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Verfahren zur Herstellung von mittels Profilwalzen über einem Dorn
gewalzten Rippenrohren BeiDampferzeugern, Rauchgasvorwärmern u. dgl. vollzieht sich
bekanntlich der Wärmeübergang von den Feuer- oder Heizgasen zum Metall weitaus langsamer
als vom 'Metall zum Wasser oder Dampf. Um diesem Umstande Rechnung zu tragen, hat
man die Bußeisernen Rohre von Vorwärmern, welche nicht unter Dampfdruck stehen,
mit angegossenen Ringrippen versehen. Es wurde ferner vorgeschlagen, die Wä rine
aufnehmende Fläche auch bei 'unter Druck stehenden Kessel- oder Vorw-irmerrohren
aus Flußeisen durch nach dein Walzverfahren hergestellte Ringrippen zti vergrößern.
Aus einer Reibe von Gründen konnten aber diese Vorschläge bisher keine praktische
Anwendung finden, trotzdem dadurch bei mindestens gleichem Wirkungsgrad eine weitgehende
Material-und Raumersparnis erzielbar wäre. Eine unerläßliche Voraussetzung für die
technische Brauchbarkeit von Rippenrohren als Wasserrohre besteht darin, daß ihre
Innenfläche, praktisch genommen, vollkommen glatt ist, da auch eine seichte Innenrillung
das Absetzen von Kesselstein zur Folge hätte und das Reinigen der Rohre verhindern
würde. Die durch das Walzen bewirkten Materialverschiebungen pflanzen sich jedoch
durch die ganze Wandstärke der Rohre hindurch fort und haben 'an dessen Innenfläche
an den in der Zone der Außenrippen verlaufenden Stellen eine Rillenbildung zur Folge.
Diese kann auch durch einen in das zu behandelnde Rohr eingeschobenen Dorn nicht
hintangehalten werden, weil zwischen diesem und der Innenwand des Rohres ein Spielraum
von mindestens mehreren Zehnteln \lilliiiieterii verbleiben muß, Jedoch auch
Innenrillen
von so geringer Tiefe vermieden werden müssen. Das Entstehen von Innenrillen könnte
nur dadurch hintangehalten werden, daß an dem für ciie Bildung der Außenrippen
erforderlichen Materiälfluß nur eine dünne Außenschicht der Rohrwandung teilnimmt.
Hierbei könnten entweder Rohre von wesentlich größerer Wandstärke verwendet werden,
als unter sonst gleichen LTmständen aus Festigkeitsgründen notwendig wäre, oder
es könnte bei Rohren von das notwendige Maß nicht überschreitender Wandstärke ein
sehr zartes Rippen- und Rillenprofil (also Rippen von geringer Höhe und Rillen von
geriilgerBreite) gewählt werden. Beide W ege sind aber praktisch ungangbar. Eine
Voraussetzung für die Erzielung der Materialersparnis durch \-erwendung schmiedeeiserner
Rippenrohre bei Dampferzeugern, Überhitzern u. dgl. besteht nämlich darin, daß die
durchschnittliche Wandstärke solcher Rippenrohre nicht oder nicht wesentlich größer
ist als die unter sonst gleichen Umständen aus Festigkeits- und Sicherheitsgründen
notwendige Wandstärke von glatten Rohren. Andererseits müssen die Rippen im Verhältnis
zur normalen Wandstärke verhältnismäßig hoch sein, damit eine sich lohnende Vergrößerung
der Außenfläche erzielt werde: ferner müssen die zwischen dein Rippen liegenden
Rillen verhältnismäßig breit sein und im Profil sich möglichst der [)-Form nähern'
um ein gutes Bespülen durch *die Heizorgane zu erzielen, tote Ecken zu vermeiden
sowie das Ausfüllen der Rillen durch Ruß- und Ascheteilchen hintanzuhalten.
