專利名稱：卷繞長形構件的盤圈卷繞裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種盤圈卷繞裝置，并且具體地但非排他性地涉及一種用于在最小加工硬化的情況下將完全退火的管卷繞成盤圈的裝置。
背景技術：
退火工藝一般用于銅管，以提高在諸如制冷單元這樣的產(chǎn)品中使用的管的性能。 參照圖1，存儲在籃狀物10中的成卷的硬銅管通過退火線12而被處理，以在繞旋轉(zhuǎn)軸線被重新卷繞之前去除任何加工硬化，形成多層的成卷的退火銅管14。然而，在退火處理后重新卷繞銅管的處理本身將加工硬化引入銅中。在圖加和圖2b中示出將完全退火的管卷繞成盤圈的第一方法，圖加和圖2b示出了一組輥100，該一組輥100之間的距離可以調(diào)整。管102可以通過以下方式而由這種輥 100卷繞成盤圈在輥100處于適當?shù)奈恢脮r在這些輥100之間滾壓管102，從而當管102 通過輥100之間時將輕微的彎曲引入到管102中，如圖2b所示。然后，被彎曲的管定位成使得當更多管102通過輥100之間時，管102的彎曲部松散地落到平臺104上，其中平臺104 以與管102通過輥100之間的速度相關的速度繞軸線106旋轉(zhuǎn)。輥100中的一個的位置被不斷地調(diào)整，以改變管102的彎曲程度，使得當平臺104旋轉(zhuǎn)時，管102形成在平臺104上的每個同心盤圈內(nèi)具有變化直徑的同心繞圈。然而，這個過程具有許多的局限性。例如，輥100的使用對管102的硬度具有負面影響，使得管102的硬度以與為了實現(xiàn)盤圈中的每個繞圈的直徑所需的彎曲程度成比例的方式增大。使用這種方法生產(chǎn)的盤圈的層被松散地卷繞并且在每個盤圈之間具有任意的間隔。不同層中的盤圈的疊置繞圈的存在使包裝和運輸必然需要更多的立體空間。此外，由于在每個盤圈的繞圈之間的自由空間允許在同心盤圈層中的疊置繞圈的運動和潛在擠壓， 各個盤圈在運輸期間更易受到損壞。當使用卷繞管的第一方法時，需要將氮氣通過管沿“上游方向”吹到執(zhí)行退火處理的裝置。這種氣體用于在管正在被退火時置換來自管內(nèi)的氧氣，以減少在管的內(nèi)表面上形成雜質(zhì)。通常，管被手動地聯(lián)接到用于通過管吹回氮氣的反沖洗系統(tǒng)。在這種情況下，由于管尚未以正確速度通過退火裝置，盤圈的最初少數(shù)繞圈將不能被正確地退火。因此，成品盤圈的最初的少數(shù)繞圈將是不符合規(guī)格的。圖3中示出將管卷繞成盤圈的第二方法。圖中示出了圓柱形鼓200，管202的一端在點204處固定到鼓200。之后鼓200繞軸線206旋轉(zhuǎn)，使得管圍繞鼓200卷繞。使鼓200 沿著軸線206移動，鼓200繞著軸線206以與鼓200的旋轉(zhuǎn)速度相關的速度旋轉(zhuǎn)，使得繞鼓 200的管202的每個后繼的繞圈均沿軸線206相對于之前的繞圈以平移方式移位。不同盤圈的繞圈被卷繞到鼓200上，使得繞圈彼此疊置，因此使得形成圍繞鼓的多層盤圈。鼓200 具有凸緣203，該凸緣203是可調(diào)整的，以設置正在生產(chǎn)的盤圈的深度。將管卷繞成盤圈的此第二方法所具有的超過第一方法的優(yōu)勢在于更為緊密地卷繞盤圈的各層并更準確地構造每個盤圈之間的間距。
