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Verfahren zum Formen von Wasserkammern Die Erfindung betrifft ein
Verfahren und einen Apparat zur Herstellung von Wasserkammern oder Kopfstücken von
Dampfkesseln aus Hohlkörpern mit Hilfe von außen zur Einwirkung kommenden Matrizen
nach Einlegen eines den Gegendruck aufnehmenden Kernes in das Innere des Hohlkörpers.
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Apparate, die diesen Bedingungen entsprechen, sind an sich bekannt,
jedoch haben sie den Übelstand, daß bezüglich der Gleichmäßigkeit in der Wandstärke
die fertigen Wasserkammern viel zu wünschen übrigließen. Insbesondere ist dies der
Fall, wenn das Werkstück vor der Bearbeitung schon Ungleichmäßigkeiten aufweist.
Die Matrizen katnen bei ihrer Annäherung an das Arbeitsstück auf ihrer ganzen Länge
gleichzeitig zur Anlage. Eine Gleichmäßigkeit in der Wandstärke zu erzielen, wird
besonders dadurch erschwert, daß die Wandungen der Wasserkammern wellenförmig gestaltet
sind.
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Nach vorliegender Erfindung wird dem Übelstand dadurch entgegengearbeitet,
daß die Matrizen derart gelagert und bewegt werden, daß sie bei ihrer Annäherung
an den Hohlkörper, aus welchem die Wasserkammer gebildet werden soll, scherenartig
auf die Decke und die Seiten des Hohlkörpers zur Einwirkung gebracht werden, derart,
daß der Hohlkörper zunächst an "einem Ende erfaßt und alsdann an diesem Ende beginnend
über die ganze Länge einem Druck fortschreitend unterworfen wird. Da diese Einwirkung
gleichzeitig auf alle vier Seiten zur Geltung gebracht wird, so vermag man die Wasserkammer
in einem einzigen Vorgang herzustellen. Zwei einander gegenüberliegende Matrizen
werden an einem Ende drehbar miteinander verbunden, so daß bei Annäherung an den
Hohlkörper, in den vorher- ein entsprechend gestalteter Kern eingelegt ist, die
Matrizen zunächst an dem Ende, an welchem sie drehbar miteinander verbunden sind,
den Hohlkörper erfassen und der Druck bei der weiteren Annäherung der Matrizen allmählich
bis zum anderen Ende sich fortsetzt. Bei Beendigung der Formgebung liegen alsdann
die Matrizen parallel zueinander, und die Wände erhalten eine weitgehend gleichmäßige
Stärke. Zwei weitere Matrizen erfassen die beiden Seiten, und zwar gleichfalls unter
einem von einem zum anderen Ende fortschreitenden Druck, zu welchem Zweck die Tragarme
dieser beiden Matrizen nahe dem Drehpunkt der anderen Matrizen drehbar miteinander
verbunden sind. Der fortschreitende Druck auf das der Bearbeitung unterworfene Material
bewirkt, daß dieses so weit in Richtung nach dem vorderen Ende hingedrückt wird,
gewissermaßen fließt, daß eine weitgehend gleichmäßige Verteilung erfolgt und somit
ein besseres Produkt gewonnen wird.
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Es sei noch bemerkt, daß scherenartig arbeitende Preßwerkzeuge zwar
an sich bekannt geworden sind. Die Anwendung bei der Herstellung von Wasserkammern
ist aber wegen der hier auftretenden, vorher geschilderten Schwierigkeiten von besonderer
Bedeutung.
Abb. i zeigt die Seitenansicht eines nach der Erfindung
hergestellten Apparates zur Ausübung des Verfahrens, teilweise im Schnitt. Abb.
2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie 2-z der Abb. i. Abi 3 ist eine obere
Ansicht, teilweise im Schnitt, der Abb. 2. Abb. ,4 ist die Seitenansicht der in
Abb. 3 gezeigten Einrichtung. Abb. 5 ist die schaubildliche Darstellung einer Seitenmatrize.
Abb. 6 ist die untere Ansicht der oberen Matrize. Abb. 7 zeigt einen Schnitt nach
der Linie 7-7 der Abb. 2. Abb. 8 ist die obere Ansicht einer vollständigen Wasserkammer,
teilweise abgebrochen, mit dem Stempel. Abb.9 ist ein Schnitt nach der Linie 9-9
der Abb. B. Abb. i o ist ein Schnitt der Wasserkammer mit eingeschlossenem Stempel,
und Abb. i i zeigt die schaubildliche Darstellung einer nach der Erfindung hergestellten
Wasserkammer. Abb. 12, 13 und 14. zeigen gleichfalls schaubildlich die einzelnen
Teile des Kernes.
