisform, fixiert bleibt. Der so erhaltene rohr
förmige Hohlkörper weist daher eine Präzision hinsichtlich
Geradheit und hinsichtlich Rundlaufgenauigkeit der Innenwan
dung auf, so daß es möglich ist, derartige Hohlkörper auch
für chemische Apparate zu verwenden mit innenliegenden,
um die Rohrlängsachse rotierenden Elementen, deren Enden
dicht an der Innenwandung vorbeigeführt werden müssen, wie
dies beispielsweise bei Dünnschichtverdampfern der Fall
ist. Die scharfen Umlenkungen des durch die Auswölbungen 12
gebildeten Strömungskanales im Bereich der Längsnaht 9 bewir
ken jedoch bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten verhältnis
mäßig große Druckverluste.
In den Fig. 4 bis 10 ist daher eine andere Ausführungsform
dargestellt und beschrieben, die gegenüber der Ausführungs
form gem. Fig. 2 und 3 sowohl in der Herstellung als auch
in der Anwendung eine Reihe von Vorteilen aufweist. Bei
dieser Ausführungsform wird auf ein vorgefertigtes Innenrohr
13, das auf einen Kalibrierdorn aufgezogen ist, ein in seiner
Breite entsprechend bemessener Blechstreifen 14 wendelförmig
aufgewickelt, wie dies in den Fig. 11 und 12 schematisch
dargestellt ist. Die einander berührenden Kanten
15 des aufgewickelten Blechstreifens 14 werden nun sowohl
mit der Außenfläche des Innenrohres 13 als auch miteinander
dicht verschweißt, beispielsweise über ein WIG- oder Plasma-
Schweißverfahren, wie dies dem Schnitt in Fig. 6 zu entnehmen
ist. Zusätzlich werden noch jeweils die beiden Endkanten 16
und 17 mit einer in Umfangsrichtung laufenden Naht dicht
verschweißt.
Jeweils in den Endbereichen ist der Blechstreifen wiederum
mit Durchgangsöffnungen 6 versehen, die entsprechende An
schlußstutzen aufweisen.
Anschließend wird über die Durchgangsöffnungen 6 der
Zwischenraum zwischen dem Innenrohr und dem aufgeschweißten
Blechstreifen mit einem gasförmigen oder flüssigen Druckmittel
beaufschlagt, so daß der Blechstreifen 14 entsprechend aufge
weitet wird und so ein um das Innenrohr herumlaufender
wendelförmiger Strömungskanal entsteht.
In Fig. 7 ist der Bereich der verschweißten Kante 15 nach
dem Aufweiten unter Druck dargestellt. Auch hierbei wird
das Innenrohr hinsichtlich Rundlaufgenauigkeit und Gerad
heit kalibriert und durch den aufgeweiteten und hierbei
kaltverfestigten Blechstreifen 14 stabilisiert. Der besondere
Vorteil dieser Ausführungsform besteht vor allem darin,
daß der Strömungskanal über den ganzen Umfang des Hohlkörpers
umlaufend geführt ist und damit keine "Unstetigkeits
stellen" vorhanden sind, wie dies durch die Längsnaht 9
bei der Ausführungsform gem. Fig. 2 gegeben ist. Die erziel
baren Rundlauftoleranzen sind hierbei so gut, daß bei der
Verwendung entsprechender Blechqualitäten für das Innenrohr
eine Nachbearbeitung der Innenwandung des fertigen
Hohlkörpers in einer Vielzahl von Fällen nicht oder nur
in geringem Maße notwendig ist.
In Fig. 8 ist in einem Schnitt eine andere Form für die
Bewicklung des Innenrohres 13 mit einem Blechstreifen 14
dargestellt. Bei dieser Anordnung wird der Blechstreifen 14
überlappend gewickelt, wobei die eine Kante 18 unmittelbar
mit der Außenwandung des Innenrohres 13 und die andere
Kante 19 mit dem darunterliegenden Teil der vorangegangenen
Windung verschweißt wird.
In Fig. 9 und 10 sind Ausführungsformen für einen zweigängi
gen Wendel dargestellt. Bei dieser Ausführungsform werden
auf das Innenrohr 13 ein Blechstreifen 14′ wendelförmig
aufgewickelt, wobei die Bewicklung so bemessen ist, daß
zwischen den aufeinanderfolgenden Windungen des Blechstrei
fens 14′ ein Zwischenraum 20 verbleibt. Dieser Zwischenraum
20 wird durch einen zweiten Blechstreifen 21 abgedeckt.
