DE3027370A1

DE3027370A1 - Vorrichtung zum herstellen von kuehlrippenrohren fuer waermetauscher

Info

Publication number: DE3027370A1
Application number: DE19803027370
Authority: DE
Inventors: Masami Ogata; Masahira Osaka Tada; Motoshi Hirakata Osaka Yoshihara
Original assignee: Nishiyodo Air Conditioner Co Ltd
Current assignee: Nishiyodo Air Conditioner Co Ltd
Priority date: 1980-05-20
Filing date: 1980-07-18
Publication date: 1981-11-26
Also published as: SE445618B; SE8005049L; JPS56163023A; GB2075871B; US4352227A; JPS5736045B2; DE3027370C2; GB2075871A

Description

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NISHIYODO AIR CONDITIONER CO., LTD.

j Osaka / JAPAN

Vorrichtung zum Herstellen von Kühlrippenrohren für

Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Kühlrippenrohren für Wärmetauscher, deren Kühlrippen aus Drähten bestehen, welche schraubenförmig um ein Wärmetauscherrohr gewickelt, und auf dessen Oberfläche befestigt sind.

Übliche Kühlrippenrohre für Wärmetauscher zur Verwendung als Kondensator, Verdampfer oder dgl. in Kühlmaschinen sind beispielsweise als Propellerrippenrohre, Rohre mit blattförmigen Kühlrippen oder dgl. gestaltet. Ein Propellerkühlrippenronr wirkt im wesentlichen durch Filmschichtkondensation auf der Oberfläche der Kühlrippen, wenn es zu Kondesaticnszveckcn benützt wird. Der kondensierende Flüssigkeitsfilm setzt sich dabei allmählich ab und bildet in den unteren Teilen eier Kühlrippen eine stärkere Filmschicht, wobei sich unter Umständen große Tautropfen bilden, die dann herunterfallen. Die Schichtdickenzunahme des Flüssigkeitsfilms ergibt einen umgekehrt proportionalen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten, so daß

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zwangsläufig die Wärmeleitfähigkeit des Kondensators sinkt. Die Filmschichtkondensation vermindert letzten Endes den Wärmetauschwirkungsgrad der Kühlrippen.

• Blattförmige Kühlrippen sitzen sehr fest. Ein derartiges Rohr hat jedoch einen schlechteren Wärmeaustauschwirkungsgrad als ein Propellerrippenrohr _r denn aufgrund des mechanischen Aufbaus ist die Fläche, die von den gekrümmten Abschnitten der Kühlrippen umgeben ist, am Wärmeaustausch nicht so wirkungsvoll beteiligt. Wird ein mit derartigen Kühlrippen besetztes Rohr als Wärmeaustauscher in Form eines Rohres mit umgebender Schale benützt, wird darin ein tauähnlicher Elüssigkeitsfilm hervorgerufen, der die Wärmeleitung und damit den Wärmeaustauschkoeffizienten herabsetzt. Rohre mit sehr wenig vorstehenden Kühlrippen, die auf der Rohroberfläche durch Rollverfahren hervorgerufen werden, setzen voraus, daß der Rohrkörper verhältnismäßig große Wandstärke hat. Es wird folglich eine große Menge Material für die Herstellung der niedrigen oder wenig vorstehenden Kühlrippen des Rohres benötigt, was aus Gründen der Einsparung von Werkstoffvorräten unerwünscht ist und was natürlich erheblich mehr Kosten verursacht.

So haben die herkömmlichen Kühlrippenrohre zwar Vorteile, jedoch auch erhebliche Mangel und bereiten Schwierigkeiten. In jüngster Zeit wurden Rohre mit aus Drähten bestehenden Kühlrippen hergestellt, denen einige der vorstehend aufgeführten Nachteile nicht anhaften.

