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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher
und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer wellenförmigen und
versetzten Rippe des Typs, welcher verwendet wird in einem Fluidflusspfad
in einem Wärmetauscher
(s. z.B. US-A-4,170,122).
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Viele
Wärmetauscher,
welche heute verwendet werden, umfassen eine oder mehrere Reihen
von so genannten abgeflachten Röhren,
welche sich erstrecken zwischen Kopfteilen, welche ausgestattet
sind mit Behältern
oder sogar mit röhrenförmigen Kopfteilen.
Externe Rippen werden verbunden mit dem Äußeren der abgeflachten Röhren und
in manchen Fällen
werden interne Rippen innerhalb der Röhren verwendet. Solche Rippen
erhöhen
das Oberflächengebiet
innerhalb der Röhren
und stellen ein Mittel bereit mittels dem Wärme strömen kann von dem fließenden Fluid
innerhalb der Röhren
zu dem Einlass und anschließend
zu den Wänden
der Röhre
durch den Einlass. Somit resultiert, wo der Einlass ein besserer
Wärmeleiter
ist, als das fließende
Fluid innerhalb der Röhre,
eine verstärkte
Wärmeübertragung.
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Zusätzlich können solche
Einsätze
eine Turbulenzfunktion bereitstellen. Das heißt, sie vergrößern die Turbulenz
in dem Fluid, welches innerhalb der Röhre fließt, welches im Gegenzug dafür bekannt
ist, die Wärmeübertragungseffizienz
zu vergrößern.
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Darüber hinaus
verstärken,
wo solche Röhren
Fluid bei einem relativ hohen Druck führen, und nicht unterstützt werden
durch externe Rippen, die Einsätze,
welche verbunden sind mit beiden Seitenwänden auch die Röhren.
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Während Einsätze von
der Sorte, auf die vorstehend hingewiesen wurde, viele Formen eingenommen haben,
wird in vielen Anwendungen eine sog. „wellenförmige und versetzte" Rippe bevorzugt.
Die Wärmetauschertechnik
beginnt zu erkennen, dass wellenförmige und versetzte Rippen „die" interne Rippe sind
für eine Verwendung
in abgeflachten Röhren,
weil wegen ihrer Fähigkeit,
all die oben genannten Funktionen auszuführen, mit zumindest derselben
Effektivität
und in manchen Fällen
größerer Effektivität als mehr
standardmäßige interne
Rippenkonfigurationen. Nichtsdestotrotz gab es keinen universellen
Einsatz von wellenförmigen
und versetzten Rippen für
solche Anwendungen.
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Insbesondere
wurden früher
wellenförmige
und versetzte Rippen hergestellt durch etwas, was die Technik bezeichnete
als Steppmaschinen. Bei dem Betrieb solcher Maschinen bewegen sich
die Stempel, welche die wellenförmige
und versetzte Konfiguration der Rippe produzieren, vorwärts und
rückwärts und
von Seite zu Seite. Die gebildete Rippe weist einen Flusspfad auf,
welcher sich erstreckt in der Richtung über die Steppmaschine. Somit
wird die Länge
der Rippe begrenzt auf die maximale Betriebsbreite der Steppmaschine.
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Als
eine Konsequenz und in Abhängigkeit
von der Länge
der abgeflachten Röhren,
welche bereitgestellt werden sollen für solche wellenförmigen und
versetzten Rippen, kann es notwendig sein, die wellenförmige und
versetzte Rippe einzusetzen als mehr als ein Teil um sie zu erstrecken über die
volle Länge
der abgeflachten Röhre.
Unglücklicherweise
führt dies
mehrere Einsatzoperationen mit sich, welche zeitraubend sind und
wenn mehr als ein Rippenstück
eingesetzt wird in ei ne Röhre,
besteht die Möglichkeit,
dass es eine Lücke gibt
zwischen den Einsatzstücken.
In einer solchen Position wird es keinen Einsatz geben, um die inneren
Seiten der Röhre
zu verbinden und als eine Konsequenz gibt es eine Position, welche
nicht ausgestattet ist mit einer vergrößerten Festigkeit durch die
Präsenz
eines Einsatzes, welcher mit ihr verbunden ist. Konsequenterweise
wird die Fehlerwahrscheinlichkeit verstärkt, wenn ein hoher Druck angelegt
wird.
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Des
Weiteren ist es die eigentliche Natur des Steppmaschinenbetriebs,
dass es ein sehr, sehr langsames Produktionsverfahren ist. Typischerweise
kann die Steppmaschine für
eine Länge,
welche gleich ist der maximalen Betriebslänge der Steppmaschine nur ein
Bein einer wellenförmigen
und versetzten Rippe während
jeder Betriebssekunde produzieren. Somit würde eine Rippe mit sechs Beinen
sechs Sekunden zur Herstellung benötigen.
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Des
Weiteren haben gesteppte Einsätze
eine Tendenz, in einander zu stecken, was es schwer macht, sie zu
trennen während
der Produktion. Die Rippen können
beschädigt
werden während
des Trennungsvorgangs und machen aus diesem Grund eine Verschrottung
erforderlich. Alternativ kann, falls sie nicht direkt getrennt werden
können,
eine Anordnung von zwei oder mehr ineinander steckenden Rippen eine
Verschrottung erforderlich machen, weil sie nicht getrennt werden
können.
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Die
vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der
vorstehenden Probleme zu bewältigen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist ein prinzipielles Ziel der Erfindung, ein neues und verbessertes
Verfahren zur Herstellung von wellenförmigen und versetzten Rippen
bereitzustellen. Insbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, ein
Verfahren zur Herstellung solch einer Rippe bereitzustellen in einer
kontinuierlichen Weise ohne die Notwendigkeit der Verwendung von
Steppmaschinen. Die Erfindung wird definiert in Anspruch 1. In einer
bevorzugten Ausführungsform
betrachtet die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer wellenförmigen und
versetzten Rippe mit einer Rollenformungsanordnung.
