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Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen von Wärmeaustauschrippen
auf Heiz- oder Kühlrohre Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Aufbringen von Wärmeaustauschrippen auf Heiz- oder Kühlrohre, insbesondere Rohre
mit spiralförmig gewundenen Rippen, bei denen der Innendurchmesser der Spirale ebenso
groß oder etwas kleiner als der Rohrdurchmesser ausgebildet ist, so daß die Rippe
auf der Rohroberfläche festhaftet.
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Bei bekannten Verfahren zur Herstellung von derartigen Rohren mit
spiralförmigen Rippen wird im allgemeinen ein Band als Rippenmaterial verwendet.
Der innere Rand des Bandes wird gekräuselt, um dadurch das Band um das Rohr zu winden.,
oder das Band wird spiralförmig ausgebildet, bevor es auf das Rohr aufgebracht wird.
Für manche Wärmeaustauschvorrichtungen sind gekräuselte Rippen aber ungeeignet,
weil sie einen zu großen Widerstand gegen Gasströmungen bedingen. Durch das Vorbilden
einer Spirale kann zwar eine glatte Rippe erzielt werden, doch ist das Aufbringen
auf dem Rohr mit der richtigen Steigung und der richtigen Spannung sehr schwierig
und
erfordert komplizierte und teure Vorrichtungen.
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Die Erfindung weicht von den bekannten Verfahren -dadurch ab, daß
ein als fortlaufende Rippe verwendeter Draht durch Verformung zu einem Trapez in
eine unter Spannung stehende Spirale umgerollt und auf ein gleichzeitig gedrehtes
und vorgeschobenes Rohr zu einer Spirale beliebiger Steigung aufgerollt wird. Durch
die Verformung zu einem Trapez wird die Außenseite des Drahtes dünner als die Innenseite,
so, daß damit auch der Draht an seiner Außenseite eine größere Länge erhält und
sich in Form einer Rippenspirale fest um das Rohr windet.
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Gemäß der Erfindung wird der Draht zwischen einer am Ende einer Welle
vorgesehenen konischen Walzfläche und einer Gegenwalze hindurchgeführt, -wobei eine
an der Welle ablaufende Stützrolle vorgesehen ist, welche den *auf die Welle ausgeübten
Walzdruck aufnimmt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal ist die Gegenwalze als Scheibenwalze
ausgebildet und mit einem Ringflansch mit einer etwa dem Rippenabstand entsprechenden
Dicke versehen, welcher zur Unterstützung und Erleichterung der Abstandshaltung
der Windungen zwischen der augenblicklich gebildeten und der benachbarten Rippe
kämmt. Bei den bekannten Rippen-Windungsmaschinen bestanden große Schwierigkeiten
hinsichtlich des Zusammenwirkens der Formung der Spirale und des Vorschubes und
der Drehung des Rohres, auf dem die Rippen angebracht wurden, was unregelmäßige
Abstände der Rippenwindungen und Unregelmäßigkeiten in der Spannung zur Folge hatte.
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Zum Vorschub und Drehen des Rohres kann eine kombinierte Antriebs-
und Drehvorrichtung mit Schlupfmitteln versehen werden, die vorzugsweise aus einem
im Antriebskopf gelagerten umlaufenden Kopfstück bestehen, das ein Paar konkave
Rohrzuführungsrollen trägt. Diese Rohrzuführungsrollen können ihre Vorschubbewegung
über ein ebenfalls umlaufendes Schneckengetriebe erhalten, das seinen Antrieb von
Umlaufzahnrädern des Kopfstückes ableitet, die zugleich an einem stationären Sonnenrad
kämmen. Die Wellen der Rohrzinführungsrollen können dabei am Kopfstück mit Schwingarmen
gelagert sein und mit einer Schwungmasse versehen werden, welche denn Radialkräften
der kohrzuführungsrollen entgegenwirken kann.. Um den nötigen Anpreßdruck der Rohrzuführungsrollen
zu gewährleisten, können deren Wellen vorzugsweise mit Andr_ückfedern gekuppelt
werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und den Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
dargestellt ist. Es zeigt Fig. i eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Rippen-Windungsvorrichtung,.
Fig. ;2 eine Seitenansicht der -Vorrichtung nach -Fig. i, Fig. 3 einen vergrößerten
Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. i, Fig.4 eine Draufsicht auf den in Fig.