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_erfahren Den Gegenstand zur Herstellung der Erfindung von über bildet
einen ein Dorn gewalzten Rippenrohren, durch das auf einfachste Weise und unter
Erfüllung aller aufgezählter Bedingungen bei gewalzten Rippenrohren die Erzielung
einer glatten Innenfläche gesichert und die Berücksichtigung sämtlicher, auch der
zufälligen und im vorhinein nicht berechenbaren Umstände ermöglicht wird, von denen
das Entstehen von Innenrillen abhängt. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde,
daß die Bildung von Innenrillen dadurch mit Sicherheit hintangehalten werden kann,
daß zu der durch eine reine Abwälzbewegung der Profilwalzen hervorgerufenen Materialverschiebung
eine zusätzliche 'Materialverschiebung hinzukommt, welche gegen die an der Innenfläche
des Rohres in L`i)ereinstininituig finit den Außenrippen verlaufende Zone der zu
vermeidenden Innenrillen hin gerichtet ist. Diese zusätzliche Materialverschiebung
wird der Erfindung gemäß dadurch herbeigeführt, daß die Achsen der Profilwalzen
in bezug auf die Bewegungsriclitung der einzelnen Achsenpunkte auf einen von cgo
° abweichenden Winkel eingestellt werden, wobei das Ausmaß dieser Abweichung des
Einstellwinkels von 9o ° von den die innere Rillenbildung beeinflussenden Umständen
abhängt und höchstens einige Bogengrade beträgt.
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Die Fig. r bis 5 der Zeichnung dienen zur Veranschaulichung der der
Erfindung zugrunde liegenden technischen Aufgabe: die Fig. 6 bis g veranschaulichen
Glas Prinzip des neuen Verfahrens; die Fig. ro zeigt eine zur Ausführung des Verfahrens
besonders geeignete Ausbildung der Profilwalzen.
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Die Wandstärke der üblichen Wasserrohre von Dampferzeugern und unter
Druck stehenden Vorwärmern sowie der Überhitzerrohre beträgt je nach den Spannungen
und Rohrdurchmessern 5 bis höchstens io min.
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Die Fig. r zeigt in natürlicher Größe als Beispiel ein Rohr A von
etwa 6 mm Wandstärke, das durch ein Walzverfahren mit umlaufenden Außenrippen in
zu versehen ist. Entsprechend der ,bekannten Tatsache, daß die Beanspruchung in
der Rundnaht halb so groß ist wie in der Längsnaht, kann die ursprüngliche Wandstärke
a in der Zone der Rillen sa, also zwischen den Rippen in, auf die Hälfte herabgesetzt
werden, während die Festigkeit in der Längsnaht infolge der eine Panzerung bildenden
Rippen nz annähernd die gleiche bleibt wie beim glatten Rohr. Die Flanken der Rippen
an müssen eckenfrei in den Boden der Rillen n übergehen, der vorzugsweise gleichfalls
eine leichte Wölbung aufweist, so daß (las Profil der Rillen ia ungefähr die Form
eines U hat. Zur Herstellung der Rippen und Rillen dienen in an sich bekannter Weise
mehrere, beispielsweise vier, über den Umfang des Rohres A verteilte Profilwalzen
B (Fig. 2), die in einem (nicht dargestellten) sehr kräftigen Rahmen gelagert sind,
welcher eine Drehbewegung um die Achse O des Rohres A erhält. Das Walzen erfolgt
in an sich gleichfalls bekannter Weise über einen Dorn C (Fig. z und 2), der finit
einem geringen Spiel d in das Rohr A eingeschoben ist.
