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Verfahren zur Herstellung biegsamer Metallschläuche oder -rotere Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung biegsamer Metallschläuche
oder -rotere durch schraubenförmiges Aufwickeln eines profilierten Bandes. Hierbei
wird unter einem profilierten Band ein Band verstanden, das im Querschnitt nicht
flach ist, sondern ein Querschnittprofil hat, bei dem irgendwelche Teile zu der
Hauptebene desselben schräg oder senkrecht stehen.
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Bei bekannten Verfahren der genannten Art erfolgt die schraubenförmigeAufwicklung
des profilierten Bandes in einem Arbeitsgang, wobei die Aufwicklung im allgemeinen
auf einem Dorn geschieht. Es ist eine bekannte Tatsache, daß, ein profiliertes Band
im Gegensatz zu einem flachen Band eine verhältnismäßig große Starrheit in Richtung
senkrecht zur Bandfläche hat und daher auch dem Aufwickelvorgang, bei dem es um
die Achse des zukünftigen Schlauches oder Rohres herumgebogen wird, während gleichzeitig
auf das Band ein Zug in Richtung der Schlauch- oder Rohrachse ausgeübt wird, einen
ziemlich starken Widerstand -entgegensetzt. Es wuß daher bei den bekannten Verfahren
beim Aufwickeln des profilierten Bandes eine verhältnismäßig große Kraft angewendet
werden, die ausreicht, um die senkrecht oder schräg zu der Bandebene stehenden Teile
des Bandprofils zu verformen. Hiermit ist aber weiterhin verbunden, daß das auf
den Dorn schraubenförmig aufgewickelte Band den Dorn stramm umschließt, so daß es
Schwierigkeiten bereitet, den so hergestellten Metallschlauch von demDorn abzustreifen.
Auch können in einem Arbeitsgang immer nur begrenzte Schlauchlängen hergestellt
werden, da die jeweilige Schlauchlänge durchdieDornlängegegebenist.
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Die Nachteile der bekannten Verfahren werden bei dem Verfahren gemäß
der Erfindung vermieden.
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Das Wesen der Erfindung besteht in der Zerlegung des schraubenförmigen
Aufwickelvorganges in zwei Arbeitsgänge, und zwar wird erfindungsgemäß dem profilierten
Band zuerst eine dem Querschnitt des herzustellenden Schlauches oder Rohres entsprechende
Biegung in einer Ebene erteilt, die rechtwinklig zur Aufwickelachse liegt, worauf
dann das so vorgebogene Band in Richtung der Biegungsachse von dem Biegungswerkzeug
abgezogen und schraubenförmig aufgewickelt wird.
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Bei dem ersten Arbeitsgang, bei dem das Band in seiner Ebene bleibt
und gleichsam in eine Art Umdrehungskörper umgewandelt wird, erhalten die senkrecht
oder schräg zu der Hauptebene des Bandes stehenden Profilteile
diejenige
Form, die sie bisher gleichzeitig mit dem schraubenförmigen Aufwickeln erhalten.
Da jedoch diese Verformung erfindungsgemäß nicht zugleich mit dem schraubenförmigen
Aufwickeln vor sich geht, sondern das Band in seiner Ebene verbleibt, braucht das
zur Durchführung dieses ersten Arbeitsvorganges dienende Biegungswerkzeug nur eine
Breite zu haben, die der Bandbreite entspricht, so daß es keinerlei Schwierigkeiten
bereitet, das Band von diesem Biegungswerkzeug abzunehmen; auch ist das Biegungswerkzeug
von der Länge des herzustellenden Schlauches oder Rohres völlig unäbhängig.
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Für den zweiten Arbeitsvorgang, bei dem das vorgebogene Band in Richtung
der Biegungsachse von dem Biegungswerkzeug abgezogen wird, ist nur eine ganz geringfügige
Kraft notwendig. In vielen Fällen genügt es, die ersten Windungen des vorgebogenen
Bandes schraubenförmig auseinanderzuziehen, so daß sich der Schlauch- oder Rohranfang
bildet, worauf sich dann die weiteren Windungen vom Biegungsw erkzeug her ganz von
selbst in Richtung der Schlauchachse abziehen und den Schlauch bilden.
