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Verfahren und Maschine zur Herstellung eines ovalen biegesteifen
Rippenrohres
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines ovalen biegesteifen Rippenrohres, wobei zur Herstellung der Rippung mindestens ein etwa normal zur Rohrachse zulaufendes Band schraubenförmig hochkant auf die Aussenfläche des sich drehenden Rohres durch eine Vorrichtung gewickelt wird, die ge- mäss dem Rippenabstand in der Richtung der Rohrachse vorgeschoben wird, sowie Maschinen zur Herstellung eines ovalen Rippenrohres. Das genannte Verfahren lässt sich jedoch nur für das Aufwickeln von Metallbändern anwenden, deren Längskante offene Ausnehmungen aufweist. Bei derartig zugeschnittenen Bändern treten beim Aufwickeln auf das Rohr keine Faltenbildungen auf.
Als Endprodukt erhält man ein Nadel- und kein Rippenrohr, wobei jedoch die Teilung der Nadeln abhängig ist von der Krümmung des Rohres. Ist diese von Ort zu Ort veränderlich, so ändert sich dementsprechend auch die Teilung. Will man eine konstante Teilung erreichen, so muss das vorgefertigte Band Ausnehmungen aufweisen, deren Teilung ungleichmässig ist. Die Herstellung der Ausnehmungen, insbesondere von Ausnehmungen mit ungleicher Teilung, ist schwierig und mit erheblichem Materialverlust bzw. Aufwand an Arbeitszeit und Maschinen verbunden.
Die aufgezeigten Schwierigkeiten werden gemäss dem neuen Verfahren vermieden, wenn unter Hinund Herbewegung der Wickelvorrichtung zum oder vom Rohr entsprechend der Ab- oder Zunahme des Berührungsradius des Rohres an der Bandauflaufstelle die Umfangsgeschwindigkeit des Rohres an der Bandauflaufstelle konstant gehalten wird. Durch die Kombination der Bewegung der Wickelvorrichtung zum oder vom Rohr mit der konstanten Umfangsgeschwindigkeit an der Bandauflaufstelle ergibt sich eine gute Auflage des Bandes am Rohr und eine einwandfreie Faltenbildung. Erst die erfindungsgemässe Massnahme ermöglicht es, Bänder, deren äussere Kante nicht unterbrochen ist, einwandfrei auf ein ovales Rohr aufzwickeln, ohne dass hiebei die äussere Kante der Rippen beschädigt und eingerissen wird.
Es ist auch bereits bekannt, auf Rohre mit kreisrundem Querschnitt Bänder schraubenförmig hochkant aufzuwickeln, um dem Wärmeaustausch dienende Rippen zu schaffen. Der Platzbedarf solcher Rippenrohre ist jedoch erheblich. Dieser Nachteil wird bei der Benutzung von ovalen Rippenrohren vermieden. Hiebei macht jedoch die Herstellung der Rippen Schwierigkeiten. Man könnte zwar die Rippen durch Stanzen herstellen und auf das Ovalrohr aufschieben. Die Herstellung solcher Rippen erfordert aber einen erheblichen Material- und Arbeitsaufwand, wozu noch die zeitraubende Aufbringung und Befestigung der ausgestanzten Rippen auf dem Ovalrohr kommt. Es sind auch Verfahren zur Herstellung flexibler Rippenrohre bekannt. Flexible Rohre werden im allgemeinen über einen Dorn gewickelt. Nach dem Bewickeln des Dornes müssen die fertigen Rohre vom Dorn abgezogen werden.
Es darf dabei die Pressung zwischen Rohr und Dorn einerseits nicht zu hoch sein, muss jedoch anderseits ausreichen, dem Rohr die gewünschte Gestalt zu geben. Verfahren oder Vorrichtungen, die sich als brauchbar für die Herstellung flexibler Rohre erweisen, sind jedoch zur Herstellung biegesteifer Rohre nicht verwendbar. Vor allem deshalb nicht, weil beim Bewickeln von Rohren mit hochkant gestellten Bändern die Faltenbildung zu beherrschen ist, die bei flexiblen Rohren in den Hintergrund tritt, da die Höhe der Balgen bei flexiblen Rohren viel geringer ist, als die Rippenhöhe bei Rippenrohren, die zwecks Erreichung einer möglichst grossen wirksamen Oberfläche für die Wärmeübertragung gross sein soll.