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Bei Herstellung von geschlossenen, ringförmigen Rippen sind die Achsen
b der Profilwalzen B zur Rohrachse O parallel, und die vier Walzen Bi,
B°, B3, B4 laufen, wie die Fig. 3 in Abwicklung der Zylinderfläche und schematischer
Darstellung zeigt, in ein und derselben zur Rohrachse O senkrechten Ebene. Bei der
Herstellung von Rohren mit nach einer Schraubenlinie verlaufenden Rippen in, für
welche die Erfindung in erster Linie bestimmt ist, sind die Achsen b der Profilwalzen
Bi, B=, B3, B4 entsprechend der Steigung der durch die strichlierte Linie
I-1 (Fig..I) angedeuteten Schraubenlinie gegen die Rohrachse 0 geneigt, und die
Profilwalzen
sind in der Längenrichtung des Rohres f1 negeileinarder
versetzt, und zwar hei Verwendung von vier Profilwalzen utn je ein Viertel der dein
Abstande der Rippen vi gleichen Ganghöhe t (Fig. i und 4.). In beiden Fällen (Fin.
3 und .4) werden somit die Punkte der Walzenachsen b in Bahnen geführt, welche finit
(leg Achsen b selbst einen rechten \\'itikel einschließen, und es ergibt sich, wie
dies ini Walzverfahren üblich ist, eine sog. reine Abwä lzbewegung.
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Die bei einer solchen reinen Abwälzbewegttng in der Wandung der Rohre
A eintretenden 'Materialverschiebungen sind in grÖßerein Maßstabe in der Fig. 5
veranschaulicht. In der Zone der Rillen )i, d. h. ungefähr über die Breite c (Fin.
5), wird das Material gegen die.Rohrachse 0 hin verdrängt und stark an den Dorn
C angepreßt.' Zwischen diesen Zonen, nämlich an den längs der Rippen nr verlaufenden
Stellen, weicht das Material unter dein Walzendrucke radial nach außen hin aus und
bildet die Rippen in. An diesen Stellen findet ein Materialfluß gegen die Rohrachse
0 hin nicht oder nur in geringem Maße statt. Infolgedessen entstehen an der Innenfläche
des Rohres A längs öder in der Zone der Außenrippen m unilaufende Vertiefuli-en
oder Rillen, die in der Fig. 5 mit i bezeichnet sind. Bei den üblichen Wandstärken
a der «'asserrohre von _# bis S mni und bei einem Spielraum d zwischen Dorn C und
Rolir<-1 von etwa 0,5 inin (darunter kann man aus praktischen Gründen
kaum gehen) be-tragt die Tiefe dieser Innenrillen i höchstens o,5 nim, sie
ist aber in der Regel noch etwas kleiner. Das aber genügt, um ein derartiges Rippenrohr
als Wasserrohr für Wärmeaustauschapparate unbrauchbar zu machen, da ein solches
eine glatte Innenfläche besitzen irfüß.
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Daß trotz der in der Zone der Rillen n stattfindenden Anpressuilg
des Materials an den Dorn C (las Rohr A auf dem Dorn nicht festgewalzt wird. ist
bekanntlich auf .die elastische Deformation de: kreisförmigen Rohrquerschnittes
durch die über seinen Umfang verteilten Profilwalzen B zurückzuführen. Nach dein
Durchgang. des Rohres A zwischen (leg Profilwalzen B reicht die Elastizität des
.Materials hin, die Deformation rückgängig zu machen, wobei sich die während der
WaIzwirkung an den Dorn C angepreßten Stellen wieder von diesem lösen und das Weiterwandern
des Rohres A über den Dorn C erinögliclit wird.