Die Kanten beider Blechstreifen sind jeweils mit der darunter
liegenden Fläche dicht verschweißt.
Die Ausführungsform gem. Fig. 10 entspricht im wesentlichen
der Ausführungsform gem. Fig. 9. Der Unterschied besteht
hier lediglich darin, daß die Blechstreifen 14′′ vor dem
Aufwickeln auf das Innenrohr 13 durch eine Formrollenstation
22 (in Fig. 12 gestrichelt dargestellt) rinnenförmig vorge
bogen wird, so daß nach dem Verschweißen dieser Streifen
bereits geringfügig ausgewölbt mit dem Innenrohr 13 verbun
den ist. Der verbleibende Zwischenraum zwischen den benach
barten Windungen des Blechstreifens 14′′ wird dann wiederum
durch einen dicht aufgeschweißten Blechstreifen 21 geschlos
sen. Anstelle eines glatten Blechstreifens, wie dargestellt,
kann auch hier ein rinnenförmig vorgewölbter Blechstreifen
verwendet werden. Die genaue Formgebung und das Maß, um
den der Streifen 14′′ rinnenförmig vorgebogen wird, ist so
zu bemessen, daß bei dem anschließenden Aufweiten unter
Druck die Schweißnähte nicht belastet werden. Andererseits
muß die Tiefe der Rinne auf den Durchmesser des zu bewickeln
den Rohres abgestimmt werden, um hier beim Wickelvorgang
eine Faltenbildung im Kantenbereich zu vermeiden. Um den hier
gewünschten Effekt zu erzielen, genügt es jedoch schon,
den Blechstreifen nur ganz gering rinnenförmig vorzubiegen.
Die Ausführung mit rinnenförmig vorgebogenen Blechstreifen
ist nicht auf die beschriebene zweigängige Ausführung be
schränkt, sondern kann auch bei der eingängigen Ausführungs
form verwendet werden.
Wie Fig. 11 und 12 erkennen lassen, erfolgt die Verschweißung
der Kanten des aufzuwickelnden Blechstreifens 14 mit dem
Drehen des Innenrohres unmittelbar beim Wickelvorgang. Die
Schweißeinrichtung ist in Fig. 11 durch den Pfeil 23 schema
tisch gekennzeichnet. Der Blechstreifen 14 wird von einem
Coil 24 kontinuierlich abgezogen.
Fig. 13 zeigt einen in einen rohen Hohlkörper, wie er gem.
Fig. 4 dargestellt und beschrieben ist, eingeschobenen Kali
brierkörper 25. Der Kalibrierkörper ist in seinem Außendurch
messer so bemessen, daß er gerade unter Berücksichtigung
etwaiger Formungenauigkeiten in das Innenrohr 13 eingeschoben
werden kann. Der Kalibrierkörper 25 ist vorzugsweise aus
einem Metall mit guten Wärmeleiteigenschaften, beispielsweise
Aluminium, hergestellt und ist inwendig mit einem nicht
näher dargestellten Kanalsystem versehen, durch das ein
Heiz- und ein Kühlmedium durchgeleitet werden kann. Der
Kalibrierkörper wird hierbei in kaltem Zustand in den noch
nicht geschweißten Innenmantel eingeschoben. Die Längsnaht
des Innenmantels wird geschweißt und die die Beheizungskanäle
begrenzenden Blechstreifen werden aufgebracht. Dann wird
der Kalibrierkörper über entsprechende Anschlußleitungen 26
zunächst mit einem Heizmedium beaufschlagt, so daß sich
die Außenwandung des Kalibrierkörpers aufgrund der radialen
Wärmedehnung gegen die Innenwandung des rohen Hohlkörpers
preßt. Anschließend wird dann, wie vorbeschrieben,
der Zwischenraum zwischen der Außenwandung des Innenroh
res 13 und dem wendelförmig aufgeschweißten Blechstreifen 14
mit Druck beaufschlagt und die nicht verschweißten Bereiche
des Blechstreifens 14 in der vorbeschriebenen Weise aufge
weitet. Nach Beendigung der Druckbeaufschlagung wird dann
der Kalibrierkörper 25 mit einem Kühlmittel beschickt und
schnell abgekühlt, so daß aufgrund der hierdurch bewirkten
Durchmesserverminderung der Kalibrierkörper 25 frei aus
dem fertigen Hohlkörper herausgezogen werden kann.
