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Nahtausbildung bei zweischichtigem, aus Metallstreifen gebogenem Verbundrohr
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Rohr aus Metallstreifen, die
der Länge nach in zwei Schichten übereinandergebogen und durch Löten oder Schweißen
miteinander verbunden werden. Vorzugsweise werden für die einzelnen Schichten verschiedene
Metalle benutzt, um ihre besonderen, sich in der Regelergänzenden Brauchbarkeiten
zu vereinigen. Der Zweck der Erfindung ist, die Herstellung mehrschichtigen Rohres
trotzerhöhter Genauigkeit zu erleichtern und dadurch zu verbilligen.
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Es ist bekannt, zweischichtiges Rohr .aus einzelnen Metallstreifen
so herzustellen, daß die Nähte beider Schichten radial laufen, wobei jedoch im Bedarfsfalle
eine Anpassung der .äußeren an die innere Schicht durch geringe Veränderung des
Umfanges der ersteren ohne Wertminderung des Rohres nicht möglich ist. Zwei Grenzfälle
können alsdann infolge der unumgänglichen Toleranzen für Breite und Stärke der verwendeten
Metallstreifen auftreten; entwveder es klafft die äußere Schicht an der Nahtstelle
oder zwischen beiden Schichten entsteht Raum, der beim späteren Verlöten des Rohres
im Zinnbad durch Lot ausgefüllt wird. Ein Rohr dieser Art ist für manche Zwecke
brauchbar, bei gesteigerten Ansprüchen an Genauigkeit und Festigkeit jedoch oft
unverwendbar.
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Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich vom Bekannten dadurch,
daß die äußere Schicht vermöge einer besonderen Nahtausbildung in jedem Falle, d.
h. unter Berücksichtigung der notwendigen Toleranzen, jedoch ohne Rücksicht auf
die jeweiligen Istmaße der verwendeten Metallstreifen, sich dicht um die Innenschicht
legt und die Naht selbst mit mehr oder weniger aber stets ausreichender überlappung
geschlossen ist.
Dieses Ziel wird erreicht, indem ,die zttgcschärfte
.äußere Nahtkante der äußeren Rohrschicht um ein gewisses Maß abgestumpft oder abgerundet
wird. Der dadurch wegfallende Kantenteil entspricht der Höchstsumme aller für den
Nahtschluß wichtigen Toleranzen. Der technische Fortschritt des Erfindungsmerkmales
besteht darin, daß durch den dichten Zusammenschluß der beiden Rohrschichten und
der Nahtstellen ein Rohr von großer Genauigkeit der Zusammenpassung und daher mit
guten physikalischen Eigenschaften entsteht. In betriebstechnischer und wirtschaftlicher
Hinsicht ergibt sich eine Erleichterung der Fertigung durch geringeren Einfluß der
Toleranzverhältnisse und eine daraus sich ergebende Erniedrigung der Gestehungskosten
für das Erzeugnis.
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DieZeichnung veranschaulicht durch Abb. i in schematischer Darstellung
ein Roll- und Walzwerk für die Herstellung des Erfindungsgegenstandes, durch Abb.
2 den Querschnitt nach der Linie A-A der Abb. i, durch Fig. 3 den Querschnitt nach
der Linie B-B der Abb. i, durch Abb. a und 5 zwei Querschnitte durch ein :erfindungsgemäß
gefertigtes Rohr, durch Abb. 6 einen Rohrquerschnitt mit fehlerhaft ausgebildeter
Naht.
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Das mit Hilfe der Erfindung hergestellte Rohr besteht in bekannter
Weise nach Abb. 4. aus zwei einzelnen Schichten i und 2, die jede aus einem besonderen
Streifen, vorzugsweise unter Verwendung unterschiedlicher Baustoffe, gebogen werden.
In. der hierzu notwendigen Maschine (Abb. i ) wird von einer Vorratsrolle der Streifen
2" der die Innenschicht des Rohres bilden soll, zwischen die Walzen io der Rollmaschine
eingeführt, wo er in bekannter Weise zum Rohr 2 umgeformt wird. Die Naht dieser
Schicht 2 ist eine stumpfradiale und als solche ebenfalls bekannt. Hinter den Walzen
i o gelangt von einer Vorratsrolle ein zweiter Metallstreifen 3a zwischen ein Walzenpaar
i.l, i 5, das (Abb. 2 i die beiden Längskanten des Streifens 3" zuschärft. Darauf
wird der Streifen dicht über der bereits vorhandenen Rohrschicht 2 durch die Walzenpaare
13, 13a und 131, zur äußeren Schicht i (Abb. a ) geformt, Womit das Rohr mechanisch
fertig ist. Das Kalibrieren desselben in der letzten Stufe des Walzvorganges geschieht
unter Zuhilf°-nahme eines Walzdornes i i, der, an der Einlaufseite der Maschine
befestigt, in di° dort noch offene Rohrschicht 2 eintritt und zwischen dem letzten
Walzenpaar 13, und 1.31, (Abb. 3) wirksam ist.
