DE2349355A1

DE2349355A1 - Verfahren zur herstellung von rohren mit laengsrillen in einer innenwand und/oder aussenwand sowie gemaess diesem verfahren hergestellte rohre

Info

Publication number: DE2349355A1
Application number: DE19732349355
Authority: DE
Inventors: Johannes Van Geenen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-10-14
Filing date: 1973-10-02
Publication date: 1974-04-25
Also published as: NL7213941A; JPS542417B2; JPS4973363A; FR2202738A1; CA1002302A; GB1452287A; SE386089B; FR2202738B1; US3862481A; CH570211A5

Description

i. 6583 KTS/Wfi.

Df. Herbert

N.V. Philips' Gioeüompenfabrieken

Akt. Na: ^PH1T- ⁶⁵⁸³
Anmeldung vomi 24. Sept. 1973

Verfahren zur Herstellung von Rohren mit Längsrillen in einer Innenwand und/oder Aussenwand sowie gemäss diesem Verfahren hergestellte Rohre.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Honren, die mit Längsrillen in der innenwand und/oder der Aussenwand versehen sxnd und auf gemäss diesem Verfahren hergestellte Eohre·

Solche Rohren finden namentlich in der Wärmetechnik und der Kryotechnik zu Wärmeubertragungszwecken Verwendung·

Bohre, deren Innenwand mit in axialer Richtung verlaufenden Kapillarrillen versehen ist, werden als Wärmerohre benutzt«

Ein Wärmerohr ist eine Wärmetransportvorrichtung, die aus einem Behälter besteht, in dem sich eine geringe Menge eines Wärmetransportmittels, z.B. Natrium befindet, das einerseits an einer Behälterwand durch Aufnahme von Wärme aus einer Wärmequelle verdampft wird und andererseits unter übergang des Dampfes in die flüssige Phese Wärme an

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eine andere Behälterwand abgibt-

Mittels eines derartigen Wärmerohrss können grosse './ärmemengen nahezu ohne Tempsraturabfall und ohne Pumpvorrichtung oder sonstige bewegte Teile transportiert v/erden.

Die Rückleitung des kondensierten Wärmetransportmittels zur Wand, an der die Verdampfung erfolgt, kann unter der Einwirkung der Schwerkraft stattfinden, Häufig ist jedoch im Wärmerohr eine Kapillarstruktur vorgesehen, welche die Kondensationswand mit der Verdampfungswand verbindet und durch die Kondensat durch Kapillareffekt unter allen Umstanden zur Verdampiurgswand zurückgeieitet wird.

Die Kapillarstruktur kann z.B. aus Gazeschichten, einem porösen keramischen Material, Kapillarrillen in der Wand des Beh"lters usw. oder aus Verbindungen dieser Anordnungen bestehen.

Wärmerohre, die mit in der axialen Richtung verlaufenden Kapillarrillen zur Bückleitung des Kondensates versehen sind, sind z.B. aus den USA. Patentschriften 3 402 ?6? und 3 598 177 bekannt.

Rohre, deren Ausseiiwand mit in axialer Richtung verlautenden Kapillarrillen versehen sind, werden als Eineatzstücke für Wärmerohre benutzt (USA Patentschrift 5 305 005).

Bei Wärmeaustauschern finden Sohra Verwendung, deren Innen- und bzw. oder Aussenwand axiale Rillen aufweisen, deren Abmessungen im allgemeinen nichtkapillar sind und die ausseiiliesslieh zur Vergrosserung der Wärmeübertragungsfläche zwischen awei wärmeaustauschenden Mitteln dienen.

Bei einem aus der Luxemburgischen Patentschrift 59 904

bekannten Verfahren zur Herstellung von Wärmerohren mit kapillaren Längsrillen in der Innenwand werden in einer flachen V/anä parallele Rillen hergestellt. Dies erfolgt durch eine spanende Bearbeitung, wie Fräsen, Hobeln oder Sägen, oder darcfe Profilwalaen« Bas Band wird dann zu einem Rohr gebogen und die Langsn&ht verschwelest· 3es Rohr kann im Querschnitt-

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z.B. kreisförmig, rechteckig oder vieleckig sein.

Ein sehr ernster Nachteil beim Fräsen,, Hobeln und Sägen ist, dass nur flache Bänder mit beschränkten Abmessungen auf der 3?fäs-, Hobel- bzw. Sägebank hantierbar sini. Dies bedeutet, dass in dieser V/eise nur Rohre geringer Länge hergestellt werden können, während für allerhand Zwecke häufig einige Meter lange Rohre erwünscht sind· Beim Sägen und Hobeln kommt noch hinzu, dass die Gefahr besteht, dass während der Herstellung einer Rille eine benachbarte üille durch J.iaterialverschiebung verformt wird. Insbesondere bei Wärmerohren, bei denen der Transport eines kondensierten Wärmetransportmittels durch die Xapillarrillen erfolgt, ist dies unzulässig.