Diese Drahtkühlrippenrohre für Wärmetauscher werden durch schraubenförmiges Aufwickeln von wellenförmigen Drähten auf die Oberfläche eines Wärmetauscherrohrkörpers hergestellt, wobei die hochstehenden Bogenabschnitte der Wellendrähte von der Rohroberfläche abstehen und die Drähte an den anliegenden Stellen dann mit dem Rohrkörper verschweißt werden. Im Herstellungsgang werden zahlreiche Kühlrippenwellendrähte gleichzeitig er-

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zeugt und als mehrgängige Wendel pareillel nebeneinander auf die Oberfläche des Rohrkörpers aufgewickelt, wobei die Wellendrähte es in den meisten Fällen erfordern, daß sie unter einem bestimmten Winkel auf die Rohroberfläche aufgewickelt werden und dabei die hochstehenden Bogenabschnitte nebeneinander ausgerichtet zu liegen kommen. Dadurch ergibt sich, wie es die Figuren 7 und 8 der beigefügten Zeichnung erkennen lassen, welche eine perspektivische Ansicht und eine Abwicklung der Rohroberfläche mit angedeuteten hochstehenden Bogenabschnitten und tiefliegenden Abschnitten der Wellendrähte wiedergeben, daß die tiefliegenden Abschnitte (in Fig. 8 durch gefüllte schwarze Kreise angedeutet) in Reihen angeordnet sind, die mit der Längsachse des Wärmetauscherrohres einen spitzen Winkel einschließen, was gleichermaßen auch für die Reihen nebeneinander liegender hochstehender Bogenabschnitte (in Fig. 8 durch leere Kreise angedeutet) gilt.

Es sollen nun Überlegungen angestellt werden, wie der Strom des über die Oberfläche des Rohrkörpers hinwegströmenden Mediums verläuft. Die hochstehenden Bogenabschnitte stehen dabei relativ eng beieinander, so daß die Abstände zwischen ihnen klein sind und das strömende Medium einen verhältnismäßig grossen Strömungswiderstand vorfindet. Andererseits bilden die tiefliegenden Abschnitte Ib streifenförmige Strömungskanäle, die sich in einer bestimmten Richtung auf der Rohroberfläche entlang ziehen, in der das strömende Medium also vorzugsweise fließt. Es ergibt sich damit eine sogenannte örtliche Strömung, so daß das strömende Medium sich nicht gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Wärmetauscherrohres 2 verteile. Folglich ist der Koeffizient der Wärmeabgabe auf der Außenseite des Rohres nicht so günstig, wie es aufgrund der vergrößerten Wärmeabgabefläche der Kühlrippenwellendrähte zu erwarten wäre. Der Gesamtaustausch-Wirkungsgrad erreicht nicht den erwünscht hohen Wert.

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Mit der Erfindung wird deshalb angestrebt, den Wärmetauscher-Wirkungsgrad von Kühlrippenwellendraht-Wärmetauscherrohren noch weiter zu steigern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei der Erfindung das Prinzip angewandt, daß Reihen von Wellendrähten derart um einen Rohrkörper herumgewickelt werden können, daß zwischen wenigstens ι zwei Gruppen dieser Wellendrähte ein räumlicher Phasenunterschied besteht, was mit Hilfe eines einfachen Mechanismus erreicht wird, so daß der Abstand zwischen den hochstehenden Bogenabschnitten gegenüber der Anordnung der Wellendrähte der bisher bekannten Wellendrahtkühlrippenrohre vergrößert wird. Der Wärmeaustausch-Wirkungsgrad wird auf diese Weise dadurch gesteigert, daß nunmehr die mit der Rohroberfläche verbundenen tiefliegenden Abschnitte der Wellendrähte nicht mehr hintereinander streifenförmig ausgerichtet sind und so Strömungskanäle bilden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Aufwickelvorrichtung ;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Aufwickelvorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 und 4 Draufsicht und Seitenansicht der Ausgabestation für die Kühldrähte;

Fig. 5 eine perspektivische Teilansicht eines mit Kühldrähten für die Wärmeübertragung ausgestatteten Rohres;

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Fig. 6 eine Abwicklung der Mustergestaltung der

Rohroberfläche des mit Kühldrähten zu versehenden Rohres;

Fig. 7 eine perspektivische Teilansicht eines

mit Kühldrähten nach bisher üblicher Art versehenen Wärmeaustauscherrohres und

Fig. 8 das Oberflächenmuster der Rohroberfläche des bekannten Wärmeaustauscherrohres in Abwicklung.

