DE1452244A1

DE1452244A1 - Doppelrohraggregat mit innenliegenden Rippen und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE1452244A1
Application number: DE19651452244
Authority: DE
Inventors: Keyes John Milton
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Universal Oil Products Co
Priority date: 1964-04-23
Filing date: 1965-04-22
Publication date: 1971-07-22
Also published as: FR1425924A; GB1058409A; US3267564A; SE310479B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zum Herstellen von auf der Innenseite doppelt verrippten Rohra^gre^aten zur Verwendung bei Wärmeaustausoheranlagen.' Genauer gesagt sieht die Erfindung ein Verfahren vor, das es ermöglicht, ein .Rohraggregat zu erzeugen, das ein äußeres Umhüllungsrohr aus Metall umfaßt, welches für schädliche Umgebungseinflüsse unempfindlich ist, sowie ein inneres mit Rippen versehenes Auskleidungsrohr aus einem anderen Lie tall, das ebenfalls besonders gut geeignet ist, mit einem Strömungsmittel zusammenzuarbeiten, das sich in de» Rohraggregat befindet oder es durchströmt.

Ein allgemeines Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren vorzusehen, das es insbesondere ermöglicht, das innere Auskleidungarohr des Aggregats mit Hilfe eines vorbereitenden Strangpreßvorganga und eines danach durchgeführten Ziehvorgangs herzustellen, wobei die innenliegenden Rippen in sehr kleinen Abständen voneinander angeordnet sind, die 3ich nicht erzielen lassen würden, wenn #Ä%f ^^^1% Ä^er gegenwärtig gebräuchlichen

U52244

- 2 - 1A-29 509

Einrichtungen an üourmaterial von bekannter Art nur einen einzigen Strangpreßvorgang aurchfuhren würde.

Genauer gesagt sieht die Erfindung vor, das Äusklsidungsrolir zunächst im ,/ege des Strangpressens mit einem Außendurchmesser herzustellen, der den endgültigen Außendurhhmesser erheblich überschreitet, wobei die innenliegenden, sich in der Längsricntung erstreckenden, raaial nach innen ragenden Hippen in ümfangsabatäiiden verteilt sind und an inren inneren "^nden durch radiale Abstände voneinander getrennt sii-ä, die erheolich größer sind als die entsprechenden Abstände bei aera fertigen rohrförmigen Erzeugnis. Auf diesen StrangpreSvorxang folgt gemäß der Erfindung ein Ziehvorgang, dem aas stranggepre;3te uohr unterzogen wird, um seinen AuSendurcliiaesser auf das gewünschte endgültige Maß zu Dringen, wobei gleichzeitig aie inneren .^ncien der radialen liippen einander genähert weruen, so daß sich sc./ohl die gewünschten radialen Abstände als auch die gewünschten Umfangsabstände zwiacnen den Hippen bzw. ihren ^nden ergeben.

Ein weiteres ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines zweiteiligen oder dop;:elv/andigen itohra^gregats vorauseilen, das ein inneres Auckleidungsronr mit kippen der soeben beschriebenen Art urafaßt, bei -.velchem ein äußeres Umhüllung sr ohr aus einem anderen uaterial ;jo gezo^ea und zur Anlage an dein AusiLleiaungsrohr gebracnt v/ira, daß eine außerordentlich feste Berührung zwischen der glatten Außenfläche des AuBkleidungsrohrü und der glatten Innanfläcue de3 Dahüllungorohrs erzielt wird, um eine jeiir gute tiäi'iaeüoex'ti'a^uiifj durch das Uoppeli'ohragj.regat zu gewäurleiöten.

BAD

109830/0246

- H522U

- 3 - 1A-29 509

aemäß einem v/eiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht das innere, mit innenliegenden Hippen versehene Auskleidun^srohr aus einem Letall, das nicht nur metallurgisch geeignet ist, mit bestimmten Stoffen zusammenzuarbeiten, sondern das auch eine erheblich größere Streckgrenze aufweist als das andere Detail, aus dem das äußere Umhüllungsrohr besteht. Nach der Beendigung des abschließenden Ziehvorgangs, dem die ineinander angeordneten Rohre unterworfen werden, haben somit beide Hohre das bestreben nach außen zurückzufedern; da das Material des inneren Rohrs jedoch eine höhere Streckgrenze aufweist als das Material des äußeren Rohrs, ist dieses Bestreben, nach außen zu federn, bei dem inneren Rohr größer, so daß an der .Berührungsfläche zwischen den Rohren ständig eine starke Druckkraft zur Wirkung kommt.