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Ein Dorn im Innern des Schlauches ist in vielen Fällen unnötig und
dient, wenn er überhaupt benutzt wird, lediglich zur Führung des von dem Biegungswerkzeug
abgezogenen, schraubenförmig aufgewickelten Bandes. Die Länge der auf diese Weise
hergestellten Schläuche ist praktisch unbegrenzt.
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Gemäß einer weiteren, besonders zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung
wird das die Formung des Bandes bewirkende, vorzugsweise zylindrische Formwerkzeug
gleichzeitig auch zur Biegung des geformten Bandes um die Aufwickelachse benutzt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht,
und zwar stellt Fig. i eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der
Erfindung im Querschnitt dar.
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Fig. 2 veranschaulicht die Vorrichtung nach Fig. i teils im Grundriß,
teils im Längsschnitt.
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Fig. 3 ist eine Ansicht von der Seite auf das Biegungswerkzeug gemäß
Fig. i und eine mit ihm zusammenarbeitende Gegenrolle.
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Fig. q. ist ein Schnitt nach der Linie V-V der Fig. i, während schließlich
die Fig. 5 und 6 durch je eine schaubildliche Ansicht und einen zugehörigen schematischen
Längsschnitt den Grundgedanken der Erfindung erläutern.
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In den Fig. 5 und 6 ist der Grundgedanke der Erfindung für den Fall
veranschaulicht, daß es sich um die Herstellung eines schraubenförmigen Rohrelements
nach dem Schema gemäß Fig. 6 handelt. Das Profil dieses Rohrelementes ist durch
die gebrochene Linie A-B-C dargestellt, deren Seiten A-B und B-C zwischen sich einen
Winkel 0 einschließen. Die Seite B-C ist als verhältnismäßig klein angenommen.
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Zur Herstellung des Körpers nach Fig. 6 wird zuerst der in Fig. 5
schematisch darge, stellte Umdrehungskörper gebildet, dessen Querschnittslinie AI-BI-CI
dem Profil des Gegenstandes der Fig. 6 nach dem Lehrsatz von Bour -entspricht. Die
Seiten AI-BI und BI-CI des Profils des Gegenstandes nach Fig. 5 schließen einen
Winkel 01 ein, der von 0 verschieden ist.
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Der Rohrkörper nach Fig. 6 wird nun aus dem Umdrehungskörper nach
Fig. 5, welch letzterer längs der Linie a-b-c geteilt ist, dadurch erhalten, daß
man den Umdrehungskörper zu einem Schraubenkörper verformt. Hierbei tritt keine
Veränderung in der Ausdehnung der Mantelflächen des Umdrehungskörpers ein, so daß
auch keine innere Arbeit des Werkstoffes als Folge der Verformung auftritt; Vielmehr
bringt die Verformung lediglich eine Veränderung des Winkels 0'
mit sich,
und zwar nimmt der Winkel 01 den Wert des Winkels 0 an. Weiterhin wird der
Radius R des zu formenden Rohrkörpers kleiner als der Radius R1 des als Ausgangskörper
dienenden Umdrehungskörpers.
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Theoretisch müßte der Bogen b-c ein Teil einer Kettenlinie sein, wenn
jede Verformung der Oberflächen vermieden werden soll. Da aber dieser Teil b-c klein
ist, wird er durch eine gerade Linie mit praktisch genügender Annäherung dargestellt.
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Der Winkel 0 1 braucht nicht immer größer als der Winkel 0
zu sein, er kann auch kleiner als der Winkel 0 sein. Wenn z. B. 01 ein spitzer
Winkel ist, so hat er bei der schraubenförmigen Aufwicklung des profilierten Streifens
das Bestreben, ebenfalls in einen rechten Winkel überzugehen, und zwar liegt dies
daran, daß der rechte Winkel den kleinsten Durchmesser des durch die schraubenförmige
Aufwicklung des profilierten Streifens erzielbaren Schlauches oder Rohres bestimmt.