Zunächst werden die Figuren 1 und 2 näher betrachtet. Danach weist die Maschine zum Herstellen der Wärmeaustauscherrohre als wesentliche Elemente eine Formstation 3 für den gewellten Kühldraht, Führungseinrichtungen 5 für den gewellten Kühldraht, eine Abgabestation 4 für den gewellten Kühldraht und eine Vorschubeinrichtung 10 für das Rohr sowie eine Schweißeinrichtung 11 auf.

Die Station zum Formen der gewellten Kühldrähte 3 weist eine mit Umfangsrillen 12a versehene Führungswalze 12 und in Laufrichtung der Drähte W anschließend ein Paar von Zahnwalζan 6, 7 auf, deren am Umfang befindliche Zähne ineinandergreifen und die durch einen Motor M angetrieben werden, wobei die Führungsebene der Rillenwalze 12 und die Eingriffsebene der Zahnwalzen 6, 7 coplanar sind. Die Umfangsrillen 12a der Führungswalze 12 haben einen bestimmten gleichmäßigen Abstand. Durch die ineinandergreifenden Zähne der Zahnwalzen 6 und 7 erhalten die hindurchlaufenden Drähte W Wellenform, so daß sie. anschließend als wellenförmige Drähte 1 weiterlaufen. Durch das Zahnprofil der Zahnwalzen 6 und 7 werden in den Wellendr- Inten hochliegende Bogenstücke 1a und tiefliegende Bodenabschnitte 1b geformt.

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Läßt man über die Führungswalze 12 von Vorratsdrahtrollen R steife Kupferdrähte zwischen die Zahnwalzen 6, 7 hineinlaufen und hält die Drähte parallel zueinander, dann werden diese Kupferdrähte W in Wellendrähte 1 verformt mit abwechselnden hochstehenden Bögen 1a und tiefliegenden Bögen 1b, wobei die hochstehenden Bögen 1a aufwärtsgerichtet sind.

Da auf diese Weise mehrere Wellendrähte 1 gleichzeitig bei ihrem Durchlauf durch das Zahnwalzenpaar 6, 7 gebildet werden, sind die nach oben gerichteten Bogenstücke 1a und die nach unten weisenden Bogenabschnitte 1b sämtlich gleich ausgerichtet _r d.h. miteinander in Phase und liegen jeweils seitlich nebeneinander. Diese Wellendrähte werden dann in diesem Zustand zur nächsten Führungsvorrichtung 5 geleitet.

Die Führungsvorrichtung 5 weist eine hintere Walze mit Umfangsrillen 13, die mit kurzem Abstand vor dem Zahnwalzenpaar 6, liegt, eine vordere Umfangsrillenwalze 15 unmittelbar hinter der Kühldraht-Ausgabestation 4, eine dazwischenliegende Umfangsrillenwalze 14, die an einem Schwenkarm 17 um die Achse der vorderen umfangsrillenwalze 15 nach oben schwenkbar ist, und Umfangsrillenführungswalzen 8, 9 auf, die im mittleren Abschnitt des Schwenkarms 17 an diesem befestigt sind, wobei die Umfangsrillen dieser sämtlichen Walzen 13, 14, 8, 9 und 15 miteinander fluchten.

Die mittlere Umfangsrillenwalze 14 läßt sich mit ihrem tiefsten Umfangspunkt bis in die Ebene der Punkte schwenken, in denen die gewellten Drähte die hintere und die vordere umfangsrillenwalze 13 bzw. 15 berühren, und kann aus dieser Höchstlage nach unten verschwenkt werden. Normalerweise greift jedoch an dem Arm 17 eine elastische Kraft in Form einer (nicht gezeigten) Feder an, so daß die mittlere Walze 14 und mit ihr die Führungswalzen 8, 9 gegenüber der höchsten Lage verschwenkt werden und eine Art Pendelbewegung ausführen.