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Erfindungsgemäß ist unter Voraussetzung der stumpfradialen Naht der
Innenschicht die Naht 5 der äußeren Schicht 4. eine Schrägnaht, die an sich auch
bekannt ist. Die beiden Nahtränder überdecken sich unter dem Druck- der Walzen i3«
und i ;., in Berücksichtigung der Toleranzverhältnisse von Breite und Stärke der
beiden Metallstreifen i und 2 mehr oder weniger, wie es durch die Abb..l und 5 in
bezug auf die beiden Grenzfälle angedeutet ist. Abb. 4. zeigt auch, da]--', zu diesem
Zwecke die Überlappung der äußeren Nahtkante nicht wie bei der inneren zur einer
scharfen Schneide ausläuft, sondern daß sie um einen gewissen Betrag abgestumpft
oder abgerundet ist. Dieser Betrag, als Querschnittsfläche ausgedrückt, entspricht
der ebenfalls auf eine Fläche reduzierten Höchstsumme aller Toleranzen der beiden
zur Rohrbildung benutzten Metallstreifen, soweit sie auf die Überdeckung der Nahtkanten
Einfluß haben. Beispielsweise betragen bei einem Rohr von io mm äußerem Durchmesser
und einer Gesamtwandstärke von i mm bei Schichtstärken von 0,3 bzw. 0,7 mm für die
innere bzw. äußere Schicht, die im Kaltwalzprozeß einhaltbaren Toleranzen für die
Streifenbreite noch nicht o, i mm und für die Streifenstärken wenige hundertstel.
Millimeter. Hieraus ergibt sich für die beiden möglichen Grenzfälle ein Flächenunterschied
bei der äußeren Rohrschicht von etwa o,25 mm°, der sich für den einen Grenzfall
nach Abb. ,l als Lücke gegenüber der theoretisch vollen Kreisfläche darstellt, die
gemäß Abb.5 den anderen Grenzfall bedeutet. Die genaue Bemessung der Querschnittsfläche
in der angedeuteten Weise ist notwendig, da bei Unterschreitung der Mimistoleranzen
ein schlechter oder überhaupt kein Nahtschluß bei der äußeren Schicht eintritt,
bei Überschreitung der Plustoleranzen dagegen überschüssiger Baustoff an der äußeren
Schicht vorhanden wäre, der beim Verwalzen zu einer Ausschärfung der Streifenkante
gemäß Abb.6 führen würde. Eine solche fehlerhafte Ausbildung der Naht verhindert
das spätere ordnungsgemäße Verlöten oder Verschweißen der Schichtränder an der Nahtstelle,
da eine messerscharf ausgebildete Nahtkante das Lot- oder Schweißmetall bei der
Wärmebehandlung zurückstößt. Auch in bezug auf Biegefähigkeit und Korrosionsbeständigl>eit
ist ein solches Rohr mit fehlerhafter Naht der Außenschicht minderwertig. Im übrigen
ist es einleuchtend, daß durch entsprechenden Druck des Walzenpaares 13« und 13r,
die äußere Schicht i fest auf die Innenschicht 2 gewalzt werden kann. wobei auch
diese zum festen Verschluß in der Naht 3 gebracht wird, selbst wenn der Walzdorn
i i das Innere des Rohres nicht vollständig ausfüllen Würde.
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Ein derart mechanisch gerolltes Rohrwird, z. E. unter Zugabe eines
Lötmetalles, dessen
Schmelzpunkt unterhalb der Schmelzpunkte den
beiden Schichtmetalle liegt, in .einem Schweißofen verlötet. Das verbindende Metall
kann entweder als Draht oder Streifen oder auch gekörnt ins Innere des Rohres !eingelegt
werden, so daß es beim Schmelzen in die Nähte 3 und 5 und in die Schichtfugen @eindringt
und sich dort durch Kapillaritätlückenlos verbreitet. Auf diese Weise wird eine
vollständige Verbindung der beiden Schichten i und 2 des Rohres -herbeigeführt,
wodurch dieses trotz der Nähte die kombinierte Festigkeit der beiden die Schichten
i und z bildenden Metalle erlangt. Das Bindemetall kann aber auch in bekannter Weise
als galvanischer Niederschlag von vornherein auf einem oder beiden 'Metallstreifen
2a bzw. 3" vorhanden sein, so daß es nur noch der nachfolgenden Erwärmung bedarf,
um Verschweißung herbeizuführen.
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Obgleich die Beschreibung sich auf ein Rohr mit zwei Schichten als
Beispiel bezieht, ist die Erfindung durch fachmännische Tätigkeit ohne weiteres
auf Rohre mit mehreren Schichten anwendbar. Hierbei sind die innerste Schicht stets
mit stumpfradialer Näht und die nach außen folgenden Schichten mit schräg überlappten
Nähten, die sich nicht decken dürfen, ,auszuführen, wobei die sich nach Abb. q.
ergebende Lücke in der Naht jeder nach außen folgenden Schicht gemäß den aus den
Toleranzverhältnissm zu errechnenden Werten an Größe gegenüber der nach innen benachbarten
Lücke etwas zunimmt.