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Auf einer Grundplatte i befindet sich ein als Amboß dienender Teil
2, welcher im allgemeinen eine doppel-T-förmige Gestalt erhalten kann und dessen
Flansch 3 das Werkstück zü tragen hat, welches nicht nur von Seitenmatrizen, sondern
auch von einer Obermatrize bearbeitet wird. Die Seitenmatrizen q. (Abo. 5) besitzen
eine besondere Formgebefläche oder Arbeitsfläche 5 und eine Grundfläche 6, mit deren
Hilfe sie in Vertiefungen 7 eines Preßbl'ocks 8 (Abo. i) befestigt sind. Die Preßblöcke
8 sind sehr kräftig, weisen ein verhältnismäßig großes Gewicht auf und ruhen mit
ihrem unteren Teil 9 auf der Grundplatte i und greifen unter den Flansch 3 des Ambosses
2, wenn bei .Ausübung des Druckes das Arbeitsstück erfaßt wird. Die beiden Preßblöcke
8 für die Seitenmatrizen sind am hinteren Ende der Grundplatte i um einen Bolzen
io (Abo. 2) drehbar. Die Naben sind mit i i und 12 bezeichnet.
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Die obere Matrize 13 wird von einem oberen Druckstück 14 gehalten,
welches sich nach hinten erstreckt und an einem waagerechten Zapfen 15 drehbar befestigt
ist. Dieses Druckstück bzw. der Arm dieses Druckstükkes besitzt eine Ausbauchung
16, um über die Naben ii und 12 und den Zapfen io herübergreifen zu können.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist angenommen, daß der Druck
durch eine SchraubenkonstruktionzurAusübung gebracht wird, jedoch kann der Druck
auch in irgendeiner anderen beliebigen Weise, beispielsweise hydraulisch oder durch
Preßgas oder sonstwie erzeugt werden. Zur Erzielung eines Schraubendruckes nach
Art einer Schraubenpresse kommt ein Bügel 17 (Abo. i und 7) in Anwendung, dessen
freie Enden 18 beiderseits der Grundplatte i befestigt werden. Der Bügel besteht
aus zwei lotrechten Seitenteilen i9 und dem waagerechten Teil 2o. Eine mit Griff
oder Handrad 22 ausgestattete Schraube 21 ist in jeden Seitenbeutel i9 des Bügels
eingeschraubt und erfaßt den Preßblock 8, mit dem die Schraube, wie bei 23 dargestellt
ist, drehbar verbunden ist. Durch Drehen der Schrauben oder Handräder 22 werden
die Preßblöcke 8 zusammengedrückt. Eine ähnliche Schraube 24., die gleichfalls mit
Handrad z5 ausgestattet sein kann, greift durch den oberen Teil 2o des Bügels hindurch
und ist, wie bei 26 (Abb.7) gezeigt, mit dem oberen Druckstück i¢ drehbar verbunden,
so daß, wenn der Griff oder das Handrad 24 gedreht wird, das Druckstück 14 vorgeschoben
wird.
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Es ist zu beachten, daß die beiden durch Schrauben zusammendrückbaren
Preßblöcke 8, wie erwähnt, hinten an der Maschine drehbar befestigt sind, so daß
bei der anfänglichen Annäherung der beiden Preßblöcke der Druck zuerst am hinteren
Ende der Maschine erfolgt, wie bei Betrachtung der Abb. 3 verständlich ist. Ein
weiteres Anziehen der Schrauben hat zur Folge, daß der Druck allmählich fortschreitet,
d. h. vom hinteren Ende beginnend nach dem vorderen Ende zu, und erst wenn die Matrizen
vollkommen parallel zueinander liegen, ist das Werkstück auf seiner ganzen Länge
dem Druck unterworfen, und erst dann ist die Formgebung durch die Seitenmatrizen
beendet. Es ist des weiteren zu beachten, daß auch der obere, die Matrize haltende
Teil hinten an der Maschine seine drehbare Lagerung findet, so daß auch der anfängliche
Druck der oberen Matrize zuerst hinten zur Geltung kommt, und erst bei weiterem
Anziehen der Schraube ergibt sich eine fortschreitende Druckausübung auf das Werkstück,
bis die Matrize sich vollkommen parallel zur Grundplatte i einstellt und damit den
Druckvorgang beendet, wobei dann das Werkstück auf seiner ganzen Länge erfaßt wird.
Hieraus folgt, daß das Werkstück fortschreitend in die gewünschte Gestaltung, beginnend
von hinten nach vorn, gebracht wird, so daß auch das Metall des Arbeitsstückes ganz
allmählich einen wachsenden fortschreitenden Druck von vorn nach hinten erhält.
