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PROCEDE ET APPAREIL POUR LA FABRICATION DES
TUBES A AILETTES.
L'invention concerne un procédé et un,appareil pour la fabrication des tubes a ailettes.
L'invention concerne particulièrement la fabrica- tion de tubes à ailettes où une ailette en hélice pour la transmission de chaleur, ou analogue, est enroulée sur un tube fini en soi. Suivant l'invention, ce tube se déplace longitudinalement dans la machine et reçoit en même temps un mouvement de rotation. L'invention donne un appareil enrouleur d'ailette simplifié ainsi qu'un procédé pour effectuer les mouvements du: tube indiqués ci-dessus.
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Sur le dessin annexé :
La fig.1 est une élévation latérale de l'appareil à poser l'ailette, ou tête-enrouleuse, avec parties suppri- mées et d'autres en coupe, représentant un tube en place avec le métal d'ailette en cours d'enroulement .
La fig,la est une vue représentant une variante du mode d'enroulement de l'ailette.
La fig.2 est une vue en bout de la tête enrouleuse prise de la gauche de la fig.l .
Les fig. 3, 4 et 5 sont des vues en coupe suivant les lignes correspondantes de la fig.2, représentant la construction des matrices donnant au métal de l'ailette la section en L avant enroulement sur e tube .
La fig.6 est une vue en plan de la tête enrouleuse.
La fig.7 est une vue en perspective de l'un des éléments de matrice.
Là fig. 8 est une vue en perspective de l'élément complémentaire de matrice.
La fig.9 est une vue à plus grande échelle repré- sentant en détail une opération sur l'ailette au moment OÙ va commencer l'enroulement.
La fig.10 est une vue en coupe partielle d'une nouvelle variante de tube à. ailettes.
La fig.ll est une vue analogue à la fig.10 repré- sentant une nouvelle variante de tube pouvant être obtenu et pour lequel un tube fini en soi n'est pas utilisé.
Sur la fig.l, un tube fini en soi de toute fabri- cation désirée est représenté en 1, et une ailette en spi- rale est représentée comme formée d'une ailette hélicoïdale 2 relevée sur une bande de métal .5 posée à plat sur le tube.
On verra ainsi que le métal de l'ailette est de section transversale en L qu'elle garde lorsqu'elle est en place sur le tube.
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La tête enrouleuse comporte d'abord deux galets presseurs commandés 5 et 6 , le galet 5 étant monté sur un arbre 7 et commandé par les pignons à et 8a avec interposi- tion d'un palier de butée en 9. Le galet .2 est monté sur un arbre 10 portant à son extrémité inférieure un engrenage 11 . Un arbre décommande 12 porte le pignon 13 s'engrenant avec la roue 11 et également avec la roue 14 qui commande l'arbre sur lequel le pignon 8 est monté.
L'arbre 10 sur lequel le gale 6 est monté, tourne dans un palier 15 qui est réglable de façon que le galet 6 puisse être rapproché ou éloigné du galet 5 et réglé angulairement par rapport à ce galeti Pour le montage réglable de ce palier, on peut disposer plusieurs vis de serrage 16' et 17, 18 et 19 , qui attaquent le palier de plusieurs cotés pour le maintenir en position. Il est évident que, par le jeu de ces vis, la position angulaire du galet 6 de même que la distance entre ce galet et le galet 5 peuvent être modifiées. (le réglage affecte égale- ment la roue 11, mais les dents en prise avec le pignon ont assez de jeu pour le permettre.
Le métal pour le tube à ailette est de préférence en bande plate lorsqu'il est introduit dans la tête et il passe entre des matrices appropriées pour lui donner sa section transversale en L juste au moment d'être enroulé sur le tube. Quoique ceci soit préférable, on peut in- troduire le métal dans la machine sous la forme angulaire.
Toutefois, sur la fig.2. le métal en bande est introduit dans la machine au point portant la référence appropriée.
A ce pointa le métal est saisi par 1 e s éléments complémen- taires de matriçage 20 et .il . Ces éléments s'ajustent en- semble au moyen des broches 22 qui font saillie à travers
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les ouvertures 23 (fig.7 et 8). On interpose de préférence des ressorts24 entre les éléments de matriçage et, afin d'assembler ces éléments avec la pression nécessaire pour le travail, on utilise un dispositif pivotant de verrouil- lage 25 (fig.6. Dans une position représentée sur cette figure, l'élément de verrouillage maintient ensemble les matrices prêtes à fonctionner. Afin de séparer ces matrices, on met l'élément de verrouillage dans la position repré- sentée en pointillé et les ressorts à boudins obligent les matrices à s'ouvrir, .