Gemäß einem weiteren Merkmal sieht die Erfindung eine Alterung des inneren Auskleidungsrohrs vor, das vorzugsweise aus Aluminium besteht; diese Alterung wird bewirkt, bevor der beschrie bene Ziehvorgang durchgeführt wird, um das innere Rohr zur festen Anlage an dem vorzugsweise aus Kupfer bestehenden Umhüllungsrohr zu bringen· In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß ein anfängliches oder vorbereitendes Ziehen des Auskleidungsrohrs aus Aluminium zu einer Erhöhung der Härte und Festigkeit aus der Folge der Kaltverformung führt, wodurch die Wirkung der Alterungshärtung ergänzt wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Pig. 1 ist ein vergrößerter Querschnitt durch ein typisches, auf der Innenseite mit Sippen versehenes inneres Auskleidungs-

109830/0246 bad original

• .-.4 - 1A-29 509 ;

rohr und zeigt das Rohr in seinem ursprünglichen s-tra-riggepreßten zustand vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Pig. 2 ähnelt !"'ig. 1, zeigt jedoch das Auskleidungsrohr nach der Durchführung eines vorbereitenden Ziehvorgangs, durch den eine Verkleinerung des Außendurehmessers bewirkt wird, wobei gleichzeitig die Beziehung der innenliegenden Rippen zueinander geändert wird.

Fig. 3 zeigt in einem weiteren Querschnitt das Auskleidungsrohr nach Fig. 2 in seiner endgültigen Zuordnung zu dem äußeren Umhüllungsrohr des Rohfaggregats.

In verschiedenen Ahwendungsfallen für WärmeübertragungS'-einrichtungen, z.B. bei einen relativ kleinen Außendurchmesser aufweisenden Rohren für Wassfirkühler ist es erwünscht bzw. zweckmäßig, ein doppelwandiges■ Rohraggregat zu verwenden, das ein inneres Rohr umfaßt, das korrosionsbeständig ist und mit in Umfangsabständen verteilten, sich in der Längsrichtung erstrekkenden und von seiner Innenfläche ausradial nach innen ragenden Rippen versehen ist, sowie ein äußeres-Rohr, das ebenfalls den Umgebungseinflüssen angepaßt ist, denen es im Betrieb ausgesetzt wird· Das Strangpreßverfahren eignet sich offensichtlich am besten zur Herstellung eines im Inneren mit Rippen versehenen Auskleidungsrohre der soeben beschriebenen Art, und eine Aluminiumlegierung mit den gewünschten metallurgischen Eigenschaften und der erforderlichen Korrosionsbeständigkeit läßt sich leicht im Wege des Strangpressens herstellen. Jedoch ist es bei dem vorgesehenen kleinen Außendurchmesser des fertigen Doppelrohraggregats, der z.B« nur etwa 19 mm beträgt, nicht möglich, mit

10983070246

- 5 - 1A-29 509

Hilfe der bis jetzt bekannten Strangpreßvorrichtungen ein der* artiges Rohr herzustellen» das im Inneren mit Rippen versehen ist ι welche einander im .Bereich der Hohrachse nahe "benachbart sind, wobei auch die ümfangsabstände zwischen den Rippen so klein sind, wie es erwünscht ist₀

Gerade bei der Herstellung solcher Rohraggregate von kleinem Durchmesser läßt sich das erfindungsgemäße Yerfahreh vorteilhaft anwenden, wobei es das Verfahren außerdem ermöglicht, eine sehr feste .berührung oder Anlage der benachbarten Flächen des Auskleiäungsrohrs und des Umhüllungsrohrs herbeizuführen, so daß eine gute Wärmeübertragung gewährleistet ist.

