DE2220012B2 - Spiralkoerper, insbesondere als waermespeicher oder waermetauscher, sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents
Spiralkoerper, insbesondere als waermespeicher oder waermetauscher, sowie verfahren zu dessen herstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Spiralkörper, insbesondere als Wärmespeicher oder Wärmetauscher,
der aus mindestens einem, unter Zwischenlage von (z. B. zwei in axialem Abstand angeordneten) Abstandsgliedern
aufgewickelten Band, z. B. Metallband, und aus im wesentlichen stiftförmigen Befesiigungsgliedern besteht,
die die gebildete Spirale an mehreren, entlang deren Umfang verteilten Stellen radial durch entsprechende,
nach Herstellung der Spirale gebohrte Löcher des Bandes hindurch bis zu einem Kern durchsetzen,
und aus welchen nach dieser Befestigung wenigstens ein Teil der Abstandsglieder wieder entfernt wird, sowie auf
ein Verfahren zum Herstellen solcher Spiralkörper.
Bei einem solchen bekannten, in der SW-PS 35 231 beschriebenen Spiralkörper bestehen die Befestigungsglieder aus Schrauben mit einem den Querschnitt der
durchsetzten Löcher des aufgewickelten Bandes übersteigenden Außendurchmesser, wodurch der gegenseitige
radiale Abstand der einzelnen Windungen des aufgewickelten Bandes durch die Gewindesteigung
bestimmt ist. Wenn dadurch einerseits auch der gegenseitige radiale Abstand der genannten Windungen
festgelegt werden kann, so ist doch nachteilig, daß dieser Abstand an die Steigung des Gewindes gebunden
ist. Insbesondere wenn beispielsweise im Interesse einer Leistungssteigerung eines aus dem Spiralkörper gebildeten
Wärmetauschers ein besonders kleiner gegenseitiger Abstand der genannten Windungen verwirklicht
werden soll, fehlt es in der Regel an der Möglichkeit der Beschaffung einer entsprechend kleinen Gewindesteigung
der genannten Befestigungsschrauben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Spiralkörper so zu vervollkommnen, daß er trotz einer
möglichst einfachen Konstruktion leicht den unterschiedlichsten Anwendungsfällen, insbesondere auch
mit extrem kleinem gegenseitigem Abstand der Spiralwindungen, angepaßt werden kann.
Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Befestigungsglieder aus Zylinderstiften
oder zylinderstiftförmigen Rohrleitungen bestehen, die die Löcher der Bänder mit Spiel durchsetzen.
Es hat sich als überraschende Wirkung gezeigt, daß die einzelnen Windungen des aufgewickelten Bandes
eines Spiralkörpers auch dann noch sehr genau in ihrem zunächst durch die Abstandsglieder bestimmten gegenseitigen
Abstand gehalten bleiben, wenn die Befestigungsglieder als Zylinderstifte ausgebildet sind, die die
nach dem spiralförmigen Aufwickeln der Bänder hergestellten radialen Bohrungen bis zu einem axialen
Kern mit Spiel durchsetzen. Selbst nach einem anschließenden Entfernen sämtlicher Abstandsglieder
bestimmen nämlich die zwischen den radial verlaufenden Zylinderstiften verbleibenden einzelnen Bogenabschnitte
der Windungen des aufgewickelten Bandes sehr genau deren radialen Abstand von der Achse der
Spirale. Es wird deshalb im Rahmen der Erfindung auf weitere Maßnahmen zu einer Bestimmung der Lage und
der gegenseitigen Abstände der einzelnen Windungen der Spirale gänzlich oder so weitgehend verzichtet, daß
die im vorausgehenden beschriebene, überraschende Wirkung deutlich in Erscheinung tritt. Es kann unter
Verwendung ein und derselben Zylinderstifte der gegenseitige Abstand der Windungen einer Spirale
größer, gleich oder kleiner als die Wandstärke des aufgewickelten Bandes bemessen werden. Die Spiralkörper
können also auch mit einem sehr kleinen gegenseitigen Windungsabstand entsprechend kompakt
hergestellt werden und weisen trotzdem eine große Formhaltigkeit auf, selbst wenn sie radialen Zusammendrückungskräften
ausgesetzt werden sollten. Dabei wird unter radial eine Richtung senkrecht zu der am
Angriffspunkt an die dortige Windung der Spirale gelegten Tangente verlaufend verstanden.
