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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Biegen eines Rohres, insbesondere zur späteren Verwendung des Rohres in einem Plattenwärmetauscher wie etwa einem Plattenverdampfer eines Haushalts-Kältegeräts.
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Herkömmliche Verfahren zum Biegen eines Rohrs für einen Plattenverdampfer verwenden einen stationären Biegebolzen, um den das Rohr abschnittweise herum gebogen wird, und eine Rohrdüse, über die das zu biegende Rohr an den Biegebolzen herangeführt wird. Nach dem Erzeugen einer Biegung wird neues Rohr über die Düse in einer benötigten Länge zugeführt, das Rohr eventuell um die Achse der Düse gedreht und eine weitere Biegung wird erzeugt, indem der neu zugeführte Rohrabschnitt um denselben Biegebolzen herum gezogen wird. Durch mehrmaliges Zuführen von Rohr und Biegen in jeweils entgegengesetzte Richtungen wird ein Verdampferrohr mit mäanderndem Verlauf erhalten. Mit Fortschreiten der Fertigung nehmen Abmessungen und Masse des Verdampferrohres zu, und es besteht die Gefahr, dass Teile des Verdampferrohrs, die bereits korrekt gebogen wurden, sich im Laufe der weiteren Fertigung wieder verformen, sei es aufgrund von Reibung des hin und her geschwenkten Rohrs auf einer Unterlage oder aufgrund von Fliehkräften, die beim Drehen und Biegen auf bereits fertige Abschnitte des Verdampferrohres wirken. Weitere Probleme können sich ergeben, wenn die zu fertigende Form des Verdampferrohrs mit den dafür verwendeten Vorrichtungen inkompatibel ist und bereits fertig gebogene Teile des Verdampferrohrs bei der Erzeugung weiterer Biegungen an diese Vorrichtungen anstoßen.
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DE 33 16 917 A1 offenbart eine Vorrichtung zum meänderförmigen Biegen von Rohren mit einem drehbaren Träger mit senkrecht zur Biegeebene gerichteter Drehachse.
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US 2 746 727 A offenbart ein Verfahren zur Bildung eines Wärmetauschers aus einem einstückigen Rohr, wobei Speicherkammern durch Rohrgeraden gebildet werden, die über eine Rohrbiegung von 180 Grad verbunden sind, so dass die Speicherkammern parallel zueinander verlaufen.
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DE 10 2005 034 796 A1 offenbart eine Rohrbiegevorrichtung zum dreidimensionalen Biegen eines Rohrs, bei der eine frei im Raum mittels einer Bewegungseinheit beweglich geführte Rohrspendevorrichtung vorgesehen ist.
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DE 601 08 133 T2 offenbart eine Vorrichtung zum Biegen von Draht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Biegen eines Rohres anzugeben, die ein nachträgliches Verbiegen bereits fertig gebogener Teile des Rohrs verhindern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Biegen eines Rohrs mit den Schritten
- a) Bereitstellen einer Rohrdüse zum Zuführen des Rohrs und eines im Bezug zu der Rohrdüse bewegbaren, eine Mehrzahl von Biegebolzen aufweisenden Werkstückträgers
- b) Fixieren eines Abschnitts des Rohrs an dem Werkstückträger;
- c) in Kontakt bringen eines sich zwischen der Rohrdüse und dem fixierten Abschnitt des Rohrs erstreckenden Rohrabschnitts mit einem der Biegebolzen und Drehen des Werkstückträgers um die Achse des Biegebolzens, um das Rohr um den Biegebolzen herum zu biegen;
- e) in Kontakt bringen eines sich zwischen der Rohrdüse und dem besagten Biegebolzen erstreckenden Rohrabschnitts mit einem weiteren Biegebolzen und Drehen des Werkstücks um die Achse des weiteren Biegebolzens, um den Rohrabschnitt um den weiteren Biegebolzen herum zu biegen.
