DE1265696B - Vorrichtung zum Herstellen von Rippenrohren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

B 21 c

Deutsche KL: 7b-16/30

Nummer: 1265 696

Aktenzeichen: C37644Ib/7b

Anmeldetag: 10. Dezember 1965

Auslegetag: 11. April 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Rippenrohren mit einem oder mehreren aus nebeneinanderliegenden Scheiben unterschiedlichen Durchmessers bestehenden Walzwerkzeugen, welche radial in das zu berippende Rohr S eindrückbar sind und deren Drehachsen bei der Rippenherstellung unter einem vorbestimmten Steigungswinkel und Kegelwinkel gegenüber der Rohrachse angeordnet sind.

Es ist bei Vorrichtungen dieser Art bekannt, die Drehachsen der Walzwerkzeuge verstellbar anzubringen, um auf diese Weise bei Beginn des Walzvorganges einen vorbestimmten Steigungswinkel und/ oder Kegelwinkel der Walzwerkzeuge gegenüber dem Rohr einstellen zu können, wie er für eine vorbestimmte Rohrvorschubrichtung und eine vorbestimmte gewünschte Rippenganghöhe erforderlich ist. Diese bekannten Vorrichtungen mit fest eingestelltem Steigungs- und Kegelwinkel besitzen verschiedene Nachteile. Es können mit diesen bekannten Vorrichtungen vor allem keine Rippenrohre mit sehr feiner Rippenteilung von kleiner als 1 Rippe pro Millimeter der Rohrlänge hergestellt werden. Vor allem ist dies nicht bei der Herstellung von Rippenrohren möglich, bei denen zwischen den eigentlichen gerippten Abschnitten glatte unverrippte zylindrische Rohrabschnitte liegen. Bei solchen Rohren ist es nämlich erforderlich, die Walzwerkzeuge gegenüber dem Rohr radial nach innen bis auf die volle Tiefe der Rippen vorzuschieben. Diese relative Eindrückbewegung muß vergleichsweise allmählich herbeigeführt werden, was zur Folge hat, daß während der Zeitspanne zwischen der ersten Berührung der Walzwerkzeuge mit dem Rohr und dem Erreichen der geforderten Walzentiefen für die vorbestimmte Rippentiefe eine nur unvollkommen verrippte Übergangszone entsteht, in welcher die Rippen eine allmählich zunehmende Höhe haben, bis sie schließlich die vorbestimmte Höhe erreichen.

Mit den bisher bekannten Vorrichtungen mit fest eingestelltem Steigungswinkel der Walzwerkzeuge besteht von Natur aus ein gewisser Fluchtungsfehler zwischen den Walzwerkzeugen und den rudimentären Rippen, die bei der anfänglichen Berührung zwischen den Walzwerkzeugen und dem Rohr zu entstehen beginnen. Dieser Fluchtungsfehler ergibt sich daraus, daß die größte Walzscheibe an dem Rohr vor den Schneidscheiben von kleinerem Durchmesser angreift, sowie dadurch, daß die Scheiben von unterschiedlichem Durchmesser unterschiedlich tief in das Rohr eindringen und dadurch Rippen von unterschiedlichem Schraubenwinkel erzeugen.

Vorrichtung zum Herstellen von Rippenrohren

Anmelder:

Calumet & Hecla, Inc.,

Allen Park, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dr. E. v. Pechmann, Patentanwälte,
8000 München 90, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:
Arthur Henry Novak, Royal Oak, Mich.;
James Gordon Withers jun.,
Dearborn, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. Dezember 1964
(421 390)

Dünne Rippen sind parallel zur Rohrachse nicht genügend fest, um einer Verformung standzuhalten, und dünne Rippen würden deshalb abgerissen werden, wenn mit den bekannten Vorrichtungen deren Herstellung versucht werden würde.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der Rippenrohre von sehr geringem Rippenabstand von beispielsweise kleiner als 1 mm Abstand herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Steigungswinkel und der Kegelwinkel der Drehachsen der Walzwerkzeuge gegenüber der Achse des Rohres während des Berippungsvorganges mit zunehmend radialem Eindrücken der Walzwerkzeuge in den Rohrrohling verstellbar sind. Vorzugsweise ist der Steigungswinkel zwischen einem Wert, der entsprechend der gewünschten Rohrvorschubrichtung, der Rippenganghöhe, des zulässigen unvollständigen Rippenanfangsbereiches und des Rohrdurchmessers gewählt ist, und einem demgegenüber kleineren Wert kontinuierlich einstellbar. Der Kegelwinkel kann zwischen einem Winkelwert, bei welchem nur die den kleinsten Durchmesser aufweisende Scheibe des Walzwerkzeuges mit dem Rohr in Berührung kommt, und einem Winkelwert Null zwischen der Drehachse und