Beim Profilwalzen ist es zwar möglich, Bänder grosser Länge mit Rillen zu versehen, aber dabei tritt zunächst der Nachteil auf, namentlich bei dünnen Bändern, dass das gewalzte Wand in bezug auf die Abmessungen und die gegenseitigen Abstände der Rillen eine hohe Massungenauigkeit aufweist. Die Walze liefert kein gerades Band mit geraden Rillen, sondern ein Band mit schlangenlinienartigem Verlauf. Das Walzen hat weiter auch andere Nachteile. Die Bandbreite wird durch die Breite der Walze begrenzt. Das Rillenprofil, die Zahl der Rillen und ihr gegenseitiger Abstand lassen sich nicht einfach variieren, weil sie für eine Walze festliegen. Eine Änderung dieser Parameter erfordert somit ein Austauschen von Walzen oder die Verwendung mehrerer Walzenpaare, was die Herstellung zeitraubend und aufwendig macht. Ausserdem lassen sich durch Walzen nicht alle verlangten Rillenprofile verwirklichen. Bei der Herstellung von Rohren, deren Aussenwand mit Längsrillen mit rechteckigem Querschnitt versehen ist, müssen wegen der späteren Biegung d·« flachen Bandes Rillen hergestellt werden, deren Breite mit zunehmender Tiefe zunimmt iJiSchwalbenschwanz-"Profil). Dies ist durch Walzen nicht erzielbar.

Lie vorliegende Erfindung bezweckt, ein Verfahren zu schaffen,

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bei dem die geschilderten Nachteile behoben werden.

Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das flache Band mit den parallelen Killen hergestellt wird, indem in der Aussenwand und bzw. oder Innenwand eine· rohrförmigen Elementes mit kreisförmigem Querschnitt mehrere gleichlaufende in bezug auf die Rohrachse schraubenlinienfox'mig verlaufende Rillen mit gleicher Steigung gebildet werden, dann das rohrförmige Element gemäss einer Schraubenlinie mit der gleichen Richtung und Steigung wie die Rillen geöffnet und das erhaltene schraubenlinienförmig gewundene Band abgewickelt wird.

Dadurch wird erreicht, dass sich aus einem rohrförmigen Ausgangselement mit geringer Länge und verhältnismässig gro3sen Durchmesser ein langes Band mit einseitig oder beidseitig in der Längsrichtung verlaufenden parallelen Rillen ergibt, das durch ßundbiegen und Abdichten der Längsnaht ein Rohr mit grosser Länge und verhältnismässig kleinem Durchmesser liefert, das mit Längsrillen in der Innenwand und bzw. oder der-Aussenwand versehen ist.

Weil von einem kurzen rohrförmigen Element ausgegangen wird, lässt dieses sich leicht auf einer Bearbeitungsmachine einklemmen und genau bearbeiten, ohne dass das infolge der Rohrform mechanisch starke Element sich verzieht oder dergleichen. Dies ermöglicht es, Rillen mit dem erwünschten Profil herzustellen, die in bezug auf ihre Abmessungen und die gegenseitige Parallelität den höchsten Anforderungen der Massgenauigkeit entsprechen.

Es besteht eine grosse Freiheit in der Wahl der Länge und der Querabmessungen des aus einem rohrförmigen Element herzustellenden Rohres sowie in bezug auf die Zahl der Rillen, ihr Profil, ihre Abmessungen und ihr Abstand voneinander.

Sin solches Rohr kann dabei auf einem Teil des Umfanges seiner Innenwand und bzw. oder Aussenwand oder aber über den ganzen

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Wandumfang Längsrillen aufweisen. Längsrillen in der Innenwand können hinsichtlich der Zahl, des Profiles, der Abmessungen und des gegenseitigen Abstandes von Längsrillen in der Aussenwand des Rohres abweichen. Die Rillen können sioh über die ganze Rohrlänge oder über einen oder mehrere Teile der Rohrlänge erstrecken. Es ist sogar möglich, dass, in der Wandumfangsrichtung und bzw. oder in der Längsrichtung des Rohres betrachtet, Rillen einer Art in Rillen einer anderen Art übergehen.

Die Herstellung der Rillen kann z.B. durch Ätzen erfolgen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung erfolgt die Herstellung der Rillen durch eine spanende Bearbeitung, wie Drehen und Schleifen.

