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Verfahren zur Herstellung von Wellrohr Die Erfindung betrifft Wellrohre,
vorzugsweise aus Tombak, die z. B. zur Herstellung von thermostatischen Elementen
in Wärmereglern verwendet werden. -Es ist bekannt, solche Wellrohre aus einem dünnwandigen,
glatten Rohr zu fertigen entweder im Walzprozeß durch Eindrücken der einzelnen Wellen
von außen und innen oder hydraulisch durch Gesamtverformung des glatten Rohres.
Dieses kann z. B. einen Durchmesser von 38 mm und eine Wandstärke von o,2 mm haben;
nach Umformung, d. h. Anbringung der Wellen, erlangt es q.2 mm äußeren Durchmesser,
28 mm Innendurchmesser bei einer Wellentiefe von 7 mm, eine Wellenstärke von 1,4
mm und einen Abstand zwischen zwei Wellen von r mm. Ein solches Wellrohr dient im
allgemeinen als Feder, ist jedoch keine echte Feder, d. h. es kehrt nicht wie diese
aus dem gespannten Zustand vollkommen in den Ursprungszustand zurück. Vielmehr gelangt
der Baustoff bei jedem Hub des Wellrohres in die ,Nähe der Fließgrenze, womit schon
angedeutet ist, daß die Lebensdauer des Wellrohres gegenüber der praktisch unbegrenzten
einer echten Feder sehr beschränkt ist. Dem Wellrohr aber die Eigenschaften der
echten Feder zu verleihen ist unmöglich, weil ihm nicht die zur Erzielung echter
Federwirkung notwendigen Verhältnisse einer Feder gegeben werden können. Es würde
dies sehr tiefe und zahlreiche Wellen erfordern, die aus Herstellungs-, Einbau-
und Kostengründen nicht zulässig sind.
Die Erfindung stellt--einen
Fortschritt in- der Richtung einer besseren Federwirkung bei .den einzelnen Wellen
eines Wellrohres dar. Es wird dabei von der Theorie der.-Federwirkung alisg eg ang
en.
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D,ie Zeichnungen veranschaulichen die der Erfindung zugrundeliegende
Theorie -und eine Ausfiilirtingsform der Erfindung.
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Abb. i zeigt eine schematische Darstellung zur Theorie der Formänderung
eines Wellrohres@ Abb.2 stellt den Querschnitt der einzelnen Wellen eines Wehrohres
im spannungslosen Zustand, Abb.3 und d in Zuständen verschiedenartiger Spannungen
dar.
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Dabei zeigen die beiden zuletzt genannten Abbildungen die unterZugspannung_s.tehendenSchichten
einfach schraffiert, die unter Druckspannung stehenden Schichten mit Kreuzschraffur.
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Das Wellrohr zeigt in seiner entspannten, aus der Fertigung hervorgehenden
Form (Abb. i) parallel gerichtete Ringflächen i, die im Spannungszustand in die
Schräglagen i' oder z"-übergeh.en. Diese unterscheiden sich nur durch die Vertauschung
von Druck und Zug in den unter Spanilung stehenden Zonen. Da die Ringflächen i unter
Spannung keine Veränderung ihres Radius erleiden, auch nicht erleiden können, so
sind die Schräglagen i' und i" geometrisch als Hypothenusen, gegen, die Parallellage
als Katheten i, theoretisch nur denkbar, ,wenn die Bogenstücke 2 der Wellen, sich
verformen, wie es unter 2' veranschaulicht ist. Der Durchmesser der Bogenstücke
2 wird alsdann ,deiner, und Teile der Bogen gehen als Gerade in den Ringflächenquerschnitt
i über, so daß dieser infolge Verlängerung von einer Kathete zur Hypothenuse werden
kann.
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Diese Erkenntnis weist darauf hin, daß die elastische Verformbarkeit
' eines Wellrohres bei seiner Arbeit sich ,wesentlich auf die Bogenflächen der Wellen
beschränkt und daher nur in bezug auf diese eine Verbesserungsmöglichkeit gegeben
ist. Deswegen wären für viele Zwecke Wellrohre mit geringerer Wandstärke als die
gebräuchlichen zweckmäßig; jedoch kann das glatte Rohr nicht zuverlässig mit noch
geringerer Wandstärke als derzeit gebräuchlich gezogen werden, weil alsdann die
Festigkeit von der Beanspruchung durch den Ziehprozeß übertroffen würde und Bruch
die unvermeidliche Folge wäre. Auf der anderen Seite besteht das Bedürfnis, die
Wandstärke des fertigen Wehrohres unterschiedlich zu halten, also gemäß den obigen
Ausführungen die Bogenflächen dünner als die Ringflächen zu machen, weil bei den
ersteren Elastizität, bei den letzteren Starrheit von- Vorteil ist.
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Die Herstellung solcher unterschiedlichen und verringerten Wandstärken
an Wehrohren ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.' Es können zur Erreichung
des Erfindungszweckes mechanische, chemische und elektrochemische Verfahren benutzt
'werden. Die Erfahrung zeigt aber, daß mechanische Verfahren, z. B. der Walzprozeß,
weniger geeignet sind als die beiden zuletzt genannten Verfahrensarten. Auf diese
erstrecken sich also die nachstehend erläuterten Beispiele der Erfindung: Zu ihrem
besseren Verständnis sind theoretische Feststellungen vorauszuschicken, die durch
die Abb.2 bis d. der Zeichnungen unterstützt werden.