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Die Mehrzahl von Biegebolzen erlaubt es, diese zum Stabilisieren der Form des Rohrs mit den um sie herum gebogenen Rohrabschnitten in Kontakt zu belassen, so dass eine nachträgliche Verformung bereits fertig gebogener Abschnitte des Verdampferrohrs im Laufe der weiteren Fertigung ausgeschlossen ist. Da somit auch Fliehkräfte keinen verformenden Einfluss haben können, können die einzelnen Biegeschritte mit gleich bleibend hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden, was auch eine Beschleunigung der Fertigung gegenüber herkömmlichen Techniken ermöglicht.
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Das Fixieren im Sinne des Schritts b) kann z. B. das Einführen des Rohrs in eine Klemme des Werkstückträgers sein, aber auch durch das Herumbiegen um einen Biegebolzen kann ein Abschnitt des Rohrs am Werkstückträger fixiert werden.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Verschiebens des Werkstückträgers, um zusätzlich Rohr aus der Rohrdüse heraus zu ziehen. Dadurch ist es möglich, diejenigen Biegebolzen, um die das Rohr jeweils als nächstes herum gebogen werden soll, in einem im Wesentlichen gleich bleibenden, geringen Abschnitt von der Rohrdüse zu platzieren.
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Die Richtung der Verschiebung des Werkstückträgers in Schritt d) ist vorzugsweise parallel zum Verlauf des Rohrs zwischen den in den Schritten c) und e) umschlungenen Biegebolzen, um eine zusätzliche Verbiegung des Rohrs während des Herausziehens zu vermeiden.
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Ebenfalls zum Vermeiden einer unkontrollierten Biegung ist es sinnvoll, wenn der Werkstückträger in Schritt c) gedreht wird, bis ein sich von dem Biegebolzen zur Rohrdüse erstreckender Rohrabschnitt in Richtung des in Schritt e) zu umschlingenden Biegebolzens weist.
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Um die Weiterverarbeitung des fertig gebogenen Rohrs zu einem Plattenwärmetauscher zu erleichtern, kann als weiterer Verfahrensschritt das Auftragen von Klebstoff auf das Rohr vorgesehen sein. Dies geschieht vorzugsweise gleichzeitig mit dem Herausziehen des Rohrs aus der Rohrdüse.
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Um das fertig gebogene Wärmetauscherrohr von dem Werkstückträger zu lösen, kann vorgesehen werden, die Biegebolzen im Werkstückträger zu versenken. Dies kann auf besonders einfache Weise geschehen, indem beim Andrücken des Werkstückträgers an eine Platte, an der auch das fertig gebogene Rohr fixiert wird, die Biegebolzen in den Werkstückträger hinein zurückgedrängt werden. Hierfür können die Biegebolzen die Platte direkt berühren.
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Um die für einen Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Fläche zu vergrößern, ist es zweckmäßig, das Rohr zwischen dem Werkstückträger und einer Platte, vorzugsweise der Platte, auf der es befestigt wird, zusammenzudrücken.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, die einen Werkstückträger mit mehreren, zueinander parallele Achsen aufweisenden Biegebolzen und eine Halterung für den Werkstückträger umfasst, die eine Drehung des Werkstückträgers um jede Achse eines der Biegebolzen erlaubt.
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Als Halterung kommt insbesondere ein Roboterarm in Betracht, der ein Kopfstück aufweist, an dem der Werkstückträger um eine zu den Achsen der Biegebolzen parallele Drehachse drehbar montiert ist und der eingerichtet ist, dieses Kopfstück auf einer Kreisbahn von wählbarem Durchmesser zu bewegen, wobei die Achse der Kreisbahn zu der Drehachse des Kopfstücks parallel ist. Durch passende Wahl von Mittelpunkt und Durchmesser der Kreisbahn kann jede Achse eines Biegebolzens in Bezug auf ein ortsfestes Koordinatensystem zur Drehachse des Werkstückträgers gemacht werden.