Die Gestaltung erfolgt also ohne stoßweisen Wechsel in der Struktur der Fasern,
d. h. ohne plötzlich auf die ganze Länge sich erstreckenden Druck.
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Bei der in Abb. 5 gezeigten Ausführungsform einer Seitenmatrize hat
diese eine wellenförmige Seitenfläche; um eine entsprechende Wellenform des Werkstückes
zu erzielen, wobei zweckmäßig die Wellen unter einem Winkel oder schräg verlaufen.
Die Wellen der gegenüberliegenden Seiten der Wasserkammer sind so angeordnet, daß
sie zu diesen versetzt
sind, so daß die Wasserkammer im wesentlichen
auf ihrer ganzen Länge eine gleichbleibende Weite erhält, bestehend abwechselnd
aus Vorsprüngen 2 j und Vertiefungen 28 auf einer Seite gegenüber entsprechenden
Vertiefungen 29 und Vorsprüngen 3o auf der anderen Seite der Wasserkammer (Abb.8).
Diese Konstruktion ist bestimmt für Kessel mit abgesetzten Rohren.
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Die in Abb.6 gezeigte Ausführungsform cler oberen Matrize besitzt
gleichfalls im a11-gerneinen eine wellenförmige Gestalt 34 von der Seite gesehen,
und hat im übrigen ein gezahntes Aussehen, das durch eine Mehrzahl Abschrägungen
32 entsteht, welche nach den Ansätzen 33 führen, die durch noch schärfere Abschrägungen
gebildet werden. Diese Teile sind, wie aus Abb. i i ersichtlich ist, abgesetzt,
um der abgesetzten Formgebung zu entsprechen, die durch die Seitenmatrizen gebildet
werden. Mit anderen Worten, die obere Matrize besitzt eine Anzahl von schrägen Flächen
32, welche durch schroff abfallende Ansätze 33 begrenzt sind, die so abgesetzt sind,
daß sie der ähnlichen wellenförmigen Konstruktion der Wasserkammer entsprechen,
wie sie durch die Seitenmatrizen gebildet wird.
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Bei der Formgebung ist es bekanntlich erforderlich, eine Gegenmatrize
oder einen Kern zu verwenden, wie ein solcher in den Abb. 8, 9, 1o, 1.2, 13 und
14 zur Darstellung gebracht ist. Dieser Kern besitzt einen Bodenteil 34 von genügender
Länge, der durch das Werkstück oder Rohr hindurchreicht, und einen oberen Teil
35 gleicher Länge. Die zusammenstoßenden Flächen oder. Kanten dieser beiden
Teile 34. und 35 sind schräg gerichtet, um sich gegenseitig zu ergänzen und somit
eine Keilwirkung beim Einsetzen zu erzielen und das Herausnehmen zu erleichtern.
Der obere Teil 35 des Kernes besitzt eine Mehrzahl von allmählich ansteigenden
Schrägflächen 36, die in steil abfallenden Flächen 3; enden, entsprechend der Gestaltung
der oberen Matrize mit ihren Schrägflächen 32 und Ansätzen 33 bzw. der Form der
fertigen Wasserkammer (Abb. i i). Als Stützen für die Seiten des Werkstückes kommen
geteilte Glieder 38 in Anwendung, deren Seitenflächen eine wellenförmige Gestalt
39 (Abb. 8) besitzen, entsprechend der Wellenform der Seitenmatrizen. Die beiden
Teile der geteilten Kernglieder 38 berühren sich mit den Flächen 4o an ihren dünneren
Teilen 44 die. zwischen die Hauptstempelglieder 34 und 35 passen, wie aus Abb.9
und fo ersichtlich ist. Diese Seitenkonstruktion des Kernes ist so eingerichtet,
daß einem Vörsprung auf einer Seite unmittelbar gegenüber eine Vertiefung erscheint.
Hieraus ersieht mau, daß der Kern im ganzen zerlegbar ist und leicht in das hohle
Werkstück eingeführt und aus der fertigen Wasserkammer wieder herausgezogen werden
kann. Zum Herausziehen des gesamten Stempels ist es nur erforderlich, zunächst das
Glied 34 und dann das Glied 35 zurückzuziehen; alsdann werden die anderen Teile
zusammenfallen, so daß die anderen Glieder des Stempels bequem und leicht herausgeholt
werden können. Zu diesem Zweck ist das flach ausgebildete Glied 34 etwas keilförmig
gestaltet, wie in Abb. 9 durch eine punktierte Linie und in Abb. 14 angedeutet ist.
Ist das Glied 34 entfernt, so läßt sich auch das Glied 35 leicht herausnehmen und
alsdann auch die übrigen Kernteife.