Bevorzugt wird die Grösse von Falten des Bandes während dessen Aufwicklung durch Ausübung einer über den Querschnitt des Bandes veränderlichen Reibung oder einer Gewichtsbelastung des Bandes beeinflusst. Gemäss der Erfindung wird hiedurch ein ovales Rippenrohr mit geringem Material-, Zeit- und Ar-
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beitsaufwand geschaffen, wobei gleichzeitig ein fester Sitz der Rippen erreicht wird. Auch die Neigung der Bandebene zur Normalebene des Rohres spielt eine Rolle in der Faltung bzw. deren Formung. Sinnge- mäss ist eine Faltung anzustreben, die den geringsten Strömungswiderstand ergibt. Da die Luft in Rich- tung der grösseren Ellipsenachse strömt, spielt also die Faltung nur in dieser Richtung eine grössere Rol- le.
Wegen Turbulenz ist wieder bei der kleinen Rundung der Ellipse eine grössere Faltung sogar erwünscht, da damit der Wärmeübergangswert wächst. Zur Herstellung der Rohre nach der Erfindung wird zweckmä- ssigerweise eine Maschine benutzt, bei der der Antrieb für die Drehung des Rohres der Antrieb der Wik- kelvorrichtung sowie deren Hin- und Herbewegen gekoppelt sind, so dass die Umfangsgeschwindigkeit des Rohres an der Bandauflaufstelle konstant ist. Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Kopplung über eine elektronische Einrichtung, die z. B. über Selenzellen wirkt.
Zweckmässig ist die
Maschine so ausgestattet, dass für die Drehung des Rohres und den Vorschub sowie das Hin- und Herbewegen der Bandwickelvorrichtung ein gemeinsamer Antrieb vorgesehen ist, der über Kettentriebe mit einem mit der Rohrhalterung verbundenen Ovalkettenzahnrad und mit einem kreisförmige : : Kettenzahnrad in Verbindung steht, das auf einer auf die Wickelvorrichtung wirkenden Vorschubspindel sitzt.
Zur Errei- chung des erwähnten Bandzuges ist mit Vorteil das Ovalkettenzahnrad gegenüber der Rohrhalterung verdreht, so dass die grossen Ellipsenachsen des Ovalkettenrades und des eingespannten Rohres einen Winkel miteinander einschliessen und das Rohr nachläuft. Über den ganzen Rohrumfang wird eine richtige Rohrgeschwindigkeit und eine richtige Bandgeschwindigkeit erreicht, wenn nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Querschnitte des Rohres und des Ovalkettenzahnrades einander ähnlich sind.
Zur richtigen Abstimmung der vorgenannten Geschwindigkeiten sind zweckmässig das Ovalkettenzahnräd und die Linie der neutralen Bandfaser einander ähnlich.
Damit wird angestrebt, die Umfangsgeschwindigkeit entsprechend der neutralen Faser des aufgewikkelten Bandes gleichmässig zu halten. Es soll hier ausdrücklich festgehalten werden, dass die neutrale Faser am Wickelband nicht übereinstimmt mit dem Ovalrohrumfang. Es wird sicherlich verständlich erscheinen, dass an den Endpunkten der längeren Achse des Rohres die neutrale Linie mehr gegen die Rohrmitte rückt, während sie in den Zonen der geringeren Ellipsenkrümmung des Rohres mehr nach aussen wandert. Dadurch entsteht also ein Gebilde, das man nicht mehr als Ellipse ansprechen kann.
Zur praktischen Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verschiebt vorteilhaft die Vorschubspindel einen Schlitten, in welchem eine Nocke drehbar gelagert ist, die mit der Wickelvorrichtung zusammenarbeitet und diese zum Rohr hin- und vom Rohr wegbewegt. Auf diese Weise wird die eigentliche Wickelvorrichtung gemäss dem wechselnden Abstand der Bandauflaufstelle von der Rohrachse automatisch an das Rohr herangeführt oder davon wegbewegt, z. B. gehoben oder gesenkt. Beispielsweise wirkt die Nocke auf einen Schwenkarm, der die Wickelvorrichtung trägt, wobei dieser Schwenkarm durch eine Feder oder durch ein Gewicht gegen die Nocke gedrückt wird.