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Der Werkstückträger umfasst vorzugsweise eine Trägerplatte, in die die mehreren Biegebolzen zurückdrängbar sind.
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Die Biegebolzen haben vorzugsweise eine taillierte Umfangsfläche, um einem um sie herum gebogenen Rohr sicheren Halt zu geben.
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Wenn die Biegebolzen einen der Trägerplatte benachbarten Fuß, um den das Rohr herum geschlungen werden kann, und eine über den Fuß überstehende Spitze haben, deren Durchmesser kleiner als der des Fußes ist, kann durch Drücken einer Platte auf die Spitze eines Biegebolzen der Biegebolzen in die Trägerplatte zurückgedrängt und das Rohr vom Biegebolzen gelöst werden, und gleichzeitig kann es zwischen der Trägerplatte und der andrückenden Platte eingeklemmt werden, sei es zum Flachdrücken oder zum Festkleben an der dagegen gedrückten Platte.
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Eine Klebstoffdüse zum Auftragen von Klebstoff auf aus der Rohrdüse austretendes Rohr ist zweckmäßigerweise zu der Rohrdüse benachbart angeordnet.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Werkstückträgers;
- 2 einen schematischen Querschnitt durch den Werkstückträger, einen ihn haltenden Roboterarm und einen ortsfesten Rohrzuführungskopf;
- 3A bis 3D jeweils eine schematische Draufsicht auf den Rohrzuführungskopf und den Werkstückträger in verschiedenen Stadien der Fertigung des Wärmetauscherrohrs; und
- 4A bis 4C jeweils verschiedene Stadien der Anbringung des Wärmetauscherrohrs auf einer Grundplatte eines Wärmetauschers.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Werkstückträgers. Der Werkstückträger umfasst eine Grundplatte 1, deren Abmessungen im Wesentlichen denen eines mit ihm zu fertigenden Verdampferrohrs entsprechen. Eine erste Klemmvorrichtung 2 an einer Schmalseite der Grundplatte 1 ist vorgesehen, um darin ein Anfangsstück eines in 1 nicht dargestellten auf der Grundplatte 1 zu verlegenden Rohrs zu klemmen. An den Längsseiten der Grundplatte sind Biegebolzen 3 in drei zueinander und zu den Längsseiten parallelen Reihen 4, 5 bzw. 6 angeordnet. Die Biegebolzen der Reihen 4, 5 sind gegeneinander versetzt angeordnet, so dass das Rohr zwischen Biegebolzen der Reihen 4 und 5 hin und her mäandernd verlegt werden kann. Indem das Rohr um unterschiedlich viele Biegebolzen der Reihen 4, 5 herumgelegt wird, können Verdampferrohre für Verdampfer von unterschiedlicher Höhe vorgeformt werden. Je nach Abmessung des zu fertigenden Verdampfers wird die eine oder andere von zwei an einer Längsseite der Grundplatte 1 angeordneten Klemmvorrichtungen 7 bzw. 8 zum Klemmen des hinteren Endes des Rohrs verwendet.
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Die Grundplatte 1 ist zur Reduzierung von Gewicht und Trägheitsmoment von einer Vielzahl von Schlitzen 9 durchzogen, die jeweils so platziert sind, dass ein auf der Grundplatte 1 verlegtes Rohr keinen der Schlitze 9 kreuzt, sondern auf Stegen 10 zwischen den Schlitzen 9 verläuft.
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Die Biegebolzen 3 umfassen jeweils einen im Wesentlichen flachzylindrischen Rollenkörper 11 mit einer umlaufenden Nut 12 und einen Schaft 13, der in der Grundplatte 1 in Richtung seiner Achse bzw. der Oberflächennormalen der Grundplatte 1 verschiebbar gehalten ist. Eine Spitze des Schafts 13 steht über den Rollenkörper 11 über. Unterhalb jedes Rollenkörpers 11 ist in der Grundplatte 1 eine Aussparung 14 (siehe 2) gebildet, die bemessen ist, um eine (nicht dargestellte) drückende Schraubenfeder und, in gestauchtem Zustand der Schraubenfeder, den Rollenkörper 11 aufzunehmen. In entspanntem Zustand hält die Schraubenfeder den Rollenkörper 11 in seiner in den 1 und 2 gezeigten, über die Oberseite der Grundplatte 1 vorspringenden Stellung.
