DE2801459A1 - Vorrichtung zum herstellen von waermeuebertragungsrohren - Google Patents

Vorrichtung zum herstellen von waermeuebertragungsrohren

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Description

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan
Vorrichtung zum Herstellen von Wärmeübertragungsrohren
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Wärmeübertragungsrohren, die in Verdampfern und Kühlapparaten von Gefriergeräten, Klimaanlagen, Kühlgeräten od. dgl. verwendet werden.
In der JP-Patentveröffentlichung Nr. 31863/74- ist ein Verfahren zum Formen einer Vielzahl rhomben- oder rautenförmiger Vorsprünge in regelmäßigen Abständen an der Innenfläche eines Rohrs angegeben. Dabei wird zuerst ein Dorn mit einer Anzahl schraubenförmig verlaufender Kanten auf der Außenfläche in ein Rohr mit einer glatten Innenfläche eingeführt zwecks Bildung schraubenförmiger Rippen und Rillen in dieser Innenfläche. Dann wird ein weiterer Dorn mit einer Anzahl schraubenförmiger Nuten, deren Anschnittwinkel sich von demjenigen der Kanten aes ersten Doms unterscheidet, in das gleiche Rohr eingeführt, so daß die vorher gebildeten schraubenförmigen Rippen in regelmäßigen Abständen eingeschnitten und teilweise abgetragen werden.
Bei diesem Verfahren sind der erste Arbeitsschritt der Ausbildung der schraubenförmigen Rillen und der zweite Arbeitsschritt des teilweisen Abtragens der gebildeten schraubenförmigen Rippen voneinander unabhängig. Bei dem zweiten Arbeitsschritt besteht die Gefahr, daß die relativen Lagen des Doms und des Rohrs instabil sind, was ein in bezug auf
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Abmessungen ungleichmäßiges Abtragen der Rippen zur Folge hat. Daher kann dieses Verfahren nicht angewandt werden, wenn die relativen Lagen der Dorne im ersten und im zweiten Arbeitsschritt gleichbleibend sein sollen.
Der Aufbau der nach der Erfindung herzustellenden Wärmeübertragungsfläche für das Innere eines Wärmeübertragungsrohrs entspricht im wesentlichen dem in der US-Patentanmeldung Nr. 586 950 angegebenen Aufbau.
Aufgabeder Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Ausbilden einer Wärmeübertragungsfläche mit Hohlräumen und öffnungen, durch die die Hohlräume mit der Umgebung verbunden sind, an der Innenseite von Rohren; dabei sollen die inneren Wärmeübertragungsflächen der Rohre gleichmäßige Güte aufweisen.
Die nach der Erfindung hergestellte Wärmeübertragungsfläche an der Rohrinnenseite soll die gleiche Güte wie die Wärmeübertragungswand nach der oben genannten US-Patentanmeldung aufweisen.
Durch die Erfindung wird also eine Vorrichtung angegeben zum Herstellen von Wärmeübertragungsrohren mit engen Bearbeitungstoleranzen für Verdampfer und Kühlapparate, die in Gefriergeräten, Klimaanlagen, Kühlgeräten od. dgl. benutzt werden. In der Vorrichtung werden an der Innenseite eines Rohrs Hohlräume mit kleinen Öffnungen, durch die die Hohlräume mit der Umgebung verbunden werden, gebildet, wobei zuerst eine Vielzahl abwechselnd aufeinanderfolgender Rillen und Rippen parallel zueinander an der Rohrinnenfläche ausgebildet wird, dann in den konzentrisch gerichteten Rippenkämmen Einschnitte ausgebildet werden und anschließend die Rippenkämme zur Seite gedruckt werden derart, daß der Kamm Jeder Rippe nach unten auf einen Zwischenteil der benachbarten
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Rippe gebogen wird, so daß dazwischen ein Hohlraum entsteht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Teils einer typischen Wärmeübertragungsfläche, die an der Innenseite eines Wärmeübertragungsrohrs auszubilden ist;
Pig. 2 eine Schnittansicht der Vorrichtung nach der Erfindung;
Pig. 3 eine Querschnittsansicht eines Rohrs unmittelbar nach dem ersten Bearbeiten, wobei an der Rohrinnenseite Rillen und Rippen ausgebildet sind;
Pig. 4 eine Schnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 5 eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform des Dorns zur Verwendung in der Vorrichtung nach der Erfindung;
Pig. 6 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform des Dorns; und
Pig. 7 eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform des Dorns.
