DE2303192A1

DE2303192A1 - Rippenrohr sowie verfahren und vorrichtung zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2303192A1
Application number: DE2303192A
Authority: DE
Inventors: John William Issott; David Doig Laing
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Universal Oil Products Co
Priority date: 1972-01-27
Filing date: 1973-01-23
Publication date: 1973-08-09
Also published as: JPS4886770A; US3795125A; EG10818A; IL41228A0; AU5098173A; FR2169178A1; FR2169178B1; IL41228A; BR7300626D0; CH557015A; CA980099A; AT345234B; ES410739A1; JPS529435B2; ATA53473A; ZA7386B; GB1409016A; AU470554B2; AR199096A1; IT976955B

Description

DR-INQ. DIPU.-INQ. M. SC. DIPL. PHY3. 3H. DIPL.-PHYS.

«HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 39 923 b
19.Januar 1973
k-35

universal Oil Products Company Des Plaines, Illinois, U.S.A. Ten UOP Plaza - Algonquin & Mt.Prospect Roads

Rippenrohr sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung

Die Erfindung befasst sich mit einem Rippenrohr, insbesondere aus schwer zu bearbeitendem metallischen Werkstoff sowie mit einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Rippenrohrs und mit einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

309R32 /0896

A 39 923 b - 2 -

19.Januar 1973

Das Hochrollen von Material von der Aussenwand eines Rohres mit Hilfe mehrerer Sätze von axial fluchtender Rollscheiben unter Drehung derselben ist seit längerem bekannt. Wenn mit schmiedbaren Materialien, wie z.B. Kupfer, gearbeitet wird und insbesondere wenn keine hohen Rippen benötigt werden, sind die gegenv/ärtigen Verfahren zufriedenstellend. Wenn jedoch schwer zu bearbeitende Metalle oder Legierungen verarbeitet werden sollen, insbesondere wenn eine Härtung des Werkstoffes eintritt, wie dies bei rostfreiem Stahl der Fall ist, war es jedoch bisher nicht möglich, die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Die Probleme wurden besonders schwierig, wenn Rippen mit einer durchgehend beträchtlichen Wandstärke hergestellt werden sollten, d.h. Rippen mit einer relativ dicken Aussenkante im Vergleich zu den Rippen, bei denen die Aussenkante bzw. der Rana messerförmig dünn ist.

Der Erfinaung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Rippenrohr aus schwer zu verarbeitenden metallischen Materialien vorzuschlagen, bei welchem die Rippen relativ hoch sind und an ihrem Rand einevergleichsweise grosse Breite aufweisen. Ferner lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung derartiger Rippenrohre sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorzuschlagen.

Die Aufgabe wird durch ein Rippenrohr, insbesondere aus schwer zu bearbeitendem metallischem Werkstoff gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist,dass die Rippen relativ hoch sind und an ihrer Spitze eine relativ grosse Breite besitzen.

Zur Herstellung eines derartigen Rippenrohres hat sich ein Vorfahren besonders bewährt, welches dadurch gekennzeichnet ist,

0 9 8 3 2/0896

A 39 923 h - 3 -

19.Januar 1973

dass zunächst in einem ersten Rollschritt Rippen beträchtlich geringerer Höhe gerollt werden, dass das Rohr dann geglüht wird und dass dann ein zweiter Rollschritt durchgeführt wird, um die Höhe der Rippen zu vergrössern.

Zur Durchführung dieses Verfahrens hat sich eine Vorrichtung besonders bewährt, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie mehrere Anordnungen von axial fluchtenden Scheiben umfasst, die nacheinander zur Herstellung von Rippen an einem einzigen Rohr verwendet werden, dass die Rollscheiben radial nach aussen konvergierende Seitenteile aufweisen, dass die Scheiben an ihrem Rand bzw. Umfang einen abgerundeten Querschnitt besitzen und dass die Profile entsprechender Scheiben in den Anordnungen im wesentlichen identisch sind. Die erfindungsgemässen Rippenrohre sind insbesondere zum Hindurchleiten von flüssigem Natrium geeignet, welches durch Luft gekühlt wird. Sie eigenen sich somit speziell für die Kühlkreisläufe von Kernreaktoren,und zwar insbesondere von sogenannten schnellen Brütern.

