DE2717802B2 - Wärmeübertragungsrohr mit inneren und äußeren Rippen sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmeübertragungsrohr gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Derartige Wärmeübertragungsrohre mit inneren und äußeren Rippen, die ein äußeres Rohr mit Außenrippen und ein außen mit Rippen versehenes Kerneinsatzteil aufweisen, haben eine vergrößerte Oberfläche im Vergleich zu einfachen Rohreo und bringen eine verbesserte Wärmeübertragung mit sich. Sie werden besonders für Kühlzwecke, insbesondere mit Kühlmitteln, verwendet

Ein Wärmeübertragungsrohr der im Oberbegriif des Patentanspruchs 1 angegebenen Art ist aus der US 36 96 863 bekannt Bei diesem Wärmeübertragungsrohr

ίο ist ein inneres Kerneinsatzteil mit einer Mehrzahl im wesentlichen in Längsrichtung verlaufender Rippen in einem Außenrohr angeordnet, das vorausgehend gesondert hergestellte schraubenförmig quer zur Achse verlaufende Außenrippen aufweist. Die Außenrippen sind, nach Einfügen des Kerneinsatzteils, im wesentlichen in Längsrichtung des Rohres an mehreren Stellen rund um den Umfang des Rohrs seitlich abgebogen. Die Querschnittsgestalt der Innenwandung des Außenrohrs ist kreisförmig, die Spitzen der Längsrippen des inneren Kerneinsatzteils liegen an der Oberfläche der Innenwandung des Außenrohrs an und durch das seitliche Abbiegen der Außenrippen des Außenrohrs an mehreren Stellen rund um den Umfang des Rohrs wird bei der Herstellung des Verbundrohres eine Verriegelung des Kerneinsatzteils mit dem Außenrohr herbeigeführt. Diese Verriegelung ist nicht völlig zufriedenstellend. Ferner ist bei der Herstellung des Veibundrohres zunächst in einem ersten Arbeitsgang die Erzeugung von Rippen auf dem Außenrohr und dann in einem zusätzlichen weiteren Arbeitsgang die seitliche Abbiegung der Außenrippen an mehreren Stellen rund um den Umfang des Rohrs erforderlich.

Die US 29 60 114 beschreibt ein Wärmeübertragungsrohr mit inneren Rippen, bei dem eine Verankerung der inneren Rohrwandung des Außenrohres und der Längsrippen des Kerneinsatzteils mittels Längsrinnen oder -kehlen, die in der glatten äußeren Rohroberfläche im Bereich zwischen paarweise benachbarten inneren Rippen gebildet werden, herbeigeführt ist. Es handelt sich nicht um ein Wärmeübertragungsrohr mit schrauben- oder spiralförmig quer zur Achse verlaufenden Außenrippen auf dem äußeren Rohr, wie das bei der vorliegenden Erfindung im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorgeschrieben ist. Demgemäß ist ein derartiges Wärmeübertragungsrohr auch hinsichtlich der Wärmeübertragungseigenschaften ungünstiger. Die US 25 86 653 beschreibt ein Verfahren zur Bildung eines Doppel- oder Verbundrohres für Wärmeaustauschzwecke, bei dem die innere Oberfläche des Außenrohrs durch Einwirkung einer Mehrzahl von Rippungswerkzeugen, die schrauben- oder spiralförmig und im wesentlichen quer zur Achse des Rohrs verlaufende äußere Rippen auf dem äußeren Rohr erzeugen, in innigen Eingriff mit der äußeren Oberfläche des Innenrohrs gepreßt wird. Bei der Rippenbildungsbehandlung ist die Anwendung eines Doms vorgesehen, sofern nicht das Innenrohr, etwa infolge hoher Materialfestigkeit, hinreichend fest und starr ist. Eine Ausbildung des Wärmeübertragungsrohrs mit inneren und äußeren Rippen, wie sie für die vorliegende Erfindung im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorgeschrieben ist, und eine Einbringung eines Kerneinsatzteils, das eine Mehrzahl von radial vorspringenden Längsrippen aufweist, in das zylindrische Außenrohr bei der Herstellung des Wärmeübertragungsrohrs, ist dieser Druckschrift fremd. Das nach den Angaben dieser Druckschrift hergestellte Doppel- oder Verbundrohr weist infolge Fehlens eines gerippten Kerneinsatz-

teils keine so günstigen Wärmeübertragungseigenschaften auf.