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Die Scheiben 14 und 16, die ebenfalls nacheinander einen größeren Durchmesser haben, sind an ihrem Rand in stärkerem Maße stumpf ausgebildet, so daß sie es ermöglichen, die Bodenflächen der Lücken 5 zwischen benachbarten Rippen eines Rohres in der gewünschten Weise zu profilieren. F i g. 1 zeigt einen Stapel aus vier Scheiben, doch ist es üblich, mehr als vier Scheiben zu verwenden; in Fig. 2 bis 5 sind daher Walzen dargestellt, die jeweils fünf Scheiben

dem Rohr kontinuierlich einstellbar sein. Mit einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung werden infolge der
kontinuierlichen Einstellbarkeit des Steigungswinkels
und des Kegelwinkels während des Einschneidens der
Walzwerkzeuge in das Rohr Fluchtungsfehler vermieden, welche ein Abscheren der dünnen Rippen
herbeiführen könnten. Auf diese Weise sind mit einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung Rippenrohre von
sehr feiner Teilung sehr einfach und wirtschaftlich
herstellbar. In der Praxis können mit einer erfindungs- io umfassen, gemäßen Vorrichtung Rippenteilungen von etwa Bei dem bekannten Verfahren zum Herstellen von

0,7 mm hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Rippenrohren, bei dem ein Rohr über seine ganze Vorrichtung ist vor allem bei der Herstellung von Länge mit Rippen versehen wird, wird ein Ende des Rippenrohren von besonderem Vorteil, bei denen Rohres in den Raum zwischen dem Satz von Walzen zwischen den eigentlich gerippten Abschnitten zylin- 15 so vorgeschoben, daß das Rohr zuerst die Schneiddrische glatte Rohrabschnitte verbleiben sollen, da scheibe 10 berührt, um danach fortschreitend in mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Über- Berührung mit der Schneidscheibe 12, den Fertiggänge zwischen diesen Bereichen sehr klein gehalten bearbeitungsscheiben 14 und 16 und gegebenenfalls werden können. mit weiteren Scheiben zu kommen. Wenn jedoch ein

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es 20 Rippen tragender Abschnitt zwischen zwei glatten nämlich möglich, daß zunächst die Walzwerkzeuge bzw. rippenlosen Abschnitten erzeugt werden soll, aus einer Stellung, in der sie sich in einem Abstand ist es bis jetzt üblich, den Arbeitsgang zur Erzeugung vom Rohrumfang befinden, in eine Arbeitsstellung der Rippen in der Weise einzuleiten, daß man die radial nach innen verstellt werden, die der vollen Walzen gegenüber dem Rohr radial nach innen vor-Rippentiefe entspricht. Während dieses radialen Ein- 25 schiebt. Unter diesen Umständen ist die Scheibe 16 drückens des Walzwerkzeuges werden der Steigungs- die erste Scheibe, die mit dem Rohr in Berührung winkel und der Kegelwinkel gleichzeitig kontinuier- kommt, und die Scheiben von fortschreitend kleiner Hch verändert, so daß die Schneidscheiben, die den werdendem Durchmesser, d. h. die Scheiben 14, 12 kleinsten Durchmesser haben, auf die richtige Weise und 10, kommen erst dann zur Wirkung, wenn die eine Rippenbildung ausführen, die danach durch die 30 radiale Zustellbewegung des Werkzeuges fortgesetzt Fertigbearbeitungsscheiben von größerem Durch- wird. Nachdem das Werkzeug radial bis auf die ea&r

gültige Rippentiefe vorgeschoben worden ist, wird der Arbeitsgang zum Erzeugen von Rippen genau in der gleichen Weise fortgesetzt, als ob das Ende des 35 Rohres in den Raum zwischen den Walzen eingeführt worden wäre. Führt man jedoch den Arbeitsgang durch, um engstehende Rippen zu erzeugen, wie es gemäß der Erfindung möglich ist, zeigt es sich, daß in der Übergangszone, die durch die Walzen

erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbares Walz- 40 zwischen der ersten Berührung zwischen den Walzen werkzeug; und dem Rohr und dem Eintreffen der Walzen am