3 dargestellten Teil der Vorrichtung, Fig. 5 eine Seitenansicht des in Fig. 3 und
4 dargestellten Vorrichtungsteiles, Fig.6 einen vergrößerten Querschnitt des ungeformten,
Rippendrahtes, Fig.'7 einen vergrößerten Querschnitt des verformten Rippendrahtes,
Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht auf die Anordnung zur Drehung und zum Vorschub des
Rohres, auf das ein Draht gewunden wird, mit entfernter Verschlußp latte, Fig. 9
einen Schnitt entlang der Linie XIII-XIII der Fig. 8 und Fig. io eine Draufsicht
auf die in Fig. 8 gezeigte Kopfanordnung mit entferntem Gehäuseoberteil. Die Zeichnungen
stellen eine Rippenformungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dar. Diese
Vorrichtung enthält vertikale Träger 2o (Fig. 2), die einen unteren Tisch 2r und
einen oberen Tisch 22 unterstützen. Ein Kopfstück 23 zur Drehung und zum Vorschub
eines Rohres 24, auf das eine Rippe aufgebracht werden soll, ist durch Bolzen am
Tisch 22 und am Lagergehäuse 25 befestigt. Die Welle 26 in dem- Kopf 23 trägt ein
an ihrem inneren Ende ausgebildetes Kopfstück 27 (s. Fg: 9) sowie eine Riemenscheibe
28, die an ihrem äußeren Ende angebracht ist.
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Die Riemenscheibe 28 (Fig. 2) wird über einen Riemen 29 durch die
auf der Welle 32 angeordnete Riemenscheibe 3o angetrieben. Der Motor 33 mit Untersetzungsgetriebe
ist durch Bolzen unter dem Tisch 22 befestigt und treibt die Welle 32 über eine
auf ihr befestigte Riemenscheibe 3 i. Ein Riemen 34 verbindet die Scheibe
31 mit dem Motor 33. Die Welle 32 erstreckt sich durch: ein Lager 35, das
auf dem Tisch 21 befestigt ist, und ist über eine Freilaufkupplürig 36 mit einer
mit ihr fluchtenden Welle 37 verbunden, die sich über ein Lager 38 zu einer Kupplung
39 erstreckt, die sie mit einer mit ihr fluchtenden Welle 4o verbindet, die eine
Riemenscheibe 41 trägt.
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Der Riemen 42 verbindet die Riemenscheibe 41 mit einer Riemenscheibe
43, die über eine Schlupfverbindung eine Glättungsscheibenanordnung 45 antreibt,
auf die in der vorliegenden Anmeldung nicht näher eingegangen zu werden braucht.
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Die Welle 40 erstreckt sich in den Getriebekasten 46, aus dessen oberen
Teil sich eine vertikal angeordnete Welle 47 erstreckt. Das obere Ende der Welle
47 ist vorzugsweise nach innen abgeschrägt (s. Fig. 5), um eine konische Walze 4
zu bilden, die mit einer Scheibenwalze 49 zusammenarbeitet, um den äußeren Rand
des Bandes zu walzen, so daß dieser eine geringere Dicke aufweist als der innere
Rand.
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Eine -Stützrolle So wälzt sich in der Nähe der Walzfläche 48 am Umfang
der Welle 47 ab und unterstützt diese beim Walzvorgang. Die Rolle So wird durch
'einen Bolzen in fester axialer Lage an der Vorrichtung gehalten. Die Rolle So kann
jedoch um den Bolzen zusammen mit der Welle 47 frei rotieren: Infolge der Unterstützung
durch die Rolle
5o kann mit der Walze 48 der Draht mit dem nötigen
Druck verformt werden, um ihn in der gewünschten Form um das Rohr zu einer Rippe
zu winden.
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Die Scheibenwalze 49 läuft in einen Flansch 52 aus, der, der konischen
Walze 48 gegenübersteht. Das Ende der Scheibenwalze q.9 ist eben und befindet sich
in Berührung mit dem Draht, wie im nachfolgenden -beschrieben wird.