Die AT 4 853 beschreibt ein Verfahren zur Hersteilung von Rohren mit stern- oder stepförmigem Einsatzkörper, bei dem das lose auf den Einsatzkörper geschobene Außenrohr mit diesem durc'i Niederwalzen zu einem festen Ganzen vereinigt wird. Eine Rippenerzeugungsbehandlung des Außenrohrs unter gleichzeitiger Verriegelung des Außenrohrs mit dem Einsatzkörper ist den Angaben über dieses bekannte Rohr fremd. Auch bei den nach diesem bekannten Verfahren hergestellten Rohren sind die Wärmeüberiragungseigenschaften ungünstiger.

Die GB 6 01 833 beschreibt ein Wärmeübertragungsrohr mit inneren und äußeren Rippen, das jedoch kein inneres Kerneinsatzteil aufweist Vielmehr sind von der Innenwandung des Rohres etwas vorstehende Längsrippen sowie schraubenförmig quer zur Achse verlaufende Außenrippen auf der Außenseite des Rohres vorgesehen. Die Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche im Rohrinneren ist somit geringer als bei der Ausbildung mit innerem Kerneinsatzteil, von der die Erfindung ausgeht, und auch die strukturelle Festigkeit des Rohres ist geringer. Ferner ist für die Herstellung des Rohres, bei der auf der ursprünglich glatten Außenfläche die schraubenförmigen Außenrippen erzeugt werden, ein speziell ausgebildetes Rohr mit rippenförmigen Innenvorsprüngen erforderlich und bei der Behandlur g zur Erzeugung der Außenrippen ist mangels einer festen Abstützung von innen die Gefahr einer unerwünschten Verformung des Rohres nicht auszuschließen.

Die US 38 93 322 beschreibt u. a. eine Rippenerzeugungsvorrichtung, insbesondere eine Dreispindelmaschine, wie sie auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Wärmeübertragungsrohre zur Erzeugung der Außenrippen auf dem äußeren Rohr benutzt werden kann. Nähere Parallelen zum Gegenstand vorliegender Erfindung finden sich nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmeübertragungsrohr der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, das sich durch eine verbesserte, festere und dauerhaftere Verbindung des äußeren Rohrs mit dem inneren Kerneinsatzteil und damit verbesserte Wärmeübertragungseigenschaften sowie geringere Störanfälligkeit und erhöhte Gebrauchsdauer des Wärmeübertragungsrohrs auszeichnet.

In Verbindung damit bezweckt die F.rfindung weiterhin die Angabe eines Verfahrens zur Herstellung dieses Wärmeühertragungsrohres, bei dem ein Rohr mit einer glatten äußeren Oberfläche in einem einzigen Arbeitsgang unter Verwendung herkömmlicher Rippenerzeugungseinrichtungen mit Außenrippen versehen und gleichzeitig fest mit dem koaxial darin befindlichen gerippten inneren Kerneinsatzteil mechanisch verriegelt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. für das Verfahren im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 4 aufgeführten Merkmale gelöst.

Bevorzugte Ausbildungen des Wärmeübertragungsrohres sind in den Patentansprüchen 2 und 3 angegeben.

Die gekennzeichnete Ausbildung mit den vorgeschriebenen Abstandsunterschieden von der Achse des inneren Kerneinsatzteils zu den jeweils zwischen benachbarten Längsrippen des Kerneinsatzteils befindlichen Bereichen der Innenwandung des äußeren Rohrs bzw. zu den Spitzen der Längsrippen und die Einbettung der Spitzen der Längsrippen des Kerneinsatzteils in die Innenwandung des äußeren Rohrs gewährleistet in völlig zuverlässiger Weise eine sehr feste und dauerhafte Verriegelung des Kerneinsatzteils in dem äußeren Rippenrohr, auch unter extremen Betriebsbelastungen. Dies gewährleistet verbesserte Wärmeübertragungseigenschaften. Die bei der Erzeugung der Außenrippen einwirkenden Kräfte sind beträchtlich größer als z. B. die Abbiegekräfte, die bei dem