Die Vorteile gleichbleibender radialer Abstände zwischen den einzelnen Windungen eines Spiralkörpers
können sowohl bei thermodynamischen als auch bei anderen, beispielsweise strömungstechnischen Anwendungen
der Spiralkörper außerordentlich groß sein. Bei einer Anwendung als Wärmetauscher wird trotz eines
geringen Druckabfalles eine sehr wirksame Wärmeübertragung erzielt.
Dadurch, daß ein erfindungsgemäßer Spiralkörper, der durch gleichzeitiges Aufwickeln mehrerer Bänder
hergestellt worden ist, zwischen bestimmten Bändern mit einem sehr kleinen gleichbleibenden gegenseitigen
Abstand und zwischen anderen Bändern beispielsweise mit einem größeren, ebenfalls gleichbleibenden Abstand
gewickelt werden kann, kann ein solcher Spiralkörper beispielsweise zur Herstellung eines Brenners für
flüssige Kraftstoffe verwendet werden. Dabei dienen die zwischen den zuerst genannten Bändern gebildeten
engen Spirairäume als Kapillarräume, die den an einer geeigneten Stelle zugeführten Kraftstoff einsaugen,
während die anderen, eine größere radiale Breite aufweisenden Spiralräume axial von Luft oder einem
anderen Sauerstoff führenden Gas durchströmt werden und den zu verbrennenden Kraftstoff dabei aus den
erstgenannten engen Spiralräumen mitreißen und zur Verdampfung bringen, woraufhin das erzeugte Gemisch
verbrannt wird. Dabei kann gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der ein Abstandsglied aufweisende
Spiralraum über wenigstens einen Teil seiner axialen Breite durch eine durchlässige metallische Fasermatte
od. dgl. ausgefüllt sein, die eine kapillare Einsaugwirkung gegenüber dem Kraftstoff noch erhöht.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein Befestigungsglied als Rohrleitung
ausgebildet, deren Innenraum durch entsprechende Bohrungen an alle durchsetzten Abschnitte der
verbliebene Abstandsglieder aufweisenden Spiralräume angeschlossen ist, wodurch den Spiralkörpern weitere
vielseitige Anwendungsgebiete erschlossen sind.
Andere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen weitere konstruktive Einzelheiten der Spiralkörper.
Die Erfindung umfaßt schließlich auch noch ein zum Herstellen der erfindungsgemäßen Spiralkörper dienendes
Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest zwei Bänder auf einen gemeinsamen
Kern in gegenseitiger axialer Überlappung seitlich versetzt aufgewickelt werden, wobei das eine Band
zugleich ein Abstandsglied far das benachbarte Band bildet, und daß die so gebildeten Spiralen anschließend
an entlang ihrem Umfang verteilten Stellen radial durchbohrt und durch je Bohrung eingesetzte Zylinderstifte
zu formhaltigen Spiralkörpern vervollständigt und schließlich axial auseinandergezogen werden. Unter der
Voraussetzung, daß Spiralen mit der Wandstärke der verwendeten Bänder entsprechendem Abstand zwischen
den einzelnen Windungen hergestellt werden sollen, für die auch bei der anschließenden Anwendung
innerhalb der Spiralkanäle axial keine Zwischenwände benötigt werden, ermöglicht dieses Verfahren die
Herstellung der Spiralkörper ohne jegliche besondere Abstandsglieder.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt
Fig. 1 zwei zu einem Spiralkörper aufzuwickelnde und bereits etwa um eine Windungslänge auf einen Kern
aufgewickelte und durch ein Abstandsglied in einem bestimmten gegenseitigen Abstand gehaltene Bänder in
einer Seitenansicht;
Fig.2 ein mittels zweier Abstandsglieder 2U einem
vollständigen Spiralkörper aufgewickeltes Band in einem axial zum Kern geführten Schnitt;
Fig.3 eine gleiche Schnittdarstellung eines fertiggestellten
und von sämtlichen Abstandsgliedern befreiten Spiralkörpers;
Fig.4 den Spiralkörper gemäß Fig. 3 in einer Seitenansicht;
Fig. 5 bis 15 eine Anzahl unterschiedlicher Ausführungsformen
erfindungsgemäßer Spiralkörper in schematisch gehaltenen, zugleich die praktische Anwendung
veranschaulichenden Darstellungen.