Fig. 14 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines mecha
nisch aufweitbaren Kalibrierkörpers im Querschnitt. Dieser
weist einen zentralen zylinderischen Trägerkörper 27 auf,
der auf seiner gesamten Umfangsfläche mit einer Vielzahl
von schmalen Längssegmenten 28 versehen ist. Die Längsseg
mente 28 sind im Trägerkörper 27 um ein geringes Maß radial
verschiebbar geführt und können über mechanische Mittel,
beispielsweise einen längsgeführten Zugkeil oder hydrauli
sche Mittel, radial mit hohem Druck nach außen gepreßt werden,
so daß die äußeren Längskanten unter Druck an der Innenwandung
des Rohres 13 anliegen und hierbei den Gegendruck beim Auf
weiten der aufgeschweißten Blechstreifen 14 aufnehmen können.
Die Längssegmente sind in ihrer Breite, in Umfangsrichtung
gesehen, möglichst so auszubilden, daß die Zwischen-räume
zwischen je zwei benachbarten Längssegmenten 28 in der
Arbeitsstellung möglichst klein sind, um Abweichungen von
der exakten Kreisform bei der Druckbeaufschlagung zu vermeiden.
Das anhand der Fig. 4 bis 12 beschriebene Wickelverfahren
erlaubt theoretisch die Herstellung sehr langer Rohrkörper.
Durch die Anforderungen an die Präzision hinsichtlich Gerad
heit und Rundlaufgenauigkeit und die dadurch bedingte Ver
wendung eines Kalibrierkörpers können jedoch nur verhält
nismäßig kurze Längen derartiger rohrförmiger Hohlkörper
hergestellt werden. Im chemischen Apparatebau, beispiels
weise für Dünnschichtverdampfer, ist es jedoch erforderlich,
derartige doppelwandige Hohlkörper mit Längen bis zu zehn
Metern vorzusehen, wobei gerade bei diesen langen rohrför
migen Hohlkörpern die gleichen hohen Anforderungen an Gerad
heit und Rundlaufgenauigkeit erfüllt werden müssen. Grund
sätzlich ist es möglich, mehrere derartiger kurzer Hohlkör
per jeweils an ihren Enden mit Flanschen zu versehen und
diese mittels einer Schraubverbindung dicht miteinander
zu einem entsprechend langen Hohlkörper zu verbinden. Diese
Bauweise ist sehr aufwendig und erfordert einen hohen Bear
beitungsaufwand.
Um nun durch einfaches Verschweißen von mehreren, aus derar
tigen kurzen, doppelwandigen Hohlkörpern gebildeten "Rohr
schüssen" große Längen herstellen zu können, wird, wie in
Fig. 15 dargestellt, in die miteinander zu verbindenden
Enden ein Zentrier- und Kalibrierkörper 29 eingeschoben.
Die beiden Enden dieses Zentrier- und Kalibrierkörpers wer
den durch Zentrierscheiben 30 gebildet, die ggf. zur besseren
Handhabung gleichmäßig radial nach außen verschiebbare, hier
nicht näher dargestellte Anlagefüße aufweisen. Im Bereich
der zu legenden Rundschweißnaht 31 ist ein mit den Zentrier
scheiben 30 verbundener Kalibrierkörper 32 vorgesehen, der
wie anhand von Fig. 13 beschrieben, nach dem Einschieben
durch Beheizung oder auch durch mechanische Mittel in seinem
Durchmesser um ein entsprechendes Maß vergrößert werden
kann, so daß der durch den Schweißvorgang beim Legen der Rundnaht
31 thermisch belastete und durch die Materialschrumpfung
infolge der Schweißung beeinflußte Bereich vorher entspre
chend aufgeweitet werden kann. Nach Abschluß des Schweißvor
ganges wird der Kalibrierteil 32 durch Beschicken mit einem
Kühlmittel oder durch mechanische Verstellung in seinem
Durchmesser reduziert, so daß er aus dem Rohr herausgezogen
werden kann. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß die
miteinander verbundenen Rohrschüsse nicht nur exakt axial
ausgerichtet sind, sondern daß auch keine Durchmesserver
ringerungen im Bereich der Schweißnaht 31 an der Verbindungs
stelle vorhanden sind. Auf diese Weise lassen sich auch
lange doppelwandige rohrförmige Hohlkörper mit den geforder
ten hohen Anforderungen an Geradheit und Rundlaufgenauig
keit der Innenwandung nach dem vorbeschriebenen Verfahren
herstellen.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung von doppelwandigen Hohlkörpern
aus Metall, insbesondere von rohrförmigen Hohlkörpern,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf einen die Innenwandung des Hohlkörpers bildenden
ersten Blechzuschnitt ein die Außenwandung bildender zweiter
Blechzuschnitt dicht anliegend aufgebracht und zonenweise
mit dem ersten Blechzuschnitt verschweißt wird, daß in den