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1's wurde nun gefunden, <Maß (las Entstehen der Innenrillen i mit
voller Sicherheit dadurch hintangehalten werden kann, daß die Achsen b der Profilwalzen
B zu der (tangentialen) Bewenungsriclitutig der einzelnen Achsenpulilcte nicht im
rechten @N inkel (Fig. 3 und 4), sondern auf einen von 9o@' ein wenig abweichenden
Winkel eingestellt werden. In den Fig.6 und ; vier Zeichnung ist der von ()o° abweichende
hinstellwinl:el niit-t- bezeichnet und übertrieben groß dargestellt. in @@'irl;lichkeit
beträgt die Abweichung von ()o ° höchstens einige Bogengrade; sie ist beispielsweise
niemals so groß wie bei nach Schraubenlinien verlaufenden Dippen »c die Steigung
t (Fig. a) der Schraubenlinie, sondern wesentlich kleiner. Die Profilwalzeil Bi,
B=, B' arid B4 sind in dem uni die Rohrachse 0 umlaufenden Rahmen oder Gehäuse mittels
(nicht dargestellter) gabelartiger Tragorgane gelagert, welche eine kleine Winkelverstellung
um die in den Fig. 6 und ; mit o1, o=, ol, o4 bezeichneten Achsen gestatten, so
daß die Profilwalzeli sowohl im rechten Winkel zu der (tangentialen) Bewegungsrichtung
(Fig. 3 und 4) als auch innerhalb gewisser Gren7en auf einen von 9o @ ab-,veichenden
Winkel -i' (Fig. 6 und ;) eingestellt werden können.
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Bei der Durchführung des Verfahrens werden die Profilwalzen B1. B=,
B3, B' zunächst zur Herbeiführung einer reinen Abwälzbewegung auf einen rechten
Winkel (Fig.-3 und 4) eingestellt, gegen die Rohrachse 0 gepreßt, so daß ihr Umfang
in das Fleisch des Rohres bis zur gewünschten Tiefe eintritt, und alsdann die Maschine
in Gang gesetzt. Hierauf wird entweder während des Ganges oder bei zeitweise abgestellter
Maschine der Einstellwinkel von go ° allmählich auf einen solchen Wert x (Fig. V
oder ;) vergrößert, bei welchem sich zeit. daß die Innenrillen i (Fig.5) nicht mehr
entstehen und das Rippenrohr eine glatte Innenfläche aufweist. Mit dieser Einstellung
der Profilwalzen B1, B=',
B3, B-1 wird dank die Arbeit fortgesetzt, und sie
kann so lange beibehalten «erden, als Rippenrohre von gleicher Beschaffenheit hergestellt
werden sollen.
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Handelt es sich uni die Herstellung von Rippenrohren niit ringförmigen
Rippen, so erhalten dieProfilwalzen B1, B=, B3, BI selbstverständlich keine gegenseitige
Versetzunin der Achsenrichtung (fies Rohres A (Fig. 3 und 6), sondern bloß die zusätzliche
Einstellung auf den Achsenwinkel _r (Fig. 6). Bei der Herstellung von Rohren mit
schraubenförmig verlaufenden 'Zippen behalten die Profilwalzen B1, B'= B',
B' die der Steigung der Schraubenlinie entsprechende gegenseitige axiale Verstellung
tini je ein Viertel der Ganghöhe t oder des Rippenabstandes (Fig. .l und
7); sie erhalten jedoch die zusätzliche Einstellung auf den Achsenwinkel
a- (Fig. 7).
In beiden Fällen (Fig. 6 und ; ) schließen soinit die Flächen,
in denen die eitizelnenPunkte der Profilwalzen uni die Rohrachse 0 unilaufen,
mit
den Ebenen, in denen sie sich um dleWalzenachsen b drehen, einen sehr ,flitzen Winkel
von höchstens einigen Bogengraden ein. Es findet daher nicht mehr eine sog. reine
Abwälzbewegung der Profilwalzen B', B=, B3, B-' statt, bei welcher die Walzen
symmetrisch nach beiden Seiten hin wirken, sondern es kommt zu der reinen Abwälzbewegung
eine Art von Gleitbewegung hinzu, in deren Folge jede Profilwalze mehr nach einer
Seite hin wirkt. Die durch die zusätzliche Einstellung auf den Winkel x (Fig.6 und
;) und die erwähnte Gleitwirkung herbeigeführte 'Materialverschiebung erfolgt ungefähr
in der Richtung des Pfeiles II der Fig 5, und sie hat zur Folge, daß in der Zone
der Außenrippen na ein verstärkter Materialfluß gegen die Rohrachse 0 hin stattfindet,
so daß das 'Material auch in dieser Zone an den Dorn C angepreßt wird und die Innenrillen
i (Fig. 5) nicht auftreten.