Fig. 1 ist eine Perspektivansicht einer typischen Wärmeübertragungsfläche, die mittels der Vorrichtung auszubilden ist. Die Fläche weist eine Anzahl Rippen 1 auf, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wobei der Kamm jeder Rippe nach
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unten in Berührung mit der nächstbenachbarten Rippe gebogen ist; zwischen diesen Rippen ist eine Anzahl Hohlräume ausgebildet, die durch die Rippen voneinander getrennt sind. In den Kämmen der Rippen und längs den geweiligen Hohlräumen ist in regelmäßigen Abständen eine Anzahl sehr kleiner Öffnungen 3 ausgebildet, die die Hohlräume mit der Außenseite verbinden.
Diese Wärmeübertragungsfläche ist zur Verwendung mit Siedemitteln bestimmt, und ein die Sideeigenschaften wesentlich beeinflussender Faktor ist die Größe der Öffnungen 3· Wenn Preon (R-12, R-22, R-502 od. dgl.) als Sidemittel verwendet werden soll, werden gute Ergebnisse erzielt, wenn eine Öffnungsgröße verwendet wird, bei der der Durchmesser eines in einer Durchschnittsöffnung beschriebenen Kreises zwischen ca. 0,1 und 0,2 mm liegt. Dabei liegt der Abstand zwischen den Hohlräumen 2 in einem Bereich von 0,2-1,0 mm und der Abstand zwischen den Öffnungen 3 in einem Bereich von 0,2-1,0 mm. Die Hohlräume 2 haben eine Tiefe zwischen 0,2 und 0,8 mm und eine Weite zwischen 0,1 und 0,8 mm. Das Verhältnis der Wanddicke der Rippen 1 zu der Weite der Hohlräume 2 beträgt 1:2.
Alle Teile der Vorrichtung nach Pig. 2 mit Ausnahme der noch zu erläuternden Dorne sind im Schnitt dargestellt. Die Vorrichtung dient zum Ausbilden der Wärmeübertragungsfläche nach Fig. 1 auf der Innenseite eines Rohrs, während ein Werkstoffblock zu Rohrform extrudiert wird.
Ein Behälter 4- weist eine zylindrische Kammer 5 auf, und eine Auskleidung 6 ist enganliegend auf der umgebenden Kammerwandung angeordnet. Am unteren Ende der Kammer 5 ist ein Werkzeug 8 mittels eines Werkzeughalters 7 befestigt. Die Kammer 5 enthält einen Block 9aus Kupfer, Aluminium od. dgl..In der Kammer 5 ist ein Hohlstempel 11 angeordnet, dessen Außendurchmesser gering kleiner als der Innendurch-
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messer der Auskleidung 6 ist und der eine mit dem Stempelkörper koaxiale Bohrung 10 aufweist. Der Stempel 11 ist in einem Zylinder 12 angeordnet, der mittels Bolzen am Behälter 4 befestigt ist. Ein Dorn 13 mit einem gering kleineren Durchmesser als die Bohrung 10 ist in die Bohrung eingesetzt. Da der Kopf 13a des Doms 13 mittels einer Haltekappe 14 an dem Zylinder 12 befestigt ist, kann sich der Dorn 13 nicht in axialer Richtung verschieben. Der untere Abschnitt des Dorns 13 ist dem Werkzeug 8 zugewandt und weist von einer Stelle 13b abwärts zum unteren Ende 13c gerade verlaufende Nuten 15 und Kanten 16 auf, die in axialer Richtung parallel verlaufend ausgebildet sind. Der Dorn 13 weist seine eigene, mit dem Stempelkörper koaxiale Bohrung 17 auf, und in diese Bohrung ist ein weiterer Dorn
18 eingesetzt. Der Kopf 18a des Dorns 18 liegt zwischen dem Kopf des Dorns 13 und der Haltekappe 14, und der Dorn 18 ist drehbar, jedoch nicht in axialer Richtung verschiebbar.
Ein Zahnrad 19 ist auf dem Oberende des Dorns 18 angeordnet, so daß von einem Motor (nicht gezeigt) Kraft über das Zahnrad
19 auf den Dorn 18 übertragbar ist, wodurch dieser gedreht werden kann. Der untere Endabschnitt des Dorns 18 erstreckt sich nach unten vom unteren Ende 13c des Dorns 13 und ist konisch, so daß er einen Kegeldorn 20 bildet, der die Kämme der an der Innenseite eines Rohrs P ausgebildeten Rippen zur Seite drückt. Der Durchmesser D des Kegeldorn-Abschnitts 20a mit dem größten Durchmesser ist größer als der Durchmesser D des die Kämme der im Rohr P ausgebildeten Rippen verbindenden Kreises. Der Dorn 18 waist wenigstens ein Messer 21 auf, das an seinem Abschnitt zwischen dem Kegeldorn 20 und dem unteren Ende 13c des Dorns 13 befestigt ist. Die Schneide des Messers 21 ist höhenverstellbar in Abhängigkeit von der erwünschten Größe der öffnungen 3» die in der Wärmeübertragungsfläche auszubilden sind (vgl. Fig. 1).