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' Eine Welle 53, die mit der Welle 40 fluchtet, erstreckt sich aus
dem gegenüberliegenden Teil des Getrieb e'kastens 46 und trägt ein relativ kleines
Kettenrad 5q., das durch eine Kette 55 mit einem relativ großen, oberen Kettenrad
56 verbunden ist, welches sich an einer Welle 57 befindet, die die Scheibenwalze
49 trägt und diese mit verminderter Geschwindigkeit dreht. Es ist erwünscht, die
Scheibenwalze q..9 von Anbeginn an zu drehen, um das Einführen des Drahtes in den
Zwischenraum der Walzen 48 und 49 zu erleichtern.
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Die Welle 53 trägt eine Riemenscheibe 58, die durch einen Riemen 59
mit einer Riemenscheibe 6o verbunden ist, die mit dem Teil 61 einer hydraulischen.
Kupplung verbunden ist, der mit einem ähnlichen, durch einen Elektromotor 63 angetriebenen
Kupplungsteil 62 zusammenarbeitet. Der Motor 63 und die Kupplungsteile 61 und 62
sind- in einem Gehäuse 64 untergebracht, in dem eine Scheidewand 65 den Motor 63
von den Kupplungsteilen trennt, um den Motor von der Flüssigkeit, in der die Kupplungsteile
umlaufen, zu isolieren.
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Der Motor 33 mit Untersetzungsgetriebe dient dazu, den vorhergehend
beschriebenen umlaufenden Mechanismus mit geringer Geschwindigkeit beim Anlaufen
zu drehen, und der Motor 63 dient dazu, die Anordnung nach dem Beginn des Rippenwindungsprozesses
mit hoher Geschwindigkeit -anzutreiben.
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In den Fig. i, 3 und :4. der Zeichnung ist gezeigt, wie ein Draht
i io durch zwei Walzen 71 zugeführt wird, die- in einer horizontalen Führungsplatte
72 drehbar gelagert sind. Der Draht i io (Fig. 6) wird den Walzen 48 und 49 durch
eine Öffnung in einer Führung 112 zugeleitet. Beim Durchtritt durch die Walzen 48
und 49 wird der Draht um 50% in seiner Länge gedehnt und zu dem Rippenquerschnitt
113 verformt, der in Fig. 7 gezeigt ist.
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Die Mittel zur Drehung und zum Vorschub des Rohrs 24., auf dem eine
Rippe gebildet werden soll, werden nun mit Bezug auf die Fig. 8, 9 und io der Zeichnung
beschrieben. Das Kopfstück 27 am inneren Ende der Welle 26 trägt Wellen 76 und 77,
die darin mit Zapfen gelagert sind. An den inneren Enden der Wellen 76 und
77 sind die Zahnräder 78 bzw. 79 angebracht, die mit einem inneren Sonnenrad 8o
kämmen, das gegen Drehung an dem Kopf festgekeilt ist. Die Wellen 76, 77 weisen
zwischen ihren Enden die Schnecken Bi bzw. 82 auf.
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Das Schneckenrad 83, das mit der Schnecke 82 verbunden ist, ist am
Ende einer Welle 84 angeordnet, während in der Mitte dieser Welle eine Rohrzuführungsrolle
85 angeordnet ist. Das Schneckenrad 86, das mit der Schnecke 8i kämmt, ist an einer
zu der Welle 84 parallelen Welle 87 angebracht, in deren mittleren Teil die Rohrzuführungsrolle
88 angeordnet ist. Die Enden der Wellen 84 und 87 sind durch Zugfedern 89 miteinander
verbunden, die die Rollen 85 und 88 gegeneinanderziehen und in, Reibungskontakt
mit dem Rohr 2q. bringen. Die Zuführungsrollen 85 und 88 besitzen bogenförmige Oberflächen,
die sich der äußeren Oberfläche des Rohres anpassen, und sind hei 90 gelenkig
mit Gegengewichten 9i verbunden, so daß bei ihrer Drehung dem Bestreben, sich auseinanderzubewegen,
durch die Gegengewichte entgegengewirkt wird Während des Betriebes des Mechanismus