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Eine
beispielhafte Ausführungsform
der Erfindung betrachtet ein Verfahren zur Herstellung einer wellenförmigen und
versetzten Wärmeübergangsrippe
mit „n" Beinen und welche
umfasst die Schritte: a) Fortbewegen eines länglichen, im Allgemeinen ebenen
Streifens von rippenbildendem Material in seiner Längsrichtung
entlang eines Rippenbildungspfads; b) Bilden von „n" Reihen von Übertragungsschlitzen
in dem Streifen mit Kronen, welche sich erstrecken zwischen benachbarten
Schlitzen in jeder Reihe an Positionen zwischen den Enden von den
Schlitzen mit benachbarten Kronen in jeder Reihe, welche entgegengesetzt
ausgerichtet sind; und c) anschließendes Biegen des Streifens
durch einen im Wesentlichen spitzen Winkel bei jeder Krone und an
den Enden von benachbarten Schlitzen in jeder der Reihen, wobei
die Enden, an denen das Biegen auftritt, sich abwechseln von einer
Seite der Reihe zu der anderen für
benachbarte Schlitze.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der im Wesentlichen spitze Winkel ungefähr 90°.
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Am
meisten bevorzugt wird Schritt c) des Verfahrens ausgeführt in zumindest
zwei sequentiellen Vorgängen.
In Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
umfasst ein erster der sequentiellen Vorgänge das Biegen zu einem spitzen
Winkel, welcher im Wesentlichen kleiner ist als der im Wesentlichen
spitze Winkel und anschließendes
Biegen des im Wesentlichen spitzen Winkels.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung betrachtet dass „n" eine gerade Zahl
von vier oder mehr ist und einer der Vorgänge umfasst ein erstes Biegen
bei ersten ausgewählten
zwei Reihen und der andere Vorgang umfasst anschließendes Biegen
bei ausgewählten
verschiedenen zwei Reihen. In einer mehr bevorzugten Aus führungsform
sind die ersten ausgewählten
zwei Reihen die zwei zentral angeordneten Reihen.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung betrachtet, dass Schritt c) gefolgt wird durch den
Schritt des Maßprägens der
Beine.
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In
einer sehr bevorzugten Ausführungsform
werden die Schritte b) und c) ausgeführt durch Verwendung von zumindest
einer Rolle in jeder der Stufen, um die Kronen und die Querschlitze
zu bilden, und um danach die Streifen zu biegen.
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Weitere
Ziele und Vorteile werden offensichtlich aus der folgenden Beschreibung
in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine fragmentarische, perspektivische Ansicht einer wellenförmigen und
versetzten Rippe, die hergestellt wurde durch eine Ausführungsform
des Verfahrens der Erfindung;
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2 ist
eine Schnittansicht, welche eine wellenförmige und versetzte Rippe illustriert,
welche eingesetzt wurde in und verbunden wurde mit einer abgeflachten
Röhre zur
Verwendung in einem Wärmetauscher;
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3 ist
eine etwas schematische Darstellung einer Vorrichtung, welche verwendet
werden kann, um das Verfahren auszuführen;
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4 bis 8 einschließlich sind
Endansichten eines Streifens eines rippenbildenden Materials, wie es
aussieht nach der Ausführung
von verschiedenen Schritten in einer Ausführungsform des Verfahrens;
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9 ist
eine fragmentartige explosionsartige Schnittansicht von einer Rollenanordnung,
welche verwendet wird in der Vorrichtung gemäß 3, um einen
Strei fen von rippenbildendem Material zu formen zu der Konfiguration,
welche in 4 illustriert wird;
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10 ist
ein vergrößerter fragmentarischer
Seitenaufriss, welcher eine Schneideprofilscheibe zeigt, welche
verwendet wird in der Anordnung gemäß 9;
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11 ist
eine Schnittansicht ungefähr
entlang der Linie 11-11 in 10;
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12 ist
eine Schnittansicht ungefähr
entlang der Linie 12-12 in 10;
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13 ist
eine Ansicht ähnlich
der 10, welche aber ein anderes Schneideprofil zeigt,
welches in der Anordnung gemäß 9 verwendet
wird;
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14 ist
eine vergrößerte fragmentarische
Schnittansicht ungefähr
entlang der Linie 14-14 in 13;
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15 ist
eine vergrößerte fragmentarische
Schnittansicht ungefähr
entlang der Linie 15-15 in 13;
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16 ist
eine Ansicht ähnlich
der 9, welche aber die Konfiguration der Rollenanordnung
illustriert, welche verwendet wird, um die Rippenform, welche in 5 gezeigt
wird, zu produzieren;
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17 ist
ein fragmentarischer Aufriss eines Biegeprofils einer Schneidescheibe,
welche verwendet wird in der Rollenanordnung, welche in den 16 und 23 gezeigt
wird,
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18 ist
eine vergrößerte fragmentarische
Schnittansicht entlang der Linie 18-18 in 17;
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19 ist
eine vergrößerte fragmentarische
Schnittansicht ungefähr
entlang der Linie 19-19 in 17;
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20 ist
eine fragmentarische vergrößerte Ansicht
eines Schneideprofils, welches verwendet wird in den Rollenanordnungen
aus 16 und 23;
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21 ist
eine vergrößerte fragmentarische
Ansicht entlang der Linie 21-21 in 20;
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22 ist
eine vergrößerte fragmentarische
Schnittansicht ungefähr
entlang der Linie 22-22 in 20;
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23 ist
eine Ansicht ähnlich
der 9, welche aber noch eine andere Rollenanordnung
zeigt, welche angewendet wird, um die Rippenstreifenkonfiguration
zu produzieren, welche in 6 veranschaulicht
ist;
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24 ist
eine Ansicht ähnlich
der 9, welche jedoch angewandt wird, um die Rippenstreifenkonfiguration,
welche in 7 veranschaulicht wird, zu produzieren;
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25 ist
eine vergrößerte fragmentarische
Ansicht eines Schneideprofils, welches in den Rollenanordnungen
aus 24 und 28 angewandt
wird;
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26 ist
eine vergrößerte fragmentarische
Schnittansicht ungefähr
entlang der Linie 26-26 in 25;
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27 ist
eine vergrößerte fragmentarische
Schnittansicht ungefähr
entlang der Linie 27-27 in 25;
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28 ist
eine fragmentarische Schnittansicht einer Rollenanordnung, welche
verwendet wird, um den Streifen in die Konfiguration zu bringen,
welche in 8 veranschaulicht wird; und
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29 ist
eine vergrößerte, explosionsartige
fragmentarische Schnittansicht einer Rollenanordnung, welche verwendet
wird, um den Rippenstreifen anzupassen, nachdem er zu der Konfiguration
geformt wurde, welche in 8 veranschaulicht ist.
