[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschliessen von Stirnenden
von Rohren mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt durch Einrollen
der Randbereiche am Rohrende durch mindestens eine Rolle mit einspringendem Mittelbereich,
indem die Randbereiche des Rohrendes gegen die Innenseite hin umgelegt werden, wonach
der verbleibende Spalt zugeschweisst wird.
[0002] Bei den Rohren, auf die sich das erfindungsgemässe Verfahren bezieht, handelt es
sich um solche mit rechteckigem Querschnitt. Zwecks Abkürzung werden diese Rohre im
vorliegenden Dokument als "rechteckige Rohre" bezeichnet. Im rechteckigen Querschnitt
sind zwei breitere Seiten und zwei schmalere Seiten vorhanden (wobei die breiteren
Seiten im Allgemeinen mindestens fünfmal breiter als die schmaleren Seiten sind).
Diese Verhältnisse werden auf die zugehörigen Flächen übertragen, und so sollen in
diesem Dokument die beiden gegenüberliegenden Flächen, die sich im Querschnitt als
die längeren (d.h. breiteren) Seiten darstellen, als "langseitige Flächen" und die
anderen zwei Flächen, also die kürzeren (d.h. schmaleren) Flächen, als "kurzseitige
Flächen" bezeichnet werden.
[0003] Es sind bereits Verfahren zum Verschliessen von rechteckigen Rohren an den Stirnseiten
bekannt geworden. Beispielsweise ist in der schweizerischen Patentschrift Nr.
CH-A 669 918 ein derartiges Verfahren dargestellt, mit welchem die Stirnenden von flachen Rohren,
wie sie gemeinhin als Heizkörperelemente verwendet werden, verschlossen werden. Bei
diesem Verfahren werden zwei Bördelrollen mit jeweils halbkreisförmigen Hohlkehlen
so geführt, dass neben den langseitig verlaufenden Randteilen des Rohrendes auch die
kurzseitigen Randteile zugerollt werden, und es verbleibt nach dem Bördeln ein Spalt,
der dann zugeschweisst oder zugelötet wird.
[0004] Mit diesem Verfahren werden die stirnseitigen Enden von flachen Rohren verschlossen.
Bei diesen flachen Rohren bilden die Vorderseite und die Hinterseite jeweils eine
ebene Fläche, die Oberseite und die Unterseite sind als gewölbte Flächen ausgebildet.
Durch das verfahrensgemässe Zurollen der stirnseitigen Enden und dem nachfolgenden
Zuschweissen des Spaltes wird eine gewölbte Fläche gebildet, die der gewölbten Fläche
der Oberseite und der Unterseite des Rohres entspricht. Auch die Eckbereiche werden
mit der entsprechenden Wölbung ausgebildet. Wenn anstelle dieser flachen Rohre rechteckförmige
Rohre verwendet werden, bei welchen neben der Vorder- und Hinterseite auch die obere
und untere Seite durch ebene Flächen gebildet sind, kann das vorgängig beschriebene
Verfahren zum Verschliessen der Stirnenden dieser Rohre nicht verwendet werden, da
hier eine gewölbte Stirnfläche als Abschluss des Rohres in ästhetischer Hinsicht nicht
akzeptiert wird.
[0005] In der europäischen Patentschrift Nr.
1 777 019 B1 auf den Namen der Anmelderin ist ein Verfahren beschrieben und beansprucht, mit welchem
die Bildung einer gewölbten Stirnfläche beim Verschliessen nach dem bekannten Verfahren
vermieden wird. Zu diesem Zweck werden anstelle der bekannten Bördelrollen, deren
Hohlkehlen einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, solche Rollen
verwendet, deren Hohlkehlen einen rechteckigen bis quadratischen Querschnitt haben.
Beim Einrollen des Rohrendes entstehen ebene Endflächen, aber es verbleibt in der
Mitte dieser Endflächen (d.h. auf der Stirnfläche) ein länglicher Spalt. Beim Verfahren
dieses Standes der Technik wird in den Spalt eine Abdeckung eingelegt, d.h. ein den
Spalt ausfüllendes Materialstück, das mit den Randbereichen des Spaltes verschweisst
wird. Danach wird die so erzeugte geschlossene Stirnseite flach geschliffen.
[0006] Dieses bekannte Verfahren löst die gestellte Aufgabe, nämlich einen ebenflächigen
Verschluss der Stirnseite eines rechteckigen Rohres zu schaffen. Allerdings wurde
in der Praxis festgestellt, dass dieses Verfahren noch verbesserungsbedürftig ist.