Zur Beschleunigung des Arbeitsvorganges kann ein auf die Vorschubspindel wirkender zweiter Antrieb für den Rücklauf der Wickelvorrichtung, insbesondere mit wesentlich, z. B. auf das Vier-Fünffache erhöhter Geschwindigkeit, vorgesehen sein. Es sind dann zweckmässig Einspannvorrichtungen und Wickelvorrichtungen für zwei oder mehr Rohre sowie gegebenenfalls zwei oder mehr Vorschubspindeln am gleichen Maschinenkörper gelagert, wobei diese Wickelvorrichtungen vorteilhaft auf dem gleichen Schlitten sitzen. Hiemit können Rohre bewickelt werden, während andere Rohre ein-bzw. ausgespannt werden. Für die Vorschubspindeln können gemeinsame oder getrennte Arbeits-bzw. Rücklaufantriebe vorgesehen sein.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt in schaubildlicher Darstellung eine Ausführung einer Maschine nach der Erfindung, wo-
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Rippenrohr, beide ebenfalls in schaubildlicher Darstellung, zeigen. In den Fig. 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt. Die Fig. 6 und 7 veranschaulichen zugehörige Ansichten von den Stirnseiten.
Fig. 8 lässt die Wickelvorrichtung dissser Maschine erkennen. Schliesslich gibt die Fig. 9 in vereinfachter Darstellung eine weitere Ausführungsform wieder, die zur Einspannung und Umwicklung zweier Rohre geeignet ist.
Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, besteht die Maschine nach der Erfindung aus einem Spindelstock 1, einem Schlitten 2. einem Reitstock 3 und einem Rücklauf antrieb 4, wobei eine Vorschubspindel 5 zum Transport des Schlittens 2 dient und Organe zur Höhensteuerung des Trägers 6 der eigentlichen Wickelvorrichtung betätigt, die im Schlitten 2 angeordnet sind. Die Vorschubspindel 5 erstreckt sich zwischen dem Spindelstock 1 und dem Rücklaufantrieb 4. Im vorliegenden Fall befindet sich der Arbeitsantrieb im Inneren des Spindelstockgehäuses 7. Von diesem Antrieb her wird die Antriebswelle 8 gedreht, von der
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aus fiber einen Kettentrieb 9 die Vorschubspindel 5 und über einen weiteren Kettentrieb 10 die Einspann- vorrichtung für das Rohr 11 gedreht wird.
Der Kettentrieb 9 enthält nur kreisrunde Kettenzahnräder 11 und 12, während der Kettentrieb 10 ausser dem Kettenzahnrad lg, das kreisrund ist, ein ovales Zahnrad
13 aufweist, das auf die Achse 14 des Rohrantriebes sitzt. Das ovale Zahnrad 13 ist erfindungsgemM vor- gesehen, um das Rohr an der Bandauflaufstelle mit im wesentlichen konstanter Umfangsgeschwindigkeit zu drehen. Zur Herstellung der Rippung 15 des Ovalrohres 11 läuft von der Haspel 16 etwa normal zur
Rohrachse 17 das Band 18 zu, das mit Hilfe der Wickelvorrichtung 19 (s. auch Fig. 2) hochkant auf die
Aussenfläche 20 (Fig. 3) des Rohres gewickelt wird. Das Band wird an das Rohr durch die Vorrichtung 19 angepresst und damit um das Rohr gewickelt. Wie erwähnt, sitzt der Träger 6 der Wickelvorrichtung 19 auf einem Schlitten 2.