Eine Drehbank eignet sich ausgezeichnet zur Herstellung von Rillen in rohrförmigen Elementen, aus Nichteisenmetallen und iletallegierungen, während eine Schleifmaohine z.B. insbesondere für die Fälle geeignet ist, in denen das rohrförmige Element aus härteren Stahlarten besteht, übrigens hängt die Wahl zwischen Drehen und Schleifen unter anderem vom Durchmesser des rohrförmigen Elementes ab.

in beiden Fällen lässt sich das Werkzeug (Meissel bzw. Schleiischeibe) einfach und billig auswechseln, so dass man leicht von der Herstellung einer Rille einer bestimmten Art mit entsprechender Steigung auf die Herstellung einer anderen Rillenart übergehen kann.

Gemäss der Erfindung ist es zweckmässig, mehrere Nuten gleichzeitig herzustellen. Dies ergibt eine erhebliche Zeitersparnis. Es lässt sioh z.B. dadurch durchführen, dass mehrere einfache Meissel oder ein oder mehrere mehrfach profilierte Drehmeissel verwendet wird bzw. werden, mit denen die Innenwand und bzw. oder die Aussenwand des rohrförmigen Elementes gleichzeitig bearbeitet werden kann bzw. können. Auch ist es möglich, auf einer Schleifmaschine mehrere einfache Schleifscheiben oder eine oder mehrere profilierte Schleifscheiben gleichzeitig

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zu verwenden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung wird aas rohrförmige Element an der Stelle einer Rille auigeschnitten, Infolge der schraublinienförmigen Kille ist die Wandstärke dee rohrförmigen Elementes an dieser Stelle am geringsten, so dass das Element sich leicht unter Zuhilfenahme dieser Rille durchstechen lässt, entweder aus der Eille selbst her oder durch die von der Rille abgekehrte Wand des rohrförmigen Elementes oder von beiden Seiten her*

Die Erfindung bezieilt sich weiter auf ein in der innenwand und *bzw. oder der Aussenvrand mit Längsrillen versehenes liohr, das sich insbesondere für Wärmerohre und Wärmeaustauscher eignet. Dieses Jiohr ist dadurch gekennzeichnet, dass es gesäss dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand- eines Beispiels und der Zeichnung näher erläutert«
Beispiel«

Für die Herstellung eiK33 langen Wärmerohre mit kapillaren Länger! 11 en in der Innenwand ward© von eineia rohrförmigen Element aus Chromnickelstahl mit einem Aussendurchmesser von I50 ram, einea Innendurchmesser von 140 Biffl und einer Läng® τοη 1$Q mm ausgegangen·

Auf einsr Drehbank irurden in der Auesenwand dieses Elementes Eillen mit einer Steigung gleich dem AussenuinfangTT D (D » AussendurcJ--messer) des herzustellenden Bohres, im vorliegenden Falle 15 Rillen mit einer Steigung von 15»7 ma (B « 5 min) hergestellt· Diese Rillen wurden in gleichen Abständen vorgesehen·

Figur la zeigt scbaubildlich das rohrförmige Element 1 mit deutlichkeitshalber nur einer der schraubenlinienformigen Rillen 2· Sie Rillen hatten ei» trapezförmiges Profil, wie as

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detailliert für einige Rillen in Figur 1b dargestellt ist» Die !Tiefe und die kleinste Breite der Rille (Länge der kürzeren Parallelseite des l'rapezes) betrugen 0.5 msu Der spitze Winkel zwischen den Schenkeln des Trapezes war I5⁰·

Eine der Rillen wurde in der Mitte aufgeschnitten, so dass sich ein schraubenlinienförmig gewundenes Band mit etwa $ Windungen ergab,

Durch Abwicklung ging das gewundene Band in ein flaches Band mit einer Länge von etwa 4»5 ^m über, das paralleleKillen in der Längsrichtung und zwar I4 ganze Rillen und 2 halbe zueinander komplementäre Hillen an beiden Längsseiten des Bandes aufwies. Die Bandbreite betrug selbstverständlich 15»7 mm, da sie gleich der erwähnten Steigung ist. Indem das flache Band um eine zu den Rillen parallele Achse so rundgebogen wurde, dass die Rillen auf der Innenseite lagen, und die beiden einander gegenüberliegenden halben Rillen aneinander befestigt wurden, ergab sich ein etwa4i> m langes Rohr mit einem Auasendurchmesser von 5 wMt einem innendurchmesser von 3 huü und 15 kapillaren Rillen mit rechteckigem Querschnitt massgenau In der Innenwand (Rillenbreite und Rillentiefe beide 0,5 mm).