Die Abdeckung, die in den Spalt eingeführt und dort verschweisst wird, muss selbstverständlich
die gleichen Abmessungen wie der Spalt haben (natürlich unter Berücksichtigung eines
normalen Spiels, das dann durch die Schweissnaht ausgefüllt wird). Dies wird beim
vorgeschlagenen Verfahren durch eine entsprechende Bearbeitung des Spalts erzielt,
denn es ist in der Praxis nicht durchführbar, jede Abdeckung nach Grösse und Form
an den Spalt anzupassen, da sich ja nicht jedesmal ein gleich geformter und gleich
grosser Spalt ergibt. Die Bearbeitung des Spalts kann durch Einführen einen Werkzeugs
vom Spalt her in das Rohrende und anschliessendes Ausstanzen gegen eine Form (mit
immer den gleichen Abmessungen) ausgeführt werden. Selbstverständlich wird durch diese
zusätzlichen Massnahmen das Verfahren kompliziert.
[0007] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäss darin, ein Verfahren anzugeben,
welches den Verschluss eines im wesentlichen rechteckigen Rohres durch eine ebene
Stirnfläche bewirkt, ohne dass ein zusätzliches Werkstück, d.h. eine Abdeckung oder
ein ähnliches Element, erforderlich ist.
[0008] Das erfindungsgemässe Verfahren, welches im unabhängigen Patentanspruch 1 definiert
ist, löst die gestellte Aufgabe auf elegante Weise. Besondere oder bevorzugte Ausführungsformen
des Verfahrens sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
[0009] Das erfindungsgemässe Verfahren liefert an der Stirnseite der im Wesentlichen rechteckigen
Rohre einen ebenen Verschluss, der in der Regel lediglich zum Glätten der Schweissnaht
bzw. Lötnaht nachbearbeitet werden muss. Nur bei schwer verformbarem Material, wie
relativ dickwandigen Rohren, kann es erforderlich sein, die Stirnfläche und gegebenenfalls
auch die anschliessenden Endbereiche der vier Rohrflächen durch Stauchen nachzubearbeiten,
um genau ebene und fluchtende Flächen zu erhalten bzw. wieder herzustellen.
[0010] Das erfindungsgemässe Verfahren zum Verschliessen des Stirnendes eines Rohres mit
im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt soll nun an zwei Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden. Dabei wird Bezug auf die Zeichnung genommen, in welcher darstellen:
Fig. 1 eine Ansicht des Endes eines rechteckigen Rohres vor der Bearbeitung der ersten
Stufe des Verfahrens,
Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1 während der Bearbeitung der
ersten Stufe des Verfahrens,
Fig. 3A einen mittigen Längsschnitt des Rohrendes parallel zu den langen Seiten nach
der Ausführung der ersten Stufe des Verfahrens,
Fig. 3B einen mittigen Längsschnitt des Rohrendes parallel zu den kurzen Seiten nach
der Ausführung der ersten Stufe des Verfahrens,
Fig. 4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Rohrendes sowie zweier Bördelrollen
mit ihrer Lagerung,
Fig. 5 eine teilgeschnittene Draufsicht der in Fig. 4 gezeigten Anordnung in Richtung
des Pfeils 5,
Fig. 6A einen mittigen Längsschnitt des Rohrendes parallel zu den langen Seiten nach
der Ausführung der zweiten Stufe des Verfahrens,
Fig. 6B einen mittigen Längsschnitt des Rohrendes parallel zu den kurzen Seiten nach
der Ausführung der zweiten Stufe des Verfahrens,
Fig. 7 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Rohrendes sowie zweier Bördelrollen
mit ihrer Lagerung gemäss einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens,
Fig. 8 eine teilgeschnittene Draufsicht der in Fig. 7 gezeigten Anordnung in Richtung
des Pfeils 8,
Fig. 9A einen mittigen Längsschnitt des Rohrendes, das sich zwischen Formblöcken befindet,
parallel zu den langen Seiten, und
Fig. 9B eine Vorderansicht des Rohrendes, das sich zwischen Formblöcken befindet.
[0011] In den Fig. 1 und 2 ist das Rohrende 11 eines abgelängten rechteckförmigen Rohres
10 dargestellt, dessen Ende 11 noch nicht bearbeitet ist. Dabei ist Fig. 1 eine Draufsicht
oder eine Seitenansicht, je nachdem ob das Rohr 10 zur Bearbeitung waagerecht oder
senkrecht eingespannt wird.
[0012] Als erster Bearbeitungsvorgang werden die Randbereiche der langen Seiten 13 und der
kurzen Seiten 12 des Rohrendes 11 durch zwei Bördelrollen 14 und 16 bearbeitet. Hierzu
werden die Rollen 14 und 16 jeweils an die Schmalseite des Rohres 10 angelegt.
