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Rippenrohr sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung desselben
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Rippenrohr derjenigen Bauart, bei der
die Rippen aus der Wandung eines zunächst glatten Rohres herausgearbeitet werden.
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Im gegenwärtigen Stand der Entwicklung auf diesem Gebiet ist für die
Herstellung solcher Rippenrohre weitgehend das folgende Verfahren angewendet worden.
Zunächst wird das Rohr außen rundherum gekerbt oder geriefelt. Sodann wird zur Bildung
radial vorspringender Rippen der Werkstoff zwischen benachbarten Windungen dieser
Riefen in Axialrichtung zusammengepreßt. Diese Maßnahmen werden in der Regel durch
Walzen bewirkt, die um das Rohr herum in Walzeingriff mit demselben verteilt sind,
wobei jede Walze mit einer Anzahl mit Abstand voneinander angeordneten Scheiben
versehen ist. Die Breite nimmt bei aufeinanderfolgenden Scheiben zu, während gleichzeitig
die Breite des Abstands zwischen benachbarten Scheiben abnimmt. Dabei können die
Walzenachsen in einem kleinen Winkel zur Achse des Rohres liegen, so daß eine schraubenförmige
Rippe entsteht. Diese Rippenrohrherstellung erfolgt also im Wege einer Kombination
von radial nach innen und von axial wirkenden Drücken, die durch die benachbarten
Scheiben ausgeübt werden. Es sind für die Herstellung von Rippenrohren auch andere,
dem oben beschriebenen Verfahren mehr oder weniger entsprechende bekanntgeworden.
Alle Verfahren stimmen aber darin überein, daß die Rippen
während
ihrer Bildung sowohl axialer Zusammendrückung als radialer Ausstoßung unterworfen
sind.
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Nach solchen Verfahren hergestelltes Rippenrohr besitzt in der Regel
eine recht minderwertige Struktur und ein ungleichmäßiges Gefüge. Der Grund hierfür
liegt in der großen Beanspruchung des Materials durch die Kaltbearbeitung insbesondere
an den einander gegenüberliegenden Seiten jeder Rippe. Diese Teile der Oberfläche
neigen daher dazu, hart und brüchig zu werden, während die Mitte oder der Kern viel
weicher bleibt. Auch bilden sich auf der Oberfläche der Rippen Risse, die sich auf
die Dauer nach innen erstrecken und das Rohr zerstören können. Man ist daher hinsichtlich
der Höhe der Rippen und auch hinsichtlich der Härte des für solche Rohre verwendbaren
Werkstoffs beschränkt.
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Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, ein Rippenrohr herzustellen,
bei dem die Rippen ein sehr gleichmäßiges Gefüge aufweisen und weitgehend frei von
Fehlern sind, wie sie bei den bisher hergestellten Rippenrohren in der Regel auftraten.
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Nach der Erfindung werden die Rippen durch radial nach innen gerichteten
Druck hervorgerufen, der auf die Rohrwand zu beiden Seiten der Rippenwurzel ausgeübt
wird. Vorzugsweise wird dabei jede Rippe ausschließlich durch Werkstoff gebildet,
der aus der Rohrwandung durch die Rippenwurzel hindurch radial nach außen gedrückt
wird. Es wird also im Gegensatz zu dem eingangs geschilderten bekannten Verfahren
das Rohr nicht nur durch einen radial nach innen gerichteten Druck zunächst rundherum
gekerbt, sondern die Rippen werden vorzugsweise in ihrer ganzen Höhe mittels dieses
radial nach innen gerichteten und allmählich zu größerer Tiefe fortschreitenden
Walzdrucks erzeugt. Vorzugsweise wird der Räum, in dem die einzelne Rippe sich bildet,
während ihrer Entstehung von sich radial erstreckenden Flächen begrenzt; die in
Achsenrichtung mit Abstand voneinander angeordnet sind, und den gewünschten Ouerschnittsumriß
der Rippe gewährleisten. Man erhält ein Rippenrohr, bei dem die Oberflächen durch
die Bearbeitung nicht wesentlich gehärtet und nur wenig härter sind als die dazwischenliegenden
Kernstücke.