Ceci permet l'amorçage et la première mise en marche de la, machine. Ainsi qu'on le verra sur les fig.3, 4 et 5, ces éléments de matriçage amorcent d'abord sur le métal de la bande une faible cour- bequ'ils augmentent graduellement jusqu'à ce que ce métal ait une section transversale formant un angle droit. Les lignes pointillées (fig.6) montrent le changement graduel de la forme donnée au métal de la bande.
Dans le fonctionnement du mécanisme tel qu'il a été décrit jusqu'ici, les galets de pression 5 et 6 reçoi- vent un mouvement de rotation. Le métal ayant été intro- duit on poussé entre ces galetase trouve par la engagé avec la partie ailette 1 directement en prise entre les galets ,
Cesgalets sont rapprochés avec un e pression suffisante pour entraîner le métal à travers les matrices si bien qu'aucun autre mécanisme d'aménagé du métal n'est néces- saire. Le, galet .2. est réglé de façon que sa surface en prise avea l'ailette forme un angle avec les surfaces du galet 5, comme représenté sur les fig.l à. 9.
La pression entre ces galets est réglée pour aomprimer le métal de l'ailette 2 avec le métal près du bord extérieur de cette ailette 2 comprimé plus fortement qu'il ne l'est près du
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bord intérieur ou près du tube. Comme d'autre part l'ai- lette 2 doit être enroulée en hélice, le diamètre au bord extérieur du tube doit nécessairement être plus grand que le diamètre de son bord intérieur ou au point où il se -termine sur le tube, et en raison de la compression du métal et de l'amincissement de l'ailette près de son bord exté- rieur, ou plutôt l'amincissement progressif depuisson bord intérieur jusqu'à son bord extérieur, on obtient cette augmentation de diamètre.
En fait le métal est compressé de telle sort.e que l'ailette reçoit de cette compression une courbure, et cette courbure est telle que le diamètre intérieur normal de l'ailette est inférieur au diamètre du tube.
Par mite, lorsque la machine fonctionne, le métal de l'ailette se déplace sous le tube 1 où el;Le reçoit une courbure par suite de la compression du métal de l'ai- lette si bien que ce métal se déplace vers le haut et autour du tube. Le métal de l'ailette, par suite de son diamètre intérieur normal inférieur au diamètre extérieur du tube, serre ae tube très fortement .
Il y a lieu maintenant de décrire la façon dont le tube se déplace longitudinalement et tourne. On se rappel- lera que le métal de 1'*ailette reçoit une courbure qui lui fait serrer fortement le tube .,0 Ce métal est en outre obligé d'avancer l'action des galets,. Disposé immédiate- ment au,.dessus des galets et au-dessus.du tube se trouve ce que l'on peut appeler un coussinet de guidage 26 (fig.
1 et6). Ce coussinet de guidage a une surface biaise 27 et est depréférence interchangeable étantMaintenu de façon amovible sur l'appareil par des vis convenables
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28. Comme la fig.6 le représente probablement le mieux, le métal se déplae autour du tube et la partie ailette se trouve en contact avec la surface biaise .il... du coussinet de guidage. Par suite du fait que le métal est en prise serrée sur le tube, ce tube reçoit un mouvement de rota- tion au fur et à. mesure que le métal de l'ailette est amené ou poussé sur le tube par les galets .
En même temps, l'ailette est en prise avec la surface biaise où il se produit un effet de came si bien que l'ailette avec le tube sut lequel elle est fortement serrée, sont tous deux déplacés vers l'avant. Ainsi, dans la continuation de l'opé- ration, le tube reçoit un mouvement de rotation et un mouvement d'avancement sur la machine par suite de l'en- roulement sur lui du métal de lailette. En outre, le pas de la surface biaise du coussinet de guidage détermine le pas de l'ailette hélicoïdale. Comme ce coussinet de guidage est interchangeable, des coussinets pour différents pas peuvent être utilisés pour obtenir des ailettes à des pas différents.
Comme représenté sur la fig.l, 'la partie 3 du métal en prise avec le tube est disposée de façon que les circonvolutions adjacentes sont en about les unes contre les autres, et le coussinet de guidage est établi pour donner le pas nécessaire pour obtenir ce résultat.
Toutefois, sur la fig.la, les parties entourant le tube se recouvrent et, pour obtenir ce résultat, il suffit d'utiliser un coussinet de guidage convenablement établi pour réduire le pas de l'ailette hélicoïdale. Sur la fig.10, le pas de cette ailette a été augmenté si bien que les circonvolutions du métal de l'ailette sont espacées les unes des autres. Ce ré sultat peut être obtenu en utili- sant un coussinet de guidage convenablement établi. Il fait comme de juste partie de l'invention de faire varier la largeur de la bande 3 de métal en prise sur le tube afin
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d'obtenir le recouvrement sans changer le coussinet de guidage.