Ein erfindungsgemässes Rippenrohr wird vorzugsweise in zwei oder auch mehreren Rollschritten hergestellt, wobei das Rohr zwischen den einzelnen Rollschritten geglüht wird. Die aufeinanderfolgenden Rollschritte verlaufen im wesentlichen ähnlich, mit der Ausnahme, dass bei aufeinanderfolgenden Rollschritten die ersten Scheiben der Rollvorrichtung in den Spiralnuten arbeiten, welche von einem vorangehenden Rollschritt zurückgeblieben sind. Bei jedem Rollschritt wird mindestens ein Satz von mehreren koaxial angeordneten Scheiben verwendet, die sich gegenseitig berühren und die mit dem Rohr in Kontakt stehen, wobei die Achse des Satzes von Scheiben bzw. die Achsen der Sätze von Scheiben einen Winkel mit der Rohrachse einschliesst

4 -

309832/0896

A 39 923 b - 4 -

19.Januar 1973

bzw. einschliessen, um mit Hilfe der runden Rollscheiben eine spiralförmige Rippenanordnung zu erzeugen. Die ersten paar Scheiben jedes Satzes haben einen abgerundeten Rand, der einen relativ kurzen Krümmungsradius aufweist, um das Eindringen in das Material des Rohres zu erleichtern und aufeinanderfolgende ■Scheiben nehmen im Durchmesser um relativ grosse Beträge zu. Hierdurch werden schnell ein oder mehrere verhältnismässig tiefe und relativ schmale Spiralnuten erzeugt, und es werden während eines ersten Rollschrittes relativ grosse Metallmengen zu einer relativ breiten und verhältnismässig niedrigen Spiral-.rippe hochgerollt, während bei einem oder mehreren nachfolgenden Rollschritten beträchtliche.Metallmengen in die Basisoder Fussteile der zuvor gebildeten und geformten Rippen hochgerollt werden. Die den ersten Rollscheiben folgenden Rollscheiben in den Sätzen von Rollscheiben werden so ausgebildet, dass sie einen zunehmend, breiteren Rand und eine verhältnismässig geringe Zunahme des Durchmessers von Scheibe zu Scheibe aufweisen, um auf diese Weise eine allmähliche Aufweitung und Vertiefung der Spiralnut zu erzeugen und noch mehr Metall in den Bereich der Rippe zu verdrängen. Ausserdem wird der Winkel, welchen die Seiten der Scheiben miteinander einschliessen zunehmend grosser, so dass die Rippen an ihrer Spitze eine Dicke erhalten, die einen sehr erheblichen Prozentsatz der Basisdicke der Rippe erreicht. Der bzw. die nachfolgenden Rollschritte werden mit Sätzen von Scheiben ausgeführt, die eine erhöhte Dicke bzw. Steigung besitzen, und zwar im Vergleich zur Steigung der Scheiben des unmittelbar davor verwendeten Satzes von Scheiben, so dass die spiralförmigen Gebilde an dem Rohr eine grössere Steigung erhalten.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

309832/0896

A 39 923 b - 5 - ? ? ΓΠ 1

19. Januar 1973 ^Z ^ö ^{U J} '

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch die Wandung eines erfindungsgemässen Rippenrohres,

Fig. 2 den generalisierten Umriss einer einzelnen Rippe eines erfindungsgemässen Rippenrohres,

Fig. 3 einen der Fig.l ähnlichen Tei!querschnitt durch das gleiche Rippenrohr nach dem ersten Rollschritt und mit teilweise fertiggestellten Rippen,

Fig. 4 eine vergrösserte schematische Darstellung, in welcher die Querschnitte gemäss Fig.l und 3 übereinander gelegt sind,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Teils der Rollscheiben eines Satzes von Rollscheiben für eine Vorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemässen Rippenrohres und

Fig. 6 eine vergrösserte Detaildarstellung einer Rollscheibe einer Vorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemässen Rippenrohres.

309 832/0896

A 39 923 b £ ~^_

k-146 ~

18.ol.73

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so erkennt man, daß in dieser ein vergrößerter Querschnitt durch ein Teilstück eines fertigen Rippenrohres Io gemäß der Erfindung dargestellt ist. Das Rippenrohr hat ziemlich genau die folgenden kritischen Abmessungen :

Abmessung Bezugszeichen Größe in mm (ca.)

Rippenhöhe	12	3,3
Rippendicke an der Spitze	14	o,69
Rippendicke am Fuß	16	I,o4
Rippendicke im Mittel	18	o,86
Rippenabstand im Mittel	2o	1,47
Wandstärke	22	2,72

Aus der vorstehenden Tabelle wird deutlich, daß bei einer aus· sergewöhnlichen Rippenhöhe von 3,3 mm die Rippendicke an der Spitze über 2o % der Rippenhöhe beträgt und außerdem über 65 ^! der Rippendicke am Fuß der Rippe.