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Nach der Erfindung können auch Rippenrohre mit gerippten und urigerippten
Stücken hergestellt werden. Sollen solche Rippenrohre in Gehäuse eingesetzt werden,
beispielsweise bei Wärmeaustauschapparaten, so ist es wünschenswert, an beiden Rohrenden
urigerippte Stücke zu haben, deren Durchmesser mindestens ebenso groß ist wie der
Rippendurchmesser. Hierdurch wird das Zusammensetzen derartiger Apparate erleichtert,
insbesondere das Einsetzen der Rippenröhre durch WandÖffnungen des Gehäuses hindurch,
in welche die urigerippten Endstücke eingepaßt werden müssen. Es ist dabei wünschenswert,
daß solche urigerippten Endstücke eine mindestens ebenso große, vorzugsweise eine
größere Wandstärke besitzen wie die Wandstärke der gerippten Teile des Rohrs. Bei
den bisher angewendeten Verfahren zum Rippen von Rdhren war @es schwierig, diese
Bedingungen zu erfüPlen. In der Regel war der :ursprüngliche Außendurchmesser des
mit Rippen zu versehenden Rohrs kleiner als ider Außendurchmesser =der dann gebildeten
Rippen. Man konnte zwar das Ende des Rohrs auf einen :dem Durchmesser der Rippen
entsprechenden Durchmesser aufwehen, hierdurch ergibt sich dann aber für die Röhrenden
eine Verringerung der Wandstärke, außerdem wird das Rohr an solchen Stellen häufig
exzentrisch. Auch die Herstdllu@ng von Rippenrohr mit urigerippten Teilen, die einen
größeren Durchmesser und größere Wandstärke als die geripptenTei@le und ein@enHärtegrad
.aufweisen, der 'weiteres Kaltbearbeiten des Materiales gestattet, fliegt im Rahmen
der Erfindung, desgleichen die Herstellung von Rippenrohr, 'bei dem die Wandstärke
und gegebenenfalls auch der Durchmesser von einem stark ausgebildeten. Endstück
zu dem. gerippten Teil allmählich abnehmen.
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Die Erfindung .bezieht sich sowohl auf Rippenroh:r mit den vorstehend
gekennzeichneten Merkmalen wie .auf Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung
:solcher Rohre, die schneller und mit größerer Genauigkeit zu arbeiten gestatten
als bisher.
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Ein wesentliches Merkmal des verbesserten. Herstellungsverfahrens
für Rippenrohre liegt in der Vermeidung einer axialen Zusamm:endrückung :der Rippen
während ihrer Entstehung. Um dies zu erreichen, Ist der Druck, der auf das Rohr
durch eine .oder mehrere Formwalzen ausgeübt wird, .im wesentlichen radial nach
innen .gerichtet und hat keine auf :die rin: der Entstehung begriffenen Rippen wirkende
axiale Komponente. Doch bewirkt :dieser radial nach innen gerichtete Druck eine
Verschiebung des Materials, das, sdlange es unter ,der die Verschiebung bewirkenden
Walzfläche fliegt, nur in axialer Richtung ausweichen kann, dagegen außerhalb dieser
Fläche radial mach .außen gedrückt wird. Hervorgerufen wird -dies durch die Kombination
des axial auf das ausgewichene Material gerichteten Drucks und der Gegenwirkung
des Rohrkörpers -gegen seine Verlängerung, woraus sich eine radial nach außen gerichtete
Alblenkung ergibt. Ist das Rohr ;so eingegrenzt, daß das, Steigen nach. außen nur
durch die Rippenwurzel möglich ist, dann 'bill.det sich :die -gesamte Rippe aus
radial nach außen herausgedrücktem Werkstoff. Um der Rippe einen gewünschten Querschnittsumriß
zu verleihen, wird der austretende Werkstoff zwischen in Achsrichtung mit Abstand
voneinander angeordneten Flächen :entsprechender Kontur -eingeschlossen. Da die
Stellung :dieser Flächen zueinander festgelegt ist, können sie den zwischen ihnen
befindlichen Werkstoff nicht axial zusammendrücken, sondern ihn nur raxl@ial führen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Zig. i ist eine teilweise geschnittene Endansicht einer Maschine -zur
Durchführung des verbesserten Verfahrens;
Fig. a .ist ein senkrechter
Längsmittelschnitt durch die Maschine; Fi:g. 3 ist ein Längsschnitt durch einen
Teil einer der Formwalzen; Fig. 4 ist eine entsprechende Darstellung einer abgeänderten
Ausführungsiform und zeigt die Walze in Arbeitseingriff mit einem zu rippenden Rohr;
Fig. 5 i:st die Ansicht eines Rippenrohrs, bei dem der Durchmesser der Rippen wesentlich
größer ist als der Durchmesser des ursprünglichen. .Rohrs.
