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Verfahren sowie Vorrichtung zur Herstellung von Rippenrohr und Rippenrohr
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Rippenrohr, das beispielsweise für Wärmeaustauschapparate,
wie Kondensatoren, Kältemaschinen, Verdampfer u. dgl., besonders geeignet ist.
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Bei den meisten bekannten Verfahren zur Herstellung von gerippten
Rohren, bei denen die Rippen aus der Wandung eines glatten Rohres herausgearbeitet
«-erden, ragen die Rippen radial über den ursprünglichen Rohrdurchmesser hinaus.
Setzt man solche Rohre in ein Gehäuse ein, so muß zumindest in einer Wand eine Öffnung
vorgesehen sein, die groß genug ist, um die Rippen hindurchzulassen. Um in diese
Öffnung zu passen, muß das ungerippte Ende des Rohres daher aufgeweitet werden.
Durch ein solches Aufweiten wird die Wandstärke verringert und eine Härtung hervorgerufen.
Hierdurch wiederum wird ein Ausglühen des Werkstückes erforderlich.
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Zur Behebung dieser Schwierigkeiten wurde ein Verfahren zur Herstellung
von Rippenrohren entwickelt, bei denen der Umfangsdurchmesser der gebildeten Rippe
nicht größer ist als der Außendurchmesser des Rohrrohlings. An den gerippten Abschnitten
hat das eigentliche Rohr einen kleineren
Durchmesser und vorzugsweise
eine geringere Wandstärke als der Rohling und als die ungerippten Abschnitte.
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Die ungerippten Stücke befinden sich vorzugsweise an den Enden des
Rohres. Es können aber auch ein oder mehrere ungerippte Stücke zwischen gerippten
Stücken vorgesehen sein, beispielsweise wenn das Rohr durch Prallplatten hindurchragen
soll.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die ungerippten
Stücke nicht durch eine Bearbeitung gehärtet sind. Hierdurch wird das Einwalzen
in die Gehäusewandungen erleichtert, und man braucht die Rohre nicht wie bisher
nachträglich noch auszuglühen, was deshalb erwünscht ist, weil durch das Ausglühen
die Festigkeit der gerippten Stücke verringert und diese weicher gemacht werden.
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Gemäß dem Hauptpatent werden die aus der Rohrwand herausgearbeiteten,vorzugsweise
schraubenförmigen Rippen dadurch gebildet, daß auf die Außenfläche eines zunächst
glatten Rohres ein längs eines vorzugsweise schraubenförmigen Weges fortschreitender,
radial nach innen gerichteter Druck ausgeübt wird, der einen im wesentlichen radial
nach außen gerichteten Druck erzeugt, unter dessen Einfluß Werkstoff in den Zwischenräumen
zwischen den nach innen gedrückten Bereichen hervortritt und allmählich steigend
eine vorzugsweise schraubenförmige Rippe bildet. Dieses. Verfahren wird erfindungsgemäß
dadurch ergänzt, daß auf den zu berippenden Stücken zunächst der Außendurchmesser
des rohrförmigen Rohlings allmählich verringert wird, während eine .schraubenförmige
Relativvorschubbewegung zwischen Rohling und Walzen erfolgt, daß dem Rippenwalzen
nach dem Hauptpatent also ein Einzieharbeitsvorgang vorgeordnet wird. Die Verringerung
des Rohrdurchmessers kann während des anschließenden Rippenwalzens fortgesetzt werden.