然而，第二方法具有當將管卷繞成盤圈時對管施加顯著的加工硬化的缺點。這就要求通過第二卷繞方法而被緊密地卷繞的一段管必須在卷繞工序后在爐內(nèi)退火。然而，盤圈的最大尺寸由退火爐的尺寸決定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)選實施方式尋求克服現(xiàn)有技術的以上缺點。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于將長形構件卷繞成盤圈的裝置，該裝置包括適于繞第一軸線旋轉(zhuǎn)的至少一個第一本體部；固定裝置，該固定裝置用于將長形構件的一部分固定到至少一個第一本體部；以及施力裝置，所述施力裝置用于將力施加到長形構件，所述力包括分別沿垂直的第一方向和第二方向作用的第一分力和第二分力，以限制長形構件沿與第一方向平行的方向和與第二方向平行的方向的運動，第一分力朝向固定有長形構件的第一本體部作用。通過當管正被卷繞成彼此分層疊置的多個盤圈時，將具有垂直的第一分力和第二分力的力施加到管，使得在盤圈中的每個單獨的繞圈在盤圈被卷繞時均保持在適當?shù)奈恢?。通過在盤圈被卷繞時沿在先的繞圈的方向?qū)⒘κ┘拥奖P圈中的各個繞圈的每一個，提供了更緊密地卷繞盤圈的優(yōu)勢。通過當盤圈被卷繞時將向下的力施加到盤圈中的每個繞圈，防止了彼此堆疊的盤圈的各層中的繞圈與不同層中的盤圈的繞圈重疊。這具有使包裝和運輸所需的單盤圈立體空間最小化的優(yōu)勢，并通過最小化每個盤圈的繞圈之間的自由空間降低了在各個盤圈的運輸期間的易損壞性，如果不這樣，該自由空間將允許在同心盤圈層中的疊置繞圈的運動和潛在擠壓。本發(fā)明的卷繞裝置具有的進一步優(yōu)勢在于在使管上的加工硬化于管被卷繞時最小化的同時能夠提供以上優(yōu)勢。在優(yōu)選實施方式中，施力裝置包括第二本體部，多個毛狀部從第二本體部延伸。毛狀部具有的優(yōu)勢在于能夠在管被卷繞時將兩個垂直的分力施加于管，以提供先前討論的優(yōu)勢。在另一優(yōu)選實施方式中，第一本體部或第二本體部中的至少一個限定了平坦表面。這具有提供了如下表面的優(yōu)勢在該表面上，管可以被容易地卷繞或展開，并且還簡化了用于運輸這種卷繞管的任何裝置。在另外的優(yōu)選實施方式中，第一本體部或第二本體部中的至少一個適于沿第一軸線移動。這具有快速卷繞多個盤圈層的優(yōu)勢，并最小化了所需的毛狀部長度，以提供本發(fā)明的其他優(yōu)勢。在優(yōu)選實施方式中，長形構件從第一本體部的與第一本體部的中央相鄰的內(nèi)部部分向第一本體部的與第一本體部的邊緣相鄰的外部部分被卷繞成盤圈。在另一優(yōu)選實施方式中，長形構件從第一本體部的與第一本體部的邊緣相鄰的外部部分向第一本體部的與第一本體部的中央相鄰的內(nèi)部部分被卷繞成盤圈。
在另外的優(yōu)選實施方式中，長形構件是長形管。在優(yōu)選實施方式中，該裝置還包括引導部，長形構件從該引導部延伸成與該裝置接合。在另一優(yōu)選實施方式中，第一本體部適于相對于引導部移動。這具有的優(yōu)勢在于更精確地控制使用本發(fā)明的裝置而卷繞的盤圈中每個單獨繞圈的直徑。在另外的優(yōu)選實施方式中，該裝置還包括退火部，該退火部用于在長形構件被卷繞成盤圈之前對長形構件的至少一部分進行退火。這具有的優(yōu)勢在于一旦盤圈被卷繞，使該盤圈的加工硬化量最小化。而且，通過在管被卷繞成盤圈之前對管進行退火使得管的各個部分被分別退火，而不是在管被卷繞成盤圈之后立刻對整個管進行退火。這具有的優(yōu)勢在于減小了用于對要使用本發(fā)明的裝置卷繞的管進行退火的爐子尺寸。