Ein stärker generalisierter Rippenquerschnitt einer einzigen Rippe bzw. die Umrißlinie eines solchen Querschnitts ist in

309832/08 9 6

A 39 923 b
18.ol.73

Fig. 2 gezeigt, in der die einzelnen Maße eingetragen sind, um die Rippendicke an der Spitze und am Fuß sowie die Rippenhöhe und die Wandstärke zu verdeutlichen.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die Rippen der Rippenrohre gemäß vorliegender Erfindung sich von den üblichen Rippen durch ihre ungewöhnliche Dicke an der Rippenspitze und durch ihre Höhe im Vergleich zu ihrer mittleren Dicke unterscheiden. Es kann allgemein festgestellt werden, daß die Rippen der erfindungsgemäßen Rippenrohre eine minimale Höhe von etwa 2,54 mm besitzen, an ihrer Spitze eine Dicke aufweisen, die nicht weniger als 2o % der Rippenhöhe beträgt, an ihrer Basis bzw. ihrem Fuß eine Dicke aufweisen, die nicht weniger als 25 % der Rippenhöhe beträgt, und an der Spitze eine Dicke aufweisen, die nicht weniger als 6o % der Dicke an der Bas is!be trägt. Diese Werte führen zu einem Rippenquerschnitt, der durch eine beträchtliche Rippendicke an der Spitze gekennzeichnet ist und der sich ferner insofern als vorteilhaft erweist, als die gesamte Rippenoberfläche für die Wärmeübertragung nützlich ist, wobei gleichzeitig ein beträchtlicher Gewinn an Oberfläche erzielt wird.

Bei der Herstellung des neuen Rippenrohres wird, wie erwähnt, eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Rollvorgängen durchgeführt, wobei zwischen aufeinanderfolgenden Rollvorgängen ein Glühvorgang stattfindet. In Fig. 3 ist die Querschnittsform der teilweise ausgeformten Rippen nach einem ersten Rollvorgang dargestellt, und zwar für ein Verfahren, welches mit zwei Rollschrit-

309832/0896

A 39 923 b
k-146
18.ol.73

ten arbeitet, von denen mit Hilfe des zweiten ein Rippenrohr gemäß Fig. 1 hergestellt wird. In Fig. 3 hat das teilweise fertiggestellte Rippenrohr 26 ungefähr folgende Abmessungen:

Abmessung . Bezugszeichen Größe in mm (ca.)

Rippenhöhe 2 8 2,16

Rippendicke an der

Spitze 3o o,81

Rippendicke am Fuß 32 ο,99

Rippendicke im Mittel 34 o,89

Rippenabstand im

Mittel 36 1,37

Wandstärke 38 3,28

Aus der vorstehenden Tabelle wird deutlich, daß die durchschnittliche Rippendicke ungefähr Uo % der Rippenhöhe beträgt und daß die Dicke an der Rippenspitze über 8o % der Dicke an der Rippenbasis ausmacht.

In Fig. 4 sind die Umrisse der Querschnitte des fertigen Rippenrohres und des halbfertigen Rippenrohres nebeneinander eingezeichnet. Der Rohrinnendurchmesser bzw. die Innenwand 4o des Rohres wurde dabei als gemeinsame Bezugslinie benutzt, und die teilweise fertiggestellte Rippe 42 am linken Ende der Tigux¹ wurde, was die seitliche Lage anbelangt, über die fertige Rippe

— 9 —

309832/0896

A 39 923 b

k-146 *

18.ol.73

44 gelegt. Aus dem Vergleich der Querschnittsumrisse wird deutlich, daß die Nut bzw. die Rinne zwischen den Rippen beim zweiten Rollschritt um den bei 46 eingezeichneten Betrag vergrößert wurde, während das Ende bzw. die Spitze der Rippe um den bei 48 gezeigten Betrag radial nach außen verschoben wurde. Gleichzeitig bemerkt man, daß der Umriß des gesamten oberen Teils der teilweise fertiggestellten Rippe ziemlich genau dem mittleren Teil der fertiggestellten Rippe entspricht, wie dies durch die Übereinstimmung der Umrißlinien bzw. Seitenflächen bei 5o deutlich wird.

Fig. 4 zeigt ferner graphisch ein sehr wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung, welches darin besteht, daß bei dem sich an den ersten Rollschritt anschließenden zweiten Rollschritt eine Vergrößerung der Steigung bzw. des axialen Abstandes benachbarter Rippengänge eintritt. Bei dem anhand der Figuren 1, 3 und 4 betrachteten Ausführungsbeispiel betrug die Steigung bzw. der axiale Abstand der Rollscheiben, welche zur Herstellung des halbfertigen Rippenrohres gemäß Fig. 3 verwendet wurden, etwa 2,o8 mm, während die Steigung bzw. der Abstand der für die Fertigstellung des Rippenrohres gemäß Fig. 1 verwendeten Rollscheiben 2,18 mm-betrugt. Dies entspricht einer Vergrößerung der Steigung bzw. des Ganges um annähernd 5 %. Dies setzt allerdings voraus, daß beim Mehrfachrollen (multiple pass rolling) die beim ersten Roll schritt erzeugte Steigung in einem ausreichenden Maße kleiner istjals die für das Endprodukt gewünschte Steigung, welche von der erforderlichen Anzahl von Rippen pro cm abhängig ist (im vorliegenden Fall sind pro etwa 2,54 cm

11 Rippen vorgesehen).

- Io -

309832/0896

A 39 923 b j*

k-146 /O .