Gemäß Fig. 1 werden zwei Bänder 2, die durch zwischengelegte Abstandsglieder (in Fig. 1 ist nur ein
Abstandsglied 3 dargestellt) in einem gleichbleibenden gegenseitigen Abstand gehalten sind, auf einen Kern 1
aufgewickelt, der als von einem (nicht dargestellten) Motor gedrehte Welle ausgebildet sein kann. Die
Abstandsglieder können in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise aus Drähten 4 und 5 bestehen, von denen jeweils
zwei im Bereich des einen und zwei im Bereich des anderen Seilenrandes des aufgewickelten Bandes 2 in
jeweils einer Radialebene verlaufen. Für bestimmte Anwendungen des Spiralkörpers kann es aber auch
zweckmäßig sein, daß weitere abstandhaltende Drähte verwendet werden. Als Führung des aufzuwickelnden
Bandes 2 dienen gemäß F i g. 2 zwei Anschlagscheiben 6 und 7, die auf dem Kern 1 axial entfernbar angeordnet
sind.
Nachdem durch Aufwickeln einer genügend großen Zahl von Windungen des Bandes 2 unter Zwischenlage
der Abstandsglieder 3 ein Spiralkörper der gewünschten Abmessung erreicht ist, werden die einzelnen
Windungen des Bandes 2 gegenüber einer Verschiebung in Umfangsriehtung dadurch festgelegt, daß in den
Spiralkörper zunächst eine Anzahl radialer Löcher 8 an verschiedenen, entlang dem Umfang des Spiralkörpers
verteilten Stellen hineingebohrt und anschließend in die Löcher an jeder radialen Stelle ein Zylinderstift 9
eingeführt wird; der die von ihm durchsetzten Löcher leicht verschiebbar durchsetzt. Auf diese Weise nehmen
die Zylinderstifte 9 keinen Einfluß auf die radiale Lage der einzelnen Windungen des Bandes 2. Trotzdem wird,
wie gefunden wurde, die radiale Lage der einzelnen
Windungen an den Stellen der Zylinderstifte 9 durch die zwischen diesen verbleibenden Bogenlängen des Bandes
2 sehr genau bestimmt.
Gemäß F i g. 4 sind entlang des Umfanges des durch Aufwickeln eines Bandes 2 gebildeten Spiralkörpers
gleichmäßig verteilt Zylinderstifte in den sechs Radialrichtungen 10 bis 15 vorgesehen. Die Zahl der für einen
Spiralkörper zweckmäßig verwendeten Zylinderstifte hängt von verschiedenen Faktoren ab, beispielsweise
von der Größe des hergestellten Spiralkörpers, von der Wandstärke des verwendeten Bandmaterials und von
der vorgesehenen Anwendung der Spiralkörper.
Nach der vorgenannten Festlegung der einzelnen Windungen des Spiralkörpers können praktisch alle
Abstandsglieder 3 aus dem Spiralkörper entfernt werden, so daß der Spiralkörper die aus den F i g. 3 und
4 ersichtliche Gestalt erhält. Dabei können beispielsweise die gemäß Fig. 2 entlang den beiden Seitenrändern
des Bandes 2 verlaufenden Drähte 4 und 5 ganz einfach nach dem vorherigen Entfernen der beiden Anschlagscheiben
6 und 7 seitlich aus dem Spiralkörper herausgezogen werden.
Für einige Anwendungsfälle können die gemäß dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel aus den
Drähten 4 und 5 bestehenden Abstandsglieder 3 auch aus einem solchen Werkstoff bestehen, der unter der
Einwirkung von Wärme oder gewissen Chemikalien oder in ähnlicher Weise aufgelöst werden kann, so daß
er auf diese Weise aus dem hergestellten Spielkörper entfernt wird. Es ist auch denkbar, den ganzen
Spiralraum zwischen den einzelnen Windungen des Bandmaterials mit einem als Abstandskörper dienenden
Material auszufüllen, welches anschließend aus dem nunmehr als Form dienenden Spiralkörper in der
vorgenannten Weise entfernt wird. Die Bestimmung des radialen Abstandes der einzelnen Windungen kann auch
dadurch erfolgen, daß zwei oder mehr Bänder zu gleicher Zeit auf den Kern aufgewickelt werden, wobei
die Bänder eine solche gegenseitige axiale Versetzung zueinander aufweisen, daß eine gewisse Überlappung
entsteht, womit das eine Bandmaterial mit seinem einen Seitenrand während des Aufwickelvorganges des
benachbarten Bandmaterials als Abstandsglied für das letztere dienen kann. Nach dem anschließenden
gegenseitigen Festlegen der einzelnen Windungen der so hergestellten Spiralkörper durch Einführen der
genannten Zylinderstifte in zugeordnete radiale Bohrungen des Spiralkörpers brauchen die sich mit ihren
einzelnen Windungen axial überlappenden verschiedenen Spiralkörper lediglich axial auseinander gezogen zu
werden.