根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了一種將長形構件卷繞成盤圈的方法，該方法包括如下步驟將長形構件的一部分固定到第一本體部；繞第一軸線旋轉(zhuǎn)第一本體部，從而使得長形構件卷繞成盤圈；以及使用施力裝置向長形構件施加力，該力包括分別沿垂直的第一方向和第二方向作用的第一分力和第二分力，以限制長形構件沿與第一方向平行的方向以及與第二方向平行的方向的運動，第一分力朝向固定有長形構件的第一本體部作用。在優(yōu)選方法中，還包括如下步驟使第一本體部和施力裝置沿著第一軸線相對于彼此移動。在另一優(yōu)選方法中，長形構件從第一本體部的與第一本體部的中央相鄰的內(nèi)部部分向第一本體部的與第一本體部的邊緣相鄰的外部部分被卷繞成盤圈。在另外的優(yōu)選方法中，長形構件從第一本體部的與第一本體部的邊緣相鄰的外部部分向第一本體部的與第一本體部的中央相鄰的內(nèi)部部分被卷繞成盤圈。在優(yōu)選方法中，還包括如下步驟在將長形構件卷繞成盤圈之前對長形構件進行退火。


現(xiàn)在將參照附圖對本發(fā)明的、僅作為示例而不具有任何限制意義的優(yōu)選實施方式進行描述，附圖中圖1是現(xiàn)有技術的盤圈卷繞過程的示意圖；圖2是現(xiàn)有技術的第一盤圈卷繞裝置的立體圖；圖3是現(xiàn)有技術的第二盤圈卷繞裝置的立體圖；圖4A是根據(jù)本發(fā)明的盤圈卷繞裝置的第一立體圖；圖4B是沿軸線306、在箭頭4B的方向上觀察圖4A中的盤圈卷繞裝置的第二立體圖；圖4C是圖4A中的盤圈卷繞裝置的第三立體圖；圖5是與被卷繞的管接合的圖4A到圖4C中的盤圈卷繞裝置的毛狀部的立體圖6是在利用圖4A到圖4C中的盤圈卷繞裝置卷繞管時作用于該管上的力的示意圖；圖7是自動夾持系統(tǒng)的立體圖，該自動夾持系統(tǒng)用于夾持待卷繞到圖4A到圖4C 中的盤圈卷繞裝置的管；以及圖8是本發(fā)明的盤圈卷繞裝置的適應性改型的立體圖；
具體實施例方式參考圖4A、4B和4C，卷繞裝置300被設置用于將長形構件例如金屬管303卷繞成盤圈。卷繞裝置300具有均優(yōu)選地呈盤狀的第一本體部302和第二本體部304。第一本體部302適于繞第一軸線306旋轉(zhuǎn)。卷繞裝置300具有用于將管303的一部分固定到第一本體部302的固定裝置，其中管303從引導構件305延伸。金屬管穿過引導構件305并利用圖 7所示的自動夾持系統(tǒng)連接到第一本體部302中的沖洗單元(purging unit)。第二本體部 304具有沿第一本體部302的方向從第二本體部304延伸的多個毛狀部308以及圓柱形成形構件309。優(yōu)選地，毛狀部308和成形構件309的長度是待通過裝置300卷繞成盤圈的管 303的直徑的大約兩倍。成形構件309具有如下直徑管能夠圍繞具有該直徑的成形構件 309彎曲而不會將不可接受的量的加工硬化引入到管中。這種直徑大約可以為600-700mm， 這是管直徑的50到60倍。第一本體部302適于沿軸線306移動，以使毛狀部308和成形構件309與管303相接觸，使得毛狀部308圍繞管303彎曲。由管303彎曲的每個毛狀部308均將力310施加到管303上。如圖5所示，由管303彎曲的毛狀部308沿方向310對管303施加力。這種力可以分解為分別沿垂直的第一方向312和第二方向314作用的第一分力和第二分力。因此，作用在管303上的這種分力限制管303在與第一方向312平行的方向上的和與第二方向314平行的方向上的運動，其中力310的第一分力和第二分力分別沿著第一方向312和第二方向314作用?，F(xiàn)在將描述卷繞裝置300將已退火的管卷繞成盤圈的過程。