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Es
sollte insbesondere festgehalten werden, dass die 9 bis 29 skalierte
Zeichnungen sind und dass die Komponenten, welche illustriert wurden,
die Abmessungen aufweisen, welche in den Zeichnungen gezeigt werden.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Das
Verfahren der Erfindung zur Herstellung von wellenförmigen und
versetzten Rippen ist idealerweise geeignet zur Produktion von wellenförmigen und
versetzten Rippen, welche aus Aluminium gebildet werden. Es sollte
jedoch verstanden werden, dass die Erfindung auch verwendet werden
kann auf effektive Weise bei der Herstellung von Messing-, Kupfer-
oder Stahlrippen. In vielen Fällen
ist das Material, welches verwendet wird, wie beispielsweise Aluminium,
geeignet zum Löten
der Komponenten eines Wärmetauschers
in eine zusammengesetzte Beziehung und wenn es angewendet wird in
einem Wärmetauscher,
welcher gelötet
werden soll, wird es typisch sein, Lötkaschiermaterial auf beiden
Seiten eines Streifens bereitzustellen, aus dem die Rippe geformt
werden soll. Es werden jedoch keine Begrenzungen der besonderen
Materialien oder der besonderen Zusammenbauverfahren, wie beispielsweise
Löten beabsichtigt,
insoweit sie ausdrücklich
erwähnt
werden in den beigefügten
Ansprüchen.
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Bezugnehmend
nun auf 1 wird eine vierbeinige wellenförmige und
versetzte Rippe veranschaulicht. Ein erstes Bein wird gezeigt bei 20,
während
ein zweites Bein bei 22 gezeigt wird. Ein drittes Bein
wird gezeigt bei 24, während
ein viertes Bein bei 26 gezeigt wird. Die Beine 20 und 22 sind
verbunden an ihren oberen Enden durch eine Spitze oder eine Krone 28.
Eine ähnliches
Krone oder Spitze 30 verbindet die oberen Enden der Beine 24, 26.
Die unteren Enden der Beine 22, 24 sind verbunden
mit einer unteren Krone oder Spitze 32. Ein Teil der Krone
der Spitze 34 erstreckt sich von dem unteren Ende des Beins 20 in
einer Richtung weg von dem Bein 22, während ein kleineres Teil der
Krone der Spitze 36 sich erstreckt von dem unteren Ende des
Beins 26 weg von dem Bein 24. Diese Komponenten
bilden eine erste Reihe A von Beinen und Kronen, welche sich im
Allgemeinen erstreckt quer zu der Richtung der Verlängerung
der Rippe, welche von links unten nach rechts oben geht wie es in 1 veranschaulicht
ist. Eine zweite Reihe B von Beinen und Kronen ist unmittelbar dahinter
und verbunden mit der Reihe A in einer wohlbekannten Weise. Die
Reihe B ist eine Umkehrung der Reihe A, was bedeutet, dass das Bein 26 auf
der linken Seite erscheint, wie es in 1 gezeigt wird,
während
das Bein 20 auf der rechten Seite erscheint, wie es in 1 gezeigt
wird.
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Eine
dritte Reihe C ist identisch mit der Reihe A während die nächste Reihe D identisch ist
mit der Reihe B. Diese Reihen alternieren von einem Ende des Streifens
zu dem anderen in der oben beschriebenen Weise.
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Es
sollte festgehalten werden, dass die Anordnung der Gestalt ist,
dass das Bein 20 der Reihe A angeordnet ist in der Mitte
zwischen den Beinen 24, 26 der Reihe B; das Bein 22 der
Reihe A ist angeordnet in der Mitte zwischen den Beinen 22, 24 der
Reihe B; das Bein 24 der Reihe A ist angeordnet in der
Mitte zwischen den Beinen 22, 20 der Reihe B und
das Bein 26 der Reihe A ist angeordnet zu einer Seite des
Beins 20 der Reihe B, um eine Distanz, welche ungefähr gleich
ist der Hälfte
der Distanz zwischen allen zwei benachbarten Beinen in einer gegebenen
Reihe. Die resultierende Konfiguration ist diejenige, welche in 2 gezeigt wird.
Auf die gleiche Weise werden die Kronen 28, 30 abwechselnd
versetzt zwischen den benachbarten Reihen A, B, C, D etc., obwohl
sie verbunden sind über ungefähr die Hälfte ihrer
Länge mit
den benachbarten Kronen, wie es in 1 zu sehen
ist.
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2 zeigt
auch die wellenförmige
und versetzte Rippe, welche eingesetzt ist in eine so genannte abgeflachte
Röhre,
im Allgemeinen bezeichnet mit 38, von dem Typ, welcher üblicherweise
verwendet wird in Wärmetauschern.
Die Röhre 38 hat
entgegengesetzte flache Wände 40, 42,
welche verbunden sind durch abgerundete Wände 44, 46 an
ihren Enden. Üblicherweise
werden die Kronen 28, 30 verbunden mit dem Inneren der
Wände 40, 42,
wie beispielsweise durch Löten
oder Hartlöten.
Wie es im Stand der Technik bekannt ist, stellt die resultierende
Struktur eine Röhre 38 bereit.
Die Röhre 38 ist
hoch erwünscht
in manchen Typen von Wärmetauschern.