[0013] Zunächst wird die Rolle 14, die in einem Joch 18 drehbar gelagert ist, bis zur Berührung
gegen das Rohr 10 verfahren und verläuft danach entlang der langseitigen Randbereiche
13A, wie dies durch den Pfeil X dargestellt ist. Während dieses Verfahrweges werden
die entsprechenden Randbereiche 13A der langen Seiten und diejenigen (12A) der kurzen
Seiten bearbeitet, wie nachfolgend noch beschrieben wird. Wenn die Bördelrolle 14
den Endpunkt der Stecke X erreicht hat, wird sie zurückgefahren, und die eben beschriebenen
Vorgänge werden wiederholt, wobei aber jetzt die Rolle 16 in Tätigkeit tritt und den
Bearbeitungsweg Y ausführt.
[0014] Wie aus Fig. 1 hervorgeht, können die beiden Rollen 14 und 16 im gleichen Joch 18
angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, dass sie voneinander getrennte Lagerungen
und Antriebe aufweisen.
[0015] Es ist klar, dass die eine Rolle 16, nachdem die andere Rolle 14 wieder zurückgefahren
wurde, noch weiter entlang der langseitigen Randbereiche 13A verfahren wird, so dass
dadurch die gesamte Länge dieser Randbereiche bearbeitet werden kann. Das heisst,
dass sich die jeweiligen Bearbeitungswege X und Y überschneiden, siehe Fig. 1.
[0016] Es ist klar, dass das Umbördeln auch so ausgeführt werden kann, dass zuerst die Rolle
16 und anschliessend die Rolle 14 in Tätigkeit gesetzt werden.
[0017] Selbstverständlich könnte diese Bearbeitung auch mit einer Rolle ausgeführt werden,
die den gesamten Weg (X+Y) für die Bearbeitung abfahren könnte.
[0018] In Fig. 2 ist die Rolle 14 während des Bearbeitungsvorgangs dargestellt. Die Rolle
16 ist in identischer Weise ausgebildet. Die Rolle 14 weist mittig eine umlaufende
Nut 20 auf, die in diesem Dokument als Hohlkehle benannt wird. Der Querschnitt der
Nut 20 ist im Wesentlichen halbkreisförmig, wobei, wie gezeigt, der Halbkreis 20A
im Grunde einer Einspringung mit zunächst parallelen Wandungen 20B angeordnet ist.
[0019] Beim Verfahren der Rollen 14 und 16 entlang der langseitigen Randbereiche 13A des
Rohrendes 11 werden diese beiden langseitigen Randbereiche 13A gegen die Innenseite
des Rohres 10 hin umgelegt. Hierbei entsteht zwischen diesen beiden umgelegten langseitigen
Randbereichen 13A ein Spalt 22.
[0020] Die Fig. 3A und 3B zeigen das mit den Rollen bearbeitete Rohrende 13 des Rohres 10.
Insbesondere aus Fig. 3A ist ersichtlich, dass auch die kurzseitigen Randbereiche
17 gegen die Innenseite hin umgelegt sind. In Fig. 3B sind die umgelegten langseitigen
Randbereiche 13A sowie die umgelegten kurzseitigen Randbereiche 17 zu sehen, wodurch
der Spalt 22 gebildet wird. Sowohl die langseitigen Randbereiche 13A als auch die
kurzseitigen Randbereiche 17 sind um einen Winkel von zirka 90° umgelegt worden.
[0021] In den Fig. 7 und 8 ist eine weitere Ausführungsform der ersten Stufe des erfindungsgemässen
Verfahrens dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der bisher beschriebenen
nur im Bearbeitungsweg der Bördelrollen 14 und 16.
[0022] Die in Fig. 7 gezeigten Bördelrollen 14 und 16 befinden sich zu Beginn der Bearbeitung
in Berührung mit dem Endbereichen 12A bzw. 12B, und zwar in einem Abstand Z vom gerade
abgeschnittenen Rohrende, der etwa der Breite der Schmalseiten des Rohres entspricht.
Bei der nun folgenden Weiterbewegung der Bördelrollen 14 bzw. 16 folgen diese zunächst
einem nach aussen und nach unten (in Fig. 7) gerichteten Viertelkreis, bevor sie,
wie bei der ersten Ausführungsform, parallel zum Ende 11 der Langseiten 13 verlaufen.