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Die Erfindung kann auch auf die Weise. ausgeführt werden, daß nicht
bei sämtlichen Profilwalzen der Einstellwinkel x einen größeren Wert als go ' erhält.
Es kann beispielsweise, wie die Fig. 8 für nach Schraubenlinien verlaufende Rippen
zeigt, die erste Walze B' auf einen Winkel von 9o ` eingestellt bleiben. während
erst die folgenden @@-alzen B=, B3 und B', gegebenenfalls finit allmählicher Zunahme
des Winkels .r, die zusätzliche Einstellung erhalten. Die erste und eventuell auch
die zweite Profilwalze B' bzw. B'= arbeitet daher auf die übliche Weise mit reiner
Abwalzbewegung, wobei an der Stelle ihrer jetteiligen Wirkung die Minenrillen i
(Fig. j) auftreten, während die folgenden Walzen B3 und B' die Innenrillen i wieder
zum Verschwinden bringen.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in der Fig. 9 dargestellt;
sie besteht darin, daß ein Satz voll Profilwalzen B', B=,
B3, BI die übliche
Einstellung auf reine Abwiilzhewegung erhalten und die hierbei entstehende Innenrillung
i (Fig. j) erst durch einen zweiten, dahinter arbeitenden Satz von Profilwalzen
f, B3, B', B3, welche der Erfindung gemäß auf einen voll 9o° abweichenden Winkel
x eingestellt sind, wieder beseitigt wird.
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Die Fin. io zeigt eine zur Ausführung des beschriebenen Ver Fahrens
besonders geeignete Ausgestaltung (leg Druckwalzen, bei der zwei oder mehr Profile
1, 2, 3, und + torgesehen sind, welche die Rippen- und Rillenbildung fit -je zwei
oder mehr Stufet' herbeiführen und zu dieseln Zweck einen allmählichen Übergang
der Profile 1, ' ton einem ungefähr dreieckigen Querschnitt zur [J-Forin aufweisen.
Ohne die (leg Erfindung entsprechenden Einstellung (leg Achse auf einen voll 9o
° abweichenden Winkel x würde sich auch bei solchen niehrprofiligen Druckwalzen
die zu vermeidende Innenrillung i ergeben. Die zusätzliche Einstellung der Achsen
b geniiiß (leg Erfindung hat hei derartigen Druckwalzen (Fig. io) noch eine besondere
Wirkung. Durch die Vergrößerung der Einstellwinkel x über 9o ° (gegenüber der tangentialen
Bewegungsrichtung) wird nämlich ohne konstruktive Änderung und ohne Änderung der
Steigung t (las Verhältnis zwischen der Breite der wirksamen Profile 2, 3, 4 einerseits
und der Breite der zwischen den Profilen 2, 3 und 4. befindlichen Einkehlungen j
und 6 andererseits geändert. hei der Einstellung auf von 9o° abweichendeAchsenwinkel
x arbeiten die Profile a, 3 und 4 nicht mit der Breite c (Fig. io), welche
der ini Achsenschnitt der Druckwalze B liegenden Profilform entspricht, sondern
finit einer um ganz winzig ':leine Bruchteile von Ililliinetern vergrößerten Breite.
je größer der Einstellwinkel x gewählt wird, um so breitere Rillen n arbeiten
die Profile a, 3 und 4. aus, und uni so dünner und höher werden die Rippen in. Von
dem Verhältnis zwischen der Breite der Rillen, n. einerseits und der Dicke und Höhe
der Rippen in andererseits hängt aber der Widerstand gegen den MaterialiluL nach
den verschiedenen Richtungen ab, daher auch die Verteilung des Materialflusses in
die Auskehlungen 5, 0 der Profilwalze (F ig. io) und in die eiltgegengesetcte Richtung,
also gegen die Zone der zu vermeidenden Innenrillung i (Fig. 5) hin.