Dieser Schlitten wird mittels der Vorschubspindel 5 gemäss dem gewünschten Rip- penabstand in der Richtung der Rohrachse vorgeschoben. Die Wickelvorrichtung wird ausserdem entspre- chend der Ab- und Zunahme des Berührungsradius des Rohres an der Bandauflaufstelle zum Rohr hin-bzw. vom Rohr wegbewegt, im vorliegenden Fall gehoben bzw. gesenkt. Diese Höhenverstellung des Träger* 6 bzw. der Wickelvorrichtung 19 wird hier durch eine Nocke bewerkstelligt, die auch von der Vorschub- spindel angetrieben wird. Der entsprechende Mechanismus wird bei der Schilderung des nächsten Ausfüh- rungsbeispieles genauer erörtert werden. Die Wickelvorrichtung 19 besitzt eine genau ausgemittelte Aus- nehmung 21 zur Steuerung der Bildung der Falten 22 am Rohrumfang (s. Fig. 3). Diese Falten sind ge- neigt, wie in Fig. 3 angedeutet ist.
Die Wickelplatte 19 hat eine schraubenförmige Ansatzfläche 23 zur Führung der entstehenden Rippen. In Fig. 2 ist der Bandeinlauf mit 24 bezeichnet. Im Körper 25 des Reit- stockes 3 sitzt ein drehbares Zwischenstück 26 mit einem Dorn für die Halterung des Rohrendes. Das spindelstockseitige Rohrende sitzt zweckmässigerweise ebenfalls auf einem Dorn. Das Rad 13 und das Rohr sind im Querschnitt ähnlich geformt und winkelmässig so gegeneinander abgestimmt, dass das Band beim Aufwickeln etwas gezogen wird.
Es ist demnach ein gewisser Nachlauf des Rohres vorgesehen, d. h. also mit andern Worten ausgedrückt, dass die grossen Ellipsenachsen des ovalen Kettenrades und des eingespannten Rohres einen Winkel miteinander einschliessen, wobei die Ellipsenachse des eingespannten Rohres gegenüber der grossen Ellipsenachse des ovalen Kettenrades in der Drehrichtung gesehen zurückgedreht ist.
Es ist also ersichtlich, dass der Antrieb der Wickelvorrichtung synchron mit dem Schlittenvorschub erfolgt. Auf Grund der Verwendung des Ovalkettentriebes ist trotz der veränderlichen Mittelpunktsentfernungen des Ovalrohres für das aufzuwickelnde Band eine gleichmässige Umfangsgeschwindigkeit gewährleistet. Die eigentliche Wickelvorrichtung wird entsprechend der jeweiligen Mittelpunktsentfernung der Bandauflaufstelle automatisch höhenmässig gesteuert.
Der Rücklauf des Schlittens 2 kann schneller erfolgen als der Arbeitsgang, wozu ein gesonderter Rücklaufantrieb 4 vorgesehen ist. Die Gestalt des Antriebsrades 13 ist etwa gleich der Gestalt der neutralen Faser des aufgewickelten Bandes.
Gemäss den Fig. 4 - 8 ist eine Maschine für die Herstellung eines einzigen Rippenrohres 27 eingerichtet. Der Pfeil 28 zeigt die Wickelrichtung, der Pfeil 29 die Richtung des Rücklaufes des Schlittens 30 an. In diesem Fall sitzt der Antrieb 31 für die Vorschubspindel 32 und den Rohrantrieb 33 ausserhalb des Spindelstockes 34. Fig. 7 zeigt in einer Ansicht der rechten Stirnseite der Maschine die Ausführung der Kettentriebe 35 und 36, wobei der erstere wieder über ein Ovalkettenzahnrad 37 die Rohrdrehung und der letztere über das kreisförmige Kettenzahnrad 38 den Antrieb der Vorschubspindel 32 besorgt. Für den Rücklauf ist der Motor 39 vorgesehen, der über den Rollenkettentrieb 40 den Rücklauf des Schlittens 30 über die Spindel 32 bewerkstelligt.
Für den Arbeitsantrieb ist die Kupplung 41, für den Rücklauf die Kupplung 42 geschlossen. Der Reitstock 43 trägt den Dorn 44 zur Halterung des Rohres.
Die Funktion ist eine ähnliche wie die der an Hand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Vorrichtung. Besonderes Augenmerk verdient die Winkelverdrehung der grossen Ellipsenachse 45 des Ovalkettenzahnrades 37 gegenüber der grossen Ellipsenachse 46 des eingespannten Rohres 27. Die Drehrichtung von Rad 37 und Rohr 27 ist durch den Pfeil 47 angedeutet.