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Die in den Fig. i bis q. dargestellte Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens, das auf dem durch die Fig. 5 und 6 erläuterten Grundgedanken der
Erfindung beruht, umfaßt ein Biegungswerkzeug i, das gleichzeitig auch die Formung
des ursprünglich flachen Bandkörpers 7 besorgt. Das Biegungs- und Formungswerkzeug
i besteht aus einem Prägerädchen, wenn es sich um die Herstellung eines Rohres von
mittlerem Durchmesser (z. B. i bis 2 cm) handelt. Dieses Werkzeug' kann aber auch
durch eine Trommel oder Walze gebildet werden, wenn es sich um größere Schlauch-
oder Rohrdurchmesser
handelt. Die äußere Querschnittslinie des Biegungs-
und Formungswerkzeuges ergibt sich aus der Schraubenlinie, nach der dieAufwicklung
des vorher in seiner Ebene gebogenen profilierten Bandes zu dem Rohr oder Schlauch
erfolgen soll.
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Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß man bei der Gestalt, die man
der äußeren Querschnittslinie der Prägewalze gibt, auf die Elastizität des zu prägenden
Werkstoffes, der im allgemeinen das Bestreben hat, in seine frühere Gestalt zurückzukehren,
Rücksicht nehmen muß. Die genaue Bestimmung der Querschnittslinie des Werkzeuges
i ergibt sich durch Rechnung oder durch Versuche, die in jedem Einzelfall angestellt
werden müssen, deren Durchführung jedoch keinerlei Schwierigkeiten bereitet.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel handelt
es sich um die Herstellung eines Schlauches, dessen einzelne Wandungen aus einem
äußeren Mantelteil von geradlinigem, parallel zur Rohrachse laufendem Profil und
einer Rinne bestehen, deren Boden durch einen Mantelteil 31 von ebenfalls geradlinigem
und parallel zur Rohrachse liegendem Profil gebildet wird. Die aufeinanderfolgenden
Windungen greifen ineinander, so daß sie sich teilweise überlappen.
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Das Biegungs- und Formungswerkzeug i erhält in diesem Fall zwei zylindrische
Mantelflächen 2, 3 (siehe Fig. 2) und drei kegelstumpfförmige, quer gerichtete,
einander parallele Formflächen q., 5 und 6. Die so geschaffene äußere OQuerschnittslinie
des Formwerkzeuges ist aus den Fig. 2, 3 und q. zu ersehen.
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Außerdem sind zwei oder mehrere Gegendruckwalzen 8, 9, io vorgesehen,
die das ursprünglich flache Band zwingen, sich dem Profil des Formungs- und Biegungswerkzeuges
i anzuschmiegen. Gleichzeitig sichern die Gegendruckwalzen die Mitnahme des Bandes
7 durch Haftung, indem sie das Band zwischen ihrer eigenen Querschnittslinie und
derjenigen des Formungs- und Biegungswerkzeuges i festhalten. Durch das Zusammenarbeiten
der Walze i und der Gegendruckwalzen wird also das ursprünglich flacheBand gleichzeitig
profiliert und in einer Ebene gebogen, die rechtwinklig zur Aufwickelachse liegt.
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Die Gegendruckwalzen 8, 9, io können angetrieben werden oder leer
laufen. Es empfiehlt sich, die erste Gegendruckwalze anzutreiben und die zweite
leer laufen zu lassen. Wenn die Ouerschnittslinie des Prägewerkzeuges i nach einwärts
springende Winkel aufweist, empfiehlt es sich ferner, die Profile der Gegendruckwa.lzen
8, 9, i o derart .auszubilden und ihre Achsen derart anzuordnen, daß die Verformung
des Bandes allmählich vor sich geht. In diesem Fall erhält die letzte Gegendruckwalze
io ein solches Profil und eine solche Achsenlagerung, daß das zwischen ihr und der
Prägewalze i befindliche Band bei der Drehung dieser Walzen genau denjenigen Querschnitt
erhält, den das Band haben muß, um nach der Schraubenlinie, die man herstellen will,
aufgewickelt werden zu können.