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Danach sind im Fertigungszustand des Wellrohres (Abb.,-» keine Spannungen
irgendwelcher Art vorhanden. Dagegen werden beim Zusammendrücken, des Wellrohres
in axialer Richtung (Abb. 3) in den Bogenstücken 2 außen Zugspannungen, innen Druckspannungen
erzeugt, während nach den herkömmlichen Anschauungen in der Mitte zwischen den Spannungsschichten
die neutrale Linie bzw. Ebene verläuft. Umgekehrt entstehen beim Auseinanderziehen
des Wellrohres (Abb. 4) in den Bogenstücken außen Druckspannungen, innen- Zugspannungen.
Die geschilderten Vorgänge bedeuten, daß bei einer Verwendung des Wellröhres als
Bauteil eines Thermostaten eine Wechselbeanspruchung auftritt, die besondere Anforderungen
-an den Baustoff in bezug auf Haltbarkeit und Dauerhaftigkeit stellt. Geht man also
voll der Tatsache aus, daß eine schwächere Feder eine größere spezifische Durchbiegung
erleiden kann als eine stärkere Feder, so müssen bei dem hier vorausgesetzten Wellrohr
die Bogenstücke 2 als die ausschließlich federnden Teile schwächer gehalten werden,
als dies seither üblich oder vielmehr möglich gewesen ist.
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Erfindungsgemäß wird also die Wandstärke der Bogenstücke 2 vermindert,
und es ist leicht ersichtlich, daß der Walzprozeß hierfür aus einer Reihe naheliegender
Gründe weniger geeignet ist. Vielmehr eignet sich zu diesem Zweck viel besser das
chemische Verfahren, bei dem durch Anwendung eileer Mischung, von anorganischen
Säuren eine quantitativ gut- regelbare Auflösung des Tombaks stattfindet, die. zum
geeigneten Zeitpunkt, d. h. nach Erreichung der vorausgesetzten Verminderung der
Wandstärke, unterbrochen wird. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die auf chemischem
Wege erzeugte Stärkeverminderung eine völlig ausreichende Genauigkeit und Gleichmäßigkeit
besitzt und keine Nachteile im mechanischen Gebrauch des Wellrohres zur Folge hat.
Als Säuregemisch kann =beispielsweise die Mischung voll Schwefelsäure, Salpetersäure
unter Hinzufügung von Natriumbichromat benutzt werden.
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Um die Wirkung der Lösung auf die Bogenflächen 2 des Wellrohres zu
beschränken, kann ein einfaches Verfahren benutzt' werden, das darin besteht, das
Wellrohr vor dem Eintauchen in die Lösung so weit zusammenzupressen, daß die einzelnen
Wellen sich dicht aufeinanderlegen. Solchergestalt sind die Ringflächen i, wie Abb.
3 zeigt, Bach außen hin abgeschlossen, so daß die Säuren nur auf die Bogenflächen--
wirken können, die sich dabei im -Spannungszustand befinden. Dadurch wird ein bemerkenswertes
Phänomen sichtbar, das darin besteht, daß das Wehrohr bei der Entspannüng nicht
mehr in den Ursprungszustand (Abb. 2)
zurückkehrt, sondern darüber
hinaus in einen Zustand kommt, der sich dem durch Abb.4 veranschaulichten nähert.
Dabei ergibt sich, daß der ursprünglich stabile Zustand (Abb. 2) zum labilen wird,
während die Grenzzustände (Abb. 3 und 4) zu stabilen werden. Diese sind jedoch graduell
unterschiedlich, indem der Grenzzustand (Abb.3) an Intensität dem Zustand (Abb.4)
unterlegen ist, so daß man von einem orthostabilen bzw. metastabilen Zustand sprechen
kann. Infolgedessen kehrt das Wellrohr beim Wegfallen äußerer Kräfte zunächst in
den Zustand der Abb.4 zurück, beim Einwirken schon geringer äußerer Kräfte, die
auf Zusammendrücken des Wehrohres gerichtet sind, sofort unter L-berspringung des
nun labilen Zustandes (Abb.2) in den Grenzzustand (Abb.3). Diese Erscheinung ist
in der Wirkung vergleichbar mit dem Verhalten der allgemein bekannten flachen Ölkännchen,
die bei Nähmaschinen Verwendung finden, an deren Ölbehälter sich die kreisrunden
flach gewölbten Seitenteile in derselben Weise unter Geräusch durchdrücken lassen,
wie dies beim Erfindungsgegenstand mit den Wellen der Fall ist. Theoretisch ist
dies in bezug auf ein Wellrohr so zu erklären, daß der -durch ausgeglichene Spannungen
gekennzeichnete Ursprungszustand, der stabile, der Entspannungszustand, nicht mehr
wiederhergestellt werden kann, wenn die Spannungen unausgeglichen werden, indem
die eine der Spannungszonen, im obenstehenden Beispiel die unter Zugspannung stehende,
weggenommen wird. Damit ist offenbar, daß durch Wegnahme einer sich im Spannungszustand
befindenden Metallschicht unter Belassung benachbarter, unter verschiedener Spannung
stehenden Schichten besondere Erscheinungen, wie die geschilderte, ausgelöst werden
können.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß statt
der geschilderten rein chemischen Abtragung des Baustoffes die elektrochemische
benutzt werden kann. Dadurch ist es unter Beachtung gewisser allgemeiner Vorsichtsmaßnahmen
möglich, auch ohne Zusammendrücken des zu behandelnden Wellrohres die Abtragung
von Baustoff im wesentlichen auf die Bogenflächen zu beschränken. Auch dieDurchführung
der ganzen Reaktion liegt in quantitativer Hinsicht besser in der Hand des Arbeiters.