Weil die wellenförmige
und versetzte Rippe metallurgisch verbunden ist mit der Röhre 38, wird
Wärme von
einem Fluid, welches innerhalb der Röhre 38 fließt leicht übertragen
auf oder von den Seitenwänden 40, 42 über die
Beine 20, 22, 24, 26, welche
ein zusätzliches
Oberflächengebiet
bereitstellen innerhalb des Inneren der Röhre 38. Konsequenterweise
wird die Wärmeübertragung
verstärkt,
wenn die thermische Leitfähigkeit
der wellenförmigen
und versetzten Rippe größer ist
als diejenige des Wärmetauschfluids,
welches durch die Röhre 38 hindurch
läuft.
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Die
Beine 20, 22, 24, 26 und die
inneren Kanten der Krone 28, 30 brechen auch einen
Grenzschichtzustand bei der Fluidströmung auf in ihrer Umgebung
und/oder erzeugen Turbulenz. Wie es wohl bekannt ist verbessert
eine gesteigerte Turbulenz oder das Absenken der Grenzschichteffekte
in Wärmetauscherfluiden auch
die Wärmeübertragung;
und die wellenförmige
und versetzte Rippe ist auch in dieser Hinsicht funktional.
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Schließlich dienen,
wenn das Wärmetauschfluid
durch die Röhre 38 geleitet
wird, bei relativ hohen Drücken,
welche die Tendenz haben, die Röhre 38 auszudehnen
von ihrer abgeflachten Röhrenform
zu einer mehr runden Form, die Beine 20, 22, 24, 26 als
Verstärkungsstege,
welche dabei behilflich sind, die Seitenwände 40, 42 in
einer Konfiguration, wie sie in 2 illustriert
wird, zu halten.
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3 veranschaulicht
etwas schematisch eine Rollenformungsmaschine, welche verwendet
werden kann, um das Verfahren der vorliegenden Erfindung auszuführen. Die
Vorrichtung aus 3 wird beispielhaft illustriert
und die Fachleute werden zu würdigen
wissen, dass andere Typen von Formungsanordnungen verwendet werden
können,
falls gewünscht.
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Wie
in 3 illustriert, befestigt eine Spindel 50 eine
Rolle aus Rippen bildendem Streifenmaterial 50 zur Drehung
um die Spindel 50 in einer Richtung, welche durch einen
Pfeil 54 veranschaulicht wird. Die Reihe des Rippenmaterials 52 ist
von unbestimmter Länge,
was bedeutet, dass die Reihe jede gewünschte Länge aufweisen kann und ihre
Auswahl wird abhängen
von den Zielen der Herstellung. Das Rippenmaterial 52 verlässt die
Rolle als ein dünner,
im Wesentlichen ebener Streifen 56 und wird typischerweise
eine Dicke von wenigen Tausendstel Inch nach oben aufweisen, abhängig von
der Stärke
und den Wärmeübertragungs-Charakteristika,
welche gewünscht
werden von den Beinen 20, 22, 24, 26.
Der Streifen 56 wird zugeführt entlang eines Formungspfads,
welcher im Allgemeinen mit 58 bezeichnet wird, welcher
eine Serie von Rollenformungsanordnungen umfasst. In der beispielhaften
Ausführungsform
werden 6 solcher Anordnungen verwendet und im Allgemeinen nummeriert
mit 60, 62, 64, 66, 68 und 70.
In einer bevorzugten Ausführungsform,
wo eine vierbeinige wellenförmige
und versetzte Rippe, wie es in 1 gezeigt
wird, gebildet werden soll, gibt es 6 von den Anordnungen 60 bis 70.
Die Anzahl der Anordnungen wird jedoch erhöht aus Gründen, welche offensichtlich
werden hierin, da die Anzahl von Beinen in der Rippe, welche hergestellt
wird, erhöht
wird.
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In
der bevorzugen Ausführungsform,
welche wiederum eine vierbeinige Rippe ist, führt die Rollenanordnung 60 eine
Steppoperation auf dem Streifen 56 aus, wobei vier Reihen
von ausgerichteten Schlitzen gebildet werden in dem Streifen 56.
Die Reihen und Schlitze dürfen
nicht verwechselt werden mit den Reihen von Beinen und Kronen, welche
identifiziert sind als A, B, C und D in 1. Es erstrecken
sich die Reihen vielmehr longitudinal von dem Streifen 56,
und die Schlitze in jeder Reihe haben die gleiche Beabstandung longitudinal von
dem Streifen sowie die gleiche Beabstandung zwischen benachbarten
Schlitzen und benachbarten Reihen. Zusätzlich bildet die Rollenanordnung
Kronen in den Teilen des Streifens zwischen benachbarten Schlitzen
in jeder Reihe mit alternierenden Teilen in einer Reihe, welche
Kronen aufweist, welche sich erstrecken in eine Richtung und die
verbleibenden Teile haben Kronen, welche sich erstrecken in die
entgegen gesetzte Richtung. Das Ergebnis ist die Konfiguration,
welche in 4 illustriert wird, wobei die
Schlitze 80, 82, 84 und 86 von
einer Seite des Streifens 56 evident sind. Zur gleichen
Zeit bildet die Rollenanordnung 60 die Kronen 88, 90, 92, 94 und 96 in
jeder der Reihen von Beinen und Kronen A, B, C, D, etc. (1).
Diese Kronen 88, 90, 92, 94, 96 werden
letztendlich zu den Kronen 28, 30 oder dem Verbindungsteil 32,
oder die teilweisen Kronen 34, 36, wie es der
Fall sein kann in der fertig geformten Rippe. Die ursprüngliche
Ebene des Rippenmaterials 56 wird gezeigt mit P in 4.