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Das Verfahren der Einstellung der Profilwalzen auf einen von 9o °
abweichenden Achsenwinkel x bietet daher die Möglichkeit, allen Faktoren, von denen
die Bildung der Innenrillen i. abhängt, empirisch Rechnung zu tragen. Diese Faktoren
sind nicht einmal je für sich allein, noch weniger aber in ihrer gegenseitigen Beeinflussung
ini vorhinein rechnungsmäßig genau feststellbar und werden durch Wahl des richfigen
Einstellwinkels x berücksichtigt. Solche Faktoren sind: Die Größe des Spielraumes
d zwischen dem Rohr A und dein Dorn C, die Tiefe und Breite der Rillen t1, die Dicke
und Höhe der Rippen 1n, ferner auch die Form des Rillen-und Rippenprofiles und schließlich
die Beschaffenheit des RohrinaterialS. Innerhalb ziemlich weiter Grenzen kann durch
das den Gegenstand der 1?rindung bildende Walzterfahren (leg eine Intienrillung
herbeiführende 1?influß aller dieser Faktoren ausgeschaltet werden.
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je größer die Höhe (leg Rippen in ini Verhältnis zur Wandstärke a
des als Ausgang.- verwendeten glatten Rohres.' ist (Fig, i), desto größer ist die
Gefahr, tiaß die
Rippen in an ihrem äußersten Umfange feine ' Risse
erhalten, weil bei schiiiiedbarem Lisen oder Stahl firn kalten "Zustande nur ein
Materialfluß im begrenzten Maße stattfinden kann. Je kleiner der Zwischenraum d
zwischen dein Dorn C und dem Rohre A ist, desto größer muß in den Rippen .na der
Materialfluß nach außen sein, wenn die Rippen ni eine bestimmte Höhe besitzen sollen.
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Der Erfindung gemäß Wird nun vorzugsweise der Zwischenraum d. größer
gewählt, als mit Rücksicht auf die Verschiebbarkeit des Rohres A in bezug auf den
Dorn C not-«-endig wäre, und zwar beträgt der Zwischenraum d einen bis zwei Millimeter
und bei Rohren von großem Durchmesser sogar noch mehr. Dadurch wird ein größerer
Teil des Materials gegen die Achse des Rohres A hin verdrängt, wobei aber das .Profil
der Rippen in und der Rillen 7a das gleiche bleiben. Der äußerste Umfang der Rippen
in wird dadurch kleiner, die Höhe der Rippen in und die erzielte Vergrößerung der
Außenfläche bleiben aber die gleichen. Mit anderen Worten heißt das, daß der innere
Durchmesser des ursprünglich glatten Rohres A um i bis a mm (oder mehr) größer ist
als der innere Durchmesser des fertigen Rippenrohres, wie dies in der Fig. j angedeutet
ist. Auf diese Weise wird die Gefahr beseitigt, daß die Rippenna an ihrem äußerstenUmfange
kleine Risse aufweisen.
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Dessenungeachtet erhält man ein Rippenrohr, das innen glatt oder hinreichend
glatt ist, und zwar aus folgenden Gründen. Die Profilwalzen B (Fig. 2) buchten
das Rohr A
an vier Stellen gegen die Achse 0 hin ein und pressen es
an den Dorn C an. Dadurch cirtstelrt ein Materialfluß gegen die Achse O liin sowie
nach außen, nämlich in die zu bildenden Rippen. Die Verteilung dieses Materialflusses
nach außen und innen kann aber wieder durch :lrideruiig der Einstellwinkel .r, finit
welchem die Profilwalzen arbeiten, derart geregelt werden, daß eine Matte Innenfläche
des Rippenrohres A zustandekoninit.