Fig. 8 lässt die spezielle Ausgestaltung des Schlittens 30 und der Wickelvorrichtung 48 erkennen.
Auf der Vorschubspindel 32 sitzt die Nocke 49, die entsprechend der Änderung des Abstandes der Bandauflaufstelle von der Rohrachse 50 den Träger 51 der Wickelvorrichtung 48 in der Höhe verstellt, wobei eine Feder 52 oder ein Gewicht dafür sorgt. dass der Träger 51 immer an der Nocke 49 anliegt. Der Träger 51 ist bei 53 schwenkbar gelagert. Der Schlitten 30 ist in der Schiene 54 des Maschinenkörpers 55 geführt. Das Band 56 wird, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, zu den Rollen 57,58 wieder von einer Haspel her zugeleitet.
Es soll besonders betont werden. dass die beim Aufwickeln der Rippen erforderliche Umfangsgeschwin-
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digkeit an der Bandauflaufstelle des Rohres nur eine Relativbewegung zwischen Band und Rohr erfordert.
Es ist daher auch grundsätzlich möglich, dass das Rohr stillsteht und das Band mit seiner Haspel od. dgl. um das Rohr herum bewegt wird, so dass sich ein Aufwickeln des Bandes ergibt. Es ist auch möglich, dass sich sowohl das Rohr als auch das Band bewegen. Gleiches gilt für den Vorschub, um die Schraubenlinie des Bandes zu schaffen. Es kann also hiebei das Rohr stillstehen und der Schlitten wandern oder der Schlit- ten und die Wickelvorrichtung stillstehen und das Rohr in axialer Richtung verschoben werden. Auch eine
Kombination beider Bewegungen ist denkbar.
Die Ausgestaltung der Wickelvorrichtung kann auch bei der Ausführung nach den Fig. 4 - 8 in glei- cher Weise erfolgen wie bei der erstbeschriebenen Maschine.
Das erfindungsgemäss hergestellte ovale Rippenrohr ist bevorzugt durch ein Band gekennzeichnet, das im aufgewickelten Zustand im Bereich der grossen Ellipsenachse eine geringere Höhe besitzt als in der kleinen Ellipsenachse, wobei zweckmässigerweise die am Rohr vorhandenen Stauchungsfalten geneigt sind, wie bereits bei der Beschreibung der Fig. 3 erwähnt wurde.
Schliesslich zeigt die Fig. 9 noch eine Ausführung für die Wicklung von zwei Rohren 59 und 60.
Hiebei sind demgemäss zwei Halterungspaare 61,62 und 63,64 für die Rohre vorgesehen. Es ist hingegen nur eine Vorschubspindel 65 angeordnet, die auf einen einzigen Schlitten 66 wirkt, der zwei Wickelvor- richtungen 6'7 und 68 trägt. von denen jede von einer Bandhaspel 69 bzw. 70 her mit dem aufzuwickeln- den Band 71 bzw. 72 versorgt wird. Es ist klar, dass jeweils nur eine Wickelvorrichtung in Betrieb sein kann, wobei die andere ausgekoppelt sein muss. Die Wickelrichtungen sind mit den Pfeilen 73 bzw. 74 und die Rücklaufrichtungen mit den Pfeilen 75 und 76 angedeutet. Der Arbeitsantrieb erfolgt mittels eines einzigen Motors 77, wogegen zwei Rücklaufantriebe 78 und 79 vorgesehen sind. Der Antrieb erfolgt wie- der mittels Kettentrieben 80.
Für die Kettentriebe sind zweckmässigerweise stets Rollenketten vorzusehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines ovalen biegesteifen Rippenrohres, wobei zur Herstellung der Rippung mindestens ein etwa normal zur Rohrachse zulaufendes Band schraubenförmig hochkant auf die Aussenfläche des sich drehenden Rohres durch eine Vorrichtung gewickelt wird, die gemäss dem Rippenabstand in der Richtung der Rohrachse vorgeschoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass unter Hin- und Herbewegung der Wickelvorrichtung (48) zum oder vom Rohr entsprechend der Ab- oder Zunahme des Berührungsradius des Rohres an der Bandauflaufstelle die Umfangsgeschwindigkeit des Rohres (11) an der Bandauflaufstelle konstant gehalten wird.