Es wird beobachtet werden, dass sich zwischen den Kronen Streifenteile 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112 und 114 erstrecken,
welche schließlich
die Beine, 20, 22, 24, 26 definieren. Wie
in 4 illustriert sind diese Teile 100 bis 114 in
einem geringen spitzen Winkel zu der Ebene P angeordnet, was bedeutet,
dass sie in einem spitzen Winkel von weniger als 45° angeordnet
sind und vorzugsweise in dem Bereich 15 bis 45°, und sogar noch optimaler bei
30° zu der
Ebene P.
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Nach
dem Verlassen der Rollenanordnung 60 und dem Vorwärtsbewegen
entlang des Formungspfads 58 zu der Rollenanordnung 62 wird
das Rippenmaterial 56 in die Konfiguration, welche in 5 illustriert
wird, geformt. Die Rollenanordnung 62 arbeitet gegen die
Teile 104, 106, 108, 110, welche
sich erstrecken zwischen den Kronen 90, 92, 94,
um sie zu einem hauptsächlich
spitzen Winkel zu bearbeiten, was bedeutet, einen spitzen Winkel
zu der Ebene P, welcher größer ist als
45° und
kleiner als 90°,
und am meisten bevorzugt in dem Bereich von 46 bis 75° und sogar
noch bevorzugter einen spitzen Winkel von ungefähr 57 bis 60°.
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Es
sollte festgehalten werden, dass diese Formung stattfindet in dem
Gebiet, der zwei innersten oder zentralen Reihen von Schlitzen 82, 84,
welche den Streifen 56 unberührt lassen in der Umgebung
der äußersten
Reihen von Schlitzen 80, 86. Diese Operation kann
bezeichnet werden als Vorformoperation, wobei die Teile 104, 106, 108, 110 vorgeformt
werden zu ihrer endgültigen
Form, aber noch vollständig
zu diesem Zustand gebogen sind.
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Nach
dem Verlassen der Rollenanordnung 62 wird der Streifen,
welcher nun in der Konfiguration, welche in 5 illustriert
ist, geleitet durch die Rollenanordnung 64, wo er in der
Konfiguration, welche in 6 illustriert wird, austritt.
In der Rollenanordnung 64 werden die Streifenteile 100, 102, 112 und 114,
welche die Schlitze 80, 86 umfassen und ihre entsprechenden
Reihen gebogen zu einem hauptsächlich
spitzen Winkel wie vorstehend definiert. Zu diesem Zeitpunkt sind
die Streifenteile 104, 106, 108, 110 unberührt und
nicht verändert
von der Konfiguration, in der sie aus der Rollenanordnung 62 hervorgehen.
Der Rippenstreifen 56 bewegt sich anschließend zu
der Rollenanordnung 66 in der Konfiguration, welche in 6 illustriert
wird und treten aus der Rollenanordnung 66 in der Konfiguration,
welche in 7 illustriert wird. In der Rollenanordnung 66 werden
die Rippenteile 104, 106, 108, 110 endgültig geformt
zu einer Position, welche im Allgemeinen quer ist zu der Ebene P.
In der Rollenanordnung 66 werden die Rippenteile 100, 102, 112 und 114 nicht
verändert, aber
werden belassen in der gleichen Form wie in 6 veranschaulicht.
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Nachdem
sie aus der Rollenanordnung 66 ausgetreten sind, treten
die Rippenstreifen in die Rollenanordnung 68 ein, wo die
Rippenteile 100, 102, 112 und 114 nun
gebogen werden, um quer zu der Ebene P zu verlaufen. Zu diesem Zeitpunkt
werden die Rippenteile 104, 106, 108 und 110 nicht
weiter bearbeitet. Als ein Ergeb nis ergibt sich eine Konfiguration,
welche angenähert
ist an die Endkonfiguration, welche in 1 illustriert
wird.
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Nachdem
er aus der Rollenanordnung 68 hervorgetreten ist, wird
der Rippenstreifen in der Konfiguration, welche in 8 illustriert
wird, bewegt zu einer Rollenanordnung 70, wo derselbe angepasst
wird in einer zu zeigenden Weise. Die Maßprägeoperation ergibt im Wesentlichen
eine Konfiguration wie in 8 veranschaulicht
wird, stellt aber sicher, dass alle sich horizontal erstreckenden
Elemente, welche ursprünglich
definiert wurden durch die Kronen 88, 90, 92, 94, 96 in
geeigneten parallelen Ebenen sind, um einen guten Kontakt sicherzustellen,
wenn die Rippe eingesetzt wird in eine Röhre, wie beispielsweise eine
Röhre 38,
um Löten und/oder
metallurgisches Verbinden ohne Mängel
zu ermöglichen.
In manchen Fällen,
in denen eine gute Einhaltung der Toleranz nicht erforderlich ist,
kann die Rollenanordnung 70 weggelassen werden.
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Nach
der Maßprägeoperation,
welche auftritt in der Rollenanordnung 70 wird der Streifen
fortbewegt zu der Schneideanordnung, welche generell mit 120 bezeichnet
wird, wo der Streifen in gewünschte
Längen geschnitten
werden kann für
das nachfolgende Einsetzen in eine Röhre 38.
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Bestimmte
Merkmale des Verfahrens wie oben beschrieben sollten festgehalten
werden. Zuerst, das Formen der Streifenteile 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114 erfolgt
so, dass keine Rollenanordnung 60, 62, 64, 66 oder 68 betrieben
wird, um mehr als 2 der Streifenteile in einen beliebigen aus der
Reihe von Beinen A, B, C, D (1) zu biegen.
Es sollte auch beobachtet werden, dass der Biegevorgang von solchen
Teilen begonnen wird an den zwei zentralen oder inneren Teilen in
dem Streifen und sich dann nach außen bewegt, davon nach außen bewegt
zu den nächsten
zwei innersten Teilen, eines auf jeder Seite der Mitte, und diesen Fortgang
weiterführt,
wobei er auf nicht mehr als zwei Teilen in jeder der Reihen A, B,
C, D zu einem gegebenen Zeitpunkt einwirkt. Dadurch wird das Dünnerwerden
vermieden, sowie das Design der Rollenanordnung vereinfacht. Es
sollte auch festgehalten werden, dass die gleiche allgemeine Sorte
von Vorrichtungen verwendet werden kann beim Herstellen von wellenförmigen und
versetzten Streifen, welche mehr als 4 Beine aufweisen. Es ist lediglich
notwendig, zwei Rollenanordnungen für jede zusätzlichen zwei Beine zu der
Vorrichtung hinzuzufügen
und in der richtigen Sequenz wie unmittelbar vorher beschrieben.