Fig.5 zeigt eine Anzahl gleichartiger, vorstehend
beschriebener Spiralkörper, die axial mit geringem Abstand nebeneinander angeordnet sind und einen
Wärmespeicher bilden, der beispielsweise in einer Heißgasmaschine oder einer Kältemaschine verwendet
werden kann. Im letzteren Falle macht man von einer Gasexpansion mit Wärmerückgewinnung Gebrauch.
Gernüß Fig.5 sind die gleichartigen Spiralkörper 16,
17, 18, 19 und 20 entlang einer gemeinsamen Achse 21 dicht nebeneinander angeordnet. Jeder dieser Spiralkörper
ist mit einer Anzahl Zylinderstiften 9 versehen. Ein gasförmiges Medium kann die Spiralkörper in
axialer Richtung wechselweise in der einen und der anderen Richtung durchsetzen, wobei der jeweilige fts
Gasdruck sich beispielsweise aus dem Antrieb des bewegten Gases über einen hin- und hergehenden
Kolben ergeben kann. Wfthrcnd seiner Hin- und
Herströmung erfolgt eine Wärmeaustausch mit den einzelnen Bändern der Spiralkörper, indem während
der Gasströmung in der einen Richtung Wärme von den Bändern an das Gas abgegeben und bei der Gasströmung
in der entgegengesetzten Richtung Wärme vom Gas an die Bänder der Spiralkörper abgegeben wird.
Bei dieser Anwendung ist es wichtig, daß sowohl die radiale als auch die axiale Wärmeleitung in den
einzelnen Spiralkörpern klein ist, so daß eine weitgehende Rückgewinnung der vorher abgegebenen Wärmemenge
möglich ist Dies kann erreicht werden, wenn die Spiralkörper aus Metallbändern bestehen und einen
gegenseitigen Abstand aufweisen, der wesentlich kleiner als die Breite dieser Bänder ist. Beträgt die
Breite der Bänder beispielsweise 3 mm, so kann ein axialer Abstand der benachbarten Spiralkörper von
etwa 0,2 mm gewählt werden. Dieser axiale Abstand kann auf einfache Weise durch zwischen den einzelnen
Spiralkörpern ausgebreitete (nicht dargestellte) Kunststoffnetze geringer Wärmeleitfähigkeit herbeigeführt
werden, die an den Seitenrändern der beiderseits anschließenden Spiralkörper mit nur sehr kleinen
Flächen anliegen.
Durch eine gleichzeitige Aufwicklung von zwei oder mehr Bändern zu einem entsprechenden Spiralkörper
ergibt sich nicht nur die Möglichkeit einer schnelleren Herstellung, sondern auch die Möglichkeit einer
vielfältigen unterschiedlichen Anwendung der so hergestellten Spiralkörper, wie aus den weiteren,
nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen hervorgeht.
F i g. 6 zeigt einen Spiralkörper, der als Wärmetauscher zwischen zwei Strömungsmedien dienen kann. In
diesem Falle wurden zwei Bänder zugleich unter Zwischenlage von Abstandsgliedern aufgewickelt, so
daß zwischen allen Windungen des Spiralkörpers gleiche radiale Abstände entstanden sind. Die endgültige
Festlegung der aufgewickelten Windungen erfolgte durch Zylinderstifte 23 und 24 in der bereits
beschriebenen Weise. Anschließend wurde von den in jeder Radialebene mit aufgewickelten beiden Abstandsgliedern
jeweils das äußere entfernt, wodurch ein spiralförmiger, in axialer Richtung durchgehender
Strömungskanal 27 gebildet wurde, dessen einzelne Windungen jeweils einen ihrer radialen Breite entsprechenden
radialen Abstand voneinander aufweisen. Der zwischen den einzelnen Windungen des letztgenannten
Strömungskanals 27 verbleibende Spiralraum ist in axialer Richtung beiderseits durch je ein verbliebenes
mitaufgewickeltes Abstandsglied 25 bzw. 26 abgeschlossen, womit ein in Umfangsrichtung zusammenhängender
und in dieser Richtung spiralförmig verlaufender weiterer Strömungskanal 28 gebildet ist. Das eine der
beiden Medien durchströmt den Spiralkörper in Richtung der dargestellten Pfeile A in axialer Richtung,
während das andere Strömungsmedium ßdcn spiralförmigen
St.ömungskanal 28 in dessen Umfangsrichtung durchströmt, wie in Fig.6 in jeder betroffenen
Windung durch ein in einem kleinen Kreis dargestelltes Kreuz veranschaulicht ist. Selbstverständlich ist der Ein-
und Austritt der beiden Strömungsmittel durch übliche, nicht dargestellte Anschlüsse gewährleistet. Zur Vermeidung
von Leckverlusten sind die beiden Abstandsgliedcr 25 und 26 im vorliegenden Fall durch Löten
Kitten od. dgl. dicht mit dem beiderseits anliegenden Wandmatcrial verbunden.