Diese Wege sind in Fig. 7 mit X" bzw. Y" bezeichnet; auch hier überschneiden sich
die Enden der beiden einander entgegengesetzten Wege X" und Y". Es scheint, dass mit
dieser Verfahrensvariante eine bessere Formbildung beim Umlegen der Schmalseiten des
Rohrendes erzielt wird.
[0023] Der Spalt 22 (Fig. 2, 3B, 7, 8), wie er nach einer der beschriebenen ersten Stufen
des Verfahrens verblieben ist, wird nun geschlossen, und die runden Flächenbereiche
13A und 17 werden eingeebnet. Zu diesem Zweck wird der erste Bearbeitungsschritt wiederholt,
aber diesmal mit anderen Bördelrollen. Dazu wird auf die Fig. 4, Fig. 5 und die Fig.
6A und 6B verwiesen, die in ihrer Darstellung den Fig. 1 bis 3B entsprechen. In den
Fig. 4 bis 6B werden für gleiche Teile oder Elemente die gleichen Bezugszeichen wie
in Fig. 1 bis 3B und für ähnliche Teile oder Elemente ebenfalls die gleichen Bezugszeichen,
jedoch mit einem Apostroph (') verwendet.
[0024] Das mit abgerundeten Stirnseiten 11' teilweise verschlossene Rohr 10' wird nun der
Einwirkung der beiden Bördelrollen 14' und 16' entlang der Bearbeitungswege X' bzw.
Y' unterworfen. Für die Einzelheiten und die Varianten dieser Bearbeitung wird auf
die obenstehende Beschreibung zu den Fig. 1 bis 3B verwiesen, die hier nicht wiederholt
zu werden braucht. Es ist jedoch wichtig festzuhalten, dass der Querschnitt der Hohlkehlen
20' der beiden Bördelrollen 14' und 16' nicht abgerundet, d.h. insbesondere halbkreisförmig
ist, sondern ein Rechteck, insbesondere ein Quadrat, bildet. Die Einwirkung dieser
beiden Rollen 14' und 16' entlang der Arbeitswege X' bzw. Y' bewirkt eine Abflachung
des abgerundeten Profils 13A, 17 der Stirnseite 11 des vom ersten Verfahrungsschritt
kommenden Rohres 10; gleichzeitig wird der noch relativ weit offene Spalt 22 verschlossen,
indem sich alle vier umgebördelten Endbereiche des Rohres in einer Ebene vereinigen.
[0025] Der noch verbliebene Spalt 22' stellt nur noch eine Undichtigkeitslinie dar, die
im dritten Schritt des erfindungsgemässen Verfahrens durch Verlöten (z.B. Hartlöten)
oder, wie es bevorzugt ist, durch Verschweissen dicht verschlossen wird. Die Schweiss-
oder Lötnaht wird schliesslich, wenn gewünscht, durch Abschleifen geglättet. Dies
ist aber nur dann erforderlich, wenn das Verschweissen bzw. Verlöten eine sichtbare,
auftragende und unebene Naht geschaffen hat.
[0026] Es wurde bei der Verfahrensausführung bisweilen beobachtet, dass sich der Endbereich
des Rohres, das verschlossen wurde, auf Grund der angelegten relativ sehr hohen Kräfte
so verformt hat, dass er bombiert erscheint. Um diese Verformung rückgängig zu machen,
wird nach weiterer Erfindung vorgeschlagen, den verformten Endbereich in Formblöcke
einzuschliessen, wodurch er kalibriert bzw. egalisiert wird. Dabei kann es sich um
eine Kaltverformung oder eine Warmverformung handeln.
[0027] Dieser gegebenenfalls vorgenommene Verfahrensschritt ist schematisch in Fig. 9A und
9B dargestellt. Man erkennt darin das Rohr 10', welches zwischen die Formblöcke 24
eingespannt wurde; dabei haben sich diese Formblöcke, die einseitig mit einem U-förmigen
mittigen Ausschnitt versehen sind, über die Schmalseiten 12 des Rohres 10' in Richtung
der Pfeile C bewegt.
[0028] Auch hier ist es im Prinzip möglich, nur einen Block 24 zu verwenden, dessen Ausschnitt
entsprechend tief ausgeführt ist. Wenn eine Warmverformung gewünscht wird, können
der Block 24 bzw. die beiden Blöcke 24 beheizt werden.