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Im folgenden wird speziell die Herstelflung von schraubenförmigen
Rippen beschrieben. Gemäß Fig. 1 und a besteht der Rahmen A aus zwei mit
Albstand voneinander parallel errichteten Köpfen B und BI mit Lagern für sich zwischen
den Köpfen erstreckende und untereinander gleichen Abstand aufweisende Schaukelglieder
C, Cl. In jedem dieser Schank etglieder ist exzentrisch eine Welle D für eine Formwalze
E gelagert. Die Schaukelglieder sind untereinander mittels radial nach außen ragender
Arme C3 und Anschlußstücken C4 verbunden derart, :daß 'bei Hin.undherbewegung eines
dieser Teile jedem der übrigen Teile eine entsprechende Hinundherbewegungerteilt
wird. Auf diese Weise können d ie (Wellen: D und d.ieWalzen E gleichzeitig in Radia'lrichtung
auf eine zwischen ihnen 'liegende Mittelachse hin oder von, dieser weg bewegt werden,
wobei die Mittelachse mit der Achse d es zu @rippenden Rohrs izusammenfälllt. Jede
der Wallzen E .besitzt eine Anzah!1 ringförmiger Walzstücke El, E2, E3, E4, E5,
zwischen denen Spalte F, F1, F2, F3 liegen, die sich nach innen etwas verschmälern.
Das Stück El ist im Querschnitt im wesentlichen V-förmig mit einer abgerundeten
Außenkontur und kann., wie im einzelnen nachstehend beschrieben wird, außen in die
Rohrwandung .eine schraubenförmige Nut eindrücken. Die Umrißflächen der Stücke E2,
E3, E4 verlaufen in Axialrichtung im wesentlichen, gerade, liegen jedoch in schwachem
Winkel zur Werkstückachse. Die aufeinanderfolgenden Wälzflächen sind von in Axialrichtung
zunehmender Breite, bei entsprechend fortschreitend albnehmender Breite der dazwischenliegenden
Spalten. Das Stück E5 besitzt eine noch ibreitere Umfangsfläche, die parallel zur
Werkstückachse liegt. Der Winkel zwischen der Werkstückachse und der Achse der Walzen
und der die Wallzen tragenden Welllen ist so (bemessen, daß die (Stücke El, E2
USW.
den gewünschten Schraubenwinkel aufweisen. Es ergibt sich, .daß das Stück
E2, während es sich auf dem Werkstück abwälzt, das Rohr in Achserrichtung vorschiebt
und daß die Stücke E2, E3, E4 und ES nacheinander im wesentlichen denselben Sch:rauberilinienweg
durchlaufen und dabei den äußeren Teil der Rohrwandung radial. nach innen drücken.