ίο Wärmeübertragungsrohr der eingangs erörterten US 36 96 863 zum nachträglichen seitlichen Umbiegen der Außenrippen zur Einwirkung kommen. Infolge der Rippung des Außenrohrs bei eingefügtem Kerneinsatzteil ist somit bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsrohr ein festerer und dauerhafterer Eingriff zwischen dem Kerneinsatzteil und dem gerippten Außenrohr, mit daraus resultierenden verbesserten Wärmeübertragungseigenschaften zwischen den Rippen des Kerneinsatzteils und dem äußeren Rohr, sichergestellt. Ferner bringt diese festere und dauerhaftere Verriegelung zwischen dem Kerneinsatzteil und dem gerippten Außenrohr eine erhöhte strukturelle Festigkeit und damit eine geringere Störanfälligkeit und erhöhte Gebrauchsdauer des Wärmeübertragungsrohres mit sich. Weiterhin kann nach der erfindungsgemäß vorgeschriebenen Arbeitsweise das außen gerippte Wärmeübertragungsrohr mit längsgeripptem Kerneinsatzteil mit einem einzigen Rippenerzeugungsvorgang hergestellt werden; es sind nicht mehr zwei Arbeitsgänge erforderlich, wie bei dem Verfahren der erörterten US 36 96 863, bei dem das Außenrohr zunächst in einem ersten Arbeitsgang mit Außenrippen versehen wurde und dann in einem zusätzlichen weiteren Arbeitsgang die seitliche Abbiegung der Außenrippen an mehreren Stellen rund um den Umfang des Rohrs erforderlich war. Demgemäß isi die Arbeitsweise der Erfindung auch einfacher und billiger durchzuführen und sie kann dabei trotzdem in einer herkömmlichen Rippenerzeugungseinrichtung ohne zusätzliche Vorrichtungen erfolgen.

Nachstehend werden Merkmale und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung weiter erläutert.

Vorzugsweise wird das mit Längsrippen versehene Kerneinsatzteil, gewöhnlich aus Aluminium, locker in den Innenraum des äußeren Rohrs, gewöhnlich aus Kupfer, eingebracht. Das äußere Rohr wird dann in an sich bekannter Weise mittels herkömmlicher rippenbildender Werkzeuge gerippt, z. B. unter Verwendung von scheibenartigen Werkzeugen. Da die Rippen des Kerneinsatzteils die innere Rohrwandung an etlichen

so Stellen abstützen, ist ein innerer Dorn, wie er herkömmlicherweise zumeist während der Rippung eines Rohrs zur Verhinderung eines Zusammenbrechens der Rohrwandung verwendet wird, nicht erforderlich. Die radial einwärts gerichteten Druckkräfte, die durch die Rippungsscheiben auf das äußere Rohr zur Einwirkung gebracht werden, bewirken eine Verringerung des Innendurchmessers des Rohrs und zwingen dessen Innenwandung in innigen Kontakt mit den äußeren Spitzen der auf dem Kerneinsatzteil befindlichen Rippen. Bei dem Rippungsvorgang werden Drücke angewendet, die genügen, um ein teilweises Einbetten der Spitzen der Rippen des Kerneinsatzteils in die innere Wandung des Rohrs herbeizuführen. Das Rohr wird 'vährend des Rippenerzeugungsvorganges auch gelängt.

In den Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausführungsform veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Teilansicht des

Wärmeübertragungsrohrs.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt längs Linie 2-2 der Fig. 1.

F i g. 3 zeigt eine Endansicht des Kerneinsatzteils.

F i g. 4 zeigt eine Endansicht des äußeren Rohrs vor dem Zusammenbau.

Fig.5 zeigt in perspektivischer Ansicht, wobei ein Teil weggebrochen ist, das Kerneinsatzteil gemäß F i g. 3 und das Rohr gemäß F i g. 4 nach dem Zusammenfügen dieser Teile durch Ineinanderschieben.

F i g. 6 zeigt in perspektivischer Ansicht, wobei einige Teile weggebrochen sind, eine Rippenerzeugungsvorrichtung, die für die Anbringung der Außenrippen auf dem äußeren Rohr bei der Anordnung gemäß F i g. 5 verwendet werden kann; eine Spindel ist zwecks Verbesserung der Kiarheit fortgelassen worden.

F i g. 7 zeigt in Seitenansicht, wobei Teile fortgebrochen sind, das Kerneinsatzteil und das äußere Rohr gemäß F i g. 5 nach Durchgang durch die Rippenerzeugungsvorrichtung der F i g. 6.