F i g. 2 zeigt im Grundriß ein Walzwerkzeug einer Grund der Rippen erzeugt wird, in vielen Fällen beerfindungsgemäßen Vorrichtung, und zwar in der schädigte Rippen vorhanden sind, so daß das Werk-Ausgangsstellung gegenüber dem Rohr; stück als Ausschuß zu betrachten ist.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung nach F ig. 2 in Seiten- 45 Bei dem Arbeitsgang zum Erzeugen der Rippen ansieht; wird das glatte Rohr so unterstützt, daß es um seine

F i g. 4 zeigt im Grundriß die Anordnung eines Walzwerkzeuges einer erfindungsgemäßen Vorrich-

messer ihre endgültige Form erhalten. Auf diese Weise werden die Fluchtungsfehler vermieden, die bei den bisher bekannten Vorrichtungen zum Abscheren der dünnen Rippen führten.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in vergrößertem Schnitt ein bei einer

rung, und zwar in der Walzstellung gegenüber dem

eigene Achse gedreht werden kann, wenn es durch die Rippenerzeugungswalzen angetrieben wird. Ferner wird das Rohr so gelagert, daß es durch die Antriebs-Rohr; 50 wirkung der Walzen axial vorgeschoben werden kann. Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht der Anordnung Damit schraubenlmienförmigeRippen erzeugt werden nach F i g. 4;

F i g. 6 zeigt ein Stück eines mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Rippenrohres.

können und um das Rohr axial vorzuschieben, wird jede der Bearbeitungswalzen so angeordnet, daß ihre Achse gegenüber der Rohrachse so orientiert ist, daß

In Fig. 1 ist ein Teil einer Fertigbearbeitungs- 55 zwischen diesen Achsen ein Winkel vorhanden ist, walze im Schnitt dargestellt. Es sind mehrere Schei- der im folgenden als Steigungswinkel bezeichnet wird, ben 10, 12, 14 und 16 vorgesehen, die eine gleich- Dieser Winkel wird durch die Teilung der Rippen mäßige Dicke aufweisen, so daß sich eine konstante bestimmt, ferner durch die Zahl der Rippengänge, Ganghöhe oder Teilung der Rippen ergibt. Die die auf dem Werkstück erzeugt werden, sowie durch Ränder der Scheiben skid so geformt, daß der Durch- 60 den Durchmesser des Werkstückes. Es sei bemerkt, messer der Scheiben von der ersten Scheibe 10 zur daß dieser Steigungswinkel mit der Rippenteilung zuletzten Scheibe 16 fortlaufend zunimmt. Die erste nimmt, daß er mit zunehmendem Rohrdurchmesser Scheibe 10, die im folgenden als Schneidscheibe abnimmt und daß er sich annähernd verdoppelt oder bezeichnet wird, ist an ihrem Rand so geformt, daß verdreifacht, wenn man von einer eingängigen Rippe sie einen relativ dünnen Querschnitt hat. Die zweite 65 auf eine zweigängige bzw. eine dreigängige Rippe Scheibe 12 hat einen etwas größeren Durchmesser als übergeht.

die Scheibe 10, und ihr Rand ist so geformt, daß man In F i g. 2 und 3 ist T ein Rohrabschnitt und R

sie ebenfalls als Schneidscheibe bezeichnen kann. eine Walze; die Walze umfaßt gemäß F i g. 3 einen

Satz von fünf Scheiben 10, 12, 14, 16 und 18, die auf einem Dorn 20 angeordnet sind, der in Umdrehung versetzt werden kann. Der Durchmesser der Scheiben 10, 12, 14, 16 und 18 nimmt fortschreitend zu.

Gemäß F i g. 2 und 3 ist die Walze R gegenüber dem Rohr T radial nach innen vorgeschoben worden, wobei eine anfängliche Berührung nur zwischen der ersten Scheibe bzw. der Schneidscheibe 10 der Walze und dem Rohr eingetreten ist, während die übrigen Scheiben 12, 14, 16 und 18 gemäß F i g. 3 in einem radialen Abstand von dem Rohr T verbleiben. Ferner sei bemerkt, daß in diesem Zeitpunkt die Walze R gegenüber dem Rohr T so orientiert ist, daß ihr Steigungswinkel, der in F i g. 2 mit A1 bezeichnet ist, einen positiven Wert hat, jedoch kleiner ist als der zur Erzeugung zusammenhängender Rippen erforderliehe Winkel, wenn die Walze R bis auf die volle Rippentiefe vorgeschoben worden ist; dies geht aus einem Vergleich von F i g. 2 mit F i g. 4 hervor.

