DE7431554U - Vorrichtung zum Verschweißen eines Metallbandes auf ein Rohr - Google Patents

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PATENTANWÄLTE

dr. ing. H. NEGENDANK M973) · dipping. H. HAUCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ DIPL.-ING. E. GRAALFS · dipping. W. WEHNERT Dipl. Phys. HAMBURG-MÜNCHBN W. Carstens

ZUSTELT.TJNQSANSC.IRIFT; HAMBTJRO 36 ■ NÜTJEB AVALL 41

TBL. 86 74 38 UND 3β 41 IS TELBOR. NBQBDAPATBNT HAMBURG

Gustav Rasmus β en München ib · mozartstr. 23

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Hamburg, 19· September 1975

^Vorrichtung zum Verschweißen eines Metallbandes auf ein Rohr ~~)

Die Neuerung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verschweißen eines kontinuierlich hochkant gewickelten Metallbandes auf ein Rohr.

Es ist eine Vorrichtung zum schraubenförmigen Hochkantwickeln eines Bandes auf ein Rohr mit wenigstens einer in Anlage am Rohr gehaltenen Rohrantriebswalze und mit einstellbarer Anordnung der Walze zum Ändern sowohl des Abstands zwischen Rohr- und Walzachse als auch der Walzenachsenneigung gegen die Rohrachse bekannt geworden (DT-PS 932 66k). Mit Hilfe eines Einstellkörpers läßt sich eine weitere Veränderung der Walzeneinstellung erzielen, so daß das Rohr mit vorgegebener Dreh- und Vorschubgeschwindigkeit einer Wickelvorrichtung für das Band zugeführt wird. Eine derartige Vorrichtung ist insbesondere für die Endlosfertigung vorteilhaft geeignet, da während des Betriebes die Rohrenden aneinander geschweißt werden können. Außerdem läßt sich eine beliebige Vorschub- und Drehgeschwindigkeit stufenlos einstellen.

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Durch die Hochkantbewicklung mit wärmeleitendem Metallband wird die Wärmeaustauscheigenschaft eines Rohres erheblich verbessert. Aus diesem Grund werden derartige Rippenrohre für viele Zwecke, bei denen es auf einen Wärmeaustausch zwischen einem Medium innerhalb des Rohres und der Umgebung außerhalb des Rohres ankommt, verwendet.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, das Metallband am Rohrmantel zu befestigen, von denen die eine im Verschweißen des Metallbandes auf dem Rohr besteht. Eine derartige Anbringungsart stellt sicher, daß ein Rippenrohr auch bei Höchsttemperaturen, beispielsweise in der Reaktortechnik, einsetzbar ist. In diesem Zusammenhang ist bereits bekannt geworden, Metallbänder stumpf mit Hilfe des Hochfrequenzschweißens auf dem Rohr zu fixieren. Dieses Verfahren ermöglicht eine sehxj&roße Fertxgungsgeschwindigkeit von etwa 30 m pro Minute. Als nachteilig ist jedoch anzusehen, daß das Band keine geringere Wandstärke als 1 mm aufweisen darf, da sonst Gefahr besteht, daß das Material schmilzt. Ein weiterer wesentlicher Nachteil ist auf den erheblichen Aufwand für eine Hochfrequenz-Schweißanlage zurückzuführen,

Zur Herstellung von Rippenrohren ist es ferner bekannt geworden, das Metallband durch Schutzgas-Schweißen (Wolfram-Inertgas-Schweißen) am Rohr zu befestigen. Ideale Schweißbedingungen liegen, jedoch nur dann vor, wenn Rohr- und Metallband gleiche St'irke aufweisen, was normalerweise nicht der Fall ist. Nach-

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teil ig ist ferner die geringe FertigungsgeschwincUgkeit von etwa 2 m pro Minute.

Aufgabe der Neuerung ist es, eine Vorrichtung zum Verschweißen eines Metallbandes auf einem Rohr anzugeben, die trotz eines verhältnismäßig geringen Aufwandes eine verhältnismäßig große Fertigungsgeschwindigkeit gewährleistet.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannte.! Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Schweißrolle einer Rollnaht-Impulsschweißvorrichtung in Form einer Lenkrolle drehbar, jedoch axial fest gegenüber dem Rohr gelagert und ir Anlage auf den auf dem Rohr anliegenden Steg des L-förmigen Bandes bringbar ist, und daß eine Masserolle mit einem noch unbewickelten Abschnitt des Rohres in Eingriff bringbar ist.