18.ol.73

Die Figuren 5 und 6 zeigen eine vergrößerte schematische Darstellung einer Seite einer Anordnung bzw. eines Satzes 5 4 von Rollscheiben, welche mit den Bezugszeichen 56a bis 56q bezeichnet sind. Ein wesentliches Merkmal der Vorrichtung Z;Ur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Profile bzw. die Querschnittsformen der Seitenflächen des äußeren Teils einander entsprechender Rollscheiben in zwei oder mehr Sätzen oder Anordnungen im wesentlichen gleich sind."Der einzige bedeutende Unterschied zwischen einander entsprechenden Scheiben besteht in der Dicke derselben, welche in Fig. 5 bei 5 8 eingezeichnet ist und welche, wie vorstehend erläutert wurde, bei der Verwendung von verschiedenen Sätzen von Rollscheiben in aufeinanderfolgenden Rollschritten erhöht wird.

In Fig. 6 ist die Querschnitts-Umrißlinie der'generalisierten Form des äußeren Teils einer Rippen-Rollscheibe dargestellt. In dieser Figur sind die Seitenflächen des äußeren Teils der Rollscheibe mit 6o bezeichnet und verlaufen in dem radialen Querschnitt durch die Rollscheibe im wesentlichen geradlinig. Die im Querschnitt geradlinig verlaufenden Seitenflächen definieren mit anderen Worten einen Kegelstumpf, dessen öffnungswinkel durch den Winkel A zwischen den im Querschnitt geradlinigen Seitenflächen 6o und der Linie 62 bestimmt wird, welche parallel zur radialen Mittelebene 64 der Rollscheibe verläuft. Wenn die Seitenfläche 6o um 5° gegenüber der Ebene 64 geneigt ist (bzw. die Linie 6 2 unter diesem Winkel schneidet), dann beträgt der öffnungswinkel des Konus 17o .

Die Rollscheibe gemäß Fig. 6 ist an ihrem Umfang 65 abgerundet,

- 11 -

309832/0896

A 39 923 b - 4Mr -

k-146
18.ol.73

und ihr Krümmungsradius ist in dieser Figur mit R bezeichnet. Die geradlinigen Seitenflächen 6o gehen über Bereiche 66 glatt in den entsprechend dem Radius R gekrümmten Randbereich über. Es versteht sich, daß die Rollscheibe umso leichter in das Material des Rohres eindringt, je kleiner der Radius R ist.

Die Dicke der Rollscheibe angrenzend an den abgerundeten Umfangsbereich 65, 66 ist mit 68 bezeichnet. Diese Abmessung wird durch den Abstand zwischen den Schnittpunkten der Tangente 67 an die Spitze 65 mit den Verlängerungen der geradlinigen Seitenflächen 6o bestimmt. Die Dicke der einzelnen Scheiben im Bereich der zylindrischen Naben, die einen festen Abstand 69 von dem Umfang der Rollscheiben· haben, ist mit 7o bezeichnet.

Die fortlaufende Änderung der Formen und der Abmessungen der Rollscheiben 56a bis 56q bestimmt natürlich die spezielle Art, in welcher das Metall des Rohrs verdrängt und in die endgültige Form gebracht wird.

Zunächst ist es erforderlich, ein schnelles Eindringen in das Rohr zu erreichen, um eine relativ schmale, jedoch verhältnismäßig tiefe Nut herzustellen, zwischen deren benachbarten Windungen sich dadurch eine relativ breite und kurze Rippe ergibt, deren Metallmaterial eventuell zur äußeren Spitze der Rippe wird. Durch die spezielle Form und die Zunahme der Abmessungen aufeinanderfolgender Scheiben wird die Nut bzw. der Kanal allmählich vertieft und verbreitert, indem man den Durchmesser, die Spitzenbreite und den Krümmungsradius des Randes der RoIl-

- 12-

3098 'i 2/0896

A 39 923 b - M* - .

k-146 JQ

18.ol.73 *·

scheiben allmählich zunehmen läßt, um mehr Metall in den Be-reich der Rippen zu pressen, wobei dieses Metall eventuell den mittleren Teil der fertigen Rippen bildet und wobei gleichzeitig ein seitlicher Druck ausgeübt wird, um dem Material die gewünschte Form zu geben. Allgemein kann man sagen, daß einige der ersten Scheiben, beispielsweise die ersten sechs Scheiben 56a bis 56f, an der Spitze eine Dicke 68 aufweisen, die konstant ist und etwa 75 % der Dicke 68cer Spitzen einiger der letzten Scheiben ausmacht, beispielsweise der letzten fünf Scheiben 5 6m bis 5 6q, wobei bei den mittleren Rollscheiben die Dicke an der Spitze allmählich zunimmt.