Gemäß Fig. 3 ist die Orientierung der Walze R gegenüber dem Rohr T derart, daß ein Kegelwinkel B1 vorhanden ist, der in einer Ebene gemessen wird, die rechtwinklig zu der den Neigungswinkel A1 enthaltenden Ebene verläuft. Dieser Kegelwinkel 51 ist so gewählt, daß sich die anfängliche Berührung zwisehen der Walze R und dem Rohr T auf eine Berührung zwischen der ersten Scheibe bzw. der Schneidscheibe 10 und der Außenfläche des Rohres T beschränkt.

Da die Walze R unter einem bestimmten Neigungswinkel A1 angeordnet ist, wenn sie anfänglich das Rohr T berührt, wie es aus Fig. 2 ersichtlich ist, führt die anfängliche Berührung zwischen der Walze und dem Rohr dazu, daß das Rohr in Drehung versetzt und entsprechend dem Steigungswinkel der Walze axial vorgeschoben wird.

Gemäß der Erfindung wird die kontinuierliche radiale Zustellung der Walze bis auf die volle Rippentiefe in der Weise durchgeführt, daß eine kontinuierliehe Änderung sowohl des Steigungswinkels als auch des Kegelwinkels bewirkt wird.

Die weitere Beschreibung bezieht sich auf F i g. 4 und 5, bei denen es sich um einen Grundriß bzw. um eine Seitenansicht handelt, in denen die Walze R und das Rohr T dargestellt sind, nachdem die Walze ihre Stellung für die volle Rippentiefe erreicht hat. Für diesen Fall ist zu bemerken, daß sich der Steigungswinkel von Al auf A2 vergrößert hat, wobei der Winkel A 2 durch die Rippenteilung bestimmt ist sowie durch den Rohrdurchmesser und die Zahl der Rippenanfänge oder Gänge. Ferner geht aus F i g. 5 hervor, daß der Kegelwinkel so geändert wird, daß dann, wenn die Walze R gegenüber dem Rohr T bis auf die volle Rippentiefe vorgeschoben worden ist, der Kegelwinkel, der anfänglich bei der Beruhrang nach F i g. 3 gleich B1 war, jetzt den Wert Null nahezu erreicht hat, obwohl in F i g. 5 ein Winkel B 2 angedeutet ist. Dies hat seinen Grund darin, daß sich der Kegelwinkel zwar dem Wert Null nähert, jedoch nicht tatsächlich gleich Null zu sein braucht, und vielmehr einen kleinen positiven Wert erreichen kann.

Nachdem die Rippenerzeugungswalzen die volle Rippentiefe und die aus F i g. 4 und 5 ersichtliche Winkelstellung erreicht haben, bewirkt eine weitere Drehung der Walze, daß Rippen von kleiner Teilung mit der vollen vorgesehenen Höhe, die der Konstruktion der Walze entspricht, erzeugt werden; dieser Arbeitsgang kann jetzt über die Länge des Rohres beliebig fortgesetzt werden. Wenn jedoch nur ein kurzer verrippter Abschnitt an dem Rohr zwischen benachbarten glatten Abschnitten erzeugt werden soll, wird der Arbeitsgang dadurch beendet, daß man die Walze radial nach außen bewegt, um sie in einen Abstand von dem Rohr zu bringen; hierbei kann es sich natürlich um eine ruckartige Bewegung handeln.

Es zeigt sich, daß die Übergangszone am Anfang der Rippen längs der Rohrachse eine Länge von etwa 25 bis etwa 50 mm haben kann. Die Ubergangszone am Ende des verrippten Abschnitts wird nur durch die Abmessungen des Werkzeuges bzw. der Walze, in Richtung der Rohrachse gemessen, bestimmt.

Der Steigungswinkel A 2, der in der beschriebenen Weise während des Arbeitsgangs zum Erzeugen der Rippen beibehalten wird, ist ein Winkel, dessen Größe entsprechend der Rippenteilung, dem Rohrdurchmesser und der Zahl der Rippengänge berechnet werden kann. Der anfängliche Steigungswinkel A1 muß eine ausreichende Größe haben, um eine genügende axiale Bewegung des Rohres zu gewährleisten; in der Praxis kann der Winkel Al, der bei der anfänglichen Berührung zwischen Walze und Rohr vorhanden ist, etwa gleich der Hälfte des endgültigen Neigungswinkels A 2 sein.