首先，將長形管303 的、從引導構件305延伸的端部鄰近第一本體部302的中央可固定地(fixably)附連到第一本體部302，使得長形管303在與第二本體部304的成型構件309接合時能夠圍繞第二本體部304的成形構件309卷繞。之后，使第二本體部304的毛狀部308和成形構件309與管303接合，以使得毛狀部308圍繞管303彎曲，如圖5所示。之后第一本體部302繞軸線306旋轉(zhuǎn)。同時，第一本體部302和第二本體部304均以與第一本體部302旋轉(zhuǎn)速度相關的速度、沿垂直于第一軸線306的第二軸線307移動，因此使得管303卷繞成包括許多具有遞增的直徑的繞圈的第一盤圈，最里面的繞圈與成形構件309接合并且每個后繼的繞圈逐漸遠離第一本體部302 的中央。當接合第一本體部302的第一盤圈已被完全卷繞時，即，當繞圈從成形構件309被卷繞到第一本體部302的邊緣時，第一本體部遠離第二本體部移動一個管直徑的距離。之后第一本體部302和第二本體部304都開始以與在卷繞第一盤圈時第一本體部和第二本體部移動的速度相同的速度沿著第二軸線307移回。這使得管303在第一盤圈之上卷繞成第二盤圈。第二盤圈包括與第一盤圈的繞圈數(shù)量相同的繞圈數(shù)量，第二盤圈的每個繞圈均在第一盤圈中對應繞圈之上。因為在卷繞第二盤圈期間，第一本體部302和第二本體部304 以及因此軸線306朝向它們的初始位置移回，故而在第二盤圈中的繞圈以不斷減小的直徑卷繞，每個繞圈逐漸接近第一本體部302的中央，第二盤圈的最里面的繞圈與第二本體部的成形構件309接合。當?shù)诙P圈已經(jīng)被卷繞時，第一本體部302沿著軸線306遠離第二本體部304移動與被卷繞的管303的直徑相等的尺寸。然后，第三盤圈以直徑遞增的繞圈被卷繞在第二盤圈之上，最里面的繞圈與成形構件接合并且最外面的繞圈與第一本體部的邊緣相鄰。之后第一本體部302沿軸線306遠離第二本體部304再次移動與被卷繞的管303的直徑相等的尺寸。然后，具有直徑不斷減小的繞圈的第四盤圈被卷繞在第三盤圈之上，第四盤圈的最里面的繞圈與成形構件309接合。之后重復這個卷繞過程，使得在每個后繼的盤圈的卷繞之后，使第一本體部302沿軸線306相對于第二本體部304移動與被卷繞的管303的直徑相等的尺寸，直到已經(jīng)以彼此疊置的方式堆積了所需數(shù)量的盤圈層為止。當管303已經(jīng)被卷繞成所需數(shù)量的盤圈層時，將管303從引導構件305移除，并且使第二本體部304的毛狀部308以及成形構件309與繞第一本體部302卷繞的盤圈脫離， 隨后將第一本體部302從裝置300移除。圖6a中示出毛狀部308對于從第一本體部302的與第一本體部302的中央相鄰的內(nèi)部部分向第一本體部302的與第一本體部302的邊緣相鄰的外部部分卷繞的盤圈的影響。由被卷繞成盤圈的管303彎曲的毛狀部308對管303施加具有兩個分力的力。一個這種分力沿著朝向第一本體部302的方向作用于管303上，因此使由裝置300產(chǎn)生的盤圈層的堆中的不同盤圈層之間的距離最小化。此外，第二分力朝向第一本體部302的中央沿垂直于第一本體部302的方向作用于管303上，這在每個盤圈中的各個繞圈被卷繞時將它們推到一起，使得盤圈被更緊密地卷繞。在圖6b中示出與在圖6a所示出情況的相對應情況，S卩，毛狀部308對于從第一本體部302的、與第一本體部302的邊緣相鄰的外部部分向第一本體部302的、與第一本體部302的中央相鄰的內(nèi)部部分卷繞的盤圈的影響。由被卷繞成盤圈的管303彎曲的毛狀部 308對管303施加具有兩個分力的力。