Das Rollnahtimpulsschweißen ist grundsätzlich bekannt und wird z. B. bei der Herstellung von Rohren oder Behältern aus Blech verwendet.

Die Anwendung des Rollnahtimpulsschweißens auf die Herstellung von Rippenrohren bringt mehrere Vorteile mit sich. So können unterschiedliche Rohrdurchmesser von I5 - 60 mm und Bandmaterialstärken von 0,4 - 1 mm verwendet werden. Die erreichbare Schweißgeschwindigkeit liegt bei etwa 10 m pro Minute. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist in dem geringen Aufwand einer

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Schweißanlage für die Durchführung des neuerungsgemäßen Verfahrens zu sehen im Vergleich zu den entsprechenden Anlagen anderer Schweißverfahren.

Die Neuerung ist besonders geeignet für die Herstellung von Rippenrohren, bei denen sowohl die Rohre als auch die Bänder aus rostfreiem Stahl bestehen.

Im Gegensatz zu üblichen Rollnahtimpulsschweißvorrichtungen ist bei der neuerungsgemäßen Vorrichtung die Schweißrolle drehbar angeordnet und wird auf den von der Einspann- und Vorschubeinrichtung vorgegebenen Steigungswinkel eingestellt, jedoch anschließend fixiert. Die Schweißrolle ist lediglich während des Schweißbetriebes axial gegenüber dem Rohr festzulegen. Im übrigen kann sie selbstverständlich axial verstellbar ausgebildet sein.

Eine Ausgestaltung der Neuerung sieht vor, daß die Breite der Schweißrolle am Umfang etwa der Breite des am Rohr anliegenden Stegs des L-förmigen Bandes entspricht. Durch diese Auslegung ist sichergestellt, daß ein minimaler Durchgangswiderstand vorliegt, wodurch örtlich übergroße Erwärmungen mit Gefahr des Schmelzens des Materials vermieden werden.

Bei einer lediglich zylindrisch ausgebildeten Schweißrolle müßte ein seitlicher Abstand vom radialen Steg des L-förmigen

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Bandes gewahrt sein. XJm nun mit dem gesamten Fuß des Bandes in Anlage zu treten, sieht eire weitere Ausgestaltung der Neuerung vor, daß die Schweißrolle im äußeren Bereich kegelringförmig geformt ist.

Die Masserolle kann in irgendeiner geeigneten Weise angeordnet sein. Vorteilhaft ist, wenn sie neuerungsgemäß ebenfalls in Form einer Lenkrolle frei drehbar, jedoch axial fest gegenüber dem Rohr gelagert ist. Vorzugsweise ist die Masserolle in Umfangsrichtung gegenüber der Schweißrolle versetzt angeordnet.

Vor dem Verschweißen wird das L-förmige Band auf das Rohr aufgewickelt. In diesem Zusammenhang sieht eine weitere Ausgestaltung der Neuerung vor, daß im Umfangsabstand zur Schweiß- und Masserolle eine Führungsrolle ebenfalls in Form einer Lenkrolle drehbar, jedoch axial fest gegenüber dem Rohr gelagert ist, daß die Führungsrolle am Umfang einen radial einwi. s laufenden Umfangsschlitz aufweist, durch den der radiale Steg des L~förmigen Bandes geführt ist, währand der Umfang der Führungsrolle gegen dexi anderen axialen Steg des Bandes anliegt. Mit Hilfe der neuerungsgemäßen Führungsrolle wird das Band auf einfache Weise in gewünschter Steigung auf dem Rohr aufgewickelt. \

Eine weitere Ausgestaltung der Neuerung besteht darin, daß die Schweißrolle, Masserolle und Führungsrolle im gleichen Umfangsabstand voneinander angeordnet sind, wobei die Führungs-

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rolle unterhalb des Rohres liegt und der Schweißtransformator für die Schweißrolle oberhalb des Rohres angeordnet ist. Um die Verluste möglichst gering zu halten, wird der Schweißtransformator nach Möglichkeit in unmittelbarer Nähe der Schweißrolle angeordnet. Letztere wird jedoch bei der neuerungsgemäßen Vorrichtung sowohl von innen als auch außen mit Wasser gekühlt, so daß es vorteilhaft ist, den Schweißtransformator oberhalb der Schweißrolle anzuordnen, um ein Besprühen des Schweißtransformatorε und der Zuführleitungen mit den daraus entstehenden Nachteilen und Gefahren zu vermeiden.