Gleichzeitig mit der Zunahme der Dicke 68 an der Spitze steigt der Radius R am abgerundeten Umfang 65 an. Der Radius R ist dabei bei den ersten Scheiben vorteilhafterweise etwa halb so groß wie der Radius R der letzten Scheiben, wobei sich der Radius R bei den Rollscheiben im mittleren Bereich der Vorrichtung von Scheibe zu Scheibe allmählich erhöht.

Die Dicke 7o des Fußes bzw.der Basis welche in einem konstanten Abstand 69 vom Umfang gemessen wird, ist für einige der ersten Rollscheiben, beispielsweise für die sechs Rollscheiben 56a bis 56f, konstant und nimmt bei den weiteren Rollscheiben allmählich ab, und zwar bis zu einigen der letzten Scheiben, beispielsweise den letzten fünf Rollscheiben 56m bis 56q, welche eine gleichmäßige Basisbreite besitzen, die etwa 8o % derjenigen der ersten Rollscheiben 56a bis 56f beträgt.

Es versteht sich, daß die Vergrößerung der Breite 6 8 an der

- 13 -

309832/0 896

A 39 923 b
k-ΙΛΒ
18.ol.73

Spitze bei gleichzeitiger Verringerung der Basisbreite 7o zu einer Verkleinerung des Winkels A führt, welcher die Neigung der konisch aufeinander zulaufenden Seitenflächen 6o gegenüber der radialen Mittelebene 64 entspricht. Bei der Herstellung des hier betrachteten Rippenrohres wird beispielsweise der Winkel A von etwa 5 bei einigen der ersten Rollscheiben auf etwa 1 bei den letzten Rollscheiben verringert, wobei diese Verringerung allmählich bei den mittleren Rollscheiben 56f bis 56m erfolgt.

Einige der ersten Scheiben sind so ausgebildet, daß ein schnelles Eindringen in die Rohrwandung erfolgt, weshalb der Scheibendurchmesser bei diesen ersten Rollscheiben sich im Vergleich zur Zunahme des Durchmessers bei den nachfolgenden Scheiben sehr beträchtlich erhöht. Außerdem sind die Sätze von Rollscheiben /bezüglich des Rohres so angeordnet, daß die erste Scheibe 56a bereits auf eine beträchtliche Tiefe, beispielsweise etwa o,76 bis etwa 1 ,o2 mm in das Metall des Rohres eindringt .

Einige der nächsten Scheiben» beispielsweise die beiden Scheiben 56b und 56c,besitzen einen Durchmesser, der den Durchmesser der vorangehenden Scheibe um etwa o,25 bis o,51 mm übersteigt. Bei den weiteren Rollscheiben istjdie Zunahme des Durchmessers dann etwas geringer und liegt beispMsweise bei etwa einem Drittel der Zunahme bei den ersten Rollscheiben. Ferner kann bei einigen der letzten Scheiben der Rollscheibenanordnung der Durchmesser einer Scheibe mit dem einer benachbarten Scheibe identisch sein, wodurch die durchschnittliche Änderung in den Abmessungen noch weiter verringert wird.

■f" ■» Ί ti

bei der Anordnung für den ersten Rollschritt

309832/0896

ORIGINAL INSPECTED

A 39 923 b
18.ol.73

Das Eindringen der Kanten bzw. des Umfangs der Scheiben in das Material des Rohres und der von den Rollscheiben auf das Rohr ausgeübte Druck hat die Wirkung, daß Rippen entstehen, daß der Innendurchmesser des Rohrs verringert wird, daß die effektive Wandstärke zwischen den Rippenwindungen verringert wird und daß das Rohr gestreckt wird. Zum Ausgleich für die Verlängerung des Rohres, welche jeden Rollschritt begleitet, wird der axiale Abstand der Mittelebenen der Scheiben, welcher für jeden Satz von Rollen gleichmäßig ist, in aufeinanderfolgenden Sätzen^ d.h..in nacheinander verwendeten Anordnungen erhöht.