Gemäß F i g. 1 enthält das Wärmeübertragungsrohr 10, das insbesondere als Kühlrohr für mit Kältemittel betriebene Kühler verwendet werden kann, ein inneres Kerneinsatzteil 12 (vgl. auch F i g. 3), das vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung besteht und so gestaltet ist, z. B. durch Extrudieren, daß es einen zentralen Kern 14 mit einer Mehrzahl von von dem zentralen Kern radial auswärts vorspringenden Längsrippen 16 aufweist. Das Kerneinsatzteil 12 ist von dem Rohr 18 (vgl. auch F i g. 4) umgeben, das anfänglich eine glatte äußere Oberfläche 20 und eine glatte äußere Oberfläche 20 und eine glatte innere Oberfläche 22 aufweist Zur Herstellung des fertigen Wärmeübertragungsrohrs 10 wird das Kerneinsatzteil 12 in das äußere Rohr 18 eingebracht, so daß es in Abständen von den Enden des äußeren Rohrs 18 endet, wie das aus der F i g 5 ersichtlich ist. Die Anordnung gemäß F i g. 5 wird dann in eine Rippenerzeugungsvorrichtung eingesetzt, z. B. in die in der F i g. 6 dargestellte Vierspindelmaschine 33, bei der zur Verbesserung der Übersichtlichkeit eine Spindel fortgelassen worden ist.

Die Rippenerzeugungsvorrichtung 33 weist zwei Sätze von Rippenerzeugungsscheiben unterschiedlichen Durchmessers auf. Die Endscheibensätze 36 sind auswärts auf den Aufsteckspindeln 38, 40 und 42 angeordnet, während sich die Anfangsscheibensätze 46 einwärts von den Endscheiben 36 auf den gleichen Spindeln befinden. Die Spindeln sind an einer entsprechenden Zahl von Exzenterarmen 48 angebracht, zur Bewegung in Richtung zu und weg von der Achse des Rohrs 18. Die zusammengefügte Anordnung gemäß F i g. 5 wird in die in F i g. 1 dargestellte Gestalt gebracht indem sie von links nach rechts durch die Vorrichtung 33 geführt wird. Um nicht mit Rippen versehene glatte Endabschnitte 18' und 18" auf dem Rohr vorzusehen, wie das aus der F i g. 7 ersichtlich ist werden die Rippenerzeugungsscheiben 36 und 46 erst dann in das Rohr 18 eingedrückt, wenn eine gewünschte Länge des glatten Rohrendes 18' an den Scheiben vorbeigelaufen ist. Zu diesem Zeitpunkt werden die Endscheiben 36 langsam mit dem Werkstück in Berührung gebracht, bis sie ihre endgültige Eindringtiefe erreicht haben. Dann treten auch die Rippenerzeugungsscheiben 46 mit den von links zulaufenden Rohrabschnitten in Eingriff. Wenn Rippen in der gewünschten axialen Länge auf dem Rohr gebildet worden sind, werden die Arme 48 geschwenkt, so daß die Rippenerzeugungsscheiben 36 und 46 von dem Werkstück zurückgezogen werden und das rückwärtige Ende 18" des Rohrs eine glatte rippenfreie Oberfläche behält.

Eine derartige Rippenerzeugung wird herkömmlicherweise zumeist unter Anwendung eines in das Rohrinnere eingeschobenen Dornstabs durchgeführt, um die sehr großen Kräfte aufzufangen, die durch die Rippenerzeugungsscheiben ausgeübt werden; bei dem Verfahren der Erfindung ist jedoch das Kerneinsatzteil 12 in der Lage, die Funktion eines Dorns zu übernehmen. Da das Kerneinsatzteil 12 nur Kräften widerstehen kann, die radial einwärts längs seiner Rippen 16 einwirken, nimmt die innere Rohrwandung in den Bereichen 22' ein mehr oder weniger gerades Profil an. Natürlich neigt auch der äußere Querschnitt des Wärmeübertragungsrohrs 10 zur Aufnahme einer ähnlichen Gestalt, so daß sich insgesamt eine in etwa polygonale Konfiguration des Rohrs ergibt. Die Rippen 30 (Fig. 1) werden bis zu einer Tiefe eingeformt, die ausreicht, um genügend Druck auf das Rohr 18 zur Einwirkung zu bringen, um eine Verringerung seines Innendurchmessers bis auf eine Abmessung herbeizuführen, die kleiner ist als der Außendurchmesser des Kerneinsatzteils 12 bis zu den Rippenspitzen 16'. Diese Durchmesserverringerung bewirkt, daß sich die Rohrwandung in bezug auf die Rippenspitzen um einen hinreichenden Betrag radial einwärts bewegt, um eine Einbettung der Rippenspitzen 16' in die innere Rohrwandung 22 herbeizuführen. Diese Einbettung schafft eine sehr feste Verriegelung des Kerneinsatzteils mit dem äußeren Rohr und verbessert den Wärmeübergang zwischen dem Kerneinsatzteil und dem Rohr.