In den F i g. 7 umd 8 ist dargestellt, wie ein der F i g. f
entsprechender Wärmetauscher in radialer Richtung
ron einer Rohrleitung 29 durchsetzt sein kann, die durch
entsprechende radiale Bohrungen, in Fig.8 durch
jeweils drei parallel zueinander verlaufende Striche 31 gekennzeichnet, mit den einzelnen Windungen des
einen Strömungskanals 28 in Verbindung steht, der beiderseits der Rohrleitung 29 durch jeweils ein
Abstandsglied 25 bzw. 26 nach außen hin abgeschlossen ist. Dabei dient diese Rohrleitung 29 ohne dichte
Festlegung an den einzelnen durchsetzten Windungen zur radialen Festlegung der in entsprechenden Bohrungen
durchsetzten einzelnen Windungen des Spiralkörpers, was genügt, wenn die praktische Anwendung keine
vollkommene Abdichtung erfordert. Während das eine Strömungsmedium den Spiralkörper in Richtung der
Pfeile A der F i g. 8 bzw. gemäß F i g. 7 quer zur Zeichenebene durchsetzt, wie es symbolisch durch
kleine, je einen Punkt einschließende Kreise veranschaulicht ist, strömt das andere Strömungsmedium B in
Richtung der senkrecht dargestellten Pfeile durch die Rohrleitung 29 zu und verteilt sich aus dieser in die
einzelnen Windungen des Spiralraumes 30. Die Rohrleitung 29 kann an ihrem inneren linde verschlossen
sein.
Die Rohrleitung 29 kann aus einem gesinterten Rohr oder einer gesinterten Stange hergestellt worden sein.
V/ährend die zuletzt beschriebenen Spiralkörper in der erläuterten Weise Kreuzstrom-Wärmetauscher
bilden können, kann der in Fig.9 dargestellte Spiralkörper als Gegenstrom-Wärmetauscher dienen.
Dieser Spiralkörper ist in gleicher Weise wie die zuletzt beschriebenen durch zwei zugleich aufgewickelte
Bänder hergestellt worden, wobei jedoch zwischen den beiden Bändern jeweils drei die Abstandsglieder
bildende Drähte 32, 33 und 34 in axialem Abstand mit aufgewickelt wurden. Ähnliche in Fig;.9 nicht dargestellte
Abstandsglieder wurden selbstverständlich auch in den zweiten, beim Aufwickeln der beiden Bänder
gebildeten Spielraum mit aufgewickelt. Diese wurden jedoch nach dem Festlegen der Windungsabstände
beider Bänder durch in der bereits beschriebenen Weise an verschiedenen Umfangsstellen durch entsprechende
Bohrungen eingebrachte Zylinderstifte 35 aus dem zugeordneten Spiralraum wieder entfernt, womit dieser
Spiralraum eine entsprechende LuI [isolationsschicht bildet. Anderseits wurden in dem zwisichen den beiden
Bindern gebildeten, die drei Drähte 32, 33 und 34 aufweisenden Spiralraum axial nebeneinander zwei
gleichartige Spiralkanäle gebildet, von denen der eine, gemäß F i g. 9 linke vom einen Strömungsmedium A in
der einen und der andere durch das andere Strömungsmedium B in der entgegengesetzten Richtung durchströmt
werden kann, wie es an der Stelle der einzelnen Windungen dieser beiden Strömungükanäle durch die
bereits früher genannten Symbole veranschaulicht ist. Damit durch die Zylinderstifte 35 möglichst keine
radiale Wärmeableitung möglich is;t, sind diese im vorliegenden Fall zweckmäßig aus einem Material
geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt.