Es ist üblich, drei Sätze von Rollscheiben zu verwenden, die in gleichmäßigen Abständen rund um das Rohr angeordnet sind. Auf diese Weise werden die radialen Kraftkomponenten, die zwischen den Rollscheiben und dem Rohr wirken, ausgeglichen. Darüberhinaus ist aber auch noch ein Zapfen oder Dorn,vorgesehen, um bei dem fertigen Rippenrohr einen vorgegebenen Innendurchmesser zu erhalten. Der Dorn ist zylindrisch, und sein Durchmesser ist um einige Tausendstel an kleiner als der Innendurchmesser des Rohrs, ehe dieses zwischen die Sätze von Rollscheiben gelangt. _, Die ersten Rollscheiben, welche an ihrem Umfang schmaler sind und bei denen die Abrundung am Umfang einen kleineren Durchmesser aufweist als bei den nachfolgenden Rollscheiben, dringen in das Material des Rohres ein, ohne dabei dessen Innenseite in Kontakt mit dem Dorn zu bringen. Irgendwo in der Mitte des Satzes von Rollscheiben ist der radiale Druck jedoch ausreichend, um die Innenfläche des Rohres gegen den Dorn zu pressen. Die weitere Zunahme des wirksamen Durchmessers bei den nachfolgenden

- 15 -

0 9 8 3 2/0896

A 39 923 b
k-146
18.ol.73

Scheiben und die Verbreiterung der Spitze derselben bewirkt dann eine höhere Verdrängung von Metall, als dies der Fall ist, wenn gleichzeitig der Innendurchmesser des Rohres verringert wird.

Es wurde bereits erwähnt, daß die Profile der Kanten bzw. Umfangsteile einander entsprechender Scheiben in nacheinander wirksam werdenden Sätzen von Rollscheiben im wesentlichen die gleichen sind wie bei den vorangehenden Sätzen und sich von diesen lediglich in der Dicke unterscheiden. Es ver, _eht sich, daß alle Rollscheiben flache Seiten haben und so angeordnet sind, daß sie Seite an Seite miteinander liegen und sich gegenseitig abstützen.

Bei der Durchführung des Verfahrens zur Herstellung erfindungsgemäßer Rippenrohre wird das vordere Ende des zu bearbeitenden Rohres schwach verjüngt, um ein sanftes Eingreifen der ersten Scheiben der Sätze von Rollscheiben,mit denen der erste Rollschritt durchgeführt wird, zu erreichen,und die Sätze von Rollscheiben sind in solchen radialen Abständen angeordnet, daß die erste Rollscheibe nach Passieren des verjüngten Endstückes tiefer in das Rohrmaterial eindringt, beispielsweise um den doppelten Betrag, um welchen die Vertiefung durch einige der nächsten Rollscheiben vergrößert wird. Bei den nachfolgenden Rollschritten, Vielehe nach dem Glühen durchgeführt werden, sind die Sätze von Rollscheiben so angeordnet, daß die erste Rollscheibe am Boden der Nut bzw. des Kanals des teilweise fertiggestellten Rippenrohrec anliegt, ohne daß ein beachtliches Eindringen erfolgen würde.

- 16 -

3098 3 2/0896

A 39 923 b - «MT -

18.ol.73

In welcher Weise der Glühvorgang durchgeführt wird, hängt natürlich von dem jeweils verwendeten Material ab. Wenn das Rohr jedoch beispielsweise aus rostfreiem Stahl vom Typ 3ο¹* besteht, wird das Rohr mit einer Geschwindigkeit von ca. 15,2 cm/ see durch einen Glühofen mit einer Muffellänge von etwa 4_S56 m Länge geschoben, wobei in dem Ofen eine Temperatur von etwa Io66 C aufrechterhalten wird. Das Rohr besaß anfangs eine Härte ' von R*77 (d.h. nach dem ersten Rollschritt), und nach dem Glühen war seine Härte auf R, 72 vermindert.

Allgemein kann gesagt werden, daß der öffnungswinkel des zwischen den Seiten der Rollscheiben liegenden Konus sich in jedem Satz von einem Wert von etwa 165 bis 17o° auf etwa 178 erhöht.

Bei der Betrachtung von Fig, U zeigt sich, daß bei der Erhöhung der Rippenhöhe bei dem zweiten Rollschritt die Zunahme U2 des Rxppenaußendurchmessers ungefähr gleich der Zunahme der Tiefe zwischen den Rippen bzw. gleich der Verringerung %6 der Wandstärke des Rohres ist.

- 17 -

309832/Ö89S

Claims

A 39 923 h
19. Januar 1973

Patentansprüche :

Iy Rippenrohr, insbesondere aus schwer zu bearbeitendem metallischen Werkstoff^ dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen relativ hoch sind und an ihrer Spitze eine relativ grosse Breite besitzen.

2. Rippenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aus rostfreiem Stahl besteht, dass pro etwa 2,54 cm 10 bis 12 Rippen bzw. Rippenwindungen vorhanden sind, dass die Rippenhöhe mindestens etwa 2,54 mm beträgt, dass die Rippendicke im Bereich der Spitze der Rippe etwa 15 bis 25 % der Rippenhöhe beträgt und dass aie Rippendicke in der Nähe der Basis der Rippe etwa 25 bis 35 % der Rippenhöhe beträgt.