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Das Band 7 liegt an dem Prägewerkzeug i nur längs eines Bruchteiles
des Umfangs des Prägewerkzeuges an. In manchen Fällen ist es notwendig, das Band
einer geeigneten Wärmebehandlung, beispielsweise einem mehrfachen Ausglühen, Härten
u. dgl., mittels irgendwelcher geeigneter Einrichtungen auszusetzen, ehe es durch
die Walzenstrecke, welche durch die Gesamtheit der Prägewalze i und der Gegendruckwalzen
8, 9, io gebildet wird, den aufeinanderfolgenden Verformungen unterworfen wird.
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Was die Mittel anbelangt, durch die dem Band eine regelbareZugspannung
erteilt wird, so besteben diese beispielsweise aus einer Rolle i i, die die Wirkung
der Schwerkraft auf ein Gegengewicht 12 in eine beliebige Spannung TO umwandeln
kann. Die Stellung des Gegengewichtes 12 ist regelbar. Selbstverständlich kann man
die Spannung TO auch durch irgendeine andere geeignete Einrichtung, beispielsweise
durch Bremsung einer Achse, ,erzeugen.
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Die Spannung des Bandes wird zweckmäßigerweise dadurch noch vergrößert,
daß das Band über eine Mehrzahl von Rollen 13
hinweggeführt wird. Die Zahl
der Rollen 13 wird derart gewählt, daß das Band mit der günstigsten Spannung zwischen
das Prägewerkzeug i und die Gegenwalzen gelangt. Die Größe der günstigsten Spannung
hängt von dem Metall ab, aus dem das Band; besteht.
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Die Mittel zum Abziehen des geprägten und in einer Ebene senkrecht
zur Aufwickelachse gebogenen Bandes von dem Prägewerkzeug und zum schraubenförmigen
Aufwickeln des Bandes können aus Anschlägen, Rollen, Schnecken o. dgl. bestehen.
Im allgemeinen ist es notwendig, dem Band eine Bewegung zu geben, durch die es in
eine Lage gelangt, welche über die geometrische Lage hinausgeht, die der herzustellenden
Schraube entsprechen würde. Die letztgenannte Lage wird von dem Band -dadurch erreicht,
daß es sich parallel zur Achse der Schraube und umgekehrt zu seiner Abzugsbewegung
wieder zusammenzieht.
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Die in Rede stehenden Einrichtungen werden derart ausgebildet, daß
sie gewisse Windel zusammenkneifen oder öffnen. Es sind dies diejenigen Winkel,
welche während des Überganges des Bandes von der Umdrehungsfläche
in
die Schraubenfläche gewisse Änderungen _ erfahren müssen, wie dies oben mit Bezug
auf die Winkel 0 und 0' dargelegt worden ist. Diese Veränderungen bringen
jedoch keine Änderung der Oberfläche der Flächenausdehnung der Mantelflächen mit
sich, die durch das Prägewerkzeug und die Andruckwalzen gebildet worden sind.
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Wenn das gewünschte Profil scharfe Krümmungen oder spitze Winkel aufweist,
welche schwierig herzustellende Formkörper oder solche Arbeitsvorgänge notwendig
machen würden, die wegen des geringen zur Verfügung stehenden Raumes zu schwierig
sein würden, so kann man dem Band, nachdem es zu der Schraube ausgezogen worden
ist, noch gewisse zusätzliche Formänderungen erteilen.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung sind drei Formrädchen
14, 15, 16 vorgesehen, deren Achsen schräg stehen, und die dazu dienen, die Winkel,
welche die kegeligen und zylindrischen Mantelflächen des Bandes miteinander bilden,
zusammenzukneifen. Die Prägescheibe 14 bewirkt die Aufrichtung derjenigen Mantelfläche
der Schraube, welche der Mantelfläche 6 des Prägerädchens i entspricht, während
diejenigen Mantelflächen der Schraube, die den Prägeflächen 4 und 5 entsprechen,
durch Hindurchgang zwischen den Walzen 15 und 16 aufgerichtet werden. Die Walzen
14, 15 und 16 können angetrieben oder leer laufende sein. Die letztgenannte Lösung
ist bei dem betrachteten Beispiel angenommen worden.