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Es wird ^etzt die Arbeitsweise der Vorrichtung erläutert. Hydraulische Druckflüssigkeit wird dem Raum oberhalb des Stempels 11 im Zylinder 12 zugeführt, so daß der Stempel in Richtung des Pfeils A nach unten (vorwärts) gedrückt wird, während gleichzeitig der Dorn 18 getrieben wird und sich dreht. Während des Vorschubs des Stempels 11 wird der Werkstoffblock 9 kontinuierlich durch den ringförmigen Raum zwischen dem Werkzeug 8 und dem Dorn 13 zur Form eines Rohrs P extrudiert. Gleichzeitig mit dem Extrudieren wird das Rohr P mit geraden Rippen 22 und Rillen 23 an seiner Innenfläche ausgebildet, die den Nuten 15 und Kanten 16 des Dorns 13 umgekehrt entsprechen. Die Querschnittsform des derart bearbeiteten Rohrs P zeigt Pig. 3.
Da das Messer 21 mit dem Dorn 18 umläuft, schneidet es die Innenfläche des Rohrs P, das kontinuierlich durch Extrudieren hergestellt wird, ein, so daß in den Rippen 22 an der Innenseite Einschnitte 24- entstehen. Der die Rippen und die Einschnitte 24 aufweisende Rohrabschnitt gelangt dann nach unten in Gleitkontakt mit dem Kegeldorn 20, wo die Kämme 22a der Rippen, die zur Mitte des Rohrs P gerichtet sind, allmählich vom Kegeldorn 20 nacheinander zur Seite gedruckt werden, und zwar gegen die jeweils benachbarten Rippen in Umlaufrichtung des Kegeldorns. Mit zunehmendem Durchmesser des Kegeldorns 20 gelangen die Kämme 22a der Rippen 22 näher an die benachbarten Rippen, bis sie gegen Zwischenabschnitte der benachbarten Rippen gedrückt und dauerhaft auf diese gebogen werden. Die so umgebogenen Kämme 22a der Rippen 22 verschließen die offenen Oberenden der Rillen 23, so daß die Hohlräume 2 der Wärmeübertragungsfläche nach Fig. 1 gebildet werden, wobei die Einschnitte 24- jeder Rippe, die in dauerhaftem Kontakt mit der benachbarten Rippe liegen, als öffnungen 3 wirken.
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Bei der Vorrichtung nach Mg. 4- wird ein vorgeformtes Rohr zur Herstellung eines Wärmeübertragungsrohrs verwendet. Während das Rohr auf einen kleineren Außendurchmesser gezogen wird, wird durch die Vorrichtung an der Innenseite des Werkstücks eine Wärmeübertragungsfläche gebildet, deren Aufbau unter Bezugnahme auf Pig. 1 erläutert wurde.
Zum Ziehen des Rohrs P1 und Verkleinern von dessen Außendurchmesser wird ein Ziehwerkzeug 25 benutzt. Das Werkzeug 25 ist in einem Werkzeughalter 27 befestigt, der seinerseits auf einem gemeinsamen Grundglied befestigt ist.
Bei dieser Vorrichtung hat ein Dorn 28 zum Ausbilden der Rippen 22 und Rillen 23 an der Innenseite des Werkstücks (vgl. Fig. 3) genau den gleichen Aufbau wie der Dorn 13 der vorher erläuterten Ausführungsform. Ein weiterer Dorn 29 zum Ausbilden der Einschnitte 24 in den Rippen 22 (vgl. Fig. 3) ist ebenfalls gleich dem Dorn 18 aufgebaut. Der Dorn 28 ist an seinem rechten Ende auf dem gemeinsamen Grundglied 26 gehaltert, und der Dorn 29 ist in axialer Richtung unverschiebbar gehalten, da eine an seinem rechten Ende angeordnete Scheibe 29a zwischen dem äußersten Ende des Dorns 28 und einem Endhalteglied 14 gehalten ist. Stattdessen ist der Dorn 29 drehbar und wird von einem Motor (nicht gezeigt) über ein an seinem rechten Ende fest angeordnetes Zahnrad 19 getrieben. Die Mittel zum Erzeugen der Kraft zum Ziehen des Rohrkörpers sind bekannt und werden nicht näher erläutert.
Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels entspricht derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, wobei jedoch das Rohr P1 von dem Ziehwerkzeug 25 auf einen kleineren Außendurchmesser gezogen wird.
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Bei den vorstehend erläuterten beiden Ausführungsbeispielen weist der Dorn 13 bzw. 28 zur Ausbildung der Rippen und Rillen an der Innenwandfläche eines Wärmeübertragungsrohrs abwechselnd Nuten und Kanten, die mit der Dornachse parallel verlaufen, auf. Nach Fig. 5 kann der Dorn auch schraubenförmig verlaufende Nuten 15 und Kanten 16 unter einem bestimmten Winkel zur Dornachse aufweisen. In diesem Pail muß der Dorn 13 bzw. 28 in bezug auf den Zylinder oder das gemeinsame Grundglied drehbar angeordnet sein.
Die vorher erläuterten Ausführungsbeispiele verwenden ein Messer zur Ausbildung der Einschnitte in den Rippen; das Messer kann jedoch durch ein Dornglied 32 nach Fig. 6 ersetzt werden, das Nuten 30 und Kanten 31 aufweist, die beide unter einem vorgegebenen Winkel zu den Nuten 15 und Kanten des Dorns 13 oder 28 verlaufen. Bei dieser Ausführungsform bewirkt das Extrudieren oder Ziehen des Rohrs am Werkzeug und am Dorn 13 oder 28 vorbei eine relative Drehbewegung des Dornglieds 32, und der Dorn 18 oder 29 braucht nicht mit einer Drehkraft beaufschlagt zu werden; der Dorn muß nur drehbar in dem Zylinder oder dem gemeinsamen Grundglied gelagert sein.
Ferner kann zum Umbiegen der Kämme der Rippen seitlich zu den Zwischenabschnitten der benachbarten Rippen, wodurch nacheinander die offenen Oberenden der Rillen durch die umgebogenen Kämme geschlossen werden, eine Drahtbürste 33 (vgl. Fig. 7) anstelle des vorher erläuterten Kegeldorns 20 verwendet werden. In diesem Fall muß die Drahtbürste mit höherer Geschwindigkeit als der Kegeldorn umlaufen. Erforderlichenfalls kann ein gesonderter Dorn, der die Bürste an seinem Ende trägt, verwendet werden. Die Drahtbürste erzeugt Reibungswärme, wenn sie über die Rippenkämme abwärts in Kontakt mit den benachbarten Rippen gleitet. Diese Reibungswärme erleichtert das Verformen der Rippenkämme, so daß sie
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sich umbiegen und teilweise mit den benachbarten Rippen verschmelzen können.
Wie aus der vorstehenden Erläuterung hervorgeht, können mit der Vorrichtung nach der Erfindung enge Toleranzen beim Bearbeiten der Innenseite von Rohren zur Ausbildung von Einschnitten eingehalten werden, da der Dorn zum Ausbilden von Rippen und Rillen an der Innenwandfläche eines Rohrs den anderen Dorn, der ein Messer oder ein anderes Glied zum Herstellen von Einschnitten in den Rippen trägt, haltert und die Exzentrizität der Umlaufbewegung des letztgenannten Doms begrenzt. Gleichzeitig wird jegliche außermittige Bewegung des Kegeldorns oder der Drahtbürste dadurch verhindert, daß die Rippen nacheinander unter Kraftbeaufschlagung abwärts in dauerhaften Kontakt mit den benachbarten Rippen gebogen werden.