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Allgemein
ausgedrückt
werden Bearbeitungsvorgänge,
welche wie oben beschrieben in den Rollenanordnungen 62 und 64 auftreten,
ausgeführt
vor der endgültigen
Formung, welche auftritt bei den Rollenanordnungen 66 und 68.
In vielen Fällen
kann es jedoch wünschenswert
sein, die Teile vorzuformen bei Reihen von Schlitzen und anschließend die
Teile endgültig
zu formen bei diesen gleichen zwei Reihen von Schlitzen bevor damit
weitergemacht wird, die Teile bei einem anderen Paar von Schlitzreihen
vorzuformen. Es kann speziell wünschenswert
sein, das zentrale oder die innersten Streifenteile 104, 106, 108, 110 in
die Konfiguration zu formen, von den Teilen, welche in 7 illustriert
sind, bevor irgendwelche Vorformungsvorgänge auf den Teilen 100, 102, 112, 114 ausgeführt werden.
Auf diese Weise wird früh
in dem Formungsprozess ein unversperrter zentraler Kanal oder Raum 122 (7)
geformt und derselbe kann verwendet werden im Zusammenhang mit einer
flachen Scheibe oder ähnlichem
in der Mitte der Rollenanordnung, um zu dienen als eine Führung für den Streifen
durch aufeinander folgende Rollenanordnungen, wodurch die Herstellungstoleranzen verbessert
werden.
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Bezugnehmend
nun auf die 9 bis 15 wird
die Konstruktion der Rollenanordnung 60 beschrieben werden.
Die Rollenanordnung 60 umfasst eine obere Rolle, welche
generell bezeichnet wird mit 124 und eine untere Rolle,
welche im Allgemeinen bezeichnet wird mit 126. Jede von
den Rollen 124 und 126 besteht aus einer Mehrzahl
von Scheiben 128, welche gegeneinander gestapelt sind und
eingepfercht sind zwischen den Endscheiben 130. Die Rollen 124 und 126 sind
drehbar um eine entsprechende parallele Achse (nicht gezeigt) und
sind innen befestigt, um ein erstes Teil des Formungspfads 58 zu
definieren. Wie man in 9 sehen kann wurden den verschiedenen
Scheiben Bezugszeichen in Kreisen gegeben. Die Scheiben, welche
bezeichnet werden als „1", „2", „3" und „4" sind Profilscheiben,
was bedeutet, dass sie gezahnte periphere Oberflächen aufweisen, während der
Rest der Scheiben im Allgemeinen zylindrisch ist und Abmessungen
aufweist, welche angegeben sind in den Tabellen 1 und 2, welche
nachstehend beschrieben werden. Die Scheiben „1", „2" sind identisch miteinander
wie es die Scheiben „3" und „4" sind, außer dass
sie gestapelt sind auf der Drehachse mittels einer Winkeldistanz,
welche gleich ist der Distanz zwischen den Mittellinien der zwei
benachbarten Zähne.
Wie aus 9 zu entnehmen ist, liegt die
Scheibe „1" der Scheibe „2" in vier Positionen
entlang der Achse gegenüber.
Die 10 bis 12 zeigen
die Konstruktion von den Scheiben „1" und „2" sowie bestimmte Dimensionen davon.
Die Scheiben „1" und „2" umfassen periphere
radial nach außen
erstreckende Zähne 132, 134,
welche sich abwechseln miteinander und getrennt sind durch die Lücken 136,
welche die illustrierten Dimensionen aufweisen. Wie man aus den 11 und 12 sehen
kann ist die radiale äußere Oberfläche der
Zähne 132 versehen
mit einer teilweisen Abschrägung 138,
welche sich erstreckt von einem Punkt 140 in der Mitte
zwischen den zwei Seiten der Scheibe und welche einen Winkel von
30° aufweist.
Die Scheiben 134 haben eine 30°-Abschrägung 142, welche sich
erstreckt von einer Seite der Scheibe zu der anderen und dieselben
sind positioniert in ihren entsprechenden Rollen 124, 126,
so dass die Zähne 132 auf
den Rollen 124 sich erstrecken zwischen den Zähnen 134 auf
der Rolle 126 und umgekehrt.
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Die 13 bis 15 zeigen
das Profil der Scheiben „3" und „4". Es wird verstanden
werden, dass die Scheibe „3" anstoßen soll
gegen die entsprechende Scheibe „1", während
die Scheibe „4" anstoßen soll gegen
die korrespondierende Scheibe „2". Die Scheiben „3" und „4" umfassen eine Serie
von Zähnen 150,
welche beabstandet sind durch Schlitze 152, welche ein
signifikant größeres Winkelausmaß haben
als die Schlitze 136 in den Scheiben „1" und „2". Speziell die Schlitze 152 weisen
Dimensionen auf, welche dargestellt sind in 13. Die
Schlitze 152 haben eine Bodenoberfläche 154, welche Teil
eines Zylinders ist, welche den Durchmesser aufweist, welcher in 13 dargestellt
ist. Die Zähne 150 haben
eine um 30° abgeschrägte äußere Oberfläche 156.
In der Praxis wird die Scheibe „3" anstoßen gegen eine Scheibe „1" und eine Scheibe „4" wird anstoßen an die
Scheibe „2", so dass die Abschrägung 156 eine
Fortführung
der Abschrägung 138 auf
den Zähnen 132 bildet.