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Wie bei dem Hauptpatent bedient man sich zur Herstellung der Rippenrohre
einer Walzvorrichtung, bei der das Walzwerkzeug mehrere Walzstücke vorzugsweise
von zunehmender Breite besitzt, die längs mit Abstand voneinander verlaufender Windungen
auf die Außenfläche des Werkstückes einwirken und es längs dieser Windungen auf
fortschreitende größere Tiefe walzen, wobei in dem Zwischenraum zwischen den aufeinanderfolgenden
Windungen die Rippen entstehen. Im Sinne des Hauptpatents sind dabei vorzugsweise
Werkzeuge und Werkstück einander so zugeordnet, daß die Walzstücke längs eines und
desselben zusammenhängenden schraubenförmigen Weges aufeinanderfolgend auf das Werkstück
einwirken. \Tach der vorliegenden Erfindung weisen die Walzen eine in Axialrichtung
konisch verlaufende breite Walzfläche auf, an die sich mehrere schmalere Walzstücke
mit fortlaufend größeren Durchmessern anschließen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
in mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben. Fig. r ist ein Längsschnitt und zeigt
eines der Formwalzenwerkzeuge in Zusammenarbeit mit dem zu rippenden Rohrrohling;
Fig. a ist ein Querschnitt durch eine schematisch dargestellte Walzvorrichtung mit
mehreren um das 'Werkstück und den Dornherum gruppierten Walzen; Fig. 3, q. und
5 veranschaulichen diagrammatisch aufeinanderfolgende Schritte des Herstellungsverfahrens;
Fig. 6 ist ein Längsschnitt durch ein geripptes Rohr mit ungerippten Endstücken;
Fig. 7 ist eine entsprechende Darstellung eines Rohres mit ungerippten Endstücken
und einem oder mehreren ungerippten Stücken zwischen den gerippten Stücken; Fig.
8 ist ein Teil einer Wand eines Gehäuses mit einem darin befestigten Rohr.
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Die Walzen A sind auf Wellen B gelagert und um die Achse des zu bearbeitenden
Rohrrohlings C herum verteilt. Innerhalb des Rohres C liegt ein Dorn D, der durch
einen Schaft E mit einem nicht gezeichneten Verankerungspunkt verbunden ist. Die
Achsen der Wellen B liegen im Winkel zur Achse des Dornes und des Rohres, so daß
sie einen schraubenförmigen Weg um letzteres herum beschreiben. Die Wellen können
in Radialrichtung auf die Achse des Rohres hin- und von dieser fortbewegt werden.
Jede Walze A besitzt eine Anzahl mit Abstand voneinander angeordnete scheibenartige
Walzstücke F, F1, F2, F3 und F4, zwischen denen sich nach innen leicht verjüngende
Nuten G, G1, G2 und G3 befinden. Die Umfangsflächen des Stückes F4 erstrecken sich
in Achsenrichtung in einer geraden Linie parallel zur Achse des Rohres. Das Stück
F besitzt einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt. Die äußere Umrißlinie ist
jedoch abgerundet. Die Umfangsflächen der Stücke F1, F2, Fz sind in Achsenrichtung
mit Bezug auf die Rohrachse geneigt und verjüngen sich in Richtung von Stück F4
zu Stück F insgesamt radial nach innen. An die Wurzel des Stückes F grenzt ein konisches
Stück F5 an, das sich in der gleichen Richtung verjüngt wie die Stücke F3, F2, F1
und F.
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Bei der Durchführung des Verfahrens wird ein glattes Rohr C, dessen
Durchmesser und Wandstärke die für die ungerippten Stücke des Rippenrohres gewünschten
Maße aufweisen, über den Dorn D und den Schaft E gebracht und wird dabei so eingestellt,
daß ein Endstück Cl in Achsenrichtung über das Stück F4 jeder Walze herausragt.
Die Walzen A samt ihren Wellen B werden mit Bezug auf die Rohrachse
radial nach innen bewegt und versetzen durch Reibungskontakt mit der Außenfläche
des Rohres dieses in Drehung und in axial vorschreitende Bewegung, wobei die Walzen
auf dem Rohr einen schraubenförmigen Weg beschreiben. Infolge der sich verjüngenden
Form jeder Walze gelangt zunächst das Stück F4 großen Durchmessers in Berührung
mit dem Rohr, und sein Radialdruck drückt das Rohr allmählich zusammen, so daß ein
sich allmählich verjüngendes Stück C2 und ein daran anschließendes, zunächst sich
nach außen steiler erweiterndes Stück C3 entsteht. Dies
hält an,
bis alle Stücke F, F1, F2, F3 und F4 in Berührung mit dem Stück C2 sind, dann beginnt
unter Fortsetzung der schraubenförmigen Relativvorschubbewegung zwischen Rohling
und `Falzen die Rippenbildung auf dem zusammengedrückten Rohrstück. Dabei übt zunächst
das Stück F einen Druck nach innen aus und bildet eine schraubenförmige Nut, und
die Stücke F1, F2, F3 und F4 gleiten nacheinander in diese Nut und erweitern sie
dadurch, daß zusätzliche Bereiche des Rohres nach innen gedrückt werden, so lange,
bis endlich die Breite der Nut der Breite des Stückes F4 in Achsenrichtung entspricht.
