DE2366293C2 - Vorrichtung zum Herstellen eines Wärmerohres mit Kapillarnuten - Google Patents

Description

6. Vorrichtung nach einem <. er Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Antrieb abgewandte Ende der Welle (58) in einer Führungsbuchse (62) gelagert ist, die in gleitender Berührung mit der Innenfläche des Rohres (22) steht. *o

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Wäremrohres mit Kapillarnuten.

Aus der US-PS 24 26 044 ist bereits ein Wärmerohr mit in Umfangsrichtung verlaufenden V-förmigen Kapillarnuten bekannt, die bezüglich der Rohrwand geneigt angeordnet sind und daher in einer Richtung wehrartige Vorsprünge bilden.

Aus der US-PS 35 28 494 ist ferner ein Wärmerohr mit in Längsrichtung verlaufenden Kapillarnuten für den Transport von Arbeitsflüssigkeit bekannt, die unterschiedliche Querschnittsformen haben.

In einer Ausführung sind die Kapillarnuten im Nutengrund erweitert und im Öffnungsbereich verengt. Ähnlich geformte Kapillarnuten sind aus der US-PS 34 173 bekannt, verlaufen dort allerdings in Umfangsrichtung. ^M

Schließlich zeigt auch die US-PS 36 65 573 ein Wärmerohr mit in Längsrichtung verlaufenden Kapillarnuten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Herstellen eines Wärmerohres mit in Umfangsrichtung verlaufenden Kapillarnuten zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Maßnahmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung Einzelheiten des Aufbaus des Wärmerohres,

Fig.2 vergrößert einen Teilschnitt durch eine Querschnittsform der Kapillarnuten des Wärmerohres gemäß Fig. 1,

F i g. 3 schematisch in Seitenansicht eine Vorrichtung zur Herstellung des Wärmerohres,

F i g. 4 vergrößert einen Teil der Vorrichtung gemäß Fig. 3,

Fig.5 eine Rückansicht des Schneidwerkzeuges der Vorrichtung gemäß F i g. 4,

Fig.6 eine Seitenansicht des Schneidwerkzeuges

gemäß F i g. 5,

F i g. 7 vergrößert eine Seitenansicht des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kapillarnuten unter Verwendung des in den Fig.5 und 6 gezeigten Werkzeuges,

F i g. 7a einen Schnitt entsprechend F i g. 7, wobei die Verformungen des Materials zur Bildung der Kapillarnuten zu erkennen ist, _

F i g. 8 eine Oberansicht des Bereiches gemäß f i g. 7, und

Fig.9 eine Rückansicht der Anordnung gemäß Fig. 7.

Ein Wärmerohr 20 kann eine Länge von 130 m bis 2,50 m und einen Durchmesser von 13 cm bis 13 cm haben. Es besteht beispielsweise aus einem Kupferrohr 22, das eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit und eine gute Korrosionsfestigkeit hat Auf dem Rohr 22 ist eine Vielzahl von übiiehen Wärmeaustauschrippen 24 so befestigt, daß sich ein guter Wärmeübergang von ihnen auf das Rohr ergibt Die Enden des Rohres 22 sind mit Kappen dicht verschlossen.

Die Innenwand des Rohres 22 weist eine große Anzahl von in geringem Abstand voneinanderliegenden, in Umfangsrichtung verlaufenden Kapillarnuten 32 auf, die über die gesamte Länge des Rohres vorgesehen sind. Besteht das Arbeitsfluid aus dem Kühlmittel R12, so können die Kapillarnuten 32 von der Spitze bis zum Nutengrund eine Tiefe in der Größenordnung von 036 mm und einen Abstand in der Größenordnung von 0,18 mm haben.