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L e e r s e i \ e

Claims (14)

81-27.784P(27.785H) Ansprüche
1.)Vorrichtung zum Herstellen von Wärmeübertragungsrohren, gekennzeichnet durch eine Einheit (11, 12) zum Fördern eines Rohrs (P; P1) in Längsrichtung, einen ersten Dorn (13; 28) zur Bildung abwechselnd aufeinanderfolgender Rippen (22) und Rillen (23) an der Innenseite des Rohrs (P; P1), einen zweiten Dorn (18; 29) zur Bildung von Einschnitten (24) in den Rippen (22) und zum zwangsläufigen Umbiegen und aufeinanderfolgenden Verbinden der Rippen (22) mit den jeweils benachbarten Rippen (22), und ein Werkzeug (8; 25),
wobei der erste Dorn (13; 28) auf seiner Oberfläche Nuten (15) und Kanten (16) zum umgekehrten Ausbilden der Rippen (22) und Rillen (23) an der Innenwandfläche des Rohrs (P; P1) sowie eine mit dem Schaft des ersten Dorns (13; 28) koaxiale, in Längsrichtung verlaufende Bohrung (17) aufweist, der zweite Dorn (18; 29) ein Werkzeug (21) zur Bildung von Einschnitten (24) in vorbestimmten Abständen in den an der Rohrinnenseite mittels der Nuten (15) und Kanten (16) des ersten Dorns (13; 28) ausgebildeten Rippen (22) sowie ein Werkzeug (20) zum aufeinanderfolgenden zwangsläufigen Umbiegen der Kämme (22a) der Rippen (22) mit den Einschnitten (24) in seitlicher Richtung in dauerhafte Verbindung mit Zwischenabschnitten der jeweils benachbarten Rippen (22), wodurch sämtliche Rippen (22) miteinander verbunden werden, aufweist, der zweite Dorn (18; 29) in die
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Bohrung (17) des ersten Dorns (13; 28) derart eingesetzt ist, daß die Werkzeuge (21, 20) zur Bildung der Einschnitte (24) und zum Verbinden der Rippen (22) miteinander am Ende des ersten Dorns (13; 28) freiliegen, und wobei das Formwerkzeug (8; 25) nahe dem Abschnitt des ersten Dorns (13; 28), der die Nuten (15) und Kanten (16) aufweist, angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (15) und Kanten (16) des ersten Dorns (13; 28) zum umgekehrten Ausbilden der Rippen (22) und Rillen (23) an der Innenseite des Rohrs (P; P1) gerade ausgebildet sind und parallel zur Dornachse verlaufen.
3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Dorn (18; 29) zur Bildung der Einschnitte (24) in den Rippen (22) und zum aufeinanderfolgenden Verbinden der Rippen (22) mit den benachbarten Rippen mit einer Antriebseinheit (19) zum Drehen des Dorns (18; 29) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß das am zweiten Dorn (18; 29) angeordnete Werkzeug zum Ausbilden der Einschnitte (24) in den Rippen (22) mindestens ein Messer (21) ist.
5· Vorrichtung nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß das am zweiten Dorn (18; 29) angeordnete Werkzeug zum aufeinanderfolgenden Verbinden der Rippen (22) mit den benachbarten Rippen ein Kegeldorn (20) ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das am zweiten Dorn (18) angeordnete Werkzeug zur Bildung der Einschnitte (24) in den Rippen (22) ein Dornglied (32) ist, auf dessen Oberfläche Nuten (30) und Kanten (31) schraubenförmig unter einem von den Nuten (15) und Kanten (16) des ersten Dorns (13) verschiedenen Winkel ausgebildet sind.
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7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das am zweiten Dorn (18) angeordnete Werkzeug zum aufeinanderfolgenden Verbinden der Rippen (22) mit den benachbarten Rippen eine Drahtbürste (33) ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (15) und Kanten (16) des ersten Dorns (13) schraubenförmig unter einem vorbestimmten Winkel zur Dornachse ausgebildet sind.
9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Dorn (18) mit einer Antriebseinheit (19) zum Drehen des Dorns (18) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug des zweiten Dorns (18) zur Bildung von Einschnitten (24) in fen Rippen (22) mindestens ein Messer (21) ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 95 dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug des zweiten Dorns (18) zum aufeinanderfolgenden Verbinden der Rippen (22) mit den benachbarten Rippen ein Kegeldorn (20) ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug des zweiten Dorns (18) zum aufeinanderfolgenden Verbinden der Rippen (22) mit den benachbarten Rippen eine Drahtbürste (33) ist.
13· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Block (9) von einem Stempel (11) mit Druck beaufschlagbar und durch einen ringförmigen Raum zwischen dem Werkzeug (8) und dem ersten Dorn (13) zu Rohrform extrudierbar ist zur Bildung abwechselnd aufeinanderfolgender Rippen (22) und
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Rillen (23) an der Innenseite des Rohrs (P) derart, daß das
Rohr (P) relativ zu dem Dorn (13) bewegbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Formwerkzeug (8) ist, das mit einem Stempel (11) zum Druckbeaufschlagen eines Materialblocks (9) und dem ersten Dorn (13) zur Bildung abwechselnd aufeinanderfolgender Rippen (22) und Rillen (23) zusammenwirkt zum Formen eines
Rohrs (P) aus dem Materialblock (9).
15· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Ziehwerkzeug (25) ist, das ein Rohr auf einen verringerten Außendurchmesser zieht.
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