Im Gegensatz zum zuletzt beschriebenen Spiralkörper erfolgt der Wärmeaustausch bei dem in Fig. 10
dargestellten und ebenfalls als Wärmetauscher dienenden Spielkörper in radialer Richtung. In diesem Falle
v/urdcn auf einen (nicht dargestellten) Kern zugleich drei Bänder aufgewickelt, die durch in zwei radialen
Ebenen in axialem Abstand mit aufgewickelte Abstandsfeder somit drei voneinander getrennte Spiralräume
einschließen. Hier wurden jedoch lediglich die beiden, im dritten Spiralraum vorhandenen Abstandsgliedcr
nach der üblichen Festlegung der Bandwindungen durch Befestigungsglieder aus diesem Spiralraum wieder
entfernt. Während dieser dritte Spiralraum einen Isolationsraum bildet, der statt mit Luft auch mit einem
S geeigneten Isoliermaterial gefüllt oder evakuiert sein
kann, bilden die jeweils zwei dazwischen verlaufenden Spiralräume 36 und 37 je einen Strömungskanal für die
beiden im Wärmeaustausch stehenden Strömungsmedien. Auch diese Strömungsmedien können in der
symbolisch veranschaulichten Weise ihre Spiralräume im Gegenstrom durchströmen. Damit eignen sich solche
Spiralkörper insbesondere als Wärmetauscher für die Gefriertechnik, wo es darauf ankommt, eine Wärmeleitung
von der warmen Seite zur kalten Seite des Gerätes
,5 durch metallische Wände des Gerätes auf ein Minimum
zu beschränken.
Der in den Fig. 11 und 12 dargestellte Spiralkörper ist so ausgebildet, daß er als Brenner zum Verbrennen
eines flüssigen Kraftstoffs innerhalb eines Sauerstoff enthaltenden Gases, wie z. B. Luft, verwendet werden
kann. In diesem Falle wurden zwei metallische Bänder zugleich unter Mttaufwicklung von Abstandsgliedern
aufgewickelt, von denen das äußere etwas breiter als das
innere ist. Nach der Festlegung der gewickelten
J5 Windungen der Spirale durch Zylinderstifte, Rohrleitungen
od. dgl. wurden die in dem äußeren der beiden Spiralräume befindlichen Abstandsglieder entfernt, so
daß ein in axialer Richtung verlaufender spiralförmiger Strömungskanal 38 gebildet wurde. Durch die im
anderen Spielraum 40 in axialem Abstand verbliebenen Abstandskörper ist demgegenüber ein in Umfangsrichtung
verlaufender Spiralraum gebildet, der gemäß F i g. 12 in radialer Richtung von einer zur Kraftstoffzuführung
dienenden Rohrleitung 39 durchsetzt ist Durch diese Rohrleitung wird in der bereits früher anhand der
F i g. 7 und 8 beschriebenen Weise Kraftstoff in die einzelnen Windungen des Spiralraumes 40 zugeführt
Sofern die radiaie Breite der einzelnen Windungen des Spiralraumes 40 genügend klein ist, kann der Kraftstoff
auch schon durch Kapillarwirkung von selbst in diesen Spiralraum eingesaugt werden. Von den beiden in
F i g. 11 dargestellten Abstandsgliedern ist lediglich der
linke, an der linken Stirnseite des Spiralkörpers verlaufende Draht mit den benachbarten beiden
Bändern dicht verlötet, wogegen der in F i g. 11 rechte
Draht lediglich lose eingelegt verbleibt und für den Kraftstoff damit die Möglichkeit verbleibt, an diesem
Draht vorbei in den nach rechts weiter verlaufenden Spiralraum einzudringen, der gemäß dem Ausführungsbeispiel
mit einer durchlässigen metallischen Fasennatte 41 ausgefüllt ist. Auf diese Weise kann die kapillare
Saugkraft des Spiralraumes weiter vergrößert werden Aus dem mit der FasermatU: 41 gefüllten Spiralraum
der beim Betrieb des Brenners, d.h. bei desser Durchströmung in Richtung der Pfeile 42, von der an dei
Stelle dieser Pfeile gebildeten Flamme her aufgeheizt
wird, verdampft der Kraftstoff und mischt sich mit dei durch den Spiralraum 38 unter Druck hindurchströmen
den Luft zu einem brennbaren Gemisch, welches an de Stelle der Flamme gezündet wird. Wie ersichtlich, win
diese Vermischung des verdampften Kraftstoffes mi der Luft noch dadurch erleichtert, daß das innere de
beiden Bänder eine kleinere Breite als das äußere Ban aufweist. Ein solcher Brenner gewährleistet ein
wirksame Vermischung des Kraftstoffs mit der Luft un eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffs, obglcic
der Brenner in axialer Richtung sehr kurz gehalten sei kann. Trotzdem ergibt sich eine sehr breite;, cntspn
709 MI/1
chend der Größe des Spiralkörpers kreisförmige Flammenfront, was den Brenner insbesondere für
Heißgasmaschinen und Rankine-Maschinen u.dgl. geeignet macht.