In jj'ig, 1 erkennt man bei 10 ein Auskleiäungsrolir, das als Strangpröierzeugnis aus einer Aluminiumlegierung, z*3« der Legierung 6063-25» hergestellt worden ist. Bei der Herstellung eines typischen Doppelrohraggregats mit dem schon erwähnten endgültigen Außendurcilmesser von etwa 19 mm wird das Auskleidungs»- rohr 10 als StrangpreflerEeugnis mit einem Außendurchmesser von z»3, etwa 20,4 mm und einer Wandstärke von etwa 0*6*3 mm hergestellt* Dieses Rohr kann mit Hilfe bekannter Strangpreßvorriöh** tungen mit dem erwähnten Durchmesser und der genannten Wand» stärke Hergestellt werden, wobei es außerdem moglicM ist» veaS». sehiedenartige innenliegende Rippen 12 und 14 vorzusehen^ die sich von der Innenwand des Rohrs aus radial nach innen in Richtung auf die Rohraeh.se A erstrecken und lückenlos über die ganze Länge des stranggepreßten Erzeugnisses verlaufen»

Bei dem Rohr nach Mg· 1 erstrecken sich die größeren ra* dialen Rippen 12 bei dem als Aus, angsmaterial hergestellten

830/0246 SADGRiGiNAL

- 6 - ■ . iA-29\ 509

.Auskleidungsrohr. 10 radial na e.h. innen über eine strecke a von etwa 7,2 mm,- während sieh die kleineren Rippen 14 z.,B. über eine Strecke ρ von etwa 2 min von der Innenwand des Rohrs aus radial nach innen erstrecken. Gemäß, jfig. 1 naben die =jrOide'n Hippen 12 gewellte oder gerillte- bzw, ziokzackxörsige Seitenflächen 18 und 20, doch ist dieses —erkmal für die irfinäung ohne Bedeutung*

.■Semaß Pig. 1 sind" die zugespitzten inneren. Lnden 20 der . großen Rippen 12 in einem .radialen Abstand, c von etv/a 2,44 mc von der Rohrachse A angeordnet; die ümfangsabstände zr.isoii-sri ä&n inneren inden 20 der iiippen 12 sind genügend groß,- so daiS es r;it Hilfe des Strangpreßverfahrens möglich ist, rlohre nach /ig,1 .η!τ den erwähnten relativ kleinen Abmessungen, im -..ege.der Massenfertigung herzustellen. Biese ümfangsabstiänäe zv.-Ischen &e&- inneren Enden der Rippen 12 werden nachträglich auf eine noch zu erläuternde vV'eise erheblich verkleinert*

Die in der Umfangsrichtimg gemessene gröiBt;e Breite d der größeren Rippen 12 beträgt bei dem hier behandelten Ausführungsbeispiel etwa 1,17 mÄ» Diese Rippen sind in .,'inkelabständen von 72° angeordnet,' während die y/inkelabstände zivischen den dasv/i— sehen liegenden kleineren Rippen 14 24° beträgt»

Das in der beschriebenen ueisie hergestellte stranggepreß— te. Rohr 10 wird dann mit Hilfe eines Ziehwerkzeugs gezogen? Bö d^i sich der Außendurchmeaser des Rohrs z»B* auf etwa 17*5 mm . verringert %üü. ÜäS Röixr die in Jrig» 2 gezeigte ^om erhält. Zwar bleiben die Abmessungen dös Rohrs abgesehen ¹V¹Om aei&effi Aüßendurchmessei« unverändert, doch führt dieser ZieliVurgang dazu, daß die inneren finden 20 der größeren Rippen IS ttA^äiidea?

" BAD ORIGINAL

- 7 - 1A-29 509

in tinea erheblichen AuG&aS genähert werden, so daß sich zwischen benac-i'carten inneren Rippenenden der gewünschte ümfangsabstand e von etwa 1 mm ergibt; eine solche formgebung nach I'ig. 2 wäre nie Lt möglich, wenn man das Rohr nur mit hilfe bekannter Strangpreßvorricntungen herstellen väirde. In i'ig. 2 ist das gezogene jtohr insgesamt mit 22 bezeichnet; der Ziehvorgang führt zu einer Verringerung des Außendurchmessers um etwa 15$.