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Infolge der wellenförmigen Gestaltung der fertigen Wasserkammern und
auch des Kernes ist in der Durchsicht die öffnung der Wasserkammer nur ein Bruchteil
des wirklichen Durchgangsquerschnitts an irgendeiner Stelle. Die Kernteile 34 und
35 sind in bekannter Weise noch schmäler als der sichtbaren Innenweite der Wasserkammer
entspricht, um sie herausziehen zu können. Die wellenförmigen Seitenglieder des
Kernes 38 erstrecken sich, wenn eingesetzt, auf die ganze Breite der Bohrung der
fertigen Wasserkammer; jedoch besitzen sie eine geringere Höhe als der Höhe der
Durchbohrung der Kammer entspricht, denn es ist nur erforderlich, einem Druck auf
eine verhältnismäßig kurze Strecke zu widerstehen. Diese Seitenglieder vermögen
aber einem Druck in genügendem Maße zu widerstehen, um eine Wasserkammer auf ihrer
ganzen Länge bilden zu können. Die Vorschrift, die Seitenglieder des Kernes dünner
zu gestalten, ist ein wichtiger Faktor für die Entfernung des Kernes im ganzen.
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Die Gestaltung oder der Charakter des zu bearbeitenden Werkstückes
ist nicht wesentlich, sofern das Werkstück nur hohl ist. Naturgemäß wird es üblich
sein, sich zylindrischer oder rohrförmiger Werkstücke zu bedienen. Der Apparat wie
auch das Verfahren können jedoch auch anwendbar sein auf anders gestaltete Werkstücke.
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Soll die Wasserkammer schräg zueinander gerichtete Seiten oder Wände
erhalten, einschließlich der Decke, oder sollen diese Teile eine andere gegenseitige
Formgebung erhalten, so kann diesem dadurch Rechnung getragen werden, daß die Matrizen
ausgewechselt werden bzw. eine andere Form und Lage erhalten. .
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Bei der in Abb. i i gezeigten Ausführungsform einer Wasserkammer
ist die Decke mit einer Anzahl von schrägen Flächen versehen, die an ihren Enden
scharf abfallende Stufen 43 besitzen, während die Seitenwände der Kammer Wellenform
44 und 45 annehmen. Die Wellenform der einander gegenüberliegenden Seitenwände ergänzt
sich, zueinander,
so daß die Kammer von innen gleichmäßige Wellenform
erhält von gleichmäßiger Weite. Die schrägen Flächen 42 sind um ein geringes gegeneinander
versetzt und mit Öffnungen 46 versehen zur Aufnahme der Kesselrohre, die unter einem
Winkel zur Wasserkammer stehen können.
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Es ist zu beachten, daß in Abb. i i die oberen schrägen Flächen 42
der Wasserkammern gekrümmt erscheinen. Dies ist aber eine optische Täuschung; die
dadurch entsteht, daß die Seitenwände Wellenforen erhalten und dadurch auch die
Begrenzungslinien an den schrägen Flächen 42 gekrümmte Linien ergeben. Die Flächen
42 sollen aber bei der dargestellten Ausführungsform gerade sein.
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Es können auch Wasserkammern nach der Erfindung hergestellt werden,
die -eine andere Gestalt haben als die in der Zeichnung dargestellte, wobei, die
Kesselrohre rechtwinklig oder unter einem beliebigen Winkel eingesetzt werden können
und wobei die Wellen gerade oder lotrecht mit Bezug auf die Wasserkammer im ganzen
verlaufen können oder auch unter einem ganz anderen Winkel als in der Zeichnung
zur Darstellung gebracht ist. Die Decke der Wasserkammer kann gleichfalls gerade
und flach und parallel zum Boden verlaufen, in welchem Falle die Wellen der Seitenwandungen
lotrecht mit Bezug auf die gesamte Wasserkammer gerichtet sein können.
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Die Tatsache, daß mit Hilfe des dargestellten Apparates bzw. daß bei
Ausübung der Erfindung das Material des Werkstückes zunächst mit einem geringen
Drück erfaßt wird und daß die Matrize nach dem-` anderen Ende zu allmählich mit
steigendem Druck das Werkstück erfaßt und die' einmal erfaßten Teile ständig einem
wachsenden Druck unterwerfen werden, ist von größer Wichtigkeit. Die-Formgebung
ist erst beendet, wenn die Matrizen ihre ihiien«vorgeschriebene Lage bei Ausübung
-des Druckes annehmen, und da die Druckäußerung an einem Ende anfängt und nach dem
anderen Ende fortschreitet und die Formgebung des Werkstückes an dem erstgenannten
Ende beginnt und allmählich fortschreitend weitergeführt wird, so vermag das Material
des Werkstückes sich der Formgebung gut anzupassen, so daß Ungleichmäßigkeiten entgegengearbeitet
wird.