zur Drehung und zum Vorschub des Rohres verursacht die Drehung der Welle 26, wie
zuvor beschrieben, eine Drehung des Kopfstückes 27. Die Zahnräder 78 und 79, die
durch die Wellen 76 und 77 getragen werden, werden gedreht, indem sie mit dem an
dem Kopf 23 befestigten festen Sonnenrad 8o kämmen. Durch die Drehung der Wellen
76 und 77 rotieren auch die Schnecken 81 und 82. Die Drehung der Schnecken 81. und
82 verursacht eine Drehung der Schneckenräder 83 und 86, die wiederum die Wellen
84 bzw. 87 drehen. Die Rohrzuführungsrollen 85 und 88, die auf den Wellen 84 und
87 befestigt sind, werden in entgegengesetzter Richtung gedreht, um das Rohr 24
nach den Rippenformungswalzen vorzuschieben, im Fall der Fig. 9 nach links. Durch
die Drehung des Kopfstückes 27 laufen gleichzeitig die Rollen 85 und 88 und die
Achse des Rohres 24. um und verursächen so eine Drehung des Rohres. Die Federn 89
sind derart gespannt, daß im Betrieb der Vorrichtung die Reibung zwischen den Rollen
85 .und 88 ausreicht, um einen Schlupf von io% zwischen dem Rohr 2¢ und den Rollen
85 und 88 bei normaler Drahtspannung zu erhalten. Wenn die Spannung des Drahtes
über das normale Maß ansteigt, wird das Rohr um einen entsprechenden Betrag durch
seine Verbindung mit dem Draht zurückgehalten, so daß ein größerer Schlupf eintritt,
Wenn die Spannung des Drahtes den normalen Wert unterschreitet, wird der Zug auf
das Rohr um einen entsprechenden Betrag abnehmen, so daß ein verminderter Schlupf
stattfindet. Es sei bemerkt, daß der Betrag des Schlupfes empirisch bestimmt wird,
wobei der Schlupf in weiten Grenzen geändert werden kann. Es ist festgestellt worden,
daß ein Schlupf von 50%, falls es gewünscht ist, erfolgen kann.
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Obwohl nur ein Paar von den Zuführungsrollen 85 und 88 zur Drehung
und zum Vorschub des Rohres 24 gezeigt ist, versteht sich, daß in Abhängigkeit von
der Wandstärke des Rohres jede gewünschte Zahl von Zuführungsrollen angewandt werden
kann. Wenn die Wandung des Rohres zerbrechlich ist und leicht verdreht oder zusammengedrückt
werden. kann, werden gewöhnlich mehr als eine Zuführungsrollenanordnung vorgesehen.
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Wenn das Rohr 24 in der beschriebenen Weise gedreht und vorgeschoben
und der Draht i io, wie
beschrieben, zwischen die Walzen 48 und
49 geführt wird, so wird seine Dicke an der Außenseite geringer als an der Innenseite.
Dies bedingt, daß sich der Draht um das Rohr windet, so daß seine Innenkante das.
Rohr fest umfaßt und auf diese Vveise eine spiralförmige Rippe bildet, wie in den
Fig. 4'und 5 gezeigt ist. Der Flansch 52 der Walze 49 greift während der Bildung
der Rippe zwischen ihre benachbarten Windungen und unterstützt und erleichtert die
Einhaltung des. Windungsabstandes. E s muß bemerkt werden, daß- -die ,.Dicke des
Flansches oder der Walze 49 im Rahmen der Erfindung verändert werden- kann. Diese
Dicke ents # icht vorzugsweise dem gewünschten Abstand pr zwischen den Rippen oder
einem geringeren Abstand. Es -muß jedoch festgestellt werden, daß die Dicke aur-h
ein wenig größer als der Zwischenraum zwischen benachbarten Windungen sein kann,
wenn dadurch nicht die Rippe auf dem Rohr gelockert wird. Irgendeine leichte Verbiegung
der Rippe, die durch diese Dicke hervorgerufen wird, kann gegebenenfalls. durch
die nachgeschaltete Glättvorrichtung 45 beseitigt werden.