!lach dieser Verkleinerung des Außendurchmessers wird das Auskleidungsrohr gemäß Pig. 3 in ein äußeres Umhülluggsrohr 24 eingeführt, das aus Kupfer besteht, z.B. aus Kupfer der Sorte DHP, die teilweise deshalb gewählt wird, weil sie für die vorgesehenen -Betriebsbedingungen geeignet ist. Damit die Rohre leicht miteinander vereinigt werden können, ist eine verhältnismäßig lockere Passung zwischen den Rohren vorgesehen} die so vereinigten Rohre 22 und 24 werden dann mit Hilfe eines Ziehwerkzeugs von geeigneten Abmessungen erneut gezogen· ÜTimrnt man an, daß die Wandstärke des Umhüllungsrohrs 22 z.B. etwa 0,92 mm beträgt, hat das Ziehwerkzeug z.B. einen Durchmesser von etwa 19 mm oder weniger, so daß die beiden Rohre auf einen ü-esamtdurchmesser gebracht werden, der 19,05 mm beträgt, auf den die Rohre nach der Durchführung des letzten Ziehvorgangs wieder zurückfedern·

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß nach dem Strangpreßvorgang zur Herstellung des inneren Rohrs, nach dem ersten Ziehvorgang und vor dem zweiten Ziehvorgang zum Vereinigen des Rohrs 22 mit dem Kupferrohr 24 eine Alterungshärtung des aus Aluminium bestehenden inneren Rohre durchgeführt wird, um die Druckkräften ausgesetzte Verbindung zwischen den beiden Rohren

109*30/024*

- 8 - ■ \ 1A-29 509

zu verbessern, die das in Fig. 3 insgesamt mit 26 bezeichnete fertige Doppelrohraggregat bilden. Zu diesem Zweck wird das Auskleidungsrohr 22 acht Stunden lang einer Y/ärmebehandlung- bei etwa 177° C unterzogen, wobei das Material den Härtewert T5 erreicht.

"v/ie schon erwähnt, richtet sich die Wahl des Metalls für die beiden Rohre 22 und 24 oder anderer verschiedener Metalle, die für den vorgesehenen Zweck geeignet sind, teilweise nach der Streckgrenze der betreffenden Materialien; gemäß der Erfindung soll die Streckgrenze des Materials des inneren Rohrs erheblich höher liegen als diejenige des Materials für das äußere Rohr. Bei der für das Auskleidungsrohr 22 gewählten Aluminiumlegierung beträgt die Streckgrenze etwa 11,2 kg/mm , während die Streckgrenze des Kupfers für das äußere. Umhüllungsrohr 24 etwa 6,3 kg/mm beträgt. Nach dem abschließenden Ziehen der ineinander liegenden Rohre 22 und 24 iiat daher das innere Rohr 22 deshalb, weil die Streckgrenze seines Materials erheblich höher liegt als diejenige des Materials des äußeren Rohrs 24, eine erheblich größere Heigung,nach außen zurückzufedern, als das Umhüllungsrohr aus Kupfer,, und diese größere Rückfederungskraft des Auskleidungerohrs 22 bewirkt, daß die beiden glatten flächen der Rohre .ständig unter einem hohen Druck in Berührung miteinander gehalten werden.

Man kann auch andere Nichteisenlegierungen als die vorstehend erwähnten verwenden} insbesondere kann das äußere Um-., hüllungeröhr z.B. aus Messing oder einer Kupfer-Hlclcel-legierung oder dergleichen hergestellt werden*