一個這種分力沿朝向第一本體部302的方向作用于管303上，因此使由裝置300產(chǎn)生的盤圈層的堆中的不同盤圈層之間的距離減小。此外，第二分力沿垂直于第一本體部302的方向遠離第一本體部的中央而作用于管303上，這在每個盤圈中的各個繞圈被卷繞時將它們推到一起，使得盤圈被更緊密地卷繞。在利用裝置300將管303卷繞成盤圈之前，管303通過退火裝置(未示出)。由此，在使用本發(fā)明的卷繞裝置300時，使用反沖洗系統(tǒng)(未示出)，通過管303吹入惰性氣體例如氮氣。在卷繞裝置300中，利用自動夾持系統(tǒng)將管303自動地連接到反沖洗系統(tǒng)，參見圖7。在這種情況下，如果由于管303沒有在卷繞裝置303的上游被退火至符合規(guī)范而必須使卷繞過程停止，則將系統(tǒng)中的、在退火裝置與卷繞裝置300之間的、不符合規(guī)范的管從系統(tǒng)移除并丟棄，使得該不符合規(guī)范的管不會成為成品盤圈的部分?，F(xiàn)在將描述圖7中的自動夾持系統(tǒng)的操作。夾持系統(tǒng)317安裝于第一本體部302 并且具有腔室318，惰性氣體被吹入腔室318中。通過卷繞裝置300卷繞的管303必須在被卷繞之前首先使用夾具316夾持在適當?shù)奈恢?，使得?03的端部延伸入腔室318中，從而允許將惰性氣體吹入管303中。為此，離開引導件305的管303通過穿過引導夾持致動器319以及夾持元件316而進入夾持系統(tǒng)317，使得管的端部在腔室318內(nèi)延伸。引導夾持致動器319朝向夾持元件316移動，該夾持元件316在啟動氮氣反沖洗之前夾持并密封管 303。管在整個卷繞過程中始終被夾持，這已在之前描述過，因此能夠使得管303的整個長度被連續(xù)地反沖洗。在卷繞過程結束時，引導夾持致動器319移動遠離松開了管303的夾持元件316。 本領域的普通技術人員可以理解，上述實施方式僅僅作為示例來描述而并不具有任何限制性意義，并且有可能在不脫離由所附權利要求限定的本發(fā)明范圍的情況下作出各種變更和修改。例如，卷繞裝置300可以用于將由非金屬例如塑料制成的長形構件卷繞成盤圈。該卷繞裝置300可以是能夠旋轉(zhuǎn)的，并因此沿順時針方向和逆時針方向來卷繞盤圈。 也可能在具有所有先前討論的優(yōu)點的情況下，本發(fā)明的適應性改型能夠?qū)⒐芾@圓柱體卷繞成盤圈。這種適應性改型在圖8中示出，其中與圖4A到圖4C中的那些零件相類似的零件以增加了 100的相同附圖標記來標識。
權利要求
1.一種用于將長形構件卷繞成盤圈的裝置，所述裝置包括 適于繞第一軸線旋轉(zhuǎn)的至少一個第一本體部；固定裝置，所述固定裝置用于將長形構件的一部分固定到至少一個所述第一本體部；以及施力裝置，所述施力裝置用于將力施加到所述長形構件，所述力包括分別沿垂直的第一方向和第二方向作用的第一分力和第二分力，以限制所述長形構件沿與所述第一方向平行的方向以及與所述第二方向平行的方向的運動，所述第一分力朝向固定有所述長形構件的所述第一本體部作用。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述施力裝置包括第二本體部，多個毛狀部從所述第二本體部延伸。