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An einem der in dem Schnitt der 2 dargestellten Biegebolzen 3 ist ein herumgeschlungenes Rohr 15 gezeigt. Das Rohr 15 wird von einer Rohrdüse 16 in spitzem Winkel zur Oberfläche der Grundplatte 1 zugeführt. Eine vor dem Ausgang der Rohrdüse 16 platzierte Klebstoffdüse 17 trägt eine Raupe 18 aus Butylkleber auf das aus der Rohrdüse 16 austretende Rohr 15 auf.
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Die Rohrdüse 16 und die Klebstoffdüse 17 sind ortsfeste Komponenten eines Rohrbiegeautomaten, zu dem ferner ein die Grundplatte 1 unterstützender Roboter 19 gehört. Der Roboter 19 umfasst wenigstens einen in 2 nicht gezeigten Oberarm und einen Unterarm 20, die um eine vertikale Achse drehbar miteinander verbunden sind, sowie ein Kopfstück 22, an dem die Grundplatte 1 um eine zur Verschieberichtung der Biegebolzen 3 parallele und leicht den die Vertikale geneigte Achse 23 drehbar ist. Durch koordinierte Bewegungen von Ober- und Unterarm des Roboters 19 ist die Achse 23 bezogen auf ein ortsfestes Koordinatensystem horizontal in zueinander orthogonalen Richtungen verschiebbar.
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Die Arbeitsweise der von dem Werkstückträger, dem Roboter 19 und den Düsen 16, 17 gebildeten Rohrbiegevorrichtung wird anhand der 3A bis 3D erläutert. 3A zeigt ein Anfangsstadium der Fertigung eines Verdampferrohrs. Das zum Beispiel von einer Rolle abgewickelte und über die Rohrdüse 16 zugeführte Rohr 15 ist in der Klemmvorrichtung 2 gehalten, und ein Abschnitt 24 des Rohrs erstreckt sich geradlinig zwischen der Klemmvorrichtung 2 und der Rohrdüse 16, wobei er einen Biegebolzen 3 der Reihe 4 berührt.
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In einem anschließenden Fertigungsschritt schwenkt der Oberarm 21 des Roboters um eine ortsfeste Achse 25, und gleichzeitig schwenkt der Unterarm 20 in Bezug zum Oberarm 21 so, dass das Kopfstück 22 einen Halbkreis 26 beschreibt, dessen Mittelpunkt der von dem Rohrabschnitt 24 berührte Biegebolzen ist. Gleichzeitig mit den Bewegungen von Ober- und Unterarm des Roboters 19 wird auch die Grundplatte 1 in Bezug zum Kopfstück 22 so gedreht, dass die Grundplatte 1 bezogen auf ein ortsfestes Koordinatensystem eine Drehung um 180° beschreibt. So bleibt die Lage der Achse 23 im Raum während der Bewegung des Roboters unverändert. Im Laufe dieser Drehung legt sich das Rohr 15 um den Biegebolzen 3 herum, und es ergibt sich die in 3B gezeigte Konfiguration, in welcher die Düsen 16, 17 benachbart zu dem umschlungenen Biegebolzen 3 über der Grundplatte 1 platziert sind. Aufgrund des spitzen Winkels, den die Achse 23 mit der Vertikalen bildet, ist die Drehung möglich, ohne dass es zu einem Zusammenstoß zwischen den Düsen 16, 17 und den von der Grundplatte 1 überstehenden Biegebolzen 3 kommen kann.