ItS13070240

• - 9 - 1A-29 509

Die Alterungsbehandlun^ ist insofern von Bedeutung, als" sie die Härt-e des stranggepreßten und dann gezogenen Auskleidungsröh-r's 22 erhöht, so daß sich auch die Geschmeidigkeit (ductile strength) verbessert j zu dieser Wirkung trägt auch das Zieiien des Rohrs 10 bei, durch welches das Rohr die in Fig. 2 gezeigte Form erhält. Man erkennt somit, daß sich die Ziehvorgänge und die Alterungsbehandlung ergänzen; in manchen Fallen genügt schon die beim Ziehen erfolgende Kalthärtung, um dem Material eine ausreichende Harte und Streckgrenze zu verleihen, so daß auf eine Alterungsbehandlung verzichtet werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich wirtschaftlich und mit.hoher Geschwindigkeit mit Hilfe normaler Strangpreß- und Zielvorrichtungen durchführen, wobei es das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht, diese Vorrichtungen auch zur Herstellung von im Inneren mit Rippen versehenen Rohraggregaten von kleinem Durchmesser zu benutzen, die anderenfalls mit Hilfe der bekannten Strangpreivarrichtungen nicht hergestellt werden könnten.

Claims

rJ - 10 - . 14-2:9 509

FAIEIiI AlSPfiÜ 0 E S

1. Yerfahren zum Herstellen eines im Inneren mit Rippen versehenen Rohraggregats., dadurch g e'^f k e η η ζ e i e h, η e t , daß ein erstes metallrohr im .wege des otrangpressens hergestellt wird, wobei dieses ftohr auf seiner Innenfläche mit jüppen versehen ist, die in vorbestimmten Umfangsabständen verteilt sind und von der Innenfläche des Rohrs aus nach innen ra^en., daß dieses Rohr gezogen wird, tun seinen Außendurehmesser zn verkleinern und die inneren Enden der in Abständen verteilten Rippen so zu verlagern,- daß die radialen Abstände-_: z-.vis-chen den Hippen und die ümfangsabstände kleiner vier den, daß das erste 'Rohr in ein zweites Rohr aus Setall eingeführt wird, und daß die miteinander vereinigten Rohre erneut gezogen werden, um sie in feste Berührung miteinander zu bringen.

"Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e ia η ζ e i e h — net, daß das Metall des ersten Rohrs nach dem Ziehen eine bestimmte Streckgrenze aufweist,·und daß das Metall äes zweiten Rohrs eine Streckgrenze besitzt, die niedriger ist als dielenige des ersten Rohrs nach dem Strangpressen und dem Ziehvorgang·

3« Terfahren nach Anspruch 2_t dadurch g e k e η η - " z e ie h η e t , daß das erste und das zweite Rohr aus verschiedenen lißiiteisenmetallen bestehen* ■"'"'-"·

'& 4« Iferiahfen nach^ Anspruch 3» dadurch ge k e η η —

H ζ e i Q h η e. t , daß das erste Rohr eine glatte Außenfläche

%, ■ ■ ■■■■'■'■ ^ff

W besitzt, und daß das gemeinsame Ziehen der ineinai

μ '; ■■;;' ,■.■■■ ..

'^ Rohre bewirkt., daß zwischen den Rohren an ihrer Treimfläehe attodig ein hoher aerührungsdruck aufrechterhalten wi

- 11 - 1A-29 509

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Rohr aus Aluminium und das zweite xtohr aus kupier besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Rohr eine glatte Außenfläche hat und vor dem Hinführen in das zweite Rohr einer Alterungsbehandlung unterzogen wird, daß das zweite Rohr eine glatte Innenfläche besitzt, und daß das gemeinsame Ziehen der ineinandergeschobenen Rohre bewirkt, daß an der Trennfläche zwischen den Rohren ständig ein. hoher Berührungsdruck aufrechterhalten wird.

7. Im Inneren mit Rippen versehenes Rohraggregat, gekennzeichnet durch seine Herstellung mit Hilfe des Verfahrens nach. Anspruch 1.

8. Im Inneren mit Rippen versehenes Rohraggregat, gekennzeichnet durch seine Herstellung mit Hilfe des Verfahrens nach Anspruch 3.

9. Im Inneren mit Rippen versehenes Rohraggregat, gekennzeichnet durch seine Herstellung mit Hilfe des Verfahrens nach Anspruch 4-·

10. Im Inneren mit Rippen versehenes Rohraggregat, gekennzeichnet durch seine Herstellung mit Hilfe des Verfahrens nach. Anspruch 5.

- ' BAD OFiIQIWAL

109130/0248

Le er s e it e