La modification de la largeur de la bande de l'ailette en prise sur le tube pour obtenir d'autres résultats différents, avec ou sans changement du coussinet de guidage, fait également partie de l'invention.
Il est, également possible avec le guidage repré- senté 'ici de fabriquer un tube avec parties à recouvrement. mais sans avoir à l'intérieur de tube fini en soi. Un tel tube est représenté sur la figure 11.
Après que l'ailette a été enroulée sur le tube, l'ensemble peut être ou ne pas être plongé dans un bain d'une substance fermant les points telle que la soudure.
Un t el bain forme un joint hermétique entre le tube et l'ailette , mais-le tube peut être utilisé d'une façon satisfaisante sans application de la soudure.
En fabriquant la forme de tube représentée sur la fig.11, lee différentes circonvolutions sont à recouvre- ment pour former un corps tubulaire Au lieu d'utiliser un tube fini en soi sur lequel -les, circonvolutions sont enroulées, un mandrin peut être utilisé pour les enroule- ments à recouvrement. L'utilisation d'un tel mandrin est toutefois déjà ancienne et généralement comprise par les hommes de l'art, et en conséquence, elle n'est pas repré- sentée. Avec un tube de ce genre,, il est préférable de terminer et de fermer les joints des circonvolutions au moyen de soudure, ou analogue, afin de rendre le tube étan- che aux fluides.
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PROCESS AND APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OF
FINNED TUBES.
A method and apparatus for manufacturing finned tubes is disclosed.
The invention particularly relates to the manufacture of finned tubes where a helical fin for heat transmission, or the like, is wound on a finished tube per se. According to the invention, this tube moves longitudinally in the machine and at the same time receives a rotational movement. The invention provides a simplified fin winding apparatus as well as a method for effecting the movements of the tube indicated above.
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On the attached drawing:
Fig. 1 is a side elevation of the fin laying apparatus, or head-winder, with parts removed and others in section, showing a tube in place with the fin metal being winding.
Fig, la is a view showing a variant of the winding mode of the fin.
Fig.2 is an end view of the winding head taken from the left of Fig.l.
Figs. 3, 4 and 5 are sectional views taken along the corresponding lines of fig.2, showing the construction of the dies giving the metal of the fin the L-shaped section before winding on the tube.
Fig. 6 is a plan view of the winding head.
Fig. 7 is a perspective view of one of the die elements.
There fig. 8 is a perspective view of the complementary die element.
Fig. 9 is a view on a larger scale showing in detail an operation on the fin at the moment when the winding is going to start.
Fig.10 is a partial sectional view of a new variant of tube. fins.
FIG. 11 is a view similar to FIG. 10 showing a new variant of tube which can be obtained and for which a finished tube in itself is not used.
In Fig. 1, a self-finished tube of any desired manufacture is shown at 1, and a spiral fin is shown as formed from a helical fin 2 raised on a strip of metal 5 laid flat. on the tube.
It will thus be seen that the metal of the fin has an L-shaped cross section which it keeps when it is in place on the tube.
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The winding head firstly comprises two controlled pressure rollers 5 and 6, the roller 5 being mounted on a shaft 7 and controlled by the pinions at and 8a with the interposition of a thrust bearing at 9. The roller .2 is mounted on a shaft 10 carrying at its lower end a gear 11. An uncontrolled shaft 12 carries the pinion 13 meshing with the wheel 11 and also with the wheel 14 which controls the shaft on which the pinion 8 is mounted.
The shaft 10 on which the scab 6 is mounted rotates in a bearing 15 which is adjustable so that the roller 6 can be moved closer or further away from the roller 5 and angularly adjusted with respect to this roller. For the adjustable mounting of this bearing, several clamping screws 16 'and 17, 18 and 19 can be placed, which attack the bearing from several sides to hold it in position. It is obvious that, by the play of these screws, the angular position of the roller 6 as well as the distance between this roller and the roller 5 can be modified. (The adjustment also affects wheel 11, but the teeth engaged with the pinion have enough play to allow this.
The metal for the finned tube is preferably in a flat strip when introduced into the head and passes between suitable dies to give it its L-shaped cross section just as it is wound onto the tube. Although this is preferable, the metal can be fed into the machine in the angular shape.
However, in fig. 2. the strip metal is fed into the machine at the point with the appropriate reference.
