DE845289C

DE845289C - Mehrfachwandiger Federkoerper

Info

Publication number: DE845289C
Application number: DEP965D
Authority: DE
Inventors: Albert Dreyer
Original assignee: METALLSCHLAUCHFABRIK AG
Current assignee: METALLSCHLAUCHFABRIK AG
Priority date: 1945-02-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1952-07-31
Also published as: US2539237A

Description

Mehrfachwandiger Federkörper Federkörper, auch Federrohre genannt, werden bisher meistens aus dünnwandigen, nahtlosen Rohren hergestellt. Es sind auch Federkörper bekannt, die aus gasgeschweißten oder elektrisch geschweißten oder gelöteten Rohren hergestellt sind.

Für höhere Drücke werden an Stelle von starkwandigen Rohren Federkörper, bestehend aus mehreren ineinandergeschobenen, nahtlosen oder gasgeschweißten, dünnwandigen Rohren, ausgeführt; weil ein solcher mehrfachwandiger Federkörper von gleicher Gesamtstärke eine viel größere Elastizität und Empfindlichkeit aufweist als ein einfachwandiger Federkörper. Bisher waren aber höchstens vierfachwandige Federkörper im Handel erhältlich, und diese sind nur für relativ niedrige Drücke verwendbar. Wohl beträgt der Berstdruck eines derartigen mehrfachwandigen Federkörpers ein Vielfaches des zulässigen Höchstdruckes, aber bei hohen Drücken treten schon relativ sehr bald bleibende Deformationen der Wellen ein, wodurch einerseits die Elastizität stark vermindert und anderseits die Lebensdauer des Federkörpers stark herabgesetzt wird. Beispielsweise erträgt ein kurzes Tombakfederrohr von ioo mm Lichtweite mit vierfacher Wandung von insgesamt o,8 mm Dicke, also bestehend aus vier einzelnen Rohren von je 0,2 mm Wandstärke,

einen Berstdruck von über igo atü, aber es tritt be-

reits bei einem Druck von 3o atü eine bleibende De-

formation der Wellung ein, indem das Wellental

schmäler und der Wellenberg breiter wird, wobei die

Elastizitätseinbuße je nach Härte des Materials 3o bis

40",'" und mehr betragen kann.

Als Werkstoff für die Federkörper wurde bisher

meistens Tombak verwendet. Nichtrostender Stahl

kommt nur für geschweißte Rohre in Frage, weil derart

dünnwandige-Rohre, wie sie für die Federkörperfabri-

kation benötigt werden, bisher in nahtloser Ausführung

in nichtrostendem Stahl nicht erhältlich sind. Die

Schweißung kann dabei nur durch elektrische Wider-

standsschweißung mit überlappter Naht erfolgen, da

ein Stumpfschweißen derart dünnwandiger Rohre sich

bisher als undurchführbar erwies. Durch die elektrische

Widerstandsschweißung bzw. durch die Überlappung

entsteht aber entlang der Naht ein Stück doppelte

Wandstärke, die insbesondere bei mehreren ineinander-

gefügten Rohren eine erhebliche, unerwünschte Ver-

steifung des Federkörpers verursacht. Es hat sich ge-

zeigt, daß es nicht möglich ist, das Material an der

überlappten Naht durch Zerquetschen beim Wider-

standsschweißen dünner zu formen, so daß die Naht-

stelle der übrigen Wandung des Federkörpers annä-

hernd entsprechen würde. Wohl ist ein solches Zer-

quetschen der Naht praktisch durchführbar, doch er-

weisen sich derartige Nähte als nicht vakuumdicht und

kommen daher für die Federkörperfabrikation nicht

in Frage, ganz abgesehen davon, daß eine solche Zer-

quetschung der Naht nur möglich ist durch eine Über-

hitzung des Werkstoffes, wodurch eine Einbuße sowohl

in bezug auf Festigkeit als auch auf Korrosionsbestän-

digkeit erfolgt.