Damit das Bandmaterial noch etwaige gewünschte flammenführende Eigenschaften erhält, kann es noch in
bekannter Weise mit Vorsprüngen, Rändelungen, Nutungen, Bohrungen u. dgl. versehen sein. Auch kann
die Rohrleitung 39 in der bereits früher erwähnten Weise zugleich ein an die Stelle eines Zylinderstiftes 9
tretendes Befestigungsglied für den Spiralkörper bilden. Die Kxaftstoffzuführung kann entweder allein durch die
vorgenannte kapillare Wirkung des Spiralraumes 40 oder durch Hineinpumpen des Kraftstoffs in gesonderte
Leitungen erfolgen, die zu verschiedenen Zuführungsstellen in unterschiedlichen radialen Abständen des
Spiralkörpers führen. Der Kraftstoff kann schließlich dem Spielraum 40 auch durch einfaches Einfüllen an
dessen oberster Stelle zugeführt werden.
In den Fi g. 13 bis 15 sind drei weitere Ausführungsformen eines Brenners dargestellt. Beim dem in F i g. 13
dargestellten Ausführungsbeispiel ist die radiale Breite des Spiralraumes so klein, daß der Kraftstoff darin allein
durch Kapillarwirkung gehalten bleibt, sofern er nicht unter Druck steht. Infolgedessen werden hier außer dem
stirnseitigen Abstandsglied 43, welches eine unmittelbare axiale Anströmung des Spiralraumes 40 ausschließt,
keine weiteren Abstandsglieder und auch keine Fasermatte benötigt.
Bei dem in F i g. 14 dargestellten Spiralkörper wurden nach der radialen Festlegung aller Windungen der
aufgewickelten beiden Bänder sämtliche Abstandsglieder entfernt und in den einen Spiralraum 40 metallische
Fasermatten 41 eingefügt, die ebenfalls zur Folge haben, daß in diesen Spiralraum eingeführter Kraftstoff im
Spiralraum 40 durch Kapillarwirkung aufgenommen bleibt. Die Fasermattc macht es dann möglich, die
gemäß Fig. 14 von links anströmende Verbrennungsluft
zugleich durch beide Spiralräume hindurchzuleiten, wodurch der im Spiralraum 40 befindliche Kraftstoff
auch durch die anströmende Luft nach rechts in den Verdampfungs- und Vermischungsbereich mit der
eigentlichen Verbrennungsluft gefördert wird.
Der in Fig. 15 dargestellte Spiralkörper ist in
ähnlicher Weise wie der in F i g. 13 dargestellte lediglich mit einem im Spiralraum 40 verbliebenen Abstandsglied
44 versehen. Während das Abstandsglied 43 bei dem in Fig. 13 dargestellten Ausführungsbeispiel an der
einströmungsseitigen Stirnseite des gebildeten Brenners angeordnet ist, ist das Abstandsglied 44 bei dem in
Fig. 15 dargestellten Ausführungsbeispiel am austrittsseitigen
Ende des Spiralraumes 40 angeordnet. Außerdem kann der Spiralraum 40 in der dargestellten Weise
noch mit einer Fasermatte ausgefüllt sein.
Über die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele hinaus sind noch weitere Anwendungsgebiete
des Spiralkörpers denkbar. So könnte er auch
ίο ein Führungselement nach Art eines Gleichrichters für
ein gasförmiges oder flüssiges Strömungsmittel, beispielsweise in einem Windtunnel, sein, gegebenenfalls
bei einer spiralförmigen Durchströmung auch zur Richtungsumlenkung des Strömungsmittels an einer
Ecke. Statt als Wärmetauscher zum schnellen Kühlen von Gasen oder Flüssigkeiten kann der Spiralkörper
weiterhin auch einen Heizkörper zum raschen Aufheizen von Luft oder Gasen bilden, wenn das metallische
Bandmaterial elektrisch aufgeheizt wird.
Ein weiteres Anwendungsgebiet der Spiralkörper ergibt sich durch die Speichermöglichkeit von Wärmeenergie,
da dort wegen der nur unbedeutend kleinen Wärmeleitungsverluste nur sehr geringe Verluste
eintreten können. Die Spiralkörper können auch zur Erzeugung ultrastarker Magnetfelder verwendet werden,
wenn durch die Bandspiralen ein pulsierender elektrischer Strom fließt. Der aus zwei in der
vorbeschriebenen Weise aufgewickelten Bändern bestehende Spiralkörper kann nach Entfernung aller
Abstandsglieder auch als in einem elektrischen Stromkreis angeordnete Kapazität, als Spannungswandler
oder ganz allgemein als Wandler verwendet werden, wobei die Möglichkeit der Luft- oder Flüssigkeitskühlung
in dem einen Spiralraum besteht.
Weiterhin kann der Spiralkörper auch als Geräuschdämpfer Verwendung finden.