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Die Bildung des Rohres oder Schlauches nach erfolgter Formung und
Biegung auf dem Formungs- und Biegungswerkzeug i geht folgendermaßen vor sich: Die
aufgerichtete Mantelfläche 61 greift dank der Elastizität des Bandes unter den Rand
41 der vorhergehenden Windung, welcher schon aufgerichtet ist. Die Walzen i5 und
16 richten dann die Mantelflächen 41 und 51 auf, womit die betreffende Windung des
Rohres fertiggestellt ist.
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Um Walzen von verschiedenen Profilen anwenden zu können, wird zweckmäßigerweise
eine Regelvorrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe die Neigung der Walzen abgeändert
werden kann.
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Bei dein schraubenförmigen Aufwickeln des Bandes kann ein Kern'-als
Stütze dienen, der mit dem Prägewerkzeug i fest verbunden oder auch von ihm getrennt
sein- kann. Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. i und 2 hat der mit dem Prägewerkzeug
i gleichachsige und mit ihm aus einem Stück bestehende Kern 17 nur eine geringe
Länge. Er füllt das Innere des Schlauches oder Rohres auch nicht aus und übt auf
das im Zustand der Aufwicklung befindliche Band keine Zwangswirkung aus. Auch setzt
er dem Vorschub des zu bildenden Schlauches keinen Widerstand entgegen.
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Die beschriebenen Einzelvorrichtungen werden dadurch zu einer Gesamtmaschine
zusammengesetzt, daß man sie auf einem geeigneten Gestell aufbaut, welches mit den
notwendigen Übertragungs- und Reglungseinrichtungen versehen wird.
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung besitzen zahlreiche
wesentliche Vorteile. Diese bestehen unter anderem darin, daß es möglich ist, im
fortlaufenden Arbeitsgang und ohne Erzeugung innerer Werkstoffspannungen biegsame
Rohre beliebiger Länge aus Metall oder einem Werkstoff ähnlicher Härte und Elastizität
herzustellen. Selbst wenn die zur Verwendung kommenden Metallbänder o. dgl. eine
gewisse Dicke haben, sind die in dem Metall auftretenden Spannungen bei Anwendung
der Erfindung sehr gering. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß
man durch einfaches Auswechseln der Prägeform und Führungsräder mit der gleichen
Maschine Rohre von verschiedenem Durchmesser erzeugdn kann. Schließlich besteht
ein. großer Vorteil der Erfindung in der Einfachheit der Herstellung der in Rede
stehenden Rohre.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist ferner auch anwendbar, wenn
der Gegenstand nicht durch Aufwickeln längs einer Schraubenlinie, sondern längs
einer ähnlichen Linie hergestellt wird. In diesem Fall findet ein Formkörper Anwendung,
dessen Schnitt senkrecht zu seiner Achse nicht kreisförmig ist, sondern eine beispielsweise
ellipsenförmige, ovale, viereckige oder sonstige gescfilossene Kurve bildet. Die
übrigen Elemente der Maschine müssen dann dieser Abänderung angepaßt werden.
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Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß die Anwendung der oben
beschriebenen Walzen 14, 15 und 16 beim Abziehen des Bandes von dem Formkörper nicht
unbedingt notwendig ist, sondern daß das Band in vielen Fällen auch ohne diese Walzen
zu der gewünschten Schraube gewickelt werden kann.