Die der Spalte F benachbarte Fläche des Stückes El steht im Wesentlichen senkrecht
zur Werkstückachse, erzwingt- daher eine Vorwärtsbewegung des Rohrs in Achseinrichtung
und widersteht Kräften, die das Rohr in die entgegengesetzte Richtung zu verschieben
neigen. Der durch die Stücke E2, E3 und E4 aus seiner Stelle verdrängte Werkstoff
ist gezwungen, so lange in Achsenrichtung unter den Walzstücken wegzufließen, !bis
er an den Stellen der zwischen den Stücken E2, Es u:sw. liegenden Spalte radial
nach außen in diese Spanten hineinsteigen !kann. Da die Stücke E2, E3 usw. aufeinanderfolgend
in der ,Breite ein wenig zunehmen, überdecken sie Teile der Rohrwandung, die zuvor
noch nicht eingedrückt worden waren, und drücken diese radial nach innen. Die Breite
der letzten Spalte F3 und des in diese hineingedrückten Werkstoffs ist daher geringer
als .diejenige der ersten Spalte, doch ist der auf den Werkstoff während seines
Ausweichens ausgeübte Druck stets radial nach innen gerichtet, ohne @daß irgendwelche
Zusammendrückung des herausgedrückten Werkstoffs in der Spalte in Achserrichtung
erfolgt. Das der Bearbeitung unterliegende Rohr C wird während der !Bearbeitung
durch die Walzen von einem Dorn I getragen, der sich unterhalb der Stücke El, E2,
E3, E4, ES erstreckt. Dieser Dorn ist an einer in .der Zeichnung nicht dargestellten
zurückliegenden Stelle verankert und lang genug, um das der Bearbeitung .unterliegende
Rohr aufzunehmen. An der Bearbeitungsstelle können sowohll der ,Dorn als das der
Bearbeitung unterliegende 'Rohr sich mit Bezug auf die Bearbeitungswalzen frei ;bewegen.
Die Rippen des auf diesem Wege hergestellten Rippenro'hrs'besitzen im wesentlichen
gleichmäßiges Gefüge, und ihre Oberflächen sind durch die B.earbeitung nichtwesentlich
gehärtet. Die Umrißkante der Rippe ist im Querschnitt konvex, während im Gegensatz
hierzu die Umrißkante von durch axiale Züsammendrückung entstandenen Rippen konkav
;ist rund solche Rippen zur Bildung von Rissen neigen., die sich auch in das Rohrinnere
erstrecken können. Die physikalfischen Eigenschaften des erfindungsgemäß hergestellten
Erzeugnisses sind daher erheblich verbessert.
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Wenn man ein Rippenrohr herzu:stellenwünscht, das ein u.ugeripptes
Endstück von: zumindest gleich großem Durchmesser wie dem Umfangsdurchmesser der
Rippen besitzt, geht man vorzugsweise von einem Rohr :aus, das diesen größeren Umfang
besitzt. Die Walzen E werden mit konischen Stücken Es versehen, welche als erste
in Kontakt mit dem sich in Achsrichtung verschiebenden Rohr gelangen und seinen
Durchmesser verkleinern, 'bevor es .in Kontakt mit dem Walzstück El kommt. Jedes
der aufeinanderfolgenden Walzstücke bewirkt eine weitere Verringerung des Rohrdurchmessers,
so llange, Ibis dies durch den Dornbegrenzt wird. Bei dieser fortgesetzten Verringerung
des Rohrdurchmessers wird der Werkstoff in Achsenrichtun:g verdrängt, derart, daß
das Rohrstück, auf dem die Rippengebildet werden, einen Längenzuwachs erfährt. Es
ergibt sich während des Walzens -des Rohrs durch das letzte Stück E5, dessen Umfangsfläche
parallel zur Achse des Rohrs liegt, auch eine Veränderung des Schraubenwinkels,
so daß der nach innen verdrängte Werkstoff das Rohr zwischen benachbarten (Windungen
der Rippe verlängert. Bei dem fertigen Rippenrohr ist die Wan:dstär'ke des gerippten
Rohrteiles wesentlich geringer als diejenige des ursprünglichen Rohrs, während das
ungerippte
Endstück den ursprünglichen .Durchmesser und die ursprüngliche
Wandstärke beibehalten hat, wobei das Metall dort auch in dem ursprünglichen weichen
und nicht durch Bearbeitung gehärteten Zustand vorliegt.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die Ausbildung der Rippen
in jederbeliebigen Höhe im Vergleich zu dem Durchmesser des ursprünglichen Rohrs.
Bei den in Fig. q: veranschaulichten Erzeugnissen sind die Rippen G1 nicht höher
als der ursprüngliche Durchmesser des Rohrs G. Bei dem in Fig.5 veranschaulichten
Erzeugnis sind andererseits die Rippen Hl von wesentlich größerem Durchmesser als
diejenigen,des ursprünglichen Rohrs H.