Das Rollnaht-Impulsschweißen verlangt einen annähernd konstanten Anpreßdruck der Schweißrolle an das zu verschweißende Material. Der Durchmesser der Schweißrolle verringert sich jedoch, insbesondere durch Verzunderung, bei längerem Betrieb, so daß hierfür neuerungsgemäß vorgeschlagen wird, daß die Schweißrolle mit Hilfe eines Verstellzylinders auf das Rohr zu oder von diesem fort verstellbar ist, und ein Druckregler vorgesehen ist, mit dem die Andrückkraft der Schweißrolle über den Verstellzylinder steuerbar ist. Durch das nachgiebige Anliegen mit vorgegebenem Druck an dem Fuß des zu verschweißenden Metallbandes vermag die Schweißrolle auch Unebenheiten auszugleichen, ohne daß dadurch die Schweißqualität beeinträchtigt ist. Ferner wird mit Hilfe dieser Maßnahme eine Durchmesserverringerung der Schweißrolle ausgeglichen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Neuerung wird schließlich vorgeschlagen, daß in der Nähe der Führungsrolle eine Profilier-

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vorrichtung, vorzugsweise in Form zweier einander gegenüberliegender Profilierrollen, die aus Flachband das L-förmige Band formen, bevor es von der Führungsrolle auf das Rohr gewickelt wird. Als Bandmaterial braucht daher nur Flachmaterial, aufgewickelt auf einer Haspel oder dergleichen, bereit zu stehen und in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingeführt zu werden. Die Profilierrollen verformen das Flachband zu einem L-förmigen Band, iin-d die Führungsrolle wickeit das L-förmige Band auf das Rohr.,

Durch die Kombination der Einspann- und Vorschubvorrichtung mit einer Schweißrolle in Form einer Lenkrolle ist es möglich, ein Metallband kontinuierlich hochkant auf einem Rohr zu befestigen. Es können somit mit verhältnismäßig großer Fertigungsgeschwindigkeit Rippenrohre im Endlosverfahren hergestellt werden. In vielen Fällen ist es erwünscht, ein Rohr nur teilweise mit einer Berippung zu versehen. Für diesen Fall wird das Rohr zunächst dennoch vollständig mit einer Berippung versehen, wobei jedoch über die Bereiche, aus denen die Berippung entfernt werden soll, der Schweißstrom abgeschaltet wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt perspektivisch und schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung der neuerungsgemäßen Vorrichtung.

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Fig. 2 zeigt im Schnitt eine Führungsrolle der Vorrichtung nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt im Schnitt eine Schweißrolle der Vorrichtung nach Fig. 1.

Fig. h zeigt im Schnitt eine Masserolle der Vorrichtung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Stahlrohr 10 in einer Einspann- und Vorschubeinrichtung 11, die hier nur schematisch dargestellt ist, gehalten. Die Vorschubeinrichtung kann beispielsweise von der Art sein, vie sie in der DT-PS 932 66k offenbart ist. Die Vorschubeinrichtung 11 erteilt dem Rohr 10 mit Hilfe in geeigneter Weise angeordneter Walzen eine gewünschte Dreh- und Vorschubgeschwindigkeit entsprechend der gewünschten Steigung einer auf das Rohr 10 zu wickelnden Rippe aus Stahl-Flachmaterial 12, das von einer nicht gezeichneten Haspel Profilierrollen 13» 1^· zugeführt wird, die aus dem Flachmaterial 12 ein L-förmiges Band 15 formen. Eine Führungsrolle 16, deren Einzelheiten näher aus Fig. 2 hervorgehen, wickelt das Band 15 hochkant auf das Rohr 10. Eine Schweißrolle 17 einer Rollnaht-Impulsschweißvorrichtung heftet das Band I5 an das Rohr 10. Eine Masserolle 18 sorgt für den Stromrückfluß vom Rohr 10 zum Schweißtransformator 19» der z. B. mit Netzfrequenz betrieben wird und der über kurze Leitungen 20, 21 mit der Schweißrolle 17 bzw. der Masserolle 18 verbunden wird. Ein fertig beripptes Rohrstück ist in Fig. 1 bei 22 dargestellt.