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Die mit Fühirungsrillen versehenen Walzen 8 und 9 sitzen auf Achsen, die zueinander parallel und horizontal sind, habtm jedoch von der Verbindungsebene der Umiangsrillenwalzen 13 und 15 unterschiedlichen Abstand, wie dies die Zeichnung erkennen läßt, und können auch gegeneinander innerhalb eines gewissen Bereiches, abhängig vom Zwischenraum zwischen den Achsen, verstellt werden.

Mit 16 ist eine Umfangsrillenwalze bezeichnet, die die Aufgabe hat zu verhindern, daß die Wellendrähte während des Durchlaufens über die Rollen oder Walzen hüpfen. Eine weitere Umfangsrillenwalze 18 sitzt an einem um die Achse der hinteren Umfangsrillenwalze 13 schwenkbaren Arm und dient dazu, zu verhindern, daß die gewellten Drähte 1 von der Umfangsrillenwalze 13 abspringen .

In der Wellendrahtführungsvorrichtung 5 werden zahlreiche Wellendrähte geführt, z. B. zehn Wellendrähte 1, nachdem diese durch das Zahnwalzenpaar 6, 7 hindurchgelaufen sind, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, und dann über die hintere Umfangsrilienwalze 13 schräg abwärts zur Zwischenwalze 14 gelangen, von v/o aus sie dann wieder schräg aufwärts zur vorderen Umfangsrillenwalze 15 geführt sind und dabei durch die Rillen der Walzen 13, 14, 15 geführt werden, so daß sie in den Zwischenräumen nicht umklappen. Die Abstände auf der Eintrittsseite von sich anschließenden Führungsplatten stimmen mit den Zwischenräuuen der Umfangsrillen in der vorderen Umfangsrillenwalze 15 aberein, während auf der Abgabeseite die Führungsplatten geringere Abstände zueinander haben, so daß sie dort an eine bestiiomte Schraubensteigung angepaßt sind, was später noch erläutert wird. Auf diese Weise können nebeneinanderliegend zehn Wollendrähte parallel geführt werden, und es können ihre gegenseitigen Abstände sich so verringern, wie es für die Schraubensteigung nötig ist, wobei die Bogenabschnitte 1a nach oben stehen, ohne umzukippen, und in dieser Form können die nebeneinander-

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liegenden Wellendrähte dann an der Wickelposition ausgegeben werden.

Die Führungsplatten 19 an der Wellendrahtabgabestation 4 sind so ausgebildet, daß ihr Abgabeende über die Umfangsflache eines Wärmeaustauscherrohres 2 hinüberragt, wo dann die Wellendrähte um das Rohr herumgewickelt werden. Die Unterkanten der Führungsplatten 19 sind an einer Bodenplatte 20 befestigt, wodurch verhindert wird, daß die Wellendrähte 1 nach unten zwischen den Führungsplatten 19 herausgleiten können.

.Mi^fc.Hilfe der Rohrzuführungseinrichtung 10 wird das Wärmeaustauscherrohr 2 unter gleichzeitigem Drehen um seine Längsachse vorangefördert. Das Wärmeäustauscherrohr 2 läuft dabei unter dem Vorderende der Wellendrahtabgabestation 4 entlang und zwar unter einem stumpfen Winkel quer zu Laufrichtung der Wellendrähte 1, was zu einem rechten Winkel zur Standrichtung der bogenförmigen Wellendrahtabschnitte führt.

Es ist möglich, die Bewegungen so aufeinander abzustimmen, daß die Wickelgeschwindigkeit der Wellendrähte 1 gleich wie oder geringfügig kleiner als die Abgabegeschwindigkeit der Wellendrahtausbildungsstation 3 ist, indem die Umfangsgeschwindigkeit des Wärmeaustauscherrohres 2 entsprechend gewählt wird.