Hohlkörper ein Kalibrierkörper eingeschoben wird und daß
durch Beaufschlagung des Zwischenrauns zwischen den Blechlagen
mit einem Druckmittel die mit dem ersten Blechzuschnitt
nicht verschweißten Bereiche des zweiten Blechzuschnittes
nach außen unter Verformung aufgeweitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kalibrierkörper in den aus zwei miteinander verbundenen
Blechlagen gebildeten rohen Hohlkörper eingeschoben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
zwei vorzugsweise flache Blechzuschnitte dicht aufeinander
liegend zonenweise fest miteinander verschweißt werden und
daß die verschweißten Blechzuschnitte zu einem rohrförmigen
Hohlkörper gebogen und an den sich berührenden Längskanten
fest miteinander verschweißt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß auf ein vorgeformtes, die Innenwandung des Hohlkörpers
bildendes Rohr wenigstens ein Blechstreifen wendelförmig
aufgewickelt und längs der Kanten mit der Außenwandung des
Rohres dicht verschweißt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Blechstreifen rinnenförmig vorgeformt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Blechstreifen schuppenartig überlappend auf das
Rohr aufgewickelt und mit beiden Kanten dicht aufgeschweißt
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß ein erster Blechstreifen mit axialem Abstand der benach
barten Kanten und ein zweiter Blechstreifen den verbleiben
den Zwischenraum überdeckend auf das Rohr wendelförmig aufge
wickelt und die Kanten beider Blechstreifen jeweils mit
der darunterliegenden Fläche verschweißt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Kalibrierkörper nach dem Einschieben
in den rohen Hohlkörper zunächst aufgeheizt wird und nach
der anschließenden Verformung des Hohlkörpers durch die
Heizmittelbeaufschlagung gekühlt und aus dem fertigen Hohl
körper gezogen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein aus einer Vielzahl von radial ver
stellbaren Längssegmenten bestehender Kalibrierkörper ver
wendet wird.
10. Verfahren zum Verbinden von Präzisionsrohren mittels
einer Rundschweißnaht, insbesondere zum Verbinden von rohr
förmigen Hohlkörpern, hergestellt nach den Verfahren gemäß
den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
miteinander zu verschweißenden Rohrenden auf einen Zentrier-
und Kalibrierkörper aufgeschoben werden und daß vor dem
Schweißvorgang durch den Kalibrierkörper der durch die ther
mische Einwirkung des Schweißvorganges beeinflußte Bereich
des Hohlkörpers beiderseits des Schweißstoßes radial nach
außen zum Ausgleich der Materialschrumpfung infolge der
Schweißung, vorzugsweise durch Temperaturerhöhung des Kali
brierkörpers, aufgeweitet wird.
11. Doppelwandiger Hohlkörper aus Metall, insbesondere rohr
förmiger Hohlkörper, vorzugsweise hergestellt nach dem Ver
fahren gem. den Ansprüchen 1 bis 10, gekennzeichnet durch
einen glatten, vorzugsweise zylindrischen Innenrohrkörper
(13), dessen Außenfläche wenigstens teilweise mit einem
wenigstens eingängigen Strömungskanal versehen ist, der
durch ein nach außen aufgeweitetes, mit der Außenfläche
des Innenrohrkörpers (13) verbundenes Blech (14) gebildet
wird und der jeweils an seinen Enden mit einer Anschlußöff
nung (6) für eine Strömungsmittelleitung verbunden ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863634809 DE3634809A1 (de) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | Verfahren zur herstellung von doppelwandigen hohlkoerpern aus metall und nach dem verfahren hergestellter hohlkoerper |
PCT/EP1987/000548 WO1988002672A1 (en) | 1986-10-13 | 1987-09-26 | Process for manufacturing double-wall hollow metal bodies, and hollow bodies produced by the process |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863634809 DE3634809A1 (de) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | Verfahren zur herstellung von doppelwandigen hohlkoerpern aus metall und nach dem verfahren hergestellter hohlkoerper |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=6311616
Family Applications (1)
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DE (1) | DE3634809A1 (de) |
WO (1) | WO1988002672A1 (de) |
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