At this point the metal is gripped by the additional stamping elements 20 and. These elements fit together by means of pins 22 which protrude through
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the openings 23 (fig. 7 and 8). Springs 24 are preferably interposed between the die-forging elements and, in order to assemble these elements with the pressure required for the work, a pivoting locking device 25 is used (fig. 6. In a position shown in this figure, the locking member holds the dies together ready for operation In order to separate these dies, the locking member is placed in the position shown in dotted lines and the coil springs force the dies to open,.
This allows the priming and the first starting of the machine. As will be seen in Figs. 3, 4 and 5, these die-forging elements first initiate a slight curvature on the metal of the strip, which they gradually increase until this metal has a cross section. forming a right angle. The dotted lines (fig. 6) show the gradual change in the shape given to the metal of the band.
In the operation of the mechanism as described heretofore, the pressure rollers 5 and 6 receive a rotational movement. The metal having been introduced is pushed between these rollers found by the engaged with the fin part 1 directly engaged between the rollers,
These rollers are brought together with sufficient pressure to drive the metal through the dies so that no further metal handling mechanism is necessary. The, pebble. 2. is adjusted so that its surface in engagement avea the fin forms an angle with the surfaces of the roller 5, as shown in fig.l to. 9.
The pressure between these rollers is set to compress the metal of fin 2 with the metal near the outer edge of this fin 2 compressed more strongly than it is near the
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inner edge or near the tube. As on the other hand the blade 2 must be wound in a helix, the diameter at the outer edge of the tube must necessarily be greater than the diameter of its inner edge or at the point where it ends on the tube, and in Due to the compression of the metal and the thinning of the fin near its outer edge, or rather the gradual thinning of the inner edge to its outer edge, this increase in diameter is obtained.
In fact the metal is compressed in such a way that the fin receives a curvature from this compression, and this curvature is such that the normal inside diameter of the fin is less than the diameter of the tube.
By moth, when the machine is running, the metal of the fin moves under the tube 1 where el; Le receives a curvature as a result of the compression of the metal of the fin so that this metal moves upwards and around the tube. The metal of the fin, due to its normal inner diameter smaller than the outer diameter of the tube, clamps the tube very tightly.
It is now necessary to describe the way in which the tube moves longitudinally and turns. It will be remembered that the metal of the fin receives a curvature which causes it to tighten the tube strongly. This metal is also obliged to advance the action of the rollers. Arranged immediately above the rollers and above the tube is what may be called a guide bush 26 (fig.
1 and 6). This guide pad has a slanted surface 27 and is preferably interchangeable being held removably on the device by suitable screws.
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28. As fig.6 probably best represents it, the metal moves around the tube and the fin portion is in contact with the biased surface .il ... of the guide bush. Due to the fact that the metal is in tight engagement with the tube, this tube receives a rotational movement as it goes. as the fin metal is brought or pushed onto the tube by the rollers.
At the same time, the vane engages with the skewed surface where camming occurs so that the vane with the tube to which it is tightly clamped are both moved forward. Thus, in the continuation of the operation, the tube receives a rotational movement and an advancing movement on the machine as a result of the winding of the fin metal on it. In addition, the pitch of the skewed surface of the guide pad determines the pitch of the helical vane. As this guide pad is interchangeable, pads for different pitches can be used to obtain fins at different pitches.
As shown in Fig. 1, the part 3 of the metal engaged with the tube is arranged so that the adjacent convolutions abut against each other, and the guide bush is set to give the necessary pitch to achieve this result.
However, in fig.la, the parts surrounding the tube overlap and, to obtain this result, it is sufficient to use a guide bush suitably established to reduce the pitch of the helical fin. In fig.10, the pitch of this fin has been increased so that the convolutions of the metal of the fin are spaced from each other. This result can be achieved by using a properly established guide bush. It is just part of the invention to vary the width of the strip 3 of metal engaged on the tube in order to
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to obtain the overlap without changing the guide bush.
Altering the width of the web of the fin engaged on the tube to achieve other different results, with or without changing the guide bush, is also part of the invention.
It is also possible with the guide shown here to manufacture a tube with overlapped parts. but without having inside a finished tube in itself. Such a tube is shown in Figure 11.
After the fin has been wound onto the tube, the assembly may or may not be immersed in a bath of a point sealing substance such as solder.
Such a bath forms a hermetic seal between the tube and the fin, but the tube can be used satisfactorily without the application of solder.
In making the tube shape shown in Fig. 11, different convolutions are overlapped to form a tubular body. Instead of using a finished tube per se on which the convolutions are wound, a mandrel can be used. for overlapping windings. The use of such a mandrel, however, is already old and generally understood by those skilled in the art, and therefore it is not shown. With such a tube, it is preferable to terminate and close the joints of the convolutions by means of solder, or the like, in order to make the tube fluid tight.