Das Rundbiegen des Bandes erfolgt© dadurch, dass zunächst ein Bandende mehr oder weniger rundgebogen wurde, wonach dieses Ende an einer Zugstange befestigt und das Band durch drei Düsen mit jeweils kleinerem Dffnungsdurehmesser (9»4 nun} 7»4 nun bzw. 5 mm) gezogen wurde. unmittelbar nach der letzten Düse wurde die Längsnaht des zu einem Rohr gebogenen Bandes gemäss dem Argonarc-Verfahren verschweisst. Durch die Verwendung der Düsen sind während des Schweissvorganges keine weiteren Hilfsmittel nötig, um die zu verschweissenden Wandteile anzudrücken.

Figur 2 zeigt das an einer Zugstange 4 befestigte vorgebogene Band 3 mit den kapillaren Längsrillen unmittelbar vor dem Eintritt in die Düse 5·

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Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch ein iiohr 6 mit

Kapillarrillen 7 iⁿ der innenwand. Die Bezugsziffer 8 bezeichnet einen Schweissbrenner zum Schweissen der Längsnaht 9·

Zur Herstellung eines Rohres mit Längsrillen in der Aussenwand kann ähnlich wie beim geschildertem Beispiel vorgegangen werden. Kur das Kundbiegen des flachen Bandes muss dabei umgekehrt erfolgen.

Die schraubenlinienförmigen Rillen können selbstverständlich statt in der Aussenwand auch in der Innenwand des rohrförmigen Elementes hergestellt werden.

Figur 4 zeigt im Querschnitt ein Hohr 10 mit Längsrillen 11 in der Aussenwand, das durch ein zweites Hohr 12 umgeben wird. Die Rohre bilden zusammen einen Wärmeaustauscher, in dem ein strömendes Medium im mittleren Kanal 13 mit einem stromenden Medium im ringförmigen Kanal 14 Wärme austauschen kann.

Wenn bei einem rohrförmigen Ausgangselement schrauben-

linienförmige Rillen sowohl in der innenwand als auch in der Aussenwand hergestellt werden, kann ein Rohr erhalten werden, wie es in Figur 5 im Querschnitt dargestellt und mit der Bezugsziffer 15 bezeichnet ist. Das Bohr 15 wird innen und aussen von Rohren 16 bzw. 17 umgeben. Die drei Rohre bilden zusammen einen Wärmeaustauscher. Ein durch den ringförmigen Kanal 18 fHassendes Medium kann mit einem durch dem mittleren Kanal 19 und dem ringförmigen Kanal 20 strömenden Medium Wärme auetauschen Es sei bemerkt, dass die Verwendung der gemäss dem

beschriebenen Verfahren erhaltenen Rohre durchaus nicht auf Wärmeröhre und Wärmeaustauscher beschränkt ist·

Das Kundbiegen des flachen .Bandes kann ausser durch Vorbiegen eines Endes und Ziehen auch in anderer Weise erfolgen, z.B. durch Walzen oder mit Hilfe mehrfacher Werkzeuge·

Das Schliessen der Längenaht muss nicht unbedingt durch

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Schweissen erfolgen· Dae Schlitzrohr kann z.B. engpassend in ein Umhüllungsrohr eingeführt und das Gebilde der beiden Rohre dann beispielsweise durch eine Düse gezogen werden·

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Claims

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1.1 Verfahren zur Herstellung von sich.insbesondere für Verwendung als Wärmerohre und Wärmeaustauscher eignenden Rohren mit Längsrillen in der Innenwand und bzw. oder der Aussenwand, bei dem ein mit parallelen Hillen versehenes flaches Band gebildet wird, das um eine parallel zu den Rillen verlaufende Achse zu einem Rohr rundgebogen wird, wonach die sich gegenüberliegenden Längsränder aneinander befestigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das flache Band mit den parallelen Hillen dadurch hergestellt wird, dass in dar Innenwand und bzw. oder der Aussenwand eines rohrförmigen Elementes mit kreisförmigem Querschnitt mehrere gleichlautende und in bezug auf die Rohrachse schraublinienförmig verlaufende Rillen gleicher Steigung vorgesehen werden, wonach das rohrförmige Element gemäss einer Schraubenlinie mit der gleichen Richtung und Steigung wie die Rillen geöffnet und das so erhaltene schraubenlinienförmig gewundene Band abgewickelt wird.

2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen durch eine spanende Bearbeitung, wie Drehen und Schleifen, hergestellt werden· .

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rillen gleichzeitig hergestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Element an der Stelle einer Rille ausgeschnitten wird.

5· Mit Längsrillen in der Innenwand und bzw· oder der Aussenwand versehenes Rohr, das sich insbesondere für Wärmeröhre und Wärmeaustauscher eignet, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr gemäss dem Verfahren nach Anspruch 1,2, 3 oder 4 hergestellt worden ist.

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