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Es sei bemerkt, daß durch die Drehung der Walzen 48 und- 49 der Draht
von der Vorratsrolle gezogen wird und um das Rohr 24 gerollt wird, wo er durch Reibung
ohne irgendeine wesentliche Deformation der Innenfläche gehalten wird, während die
Außenfläche des Drahtes in der Längsrichtung gedehnt wird, um ihn spiralförmig zur
Bildung einer Rippe um das Rohr zu winden oder zu rollen. Der durch die kleine Fermungswalze
48 beim Walzen und Formen der Rippe gegen die Scheibenwalze 49 ausgeübte Druck wird
durch die Unterstützungswalze 5o aufgenommen, mit anderen Worten, die Walze 48 braucht
nicht selbst den Druck auszuüben, der zum Formen und Umwickeln des Drahtes nötig
ist, so daß sie klein genug ausgebildet werden, kann, um den Draht zu walzen, und
nicht einen Druck ausübt, der die Stärke - der Scheibe übersteigt.
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Am Tisch 22 können.Rollen 103 und 104 vorgesehen sein, um gegenüberliegende
Seiten des Rohres 24 in der Nähe der Formungswalzen zu berühren und die richtige
Lage des Rohres beim Aufbringen der Rippe aufrechtzuerhalten. ' Die erfindungsgemäße-.Vorrichtung
arbeitet. wie folgt: -Nachdem das vordere Ende des -Drahtes von Hand in den Spalt
der Formungswalzen eingeführt ist, wird der Motor 33 in Betrieb gesetzt. Dieser
treibt die kombinierte Vorschub- und Drehvorrichtung des' Rohres und die Formungswalzen
mit geringer Geschwindigkeit an, damit die erforderlichen Justierungen vorgenommen
werden können. Wenn einige Windungen der Rippe richtig geformt sind, wird der Motor
63 angelassen. Dieser Motor 63 startet mit einer hohen Geschwindigkeit, wobei die
hydraulische Kupplung mit den Getriebeteilen 62 und 61 jeden plötzlichen Zug auf
den Rippenformungs-Mechanismus verhindert. Da die Kupplung 36 als Frcilaufkupplung
a.,rsäebildet ist, stellt der Anlaufmotor 33 keine Behinderung des Hauptmotors dar
und kann abgeschaltet werden. Falls gewünscht, kann der Draht iio, bevor er den
Formungswalzen zugeführt wird, geschmiert werden. In den meisten Fällen ist eine
derartige Schmierung jedoch nicht notwendig. Während gewöhnlich die Rippe durch
Reibung auf dem Rohr gehalten wird, kann es unter Umständen wünschenswert sein,
die Rippe auf dem Rohr aufzulöten. In solchen Fällen kann eine geeignete Lötungsvorrichtung
angewandt werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine schnell arbeitende wirtschaftliche
Vorrichtung zur Bildung von Rippen mit glatten Oberflächen auf metallischen Rohren.
Jede gewünschte Anzahl von Rippenwindungen pro Zentimeter Rohr kann schnell und
genau angebracht werden. Obwohl die Vorrichtung mit einem einstellbaren Mechanismus
versehen werden kann, um Rippen auf Rohren verschiedener - Durchmesser, die mit
vergrößerter Wärmeaustausch-Oberflächeversehen werden sollen, auszubilden, wird
jedoch vorzugsweise in den meisten Fällen ein getrennter Kopf für jeden Rohrdurchmesser
. vorgesehen, da die Kosten eines solchen Kopfes nicht groß sind.
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Die Vorrichtung gestattet, Rippen von jeder gewünschten Dicke auf
ein Rohr aufzubringen, sogar mit einer Randdicke von nur etwa o,o8 mm. In handelsüblicher
Ausführung können 'die Rippen eine äußere Randdicke von o, io oder 0,13 mm haben.
Bei, einer derartigen Ausbildung des äußeren Randes einer Rippe kann ein großer
Materialbetrag am äußeren Rande der Rippe gespart werden. Die mögliche Ersparnis
kann 2o% oder mehr der Materialkosten betragen, die zur Bildung- der Rippe erforderlich
sind. Ein besonderer Vorteil der Vorrichtung liegt darin, daß man den Draht auf
einfachem Wege zu einer Rippenspirale umformen und durch Reibung auf dem- Rohr befestigen
kann. Dadurch, daß nunmehr erfindungsgemäß an Stelle eines Metallbandes ein Draht
verwendet werden kann, ergeben sich wesentliche Ersparnisse bei der Fertigung, da
-das Drahtmaterial wesentlich preisgünstiger hergestellt werden kann .als ebene
oder spiralförmig vorgeformte Metallbänder.