Die Verarbeitung eines mehrfachwandigen Rohres

zum Federkörper kann nur erfolgen, wenn die einzel-

nen Rohre vollständig kompakt ineinanderliegen, da

sich sonst schädliche Falten bilden. Wenn längere

Rohre ineinandergeschoben werden, müssen diese da-

her eingeölt oder eingefettet werden, damit zwischen

den einzelnen Rohren nicht allzuviel Zwischenraum

bleibt und um die Reibung zu verhindern, die beim

Ineinanderschieben trockener Rohre entstehen würde.

Die zwischen den einzelnen Rohrwandungen verblei-

benden Öl- oder Fettschichten wirken sich aber nach-

teilig aus, weil beim Anbringen der Anschlüsse durch

Weich- oder Hartlöten oder durch Schweißen das

Schmiermittel verdampft und durch ständig aufstei-

gende Blasen die gute Abdichtung erschwert oder gar

verunmöglicht wird. Wird das Federrohr auf hohe

Temperaturen beansprucht, so kann die Verdampfung

des zwischen den einzelnen Rohren verbliebenen

Schmiermittels zu starken Deformationen der Wellung

führen, weil die Gase nicht entweichen können.

Durch die Verdickung der Wandung an der über-

lappten Naht wird ferner die Verarbeitung des Rohres

zum Federkörper, sei es durch Walzen oder hydrau-

lisch betätigte Werkzeuge, erschwert und die Werk-

zeuge stark angegriffen.

Die Nachfrage nach Federkörpern von hoher Elasti-

zität und Empfindlichkeit für hohe Drücke, insbeson-

dere für den Bau von Druckreglern, ist eine stets zu-

nehmende. Mit entsprechend starkwandigen Feder-

körpern kann das Problem aber nicht gelöst werden,

weil der Eigenwiderstand des Federkörpers zu groß

wird und die Empfindlichkeit eine Einbuße erleidet.

Anderseits bietet die Herstellung von Federkörpern

aus einer größeren Zahl von ineinandergeschobenen,

dünnwandigen Einzelrohren aus den bereits obener-

wähnten Gründen große Schwierigkeiten. Ganz beson-

ders ist dies bei Federkörpern aus nichtrostendem

Stahl der Fall, einem Werkstoff, welcher sich sonst

wegen seiner sehr großen Festigkeit, Elastizität und

Hitze- und Korrosionsbeständigkeit sehr gut für die

Federkörperfabrikation eignet.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen

mehrfachwandigen Federkörper, bei welchem der Fe-

derkörper aus einem in mehreren Lagen zu einem Hohl-

zylinder aufgewickelten und mindestens an dem äuße-

ren Rand befestigten :Metallband geformt ist. Solche

Federkörper können somit aus einer Mehrzahl satt

übereinanderliegender Lagen bestehen, da die Zwi-

schenlagen der Wandungen nicht miteinander verbun-

den werden müssen. Die Federkörper können von

praktisch beliebig großem Durchmesser und beliebig

großer Wandstärke sein.

Beim Verfahren zur Herstellung eines mehrfach-

wandigen Federkörper, gemäß der Erfindung wird

eine erste Lage des Metallbandes gewickelt und der

innere Rand mit dieser Wickellage verschweißt, worauf

alle Bandlagen gewickelt werden und der äußere

Rand des Metallbandes mit der letzten Wickellage ver-

schweißt wird, so daß ein Hohlzylinder entsteht, aus

welchem der Federkörper geformt wird. Zweckmäßi-

gerweise werden während dem Verschweißen des äuße-

ren Randes alle inneren Bandlagen mit Ausnahme der

letzten an der Schweißstelle nach einwärts gestülpt.

In der Zeichnung ist in Fig. i bis 3 das Verfahren

zur Herstellung eines mehrfachwandigen Federkörpers

gemäß der Erfindung beispielsweise veranschaulicht,

und Fig. 4 stellt ein Ausführungsbeispiel eines mehr-

fachwandigen Federkörpers gemäß der Erfindung dar.

wobei zur Verdeutlichung der Darstellung die Band-

stärke etwas dicker dargestellt wurde.