Diese Kapillarnuten können zur Vereinfachung der Herstellung aus einer durchgehenden, wendeiförmigen Nut bestehen oder aber von getrennten Ringnuten gebildet werden. Die Kapillarnuten 32 weisen im Querschnitt eine verringerte Breite im Öffnungsbereich auf (F i g. 2), und der Öffnungsbereich 34 ist schmaler, als beispielsweise die Breite des Nutengrundes 36. Durch diese Querschnittsform ergibt sich eine optimale Kapillarwirkung für den Flüssigkeitstransport mit maximaler Rate. Ferner stellen die Metallstreifen, die die Kapillarnuten bilden, einen Wärmeleitpfad geringen Widerstandes von der Wand des Wärmerohres zur Grenzschicht zwischen Flüssigkeit und Dampf dar, wo die Verdampfung und die Kondensation stattfindet.

Über einen wesentlichen Teil der Länge des Kupferrohres 22 erstreckt sich ein Strömungsteiler 40, der eine horizontale Platte 42 hat, die im wesentlichen entlang des gesamten Durehmessers des Rohres verläuft. Eine entsprechende Platte 44 des Strömungsteilers 40 ist rechtwinklig zur Platte 42 angeordnet Der so entstehende X-förmige Querschnitt des Wärmerohres ermöglicht seinen Einbau in einer von zwei Stellungen, wobei sich immer eine horizontale Trennplatte ergibt.

Obwohl die Kapillarnuten 32 aus einer durchgehenden Wendel bestehen, ergibt sich kein Flüssigkeitstransport in Längsrichtung, Die Kapillarnuten 23 befördern jedoch die flüssige Phase des Arbeitsfluids nach oben über den Flüssigkeitsspiegel hinaus, so daß der Grenzflächenbereich zwischen Flüssigkeit und Dampf über die gesamte Länge wesentlich erhöht wird.

Die horizontale Platte 42 des Strömungsteilers 40 trennt den Dampf in der oberen Hälfte des Rohres von der Flüssigkeit in der unteren Hälfte, wodurch das ι ο Entstehen ein« Welle und damit eines schübartigen Strömens der Flüssigkeit in der oberen Hälfte verhindert wird. Die senkrechte Platte 44 beeinträchtigt diese Wirkung nicht, sondern dient als Versteifung und als Festlegung für die horizontale Platte 42. ι s

Die Kapillarnuten 32 des Wärmerohres 20 können nach einem Verfahren und mit einer Vorrichtung hergestellt werden, wie dies in den Fig.3 bis 9 dargestellt ist Wie F i g. 3 zeigt, wird die Anlage 10, die beispielsweise zur Wärmerückgewinnung aus Abluft verwendet wird und eine Gruppe von Wärmerohren umfaßt, vor dem Verschließen der Enden der Rohre auf dem Bett 50 einer üblichen Drehbank 52 gehalten.

Die Antriebswelle 55 des Spindelkastens 54 trägt das Futter 56 der Drehbank. Am Futter 56 sind stets Wellen 58 vorgesehen, die sich durch sechs Kupferrohre 22 der Anlage 10 erstrecken. Die Wellen 58 können von Führungen gehalten werden. Drehen sich die Wellen 58, so bewegt das Bett 50 die Anlage 10 mit vorbestimmten Geschwindigkeit, die durch die gewünschte Siuigung der wendeiförmigen Kapillarnut 32 gegeben ist, vom Spindelkiisten 54 weg. Wie F i g. 4 zeigt, ist das Ende jeder Welle 58 in einer Führungsbuchse 62 gelagert, die zur exakten Zentrierung der Welle 58 in das Rohr 22 eingepaßt ist Die Führungsbuchse 62 gleitet bei Bewegung der Anlage 10 vom Spindelkasten 54 weg durch das Rohr 22 hindurch und besteht aus einem etwas verformbaren Material mit geringem Reibungskoeffizienten, beispielsweise Nylon oder Teflon. Ein Werkzeugspanner 64 ist in eine Fassung 66 am Ende der Welle 58 eingesetzt und mittels einer üblichen Kupplung mit Stift 68 befestigt Ein Schneidwerkzeug 70 ist im Werkzeugspanner 64 mittels einer Klemmschraube 72 befestigt

Das Werkzeug 70 ist im einzelnen in den F i g. 5 und 6 dargestellt Es hat eine elliptische Schneidkante 78, die sich durch den Schnitt einer ebenen Fläche 76 mit der zylindrischen Fläche 74 des Werkzeugkörpers ergibt.