Die Schweißvorrichtung 11 ist in üblicher Weise aufgebaut. Ist das Wärmeaustauscherrohr 2 beispielsweise mit einem Lötmittel beschichtet, wird ein Erhitzungsofen vorgesehen, der das vorangeförderte Wärmeaustauscherrohr umgibt. Soll eine Hartlotbehandlung durchgeführt werden, dann wird eine Flammprüfvorrichtung vorgesehen, mit der das Lotmaterial auf das vorangeförderte Rohr aufgesprüht und im Anschluß daran durch eine Erhitzungsvorrichtung verlötet wird.

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In der Fig. 2 ist ein Schalter S dargestellt, mit dem der Motor M ein- und ausgeschaltet werden kann, der seinerseits über ein Getriebe die Zahnwalzen 6 und 7 antreibt. Der Schalter ist in der Lage, den Auslenkwinkel eines Hebelarms 21 festzustellen, der gemeinsam mit dem Trägerarm 17 verschwenkt wird. Wenn die Zugspannung in den Wellendrähten 1 abnimmt und die mittlere ümfangsrillenwalze 14 dadurch in ihre untere Gr;inzstellung absinkt, dann wird über den Schalter S der Motor M abgeschaltet, wohingegen dann, wenn aufgrund zunehmender Zugspannung in den Wellendrähten 1 die mittlere Umfangsrillenwalze 14 in ihre obere Grenzstellung angehoben wird, die strichpunktiert in Fig. 1 angedeutet ist, der Schalter S den Motor M einschaltet. Auf diese Weise kann die Zufuhr der starren Kupferdrähte W selbsttätig reguliert werden, so daß sie mit der Wikkelgeschwindigkeit übereinstimmt, wobei stets in den Wellendrähten 1 die erforderliche Zugspannung vorhanden ist.

In der beschriebenen Vorrichtung wird die Wellendrahtabgnbestation 4 nun im Hinblick auf ihre Führungsfunktion näher beschrieben.

Wenn mehrere Wellendrähte 1, z. B. zehn Drähte nebeneinander, nebeneinandergeordnet ausgegeben und um das Wärmeaustauscherrohr 2 als mehrgängige Schraube herumgewickelt werden, ergibt sich eine gestufte Kühlrippenanordnung, bei der die bogenförmigen Abschnitte 1a und die tiefliegenden Abschnitte 1b in seitlicher Ausrichtung und abwechselnder Folge zwischen den ungeradzahligen Reihen und den geradzahligen Reihen angeordnet sind, was zu der bisher üblichen Kühlrippengestaltung im Gegensatz steht, bei der die bogenförmig hochstehenden Abschnitte 1a sämtlicher Kühldrähte seitlich nebeneinander ausgerichtet sind. Es v/erden dann die Wellendrähte 1 der ungeradzahligen Bahnen über die geradlinige Verbindung der Umfangsrillenwalzen 14, 15 gefördert, während die Wellendrähte 1 der geradzahligen Bahnen auf einem Umweg von der ümfangsrillenwalze 14 über die Führungswalze 9 zur ümfangsrillenwalze 15 geleitet werden, wobei man

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die Weglänge des Umweges so wählt, daß die Iiage der Kuppen an den Wellendrähten sich an der Ausgabestation gerade um eine halbe Welle P unterscheidet. Auf die Strecken in Fig. bezogen bedeutet dies, daß die Verbindungsstrecke zwischen den Tangential-Berührungspunkten A, B, nämlich A-B = a für die ungeradzahligen Wellendrähte ist, während die Weglänge für die geradzahligen Wellendrähte sich aus den Strecken A, C, nämlich A-C = c, und der Strecke zwischen den Berührungspunkten C, B, nämlich C-B = b zusammensetzt.

Wird die Führungsrolle 9 so angeordnet, daß der Streckenabschnitt b gleich dem Streckenabschnitt c ist, und der Abstand des Berührungspunktes C über der Strecke A-B die Höhe H beträgt, dann läßt sich die gewünschte gestufte Anordnung der Wellenkuppen erreichen, wenn folgende Gleichung erfüllt ist:

(b + c) - a = (m + 1/2) · P,

(D,

worin m entweder 0 oder eine ganze Zahl ist.