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Bei
einer Betrachtung der vorstehenden Beschreibung wird man erkennen,
dass die Abschrägung 142 für einen
gegebenen Zahn auf der oberen Rolle 124 in Eingriff gelangen
wird mit der Abschrägung,
welche geformt wird durch die Abschrägung 138, 156 auf
der unteren Rolle 126 und umgekehrt, um die Zick-Zack-Form zwischen den
Teilen 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114 zu
bilden, wie es in 4 gezeigt wird.
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Bezugnehmend
nun auf die 16 bis 22 wird
die Rollenanordnung 62 beschrieben. Bezugnehmend speziell
auf 16 umfasst dieselbe eine obere Rolle 160 und
eine untere Rolle 162, welche den Formungspfad 58 definieren
in der Umgebung der Rollenanordnung 62. Wiederum ist jede
Rolle 160, 162 hergestellt aus einem Stapel von
Scheiben 128, welche gestapelt sind zwischen den Endscheiben 130 und
drehbar sind um eine parallele Achse. Die Scheiben „1" und „2" sind identisch miteinander
außer
für die
gleiche Art von Versatz, welcher vorstehend erwähnt wurde genauso wie die Scheiben „3" und „4". Die verbleibenden
Scheiben sind alle zylindrisch und weisen die Konstruktion auf,
welche illustriert wird in den folgenden Tabellen.
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Die 17 illustriert
die Konstruktion der Scheiben „1" und „2", und wie zu sehen
ist, umfasst dieselbe sich radial erstreckende periphere Zähne, welche
lange Zähne 164 umfassen
und kurze Zähne 166,
getrennt durch eine Lücke 168.
Die kurzen Zähne 166 werden
dargestellt in 18 und weisen ein zylindrisches Äußeres 170 auf
mit einem kleinen Radius 172 auf einer Seite davon. Die
langen Zähne 166 haben
eine abgeschrägte äußere Oberfläche 174,
welche sich erstreckt von einer Seite des Zahns zu der anderen.
Die Abschrägung
ist in der Größenord nung
von 60° und
wird gezeigt in 19 mit 57°. Es sollte beobachtet werden, dass
die Scheibe, welche in den 17 bis 19 illustriert
wird, nicht nur als Scheibe „1" und „2" dient in der Rollenanordnung 62,
sondern auch dient als die gleichen nummerierten Scheiben in der
Rollenanordnung 64 und werden nicht weiter beschrieben
werden im Zusammenhang damit.
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Die
Scheiben „3" und „4" in sowohl der Rollenanordnung 62 als
auch der Rollenanordnung 64 haben ein Profil, welches eine
radiale Auswärtserstreckung
der Zähne 180 aufweist,
welche getrennt sind durch große
Lücken 182.
Die Bodenoberflächen 184 von
jeder Lücke
ist zylindrisch wie in 21 dargestellt, während jeder
der Zähne 180 eine
abgeschrägte äußere Oberfläche 186 aufweist,
welche abgeschrägt
ist um einen Winkel in der Größenordnung
von 60° und
mit 57° in 22 gezeigt
wird.
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Die
Scheiben, welche gezeigt werden in den 17 und 20 sind
so angeordnet, dass eine Nr. 1 Scheibe ihre langen Zähne 164 erstreckt
in die Lücke 182 einer
Scheibe Nr. 4, während
eine Scheibe Nr. 2 ihre langen Zähne 164 erstreckt
in die Schlitze 182 einer Scheibe Nr. 3. Diese Anordnung
stellt die Konfiguration der Teile 104, 106, 108, 110,
wie sie in 5 illustriert wird, bereit.
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Die
Rollenanordnung 64 (3) wird
gezeigt in 23 und umfasst eine obere Rolle,
welche im Allgemeinen bezeichnet wird mit 190 und eine
untere Rolle, welche generell bezeichnet mit 192, welche
den Formungspfad 58 in der Umgebung der Rollenanordnung 64 definiert.
Die Scheiben, welche gezeigt werden bei „1", „2", „3" und „4" in der Rollenanordnung 62 sind
diejenigen, welche gezeigt werden in den 17 bis 22 und
vorstehend beschrieben wurden. Alle anderen nummerierten Scheiben
sind im Allgemeinen zylindrisch und weisen Dimensionen auf, welche
in den folgenden Tabellen gezeigt werden. Die Rollenanordnung 62 dient
dazu, Streifenteile 100, 102, 112, 114 zu
der Konfiguration, welche in 6 illustriert
wird, zu bilden.
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24 illustriert
die Rollenanordnung 66, welche, wie mit den vorigen Rollenanordnungen
beschrieben, einen Stapel von Scheiben umfasst. Von den in 24 gezeigten
Scheiben weisen nur die Nr. 1 und die Nr. 2 ein Profil auf, der
Rest ist im Wesentlichen zylindrisch mit den Abmessungen, welche
in der folgenden Tabelle gezeigt werden. In manchen Fällen, wie
z. B. mit der Scheibe Nr. 5, können
die Ecken einen kleinen Radius haben, wie gezeigt.
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Bezugnehmend
nun auf die 25 bis 27 sind
wiederum die Nr. 1 und Nr. 2 Scheiben identisch und positioniert
in dem Stapel in der Zick-Zack-Beziehung, welche früher erwähnt würde. Die
Peripherie dieser Scheiben umfasst sich radial auswärts erstreckende
Zähne 194,
welche getrennt werden durch die Schlitze 196. Die 26 illustriert
den Querschnitt eines typischen Zahns 194, welcher eine
zylindrische äußere Oberfläche 198 mit
einem kleinen Radius 200 an einer Seite davon aufweist.
Die Böden 202 der
Schlitze 196 sind zylindrisch wie in 27 gezeigt.
Die Zähne 194 auf
der Scheibe Nr. 1 treten ein in die Schlitze 196 auf der Scheibe
Nr. 2 und umgekehrt. Die Rollenanordnung, welche in den 24 bis 27 gezeigt
wird, bearbeitet den Streifen, um die Konfiguration, welche in 7 gezeigt
wird, zu produzieren, was bedeutet, sie bearbeiten die Streifenteile 104, 106, 108, 110,
wie in 7 illustriert. Und, wie es der Fall ist, bei den
vorher beschriebenen Rollenanordnungen, umfasst die Rollenanordnung 66 eine
obere Rolle, welche im Allgemeinen mit 200 bezeichnet wird
und eine untere Rolle, welche im Allgemeinen mit 202 bezeichnet
wird.