Die Klemmschraube 72 liegt an einer ebenen Fläche 80 am Zylinderkörper an, um die Schneidkante 78 unter dem richtigen Winkel zu halten, so daß das Werkzeug die Kapillarnuten schneidet und formt, wie dies anhand der F i g. 7 bis 9 beschrieben ist

In F i g. 7 ist die Innenfläche 22a der Wand des Rohres 22 gezeigt Das Schneidwerkzeug 70 bewegt sich vom Betrachter weg, d. h. bezüglich der Wand des Rohres 22 in die Zeichenebene hinein. Es ist so positioniert, daß die große Achse der durch Schnitt der ebenen Fläche 76 mit der Zylinderfläche gebildeten Ellipse etwas nach vorn über einen rechten Winkel zur Bewegungsbahn des Werkzeuges geneigt ist wie dies durch den Winkel α in F i g. 8 angedeutet ist Somit ist die ebene Fläche 76 nach F i g. 7 etwas nach hinten gerichtet, so daß die Schneidkante 78 in Eingriff mit der Metallwand des Rohres 22 kommt. Die Schneidkante 78 berührt zunächst die Fläche 22a am Punkt 82 (siehe auch F i g. 8 und 9). Bei Weiterbewegung der Schneidkante 78 wird ein Metallstreifen aus dem Rohrkörper herausgehoben und in eine aufrechte Stellung gebogen, wie dies in F i g. 7 angedeutet ist Dieses Aufbiegen des Materials ist in Fig.7a erläutert, wo die Bereiche A, B₁ Cund D der Fläche 22a nacheinander jeweils in die Stellungen a, b, c und d gebracht werden, die gestrichelt gezeigt sind. Die Flächen a, b, c und d sind in den F i g. 7 und 9 ausgezogen dargestellt.

Eine Betrachtung der F i g. 7 und 7a ergibt, daß die am Scheidwerkzeug 70 vorgesehene elliptische Schneidkante 78 Kapillarnuten erzeugt, die im Querschnitt eine wesentlich engere öffnung haben als die Breite im unteren Teil der Nut, so daß eine maximale Kapillarwirkung erreicht wird. Bei diesem Bearbeitungsvorgang wird kein Material entfernt Statt dessen wird das Material entlang einer wendeiförmigen Linie geschnitten und zur Bildung der Kapillarnuten nach oben gebogen. Die Form des Bogens der Kapillarnuten entspricht etwa dem Profil der elliptischen Fläche 76, wenn man diese bei der Bewegung durch das Metall von hinten betrachtet Das gewölbte Profil der nach oben stehender» Metallzungen ergibt sich an beiden Seiten der Kapillarnuten 32 durch die zy'';tdrische Fläche 74 des Werkzeugkörpers, der das Meta)' fortschreitend hochdrückt und seitlich verbiegt Dadurch bleibt der Nutgrund offen, wogegen der obere Teil geschlossen wird.

Da «is dem Inneren der Kupferrohre 22 kein Metall entfernt wird, ist es nicht erforderlich, hinter dem Schneidwerkzeug 70 ein Reinigungsfluid zuzuführen. Da außerdem der Schneidvorgang in einem Wärmeaustauschrohr erfolgt kann dieses durch Wärmeaustausch mitteis Kühlluft an der Außenseite des Rohres gekühlt werden. Diese Kühlung wird durch die Wärmetauschrippen 24 noch verbessert Bei dem Verfahren ist es wesnetlich, daß die Kapiilarnuten 32 ohne Verwendung eines Schmiermittels oder einer Kühlflüssigkeit für das Rohr geschnitten werden. Würde man zu diesem Zweck öl oder eine andere Flüssigkeit benutzen, so wäre die Reinigung infolge der Kapillarwirkung der Nuten schwierig. Die Rückstände der Flüssigkeit würden die weitere chemische Behandlung der Innenfläche der Rohre beeinträchtigen und möglicherweise die Wirkung de: Anlage verschlechtern.