3. Rippenrohr nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenhöhe mindestens etwa 2,92 mm beträgt.

4. Verfahren zum Herstellen eines Rippenrohres nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst in einem ersten Rollschritt Rippen beträchtlich geringerer Höhe gerollt werden, dass das Rohr dann geglüht wird und dass dann ein zweiter Rollschritt durchgeführt wird, um die Höhe der Rippen zu vergrössern.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr in der Rollzone von einem Dorn getragen wird und dass während dieses Rollschrittes ein radial nach innen gerichteter Druck auf das Rohr ausgeübt wird, der über den Umfang des Rohres während der letzten Bearbeitungsstufen

309832/0898

A 39 923 h
X9.Januar 1973

k-35

bei jedem Rollschritt zunehmend beträchtlich erhöht wird, um die gewünschte Wandstärke zu erhalten.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Rollschritt vor und nach dem Glühen zunächst verhältnismässig tiefe und schmale Nuten erzeugt werden, wodurch relativ breite Rippen entstehen, die teilweise aus dem Material geformt werden, welches durch die Bildung der Nuten aus dem Rohr verdrängt wurde, und dass anschliessend durch allmähliches Aufweiten und Vertiefen der Nuten weiteres Material in den Bereich der Rippen gepresst wird, wobei gleichzeitig auf die Seiten der Rippen Druck ausgeübt wird, um auf diese Weise im Verlauf der beiden Rollschritte eine relativ grosse Höhe der Rippen bei gleichzeitig relativ grosser Breite der Rippen an ihrer Spitze zu erzielen.

7. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei aufeinanderfolgenden Rollschritten die Steigung der Rippen bzw. Rippenwindungen erhöht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Rollschritt mehrere Sätze koaxialer Rollschreiben verwendet werden, wobei die Rollscheiben jedes Satzes einige wenige erste Rollscheiben umfassen, die an ihrem Umfang einen vorgegebenen kleinen Krümmungsradius aufweisen und deren Durchmesser von Rollscheibe zu Rollscheibe um einen beträchtlichen vorgegebenen Betrag zunimmt, so dass die Rollscheiben in dem.Material des Rohres schnell

und auf eine beträchtliche Tiefe eindringen,/dass die übrigen Rollscheiben jedes Satzes an ihrem Umfang einen zunehmend grösseren Krümmungsradius aufweisen, während die Zunahme

309832/0896

A 39 923 h

19.Jaimar "73
k-35

JB

des Durchmessers von Rollscheibe zu Hollscheibe beträchtlich, geringer ist, so dass in jedem Rollschritt zunächst eine relativ dicke Rippe aus dem Material des Rohres herausgerollt wird» welche dann zu einer höheren Rippe ausgeformt wird.

Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Rippen hergestellt werden, deren Dicke an der Spitze zumindest die Hälfte der Dicke an der Basis beträgt, dass bei einem ersten Rollschritt wiederholt Druck auf benachbarte schmale Zonen ausgeübt wird, und zwar fortschreitena. längs eines wendeiförmigen Pfades, welcher um das Rohr herumführt, um in das Material -.es Rohres einzudringen und zunächst eine beträchtliche Metallmenge in eine gewendelte kurze dicke 7zu pressen, dass dann allmählich Material aus breiteren Zonen verdrängt wird, wobei die Zunahme der Eindringtiefe verringert wird, während ein seitlicher Druck auf die Rippe ausgeübt wird, dass danach das Ausüben von Druck beendet wird und das Rohr geglüht wird, dass anschliessend in einem zweiten Rollschritt wiederholt Druck in dem gewendelten Zwischenraum zwischen den Rippenwindungen ausgeübt wird, und zwar in schmalen Zonen unter verstärktem Eindringen in das Rohrmaterial, um eine weitere beträchtliche Materialmenge in die Rippe zu pressen, und dass schliesslich Material verdrängt wird, indem man in Zonen er- , höhter Breite mit verringerter Eindringgeschwindigkeit in das Rohrmaterial eindringt, während ein seitlicher Druck ausgeübt wird, um die Rippe in die gewünschte endgültige Form zu bringen.