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28 illustriert
die Rollenanordnung 68, welche ein Teil ist des Formungspfads 58 in
ihrer Umgebung. Wiederum formen obere und untere Rollen, im Allgemeinen
jeweils bezeichnet mit 204 und 206 die Rollenanordnung 68.
Die Rollenanordnung 68 verwendet als Scheiben „1" und „2" profilierte Scheiben,
welche die Konfiguration aufweisen, welche oben beschrieben wurde
im Zusammenhang mit der Beschreibung der Rollenanordnung 66.
Der Rest der Scheiben ist zylindrisch und weist die Dimensionen
auf, welche illustriert sind in den Tabellen 1 und 2. Die Scheiben „1" und „2" bearbeiten die Streifenteile 100, 102, 112, 114,
um sie zu platzieren in der Konfiguration, welche in 8 illustriert
wird. Die Scheibe Nr. 5, welche im Wesentlichen eine zylindrische
Scheibe ist, bei der beide Kanten gerundet sind, tritt ein in, aber
formt nicht den Kanal 122 (7) zwischen
den Streifenteilen 106, 108 zu Führungszwecken
und um zu verhindern, dass der Kanal 122 deformiert wird.
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Die
Rollenanordnung 70, welche eine Maßprägungsrollenanordnung ist, wird
illustriert in 29 und umfasst eine obere Rolle 210 und
eine untere Rolle 212, welche vorzugsweise von solider
Konfiguration sind. Die obere Rolle 210 weist eine im Wesentlichen
zylindrische äußere Oberfläche 214 auf,
welche zwei beabstandete, ringförmige,
radiale sich auswärts
erstreckende Vorsprünge 216 aufweist,
deren radiale äußere Oberflächen 220 im
Wesentlichen zylindrisch sind, aber mit abgerundeten Ecken versehen
sind. Die untere Rolle 212 umfasst auch eine generell zylindrische äußere Oberfläche 222,
welche versehen ist mit zwei sich einwärts erstreckenden, peripheren
Nuten, welche Bodenoberflächen 222 aufweisen,
welche getrennt sind durch eine sich radial auswärts erstreckende ringförmige Rippe 224.
Der äußere Durchmesser
der Rippe 224 ist der gleiche, wie der der zylindrischen
Oberfläche 220.
Im Betrieb tritt die Rippe 216 ein in die Räume zwischen
den Streifenteilen 102 und 104 und 110 und 112,
während
der Vorsprung 224 eintritt in die Lücke 122 zwischen den
Streifenteilen 106 und 108. Zusätzlich greifen
die axialen äußeren Seitenwände der
Nuten 222 in die Streifen 100 und 114 ein.
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Während das
tatsächliche
Formen bewerkstelligt wird durch die Rollen 60 bis 80,
inklusive, ist die Maßprägerollenanordnung 70,
welche in 29 illustriert wird, dazu vorgesehen,
sicher zu stellen, dass die letztendlich geformte Rippe innerhalb
der gewünschten
Toleranz ist, d. h. sie ist dazu vorgesehen, jegliche Imperfektionen
zu eliminieren, welche resultieren könnten aus dem Formungsprozess
als ein Ergebnis der Summierung von Toleranzen oder kleineren Fehlausrichtungen
der verschiedenen Scheiben, welche verwendet werden in den Rollenanordnung 62 bis 68,
inklusive. Wo dies kein Thema ist kann die Rollenordnung 70 weggelassen
werden.
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Die
folgenden Tabellen 1 und 2 ergänzen
die Abmessungen, welche in den 9 bis 29 inklusive illustriert
wurden.
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Es
ist überflüssig zu
wiederholen, dass während
die Zeichnungen und die vorgehende Beschreibung eine vierbeinige
wellenförmige
und versetzte Rippe behandeln, Rippen mit einer größeren Anzahl
von Beinen auch bereitgestellt werden können, die einfach durch Hinzufügen von
zusätzlichen
Rollenanordnungen mit profilierten Scheiben darin einzufügen in der
gleichen allgemeinen Sequenz, wie sie in den Zeichnungen beschrieben
und illustriert wurde, wobei man natürlich darauf achten muss, dass
nicht mehr als zwei Beine geformt werden sollen in jeder gegebenen
Rollenanordnung.
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Man
hat festgestellt, dass die Verwendung der Erfindung in der Formung
von wellenförmigen
und versetzten Rippen resultiert bei einer Produktionsrate von zumindest
einer Größenordnung
mehr, als jene welche erhältlich
ist auf herkömmlichen
Steppmaschinen. Konsequenterweise werden die Produktionszeiten erheblich verbessert
durch die Verwendung der Erfindung. Des Weiteren gibt es keine Begrenzungen
der Rippenlänge, wie
es der Fall ist bei der Verwendung von Steppmaschinen. Die wahre
Natur des Betriebs ist solchermaßen, dass die Rippen von mittlerer
Länge hergestellt
werden können
und dann geschnitten werden zu der gewünschten Länge, welche im Falle der Verwendung
von langen abgeflachten Röhren
erheblich größer sein kann
als die Länge
von Rippen, welche durch Steppmaschinen erhalten werden. Dies vereinfacht
das Einsetzen der Rippen in eine Röhre und eliminiert die Wahrscheinlichkeit,
dass es Lücken
geben kann zwischen Rippen, wenn zwei oder mehr steppgeformte Rippen
eingesetzt werden in eine gegebene Röhre, um Rippen entlang ihrer
gesamten Länge
bereitzustellen. Dies stellt wiederum sicher die Integrität der Röhre gegenüber inneren
Drücken
durch Eliminieren des Potentials für Lücken zwischen mehreren inneren
Rippen.