Nach dem trocknen Schneiden der Kapillarnuten 32 läßt sich ihre Innenfläche leichter mittels Chemikalien zur Oxydation des Kupers behandeln, wodurch die Benetzungseigenschaften der Oberfläche in bekannter Weise verbessert werden.

Größe, Steigung und Querschnittsform der Kapillarnuten 32 können zum Erzielen einer optimalen Kapillarwirkung für verschiedene Arbeitsfluide durch Änderung von Größe, Form und Ausrichtung des Schneidwerkzeuges variiert werden. Die optimale Größe und Form der Kapillarnuten läßt sich mathematisch .ius den Kenntnissen über bekannte Erscheinungen der Oberflächenspannung bestimmen.

Das Verfahren und die Vorrichtung wurden in Zusammenhang mit geschlossenen Wärmerohren beschrieben, sie sind aber auch ganz allgemein für Wärmetauscher zweckmäßig. So bilden beispielsweise die einstückigen Streifen a, b, c und d usw. einstückige Rippen, die den Wärmeleitwiderstand im Übergang von der Rohrwand zur Grenzschicht zwischen Flüssigkeit und Dampf verringern, ohne daß eine Metall-Metall Grenzschicht eingefügt werden müßte, die sonst als Wärmebarriere in bekannten, einen Docht verwendenden Wärmerohren benutzt wird. Entsprechende Rippen können auch an der Außenfläche des Rohres zur

Bildung von Kapillarnuten hergestellt werden. Die Kapillarnuten können in einer Kessel- oder Verdampferanlage verwendet werden, bei der in der gleichen Kammer eine flüssige und eine dampfförmige Phase auftritt. Der Strömungsteiler 42 ist ganz allgemein für Anlagen mit zwei Phasen geeignet.

In einer einzigen Werkzeugklemme 60 kann eine Anzahl von Schneidwerkzeugen 70 radial versetzt befestigt werden kann, um so aufeinanderfolgende, wendeiförmige Schnitte zu erhalten. Wenn somit beispielsweise drei Schneidwerkzeuge verwendet werden, so ergäbe sich eine dreifache Wendel, und die Zeit zum Schneiden der Kapillarnuten würde gegenüber dem Schneiden einer einzigen wendeiförmigen Nut um ein Drittel verkürzt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   J, Vorrichtung zum Herstellen eines Wärmerohres mit Kapillarnuten, gekennzeichnet durch eine angetriebene, sich durch das gehaltene Rohr (22) erstreckende Welle (58), die bei ihrer Drehung gegen das Rohr (22) in axialer Richtung bewegbar ist, und durch einen an der Welle (58) befestigten Werkzeugspanner (64), der ein Schneidwerkzeug (70) aufnimmt zum gleichzeitigen Schnei- den und Umbiegen nach oben eines durchlaufenden Materialstreifens ohne Materialwegnahme aus der Innenfläche des Rohres (22).
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug (70) eine durch Schnitt einer ebenen Fläche (76) mit einer zylindrischen Fläche (74) gebildete elliptische Schneidkante (78) hat
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug (70) mit seiner ebenen, eif.ptischen Räche (76) derart im Werkzeugspannsr (64) montiert ist, daß deren kleine Achse in der in Schneidrichtung gesehenen Projektion wesentlich kürzer ist als die kleine Achse der elliptischen Fläche (76).
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene elliptische Fläche (76) von der Vorschubrichtung des Schneidwerkzeuges (70) gegenüber dem Rohr weggerichtet ist
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug (70) und di? Werkzeugklemme (60) Einstelleinrichtungen zum automatischen Einstellen des Schneidwerkzeuges (70) in der Werkzeugklemme (60) aufweisen.