309832/0896

A 39 923 b

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn jedes Rippenformvorganges Druck ausgeübt wird, um unter Verdrängung von Metall ein Eindringen in das Rohrmaterial zu erreichen, welches mehrmals so gross ist wie das Eindringen, welches beim nachfolgenden Anwenden von Druck erreicht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des ersten Rollschrittes eine Rippe mit einer Mindesthöhe von zirka 1,52 mm erzeugt wird und während des zweiten Rollschrittes eine Mindesthöhe der Rippe- von zirka 2,54 mm erreicht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass während des ersten Rollvorganges eine Rippe mit einer Mindesthöhe von etwa 1,9 mm erzeugt wird und dass während des sweiten Rollvorganges eine Rippe mit einer Mindesthöhe von etwa 2,92 mm erzeugt wird.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein glattes Rohr über einen ersten Dorn vorgeschoben wird, dass Rippen ausgebildet werden, indem eine erste Anordnung von axial fluchtenden Rollscheiben in eine Seite des vorrückenden Rohres gepresst wird, wobei die Achse der Anordnung unter einem kleinen Winkel gegenüber der Achse des Rohres geneigt ist und wobei eine Relativdrehung zwischen der Anordnung und dem Rohr stattfindet, um auf diese Weise Kippenwindungen auf der Aussenseite des Rohres herzustellen, dass der erste Rollschritt dann beendet wird, dass das Rohr geglüht wird und dass dann ein zweiter Rollschritt mit einer sweiten Anordnung von Rollscheiben durchgeführt wird, um

309832/0 896

A 39 923 h
19.Januar 1973

hohe Rippen zu erhalten, indem die Wandstärke des Rohres verringert wird, während der Aussendurchmesser der Rippen erhöht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem abschliessenden Rollschritt der Aussendurchmesser der Rippen um annähernd den gleichen Betrag erhöht wird, um welchen die Wandstärke des Rohres verringert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Vorrichtung Rollscheiben vorgesehen sind, welche an ihrem Umfang einen abgerundeten Querschnitt aufweisen, wobei sich der Radius von der ersten Rollscheibe bis zur letzten Rollschreibe um den Faktor 2 vergrössert.

16. Verfahren nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben in jeder Anordnung im wesentlichen konisch aufeinanderzu laufende Seitenflächen aufweisen, die in einen abgerundeten Rand übergehen, wobei der öffnungswinkel

des von den beiden Seitenflächen eingeschlossenen Konus von etwa 165 bis 170° bei der ersten Roll bei der letzten Rollscheibe ansteigt.

etwa 165 bis 170° bei der ersten Rollscheibe auf etwa 178°

17. Verfahren nach Anspruch 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile entsprechender Scheiben in beiden Anordnungen im wesentlichen identisch sind.

18. Verfahren nach Anspruch 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Scheiben in der zweiten Anordnung

grosser ist als die Steigung der Scheiben in der ersten Anordnung.

309832/0896

A 39 923 h
19.Januar 1973
k-35

19. Verfahren nach Anspruch 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Rollschritt ein anderer Dorn verwendet wird, dass der Durchmesser des Domes zu Beginn jedes Rollschrittes geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Rohres ist und dass der Innendurchmesser des Rohres zu Beginn jedes Rollschrittes allmählich verringert wird bis die Innenseite des Rohres unterhalb einer Rollscheibe, die im wesentlichen in der Mitte jeder der beiden Anordnungen von Scheiben liegt, an dem Dorn anliegt.

20. Verfahren nach Anspruch 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich einige wenige der ersten Scheiben nacheinander um den doppelten bis vierfachen Betrag in das Material des Rohres einpressen, um welchen der Rest üer Scheiben noch weiter in das Material des Rohres hineingepresst wird.

21. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 4 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Anordnungen von axial fluchtenden Scheiben umfasst, die nacheinander zur Herstellung von Rippen an einem einzigen Rohr verwendet werden, dass die Rollscheiben radial nach aussen konvergierende Seitenteile aufweisen, dass die Scheiben an ihrem Rand bzw. Umfang einen abgerundeten Querschnitt besitzen und dass die Profile entsprechender Scheiben in den Anordnungen im wesentlichen identisch sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand jeder Scheibe einen abgerundeten Querschnitt besitzt und dass der Krümmungsradius des Randes sich von der ersten Scheibe bis zur letzten Scheibe um den Faktor 2 erhöht.

309832/0896

A 39 923 h
19.Januar 1973

^k"³⁵

23. Vorrichtung nach Anspruch 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass die radial nach aussen konvergierenden Seitenteile der Rollscheiben auf der Eingangsseite jeder Anordnung einen Winkel zwischen etwa 165 bis 170 einschliessen und auf der Ausgangsseite der Anordnung einen Winkel von etwa 178 .

24. Vorrichtung nach Anspruch 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Rollscheiben in nacheinander wirksam werdenden Anordnungen zunimmt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Rollscheiben in jeder der Vorrichtungen gleichförmig ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass jede Vorrichtung mehrere Sätze von Scheiben umfasst,

' die gleichmässig um den Umfang des Rohres verteilt sind und bei dem jeweiligen Rollschritt jeweils gleichzeitig eingesetzt werden.

309832/0896

Leerseite