Zur Herstellung eines mehrfachwandigen Feder-

körpers wird ein '.Metallband i zu einem Rohr 2 ge-

wickelt, wobei nur das innere und das äußere Ende des

Bandes verschweißt werden. Die Herstellung eines der-

artigen mehrfachwandigen Rohrmantels geschieht wie

folgt:

Zuerst wird das eine Bandende einmal um einen

Dorn, bestehend z. B. aus einer Holzwalze oder einem

Rohr, gewickelt, welcher einen Durchmesser besitzt,

der der gewünschten Rohrlichtweite entspricht. Die

Stellung des Bandendes wird dann mit Bleistift od. dgl.

angezeichnet, dann das Band vom Dorn abgenom-

men und auf einer elektrischen Schweißmaschine bei 2

zwischen einer innern Elektrodenrolle 4 und einer

äußeren Elektrodenrolle 5 an der angezeichneten Stelle

durch Punkten vorgeheftet und dann anschließend

nahtgeschweißt (Fig. i).

Dann wird dieser einfache Rohrmantel auf das Band

gerollt, bis die gewünschte Anzahl Wickellagen erreicht

ist. Die Stelle, wo das äußere Band sich gegenüber der

Schweißnaht am innern Bandende 2 befindet, wird

dann ebenfalls auf dem äußern Band markiert und

das überschüssige Band abgeschnitten, worauf das äußere Ende des Bandes auf der direkt Barunterliegenden Wickellage bei 7 angezeichnet wird.