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Als nächstes werden Ober- und Unterarm des Roboters 19 so geschwenkt, dass das Kopfstück 22 eine lineare Bewegung entsprechend dem Pfeil 27 in 3B beschreibt. Gleichzeitig wird die Grundplatte 1 in Bezug zum Kopfstück 22 so rotiert, dass sie ihre Orientierung im Raum beibehält. Dadurch wird zusätzliches Rohr geradlinig aus der Rohrdüse 16 herausgezogen, und wie in 3C gezeigt, berührt der neu herausgezogene Rohrabschnitt 28 einen Biegebolzen 3 der Reihe 5.
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In einem nächsten Schritt werden Drehungen der Arme 20, 21 und des Kopfstücks 22 so koordiniert, dass die Grundplatte 1 eine 180°-Drehung mit dem vom Rohrabschnitt 28 berührten Biegebolzen 3 als Mittelpunkt beschreibt, wodurch das Rohr 15 um diesen Biegebolzen 3 herum geschlungen wird. Durch eine anschließende Translation wird ein neuer Rohrabschnitt aus der Rohrdüse 16 herausgezogen, der an einem nächsten Biegebolzen 3 der Reihe 4 zur Anlage kommt. Dieser bildet den nächsten Drehmittelpunkt einer Bewegung der Grundplatte 1. Durch sukzessives Drehen und Verschieben der Grundplatte 1 wird das Rohr 15 um so viele Biegebolzen 3 der Reihen 4, 5 herum geschlungen, wie erforderlich.
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Wenn die für einen Plattenverdampfer mit gegebenen Abmessungen benötigte Anzahl von Rohrmäandem erhalten ist, wird das Rohr, wie in 3D gezeigt, um einen Biegebolzen 3 der Reihe 6 herum und zwischen diesem und einem benachbarten Biegebolzen 3 derselben Reihe hindurchgeführt. 3D zeigt die Konfiguration nach Herumführen des Rohrs 15 um einen Biegebolzen 3 an einem überstehenden Finger 29 der Grundplatte 1 und Verlegen des Rohrs entlang einer Längskante der Grundplatte 1 von dem Finger 29 bis zur Klemmvorrichtung 7. Zwischen dieser und der Rohrdüse 16 kann das Rohr nun durchtrennt werden, um die Formung des Verdampferrohrs abzuschließen.
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Da bis zum Abschluss der Formung sämtliche Biegebolzen 3, an denen das Rohr 15 gebogen worden ist, in Kontakt mit diesen bleiben, ist die erhaltene Form des Verdampferrohrs exakt fixiert, und Verformungen aufgrund von Reibung oder Fliehkräften sind ausgeschlossen.
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Die Grundplatte 1 mit dem darauf gehaltenen Rohr 15 wird nun gegenüber einer Trägerplatte 30 des zu fertigenden Verdampfers platziert und gegen diese gedrückt. Dabei kommen zunächst die überstehenden Spitzen der Schäfte 13 mit der Trägerplatte 30 in Kontakt, und die Biegebolzen 3 werden in die Aussparungen 14 der Grundplatte zurückgedrängt, wie in 4B zu erkennen. Gleichzeitig wird das Rohr 15 aus den Nuten 12 der umschlungenen Rollenkörper 11 herausgedrückt.
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Indem die Grundplatte 1 und die Trägerplatte 30 weiter aufeinander zu bewegt werden, wird zunächst die Klebstoffraupe 18 zwischen dem Rohr 15 und der Trägerplatte 30 flachgedrückt, und schließlich wird auch das Rohr 15 selbst abgeflacht, wie in 4C zu erkennen, was den thermischen Kontakt zwischen ihm und der Trägerplatte 30 verbessert. Sobald der Klebstoff 18 hinreichend abgebunden ist, um das Rohr 15 auf der Trägerplatte 30 festzuhalten, kann der Werkstückträger entfernt werden, und der Plattenverdampfer ist fertig.