[0029] Normalerweise handelt es sich bei den rechteckigen Rohren, die erfindungsgemäss verschlossen
werden, um Stahlrohre mit relativ geringer Wandstärke, wie sie z.B. für Heizkörper
verwendet werden. Das erfindungsgemässe Verfahren kann jedoch auch auf andere Rohre
aus verformbaren Werkstoffen angewandt werden, beispielsweise auf Rohre aus thermoplastischen
Kunststoffen. In diesen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Bördelrollen auf eine
passende Temperatur aufzuheizen. Aber auch bei der Bearbeitung von Stahlrohren kann
ein Beheizen der Bearbeitungswerkzeuge, d.h. der Bördelrollen, zuweilen Vorteile bringen,
indem das Umlegen und das weitere Verformen der Endbereiche des Rohres erleichtert
werden.
[0030] Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht somit die Herstellung eines dichten, ästhetisch
ansprechenden Verschlusses eines Rohres mit im wesentlichen rechteckigen Querschnitt
in einfacher Weise, ohne dass zusätzliche Werkstücke wie Abdeckungen erforderlich
sind, deren Anbringung und Befestigung noch mindestens zwei zusätzliche Arbeitsschritte
erfordern. Der Rohrverschluss kann demnach erst noch schnell und sehr preisgünstig
erzeugt werden.
[0031] Die im Vorstehenden angegebene Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen
Verfahrens soll nur der Erläuterung dienen und schränkt den Geltungsbereich der Erfindung
nicht ein.
[0032] Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, kann auf vielfältige Weise
modifiziert, ergänzt und weiterentwickelt werden, ohne dass ihr Geltungsbereich verlassen
wird. So ist es z.B. möglich, den Querschnitt am Grunde der Hohlkehlen der im ersten
Schritt verwendeten Bördelrollen an das Material und die Wandstärke des Rohres anzupassen,
und dieser Querschnitt kann anstelle von halbkreisförmig beispielsweise auch oval
gestaltet sein.
1. Verfahren zum Verschliessen des Stirnendes (11) eines Rohres (10) mit einem im wesentlichen
rechteckigen Querschnitt durch Einrollen der langseitigen Randbereiche (13A) und der
kurzseitigen Randbereiche (12A) des Rohrendes durch Bördelrollen (14, 16; 14', 16'),
wodurch die genannten Randbereiche 12A, 13A) gegen die Innenseite des Rohres umgelegt
werden und der schliesslich verbleibende Spalt (22) zugeschweisst wird,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Einrollen des Rohrendes (11) unter Verwendung mindestens einer Bördelrolle (14, 16)
mit gerundeter Hohlkehle (20) unter Bildung eines Rohrverschlusses mit einem abgerundeten
Aussenprofil (17; 13A),
Nachrollen des gebildeten Verschlusses unter Verwendung mindestens einer Bördelrolle
(14', 16') mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt unter Bildung eines
Rohrverschlusses mit ebener Endfläche (13A'), und
Schliessen des verbliebenen Spalts (22) zwischen den umgelegten Randbereichen des
Rohres.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bördelrollen (14, 16; 14', 16') verwendet werden, die jeweils von den beiden
Schmalseiten (12) des Rohres her angreifen, und dass die Arbeitswege (X, Y; X', Y')
der Bördelrollen (14, 16; 14', 16') jenseits der Mittelachse des Rohres (10; 10')
enden und sich dabei überschneiden, wobei die beiden Bördelrollen (14, 16; 14', 16')
nacheinander zum Einsatz kommen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung in der ersten Stufe dadurch erfolgt, dass die Bördelrollen (14, 16) mit im Grunde gerundeter (20A) Hohlkehle
(20) zunächst in der Nähe des Rohrendes (11) auf die Schmalseiten des Rohres (12)
aufgesetzt und dann in einem Viertelkreis nach der Mitte des Rohrendes bewegt werden,
so dass das Umbiegen der Enden der Schmalseiten (12) des Rohres durch die Bördelrolle
(14; 16) geführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der verbliebene Spalt (22) auf der im zweiten Verfahrensschritt erzeugten ebenen
Verschlussfläche (13A') durch Verschweissen verschlossen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der verbliebene Spalt (22) auf der im zweiten Verfahrensschritt erzeugten ebenen
Verschlussfläche (13A') durch Verlöten verschlossen wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweiss- oder Lötnaht auf der gebildeten Endfläche (13A') verschliffen wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der abgerundete Querschnitt (20A) am Grunde der Hohlkehle (20) der im ersten Verfahrensschritt
verwendeten Bördelwalzen (14, 16) im Wesentlichen halbkreisförmig ist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der rechteckige Querschnitt (20A') am Grunde der Hohlkehle (20') der im zweiten Verfahrensschritt
verwendeten Bördelwalzen (14', 16') im wesentlichen quadratisch ist.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endbereich des verschlossenen Rohres zwecks Kalibrierung und Egalisierung einer
pressenden Formbearbeitung mittels Formblöcken (24) unterworfen wird.