Alle diese Nuten werden durch Verschiebung des Werkstoffes radial nach innen auf
dem schraubenförmigen Weg gebildet, und zwar im wesentlichen, ohne daß der Werkstoff
zwischen benachbarten Windungen der Schraube einem Druck in Axialrichtung ausgesetzt
wird. Dieser zwischen den Windungen befindliche Werkstoff bildet daher eine Rippe
von weitgehend gleichmäßigem Gefüge, deren Außenflächen durch die Bearbeitung nur
wenig gehärtet sind. Der verdrängte Werkstoff fließt unterhalb der ihn verdrängenden
Fläche in Achsenrichtung, und infolge der Gegenwirkung der Rohrwand gegen Verlängerung
steigt ein Teil des Werkstoffes radial nach außen in die Nuten G, G1, G2 und G3.
Dadurch, daß die Tiefe dieser Nuten begrenzt ist, kann der Durchmesser der herausgedrückten
Rippen den Durchmesser des ursprünglichen Rohres nicht übersteigen. Im Verlauf der
Bearbeitung werden also Durchmesser und Wandstärke der Rohrwand verringert, und
es werden vorspringende Rippen gebildet, die sämtlich die gleiche Höhe aufweisen
und nicht größer sind als der Außendurchmesser des ursprünglichen Rohres.
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Sobald auf dem Rohrrohling ein Stück ungerippt bleiben soll, kann
dies dadurch erreicht werden, daß unter Aufrechthaltung der schraubenförmigen Voranbewegung
des Rohres die Walzen allmählich radial nach außen zurückgezogen werden, bis sie
das Rohr vollständig freigeben. Soll sich ein weiteres geripptes Stück anschließen,
so kann das Verfahren in der zuvor geschilderten Weise fortgesetzt werden. Man kann
also beliebig oft auf der Länge des bearbeiteten Rohres gerippte und ungerippte
Stücke abwechseln lassen. Es ist ersichtlich, daß die ungerippten Stücke des Rohres
keinerlei Härtung durch Bearbeitung unterliegen, so daß sie im gleichen Zustand
verbleiben wie der ursprüngliche Rohling. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn
die ungerippten Stücke später zwecks Einfügen in eine Gehäusewand noch verformt
werden müssen. Die Wandstärke der gerippten Stücke des Rohres kann durch Wahl des
Dorndurchmessers reguliert werden. Soweit Werkstoff im Überschuß über denjenigen
verdrängt wird, der zur Bildung der Wand erforderlich ist, ergibt sich ein Längenzuwachs
des Rohres. Die ursprüngliche Wandstärke des Rohres kann also im Hinblick auf die
gewünschte Wandstärke der ungerippten Rohrstücke ausgewählt werden, wobei die gerippten
Stücke mit jeder vorbestimmten Wandstärke hergestellt werden können. Bei den gemäß
dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Rippenrohren verbleiben im Rohr wesentlich
geringere Restspannungen als bei nach anderen Verfahren hergestellten Rohren. Dies
ist insbesondere im Hinblick auf die durch Spannungen bewirkten Korrosionserscheinungen
sehr vorteilhaft. Der Grund für diesen Vorteil liegt darin, daß das Rohr einer wesentlich
geringeren Kaltbearbeitung unterzogen wird und daß während der Bildung der Rippen
ein besseres plastisches Fließen erfolgt.
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Durch den mit allmählicher Verjüngung erfolgenden Übergang zwischen
den ungerippten und den gerippten Stücken werden scharfe Vorsprünge vermieden, die
einen schädlichen Strömungswiderstand innerhalb des Rohres ergeben würden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die Bildung wesentlich
dünnerer Rippen bei im wesentlichen gleichmäßiger Dicke über die ganze Rippenhöhe
hin. Hierdurch wird der Flächeninhalt der strahlenden Oberfläche für eine gegebene
Rohrlänge vergrößert.
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Der Rippenrücken ist im Querschnittsumriß konvex und frei von Rauhigkeiten
oder Sprüngen, die den Bruch des Rohres einleiten könnten.