Die bei der Rippenbildungsbehandlung einwirkenden Kräfte führen normalerweise eine Verwindung oder Drillung des gerippten äußeren Rohrs herbei (Fig. 1). Natürlich verursacht die Drillung des äußeren Rohrs eine im wesentlichen übereinstimmende Drillung des Kerneinsatzteils 12. Je nach dem Ausmaß des Dralls oder dessen Fehlen, das für das Kerneinsatzteil im fertigen Wärmeübertragungsrohr gewünscht wird, ist es möglich, das Kerneinsatzteil in der einen oder der anderen Richtung vorzudrillen oder es gerade zu lassen, bevor es in das äußere Rohr eingebracht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Wärmeübertragungsrohr mit inneren und äußeren Rippen, bei dem sich ein inneres Kerneinsatzteil, das eine Mehrzahl im wesentlichen in Längsrichtung verlaufender Rippen aufweist, in einem äußeren Rohr befindet, das glatte zylindrische Endabschnitte und einen dazwischen liegenden gerippten Abschnitt mit schrauben- oder spiralförmig quer zur Achse verlaufenden Außenrippen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandungen des gerippten Abschnitts (25) des äußeren Rohrs (18) jeweils zwischen benachbarten Längsrippen (16) des inneren Kerneinsatzteils (12) Bereiche (22') aufweisen, deren radialer Abstand von der Achse des Kerneinsatzteils (12) kleiner ist als der radiale Abstand bis zu den Spitzen (16') der Längsrippen (16), wobei die Spitzen (16') der Längsrippen (16) des inneren Kerneinsatzteils (12) in die Innenwandung (22) des äußeren Rohrs (18) eingebettet sind.

2. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schrauben- oder spiralförmigen Außenrippen (30) auf dem gerippten Abschnitt (25) eine kontinuierliche und nicht unterbrochene Umfangskante aufweisen.

3. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kerneinsatzteil (12) und das Rohr (18) aus verschiedenen Metallen bestehen.

4. Verfahren zur Herstellung von Wärmeübertragungsrohren mit inneren und äußeren Rippen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein Einsatzteil in ein zylindrisches Rohr glatter Oberfläche eingebracht wird, mindestens ein Teil der äußeren Oberfläche eier zusammengefügten Anordnung der Einwirkung einer Mehrzahl von Rippungswerkzeugen unterworfen wird und hierdurch schrauben- oder spiralförmig und im wesentlichen quer zur Achse des Rohrs verlaufende äußere Rippen auf dem Rohr erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß man als Einsatzteil ein Kerneinsatzteil, das eine Mehrzahl von radial vorspringenden Längsrippen aufweist, in das zylindrische Rohr einbringt und bei der Erzeugung der äußeren Rippen auf dem Rohr durch die Einwirkung der Rippungswerkzeuge gleichzeitig den Innendurchmesser des Rohrs auf eine Abmessung verringert, die kleiner ist als der Außendurchmesser des gerippten Kerneinsatzteils, wobei man bei dem Rippenerzeugungsvorgang eine Radialkraft auf das Rohr ausübt, die genügt, um eine Verformung der Rohrwandung in den zwischen den Längsrippen des Kerneinsatzteils befindlichen Umfangsabschnitten in Richtung auf ein, gesehen im Schnitt quer zur Achse, gerades Profil herbeizuführen und um eine teilweise Einbettung der Spitzen der Längsrippen in die Innenwandung des Rohrs herbeizuführen.