Der Winkel B 2, der während des Arbeitsganges in der beschriebenen Weise beibehalten wird, kann gleich Null sein oder einen kleinen positiven Wert haben, der jedoch gewöhnlich 1° nicht überschreitet. Der anfängliche KegelwinkelB1 bei der Herstellung der Berührung zwischen der Walze R und dem Rohr T wird weitgehend durch die geometrischen Verhältnisse der Walze bestimmt, und er wird natürlich etwas größer sein als der Winkel zwischen einer die Kanten der Scheiben 10,12,14,16 und 18 tangierenden Linie und der Achse der Walze.

In beiden Fällen erfolgt der Übergang vom Winkel A1 zum Winkel A 2 und der Übergang vom Winkel B1 zum Winkel B 2 während der ganzen radialen Zustellung der Walze kontinuierlich und vorzugsweise mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit. Auf diese Weise ist es möglich, die erforderliche kontinuierliehe Änderung des Steigungswinkels und des Kegelwinkeis durch geeignete Nockenanordnungen in der richtigen Weise auf die Zustellung der Walze abzustimmen.

In F i g. 6 ist das mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Erzeugnis dargestellt. Gemäß F i g. 6 handelt es sich um ein Rohr T mit glatten bzw. rippenlosen Endabschnitten 22, 22, zwischen denen ein mit Rippen versehener Abschnitt 26 vorgesehen ist. In F i g. 6 wurde nicht der Versuch gemacht, die Übergangszone zwischen den glatten Abschnitten 22, 22 einerseits und demjenigen Teil des mittleren Abschnitts 26 darzustellen, welcher auf die volle Tiefe mit Rippen versehen ist.

Gemäß Fig. 5 ermöglicht die Erfindung die Herstellung von Rippen, die radial über die Außenfläche der glatten Endabschnitte 22, 22 hinausragen. Ferner ist im Rahmen der Erfindung daran gedacht, den Arbeitsgang zum Erzeugen von Rippen auf bekannte Weise so durchzuführen, daß eine Verkleinerung des Rohrdurchmessers derart eintritt, daß ein verrippter Abschnitt entsteht, bei dem die Scheitel der Rippen den gleichen Durchmesser haben wie die glatten

Rohrabschnitte 22, 22 oder sogar einen noch kleineren Durchmesser.

Die Erfindung ermöglicht es zum erstenmal, auf wirtschaftliche Weise Rippenrohre herzustellen, bei denen die Rippen vom Fuß bis zum Scheitel eine Höhe haben, die mindestens größer ist als der axiale Abstand zwischen benachbarten Rippenwindungen, wobei mindestens 26 Rippen je Zoll (25,4 mm) vorhanden sind.

Bei der Durchführung des Walzvorgangs kann in dem Rohr in bekannter Weise ein Dorn angeordnet sein.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Herstellen von Rippenrohren mit einem oder mehreren aus nebeneinanderliegenden Scheiben unterschiedlichen Durchmessers bestehenden Walzwerkzeugen, welche radial in das zu berippende Rohr eindrückbar sind und deren Drehachsen bei der Rippenherstellung unter einem vorbestimmten Steigungswinkel und Kegelwinkel gegenüber der Rohrachse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel (A) und der

Kegelwinkel (B) der Drehachsen (20) der Walzwerkzeuge (R) gegenüber der Achse des Rohres (Γ) während des Berippungsvorganges mit zunehmend radialem Eindrücken der Walzwerkzeuge in den Rohrrohling (T) verstellbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel (/4) zwischen einem Wert (A2), der entsprechend der gewünschten Rohrvorschubrichtung, der Rippenganghöhe, des zulässigen unvollständigen Rippenanfangsbereiches und des Rohrdurchmessers gewählt ist, und einem demgegenüber kleineren Wert (A 1) kontinuierlich einstellbar ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel (B) zwischen einem Winkelwert (Bl), bei welchem nur die den kleinsten Durchmesser aufweisende Scheibe (10) des Walzwerkzeuges (R) mit dem Rohr (T) in Berührung kommt, und einem Winkelwert Null zwischen der Drehachse (20) und dem Rohr (T) kontinuierlich einstellbar ist

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 917 724.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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