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Die Rollen 16, 17 und 18 sind nach Art von Lenkrollen gehalten, so daß sie auf die durch die Vorschubeinrichtung 11 bestimmte Steigung des zu bewickelnden Bandes eingestellt werden können. Zu diesem Zweck sind die Rollen 16 bis 18 um die Wellen 23, 2k bzw. 25 schwenkbar gelagert. Die drehbare Lagerung der Rollen 16 bis 18 erfolgt in Gabeln 26, 27 bzw. 28. Mit Hilfe geeigneter, nicht bezeichneter Verstellvorrichtungen können die Rollen 16 bis 18 auf das Rohr 10 zu bzw. von diesem fortbewegt werden, was durch die Doppelpfeile 29 bis 3¹ angedeutet ist. Die Schweißrolle 17 ist in vorteilhafter Weise durch einen nicht gezeigten Verstellzylinder verstellbar, um einerseits nachgebend, andererseits mit einem konstanten Druck den Fuß des L-förmigen Bandes 15 gegen das Rohr 10 zu halten. Dadurch werden günstige Schweißbedingungen erzielt, und die Schweißrolle 17 vermag irgendwelchen Unebenheiten bei Aufrechterhaltung eines konstanten Druckes zu folgen.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen, ist der Schweißtransformator 19 oberhalb der Führungsrolle 16 und der Schweißrolle 17 angeordnet, insbesondere weil letztere wassergekühlt ist und ein Besprühen der Leitungen 20, 21 bzw. des Transformators 19 mit Wasser nach Möglichkeit vermieden werden muß.

Gemäß Fig. 2 ist die Führungsrolle' 16 mittels eines Nadellagers 32 auf einem Lagerzapfen 33 drehbar gelagert. Sie besteht aus einer ersten Scheibe 3^> die an einer Lagerbuchse 35 angeformt ist. Passend auf die Lagerbuchse 35 ist eine zweite Scheibe 36

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aufgeschoben, die mit Hilfe einer feststellbaren Mutter 37, die auf einem Außengewinde der Buchse 35 aufschraubbar ist, fest gegen die zugewandte Stirnseite der Scheibe Jk angedrückt wird. Die Scheibe 36 weist eine ringförmige Vertiefung auf ihrer der Scheibe "}k zugewandten Seite auf, durch die ein radial sich nach außen öffnender Umfangsschlitz 38 gebildet ist. Der Umfangsschlitz 38 entspricht annähernd der Stärke des Metallbandes I5 und in seiner Tiefe der Höhe des radialen Stegs des Metallbandes 15, so daß der radiale Steg durch den Umfangsschlitz 38 geführt ist, während die Umfangsfläche der Scheibe Jh den axialen Steg des Bandes 15 gegen die Außenseite des Rohres 10 andrückt. Die Stärke der Scheibe 38 ist so gewählt, daß sie dem Abstand der einzelnen Windungen entspricht. Außerdem liegt sie mit dem Umfang jeweils gegen den Fuß der voraufgegangenen Windung an. Wie weiter oben bereits ausgeführt, stellt sich die Führungsrolle 16 selbsttätig auf die Steigung, die durch die Vorschubeinrichtung 11 bestimmt wird, ein.

Die Querschnittsform der Schweißrolle 17 ist in Fig. 3 zu erkennen. Sie besitzt einen kegelringförmigen Abschnitt 39 im radial äußeren Bereich, dessen Breite am Umfang etwa der Länge des axialen Stegs des Metallbandes 15 entspricht. Durch die kegelringförmige Ausbildung der Schweißrolle 17 wird erreicht, daß im wesentlichen nur der Umfangsbereich mit dem Metallband in Berührung tritt und demzufolge nur diejenigen Stellen während des SchweißVorgangs erwärmt werden, die mit dem Rohr 10 verschweißt werden sollen.