Um nunmehr auch die äußere Naht schweißen zu können, werden sämtliche innern Wickellagen 6 mit Ausnahme der letzten äußern Wickellage, wie in Fig. 2 veranschaulicht, nach innen gestülpt, was sich besonders bei einem gut federnden Material, wie nichtrostendem Stahl, sehr gut machen läßt, ohne daß Bandknicke entstehen. Die einwärts gestülpten Bandlagen können durch irgendeine passende Vorrichtung, z. B. mittels Spannschrauben od. dgl., am Zurückfedern verhindert werden. Nun ist genügend Raum vorhanden, um mit dem unteren Elektrodenarm 3 der elektrischen Nahtschweißmaschine in das Rohr einfahren zu können, um auch das äußere Bandende mittels Nahtschweißung zu befestigen (Fig. 2). Ist dies geschehen, so läßt man die nach innen gestülpten Wickellagen wieder nach außen zurückspringen, so daß ein mehrfachwandiger Hohlzylinder entsteht, aus welchem in an sich bei der Federkörperfabrikation bekannter Weise der Federkörper nach Fig. 4 geformt bzw. hergestellt wird. Der Ilohlzylinder zur Bildung dieses Federkörpers besteht hier somit aus einem in mehreren Lagen aufgewickelten und :in dem inneren äußeren Rand verschweißten :Metallband.
Statt daß man den inneren und äußeren Rand durch Nahtschweißung mit der benachbarten Wickellage verbindet, könnte man eines der beiden Ränder auch nur durch PunktscbweißungverbinBen. Ferner könnte die Verschweißung des inneren Bandendes auch wegfallen, da dasselbe zufolge der Elastizität des Materials, durch den Innendruck unterstützt, stets dazu neigt, nach außen zu federn und sich an die äußeren Wickellagen anzuschmiegen.
:Man wird die Enden der Bänder zweckmäßig so abschneiden, daß die Stoßkanten der äußersten Bandlage sich gegenüber der Stoßkante der innersten Bandlage befindet, wodurch jede Verdickung in der Wandung vermieden wird.
Man könnte natürlich auch einen mehrfachwandigen Rohrzylinder herstellen, indem die innere und die äußere Naht gleichzeitig durchgehend geschweißt werden. Ein solcher Rohrmantel wäre aber für die Federkörperfabrikation unbrauchbar, denn ganz abgesehen davon, daß eine derartige Schweißnaht durch so viele Blechdicken hindurch nicht so gut und gleichmäßig ausfällt wie beim Verschweißen von nur zwei Blechdicken miteinander, so hätte ein solches Rohr den großen Nachteil, daß durch das Verschweißen sämtlicher Einzelwandungen miteinander eine große, einseitige Versteifung entsteht und daß die verschiedenen Lagen nicht mehr aufeinandergleiten können, worin ja gerade der große Vorteil der hohen Elastizität solcher vielfachwandiger Federkörper im Vergleich zii einfachwandigen gleicher Gesamtwandstärke besteht.
Der Federkörper nach Fig.4 besitzt eine ganz außerordentliche Festigkeit, und da das Herstellungsverfahren keinerlei Schmierung des Werkstoffes bedingt, so ist auch der daraus bisher entstandene Nachteil behoben. Das Herstellungsverfahren ist zudem viel einfacher und billiger als bisher, wo eine große Anzahl gen<<u ineinanderpassender Rohre verwendet wurde; an Stelle der vielen Schweißnähte und stark auftragenden Überlappungen besitzt der neue Federkörper nur noch eine innere und eine äußere Naht, die die Wandung in keiner Weise verdickt und die Elastizität vermindert. Druckversuche haben gezeigt, daß derartige Federkörper den größten Anforderungen gewachsen sind. Ein ganz besonders großer Bedarf in Federkörpern besteht für Kompensatoren großer Lichtweite und für hohe Drücke, beispielsweise für überhitzten Dampf. Die bisher bekannten Federkörper waren zu wenig druckfest und zu wenig elastisch. Ein nach dem neuen Verfahren hergestellter, mehrfachwandiger Federkörper, z. B. von Zoo mm Lichtweite, bestehend aus zehn Wandungen von je o,2 mm Blechdicke, also 2,0 mm Gesamtwandstärke, vermag ohne bleibende Deformation einen Betriebsdruck von ioo atü auszuhalten, wobei der Eigenwiderstand noch ein relativ sehr kleiner ist und die Elastizität noch eine sehr große.
Ein weiterer Nachteil des bisher angewandten Verfahrens des Ineinanderschiebens mehrerer dünnwandiger, elektrisch geschweißter Rohre bestand darin, daß durch die elektrische Schweißung Spannungen im Werkstoff entstanden, wodurch das Rohr der Naht entlang eine gewellte Form annahm. Um solche, nicht vollkommen runde Rohre ineinanderschieben zu können, müssen die inneren Rohre erheblich kleiner ausgeführt werden, um dann nach dem Ineinanderschieben ausgeweitet zu werden, damit die einzelnen Wandungen satt aufeinanderliegen. Dies bedingt aber eine zusätzliche, empfindliche Dehnungsbeanspruchung des Werkstoffes, und dieser Nachteil ist bei dem beschriebenen Verfahren nach Fig. r bis 3 ebenfalls nicht vorhanden, indem die einzelnen Lagen vollständig glatt und kompakt aufeinanderliegen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Mehrfachwandiger Federkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper aus einem in mehreren Lagen zu einem Hohlzylinder aufgewikkelten und mindestens an dem äußeren Rand (7) befestigten Metallband (i) geformt ist.
2. Verfahren zur Herstellung eines mehrfachwandigen Federkörpers nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Lage des Metallbandes (i) gewickelt und der innere Rand (2) mit dieser Wickellage verschweißt wird, worauf alle Bandlagen gewickelt werden und der äußere Rand (7) des Metallbandes mit der letzten Wickellage verschweißt wird, so daß ein Hohlzylinder entsteht, aus welchem der Federkörper (Fig. 4) geformt wird.
3. Federkörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere und der innere Rand (2, 7) durch Nahtschweißung mit der benachbarten Wickellage verbunden ist.
4. Federkörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Rand durch Nahtverschweißung und der andere Rand durch Punktschweißung mit der benachbarten Wickellage verbunden ist.
5. Federkörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß nur der äußere Rand (7) durch Nahtschweißung mit der benachbarten Wickellage verbunden ist.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während dem Verschweißen des äußeren Randes (7) alle inneren Bandlagen mit Ausnahme der letzten an der Schweißstelle nach einwärts gestülpt werden (Fig. 2).
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere und äußere Rand (2, 7) des Metallbandes (i) mit der benachbarten Wickellage elektrisch verschweißt wird.