Die Erfindung und ihre Anwendung ist nicht an die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
gebunden. Aus vorstehendem ergibt sich, daß im Rahmen der Patentansprüche auch noch manche
Abwandlungen und Ausgestaltungen denkbar sind. So braucht das Bandmaterial kein flaches streifenförmiges
Material zu sein. Auch ist der Ausdruck »Spirale« nichl unbedingt als Kreisspirale aufzufassen, sofern die in der
Beschreibungseilleitung als überraschend geschilderte Wirkung erhalten bleibt, daß die Zylinderstifte die Lage
der einzelnen Bogenabschnitte genau bestimmen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Spiralkörper, insbesondere als Wärmespeicher oder Wärmetauscher, der aus mindestens einem,
unter Zwischenlage von (z. B. zwei in axialem Abstand angeordneten) Abstandsgliedern aufgewikkelten
Band, z. B. Metallband, und aus im wesentlichen stiftförmigen Befestigungsgliedern besteht, die
die gebildete Spirale an mehreren, entlang deren Umfang verteilten Stellen radial durch entsprechende,
nach Herstellung der Spirale gebohrte Löcher des Bandes hindurch bis zu einem Kern durchsetzen,
und aus welchen nach dieser Befestigung wenigstens ein Teil der Abstandsgüeder wieder entfernt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsglieder aus Zylindersiiften (9, 23 und 24, 35)
oder zylinderstiftförmigen Rohrleitungen (29, 39) bestehen, die die Löcher (8) der Bänder (2) mit Spiel
durchsetzen.
2. Spiralkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsglieder in radialer
Richtung des Spiralkörpers eine gegenüber der Wandstärke des Bandes kleinere Wandstärke
aufweisen.
3. Spielkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsglieder aus einem
unter der Einwirkung von Wärme oder Chemikalien auflösbaren Werkstoff bestehen.
4. Spiralkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den zwischen zwei
Bändern (2) in zwei Spiralräumen mitaufgewickelten Abstandsgliedern (z. B. 25: 26) jeweils die Abstandsglieder
des einen Spiralraumes (27, 38) aus dem durch die Befestigungsglieder (23, 24) zusammengehaltenen
Spiralkörper wieder entfernt sind, während die im anderen Spiralraum (28, 40) befindlichen
Abstandsglieder (43,44) dort verbleiben und mit den beiden Bändern (2) dicht verbunden sind (F i g. 6 bis
8; 11; 13; 15).
5. Spiralkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß von den im anderen Spiralraum
(z. B. 28, 30, 40) befindlichen Abstandsgliedern zwei in gegenseitigem axialen Abstand verlaufende
Abstandsglieder (25, 26) im Spiralkörper verbleiben (Fig. 6bis8 und II).
6. Spiralkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß von dem verbliebenen Abstandsgliedern
jeweils drei (32, 33, 34) mit axialem Abstand nebeneinander angeordnet und mit den
Bändern (2) dicht verbunden sind (Fig. 9).
7. Spiralkörper nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Befestigungsglieder
als Rohrleitung (29, 39) ausgebildet ist, deren Innenraum durch Bohrungen an den zugehörigen
Spielraum (30,40) angeschlossen ist (F i g. 7, 8, 11 bis
13 und 15).
8. Spiralkörper nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein verbliebenes Abstandsglieij
(z. B. 43) entlang einer Stirnseite des Spiralkörpers verläuft und mit den Bändern (2) dicht verbunden ist
(Fig. 11 und 13).
9. Spiralkörper nach Anspruch I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei aufgewickelten Bändern
(2) das eine eine kleinere axiale Breite als das andere aufweist (F ig. 11 bis 15).
10. Spiralkörper nach Anspruch 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ein Abstandsgiied (z. B. 44)
aufweisende Spielraum (40) über wenigstens einen Teil seiner axialen Breite durch eine durchlässige
metallische Fasermatte (41) ausgefüllt ist (Fig. 11
und 15).
11. Verfahren zum Herstellen von Spiralkörpern
nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Bänder (2) auf einen gemeinsamen
Kern (1) in gegenseitiger axialer Überlappung seitlich versetzt aufgewickelt werden, wobei das eine
Band (2) zugleich ein Abstandsgiied für das benachbarte Band bildet, und daß die so gebildeten
Spiralen anschließend an entlang ihrem Umfang verteilten Stellen radial durchbohrt und durch je
Bohrung eingesetzte Zylinderstifte (9,23 und 24,35) zu formhaltigen Spiralkörpern vervollständigt und
schließlich axial auseinandergezogen werden.
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