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Die Schweißrolle I7 ist auf einem Lagerzapfen ^O drehbar gelagert, der seinerseits mit einem Schleifer h*\ in Berührung steht, über den der Schweißstrom der Schweißrolle 17 zugeführt wird. Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung ist selbstverständlich schematisch und geht nicht auf weitere Einzelheiten der S^hweißrolle ein. So ist zum Beispiel für viele Fälle eine Wasserkühlung erforderlich, um die unvermeidlich entstehenden Temperaturen in zulässigen Grenzen zu halten.

Die Masserolle 18 zur Rückführung des Schweißstromes liegt außerhalb des jeweils bewickelten Bereiches des Rohres an diesem an. Sie ist über einen Lagerzapfen k2 in der Gabel 28 gelagert. Der zurückgeführte Schweißstrom wird über einen Schleifer U 3 abgenommen, der über die Leitung 21 mit dom Schalttransformator 19 (Fig. 1) verbunden ist.

Wie man aus Fig. 1 entnimmt, sind die Rollen 16 bis 18 jeweils um 180 in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt. Eine derartige Versetzung ist äußerst vorteilhaft, da sich dadurch die auf das Rohr 10 ausgeübten Kräfte besonders leicht aufheben lassen können. Die Rollen 16 bis 18 sind jedoch, wie aus den Fig. 2 bis h hervorgeht, axial entsprechend ihrer jeweiligen Funktion etwas versetzt.

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Claims (10)

■ Nt·* - 12 - S c h u t zansprüche

1. Vorrichtung zum Verschweißen eines kontinuierlich hochkant gewickelten Metallbandes auf ein Rohr mit einer Einspann- und Vorschubeinrichtung , die das eingespannte Rohr hält undinit vorgegebener, veränderbarer Drehzahl und axialer Vorschubgeschwindigkeit antreibt, und einer Wickelvorrichtung, die das Band hochkant auf das Rohr wickelt, dadurch gekennzeichnet, daß eins Schweißrolle (17) einer Rollnaht-Impulsschweißvorrichtung in Form einer Lenkrolle drehbar, jedoch axial fest gegenüber dem Rohr (1O) gelagert und in Anlage an den auf dem Rohr (1O) anliegenden Steg eines L-föx-migen Bandes (15) bringbar ist, und daß eine Masserolle (18) mit einem noch unbewickelten Abschnitt des Rohres (1O) in Eingriff bringbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Schweißrolle (17) am Umfang etwa der Breite des am Rohr (1O) anliegenden Stegs des L-förmigen Bandes (15) entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißrolle im äußeren Bereich kegelringförmig geformt ist.

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4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Masserolle (18) ebenfalls in Form einer Lenkrolle frei drehbar, jedoch axial fest gegenüber dem Rohr (ΐθ) gelagert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3· dadurch gekennzeichnet, daß la Umfangsabstand der Schweiß- und Masserolle (17, 18) eine Führungsrolle (16) ebenfalls in Form einer Lenkrolle drehbar, jedoch axial fest gegenüber dem Rohr (1O) gelagert ist, daß die Führungsrolle (i6) am Umfang einen radial einwärts laufenden Umfangsschlitz (38) aufweist, durch den der radiale Steg des L-fÖrmigen Bandes (15) geführt ist, während der Umfang der Führungsrolle (i6) gegen den anderen axialen Steg des Bandes (15) anliegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang der Führungsrolle (16) zugleich am axialen Steg des Bandes (15) der voraufgehenden Windung anliegt.

7. Vorrichtung nach ein3m der Ansprüche 1 bis k und 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Schweißrolle (17)> Masserolle (18) und Führungsrolle (16) im gleichen Umfangsabstand voneinander angeordnet sind, wobei die Führungsrolle

(16) unt-erhalb des Rohres (10) liegt und dor Schweißtransformator der Rollnaht-Impulsschweißvorrichtung oberhalb des Rohre?.* (1O) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis T₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißrolle (17) mit Hilfe eines Verstellzylinders auf das Rohr (ίο) oder von diesem fort verstellbar ist und ein Druckregler vorgesehen ist, mit dem die Andrückkraft der Schweißrolle (17) über den Verstellzylinder steuerbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißrolle (17) wassergekühlt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Führungsrolle (16) eine Profiliervorrichtung, vorzugsweise in Form von zwei einander gegenüberliegenden Profilierrollen (13> 1*0 > die aus Flachband (12)das L-förmige Band (15) formen, bevor es von der Führungsrolle (i6) auf das Rohr (1O) gewickelt wird.