3.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，至少一個所述第一本體部或所述第二本體部限定平坦表面。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，至少一個所述第一本體部或所述第二本體部適于沿著所述第一軸線移動。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述長形構件從所述第一本體部的與所述第一本體部的中央相鄰的內(nèi)部部分向所述第一本體部的與所述第一本體部的邊緣相鄰的外部部分被卷繞成盤圈。
6.根據(jù)權利要求1到4中任一項所述的裝置，其中，所述長形構件從所述第一本體部的與所述第一本體部的邊緣相鄰的外部部分向所述第一本體部的與所述第一本體部的中央相鄰的內(nèi)部部分被卷繞成盤圈。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述長形構件是長形管。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的裝置，還包括引導部，長形構件從所述引導部延伸成與所述裝置接合。
9.根據(jù)權利要求8所述的裝置，其中，所述第一本體部適于相對于所述引導部移動。
10.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的裝置，還包括退火部，所述退火部用于在長形構件被卷繞成盤圈之前，對所述長形構件的至少一部分進行退火。
11.大致如本文中參照圖4到圖8中的附圖所描述的、用于將長形物體卷繞成盤圈的裝置。
12.—種將長形構件卷繞成盤圈的方法，所述方法包括如下步驟 將長形構件的一部分固定到第一本體部；繞第一軸線旋轉(zhuǎn)所述第一本體部，從而使所述長形構件卷繞成盤圈；以及使用施力裝置向所述長形構件施加力，所述力包括分別沿垂直的第一方向和第二方向作用的第一分力和第二分力，以限制所述長形構件沿與所述第一方向平行的方向以及與所述第二方向平行的方向的運動，所述第一分力朝向固定有所述長形構件的所述第一本體部作用。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，還包括如下步驟使所述第一本體部和所述施力裝置沿著所述第一軸線相對于彼此移動。
14.根據(jù)權利要求12或13所述的方法，其中，所述長形構件從所述第一本體部的與所述第一本體部的中央相鄰的內(nèi)部部分向所述第一本體部的與所述第一本體部的邊緣相鄰的外部部分被卷繞成盤圈。
15.根據(jù)權利要求12或13所述的方法，其中，所述長形構件從所述第一本體部的與所述第一本體部的邊緣相鄰的外部部分向所述第一本體部的與所述第一本體部的中央相鄰的內(nèi)部部分被卷繞成盤圈。
16.根據(jù)權利要求12到15中任一項所述的方法，還包括如下步驟在所述長形構件被卷繞成盤圈之前，對所述長形構件進行退火。
全文摘要
一種用于將管(303)卷繞成盤圈的裝置(300)。該裝置具有適于繞第一軸線(306)旋轉(zhuǎn)的第一本體部(302)、用于將管(303)的一部分固定到第一本體部(302)的固定裝置、以及用于當管被卷繞時將力(310)施加到管(303)的施力裝置(308)。力(310)具有分別沿垂直的第一方向(312)和第二方向(314)作用的第一分力和第二分力，以用于限制管(303)沿與第一方向平行的方向和與第二方向平行的方向的運動。第一分力(312)朝向第一本體部(302)作用。
文檔編號B65H54/02GK102470417SQ201080034255
公開日2012年5月23日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權日2009年7月1日
發(fā)明者托尼·科德 申請人:Mrb舒馬格有限公司