Dies bedeutet für folgende Abmessungen a = 300 mm, P = 2,5 mm und b = c = 150² + H² nach Einsetzen in Gleichung (I)

2 χ y22500 + H² - 300 = (m + 1/2) χ 2,5

woraus H sich folgendermaßen errechnen läßt:

H = ^/300 + (m + 1/2) χ 2,57²/4 - 2250O¹ (II) .

Aue; Gleichung (Tl) erhält mit für die verschiedenen Werte von m folgende Tabelle:

ra	O	1	2	3	4	in	6
H (mm)	4,33	23,79	30,78	36,49	41,46	45,93	50,04

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Der Wert von H = 4,33 mm bei m = 0 ist praktisch nicht zu verwirklichen, da es große Schwierigkeiten bereitet, eine mit Rillen versehene Führungsrolle 9 herzustellen, die einen so kleinen Radius hat, daß ein Abstand von 4,33 mm verwirklicht werden kann. Für den praktischen Fall wählt man für die Größe m Werte zwischen 1 und 3. Dies bedeutet, daß die Führungsrolle 9 so angeordnet wird, daß der Höhenabstand ir"24, 31 oder 36 mm wird, wobei dann eine mehrgängige Schraubenanordnung der Kühlrippendrähte aufgebracht werden kann, bei der die hochstehenden Bogenabschnitte 1a und die tiefliegenden Abschnitte 1b in benachbarten Reihen nebeneinanderliegen. Fig. 6 zeigt eine Abwicklung des sich mit der Vorrichtung nach der Erfindung ergebenden Musters von Kühlrippendrähten, wöbe.. die bogenförmig hochstehenden Abschnitte und die tiefliegenden Abschnitte auf der Oberfläche des Wärmetauscherrohres 2 angedeutet sind.

Der Herstellungsgang eines Wärmeaustauscherrohres mit Drahtkühlrippen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend beschrieben.

Zu Anfang der Herstellung wird eine erforderliche Anzahl steifer Kupferdrähte W in die Drahtkühlrippen-Formungsstation 3 eingeführt, welche darin zu Wellendrähten 1 ausgeformt werden, deren Anfänge dann durch die Führungseinrichtung 5 zur Wellendrahtabgabestation 4 hingeleitet und 1- bis 2-mal um den Rohrkörper 2 herumgewickelt werden. Wenn nun in diesem Zustand der Motor M, der die Zahnwalzen 6, 7 antreibt, und die Rohrfördereinrichtung 10 eingeschaltet werden, dann werden zwischen den Zahnwalzen 6, 7 fortwährend Wellendrähte 1 hergestellt und durch die Führungsvorrichtung 5 der Abgabestation 4 zugeführt, die sie der Oberfläche des Rohrkörpers zuleitet, während dieser vorgeschoben und gedreht wird, wobei die bogenförmigen Abschnitte 1a hochstehen, ohne umzuklappen, und die Wellendrähte werden schraubengangförmig auf die Rohroberfläche unter gleich-

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zeitiger Einhaltung eines entsprechenden Zuges aufgewickelt. Auf diese Weise werden drahtförmige Kühlrippen in mehreren Schraubenwindungen fortlaufend auf dem Wärmetauscherrohr 2 angeordnet, wobei die bogenförmigen Abschnitte 1a von der Rohrmantelfläche wegstehen und die tiefliegenden Abschnitte 1b sich um die Rohroberfläche spannen.

Im Anschluß daran werden die so aufgewickelten Wellendrähte mit Hilfe der Schweiß- oder Lötvorrichtung 11 mit der Rohroberfläche fest verbunden.

Nach dem Verlöten oder Verschweißen behalten die.bogenförmigen Abschnitte 1a ihre aufrechte und gespannte Form und Stellung, wozu auch die Festigkeit des Drahtes beiträgt, solange nicht besonders starke Kräfte einwirken.

Es ist möglich, die Steigung der Schraubengänge nach Wunsch einzurichten, wozu eine entsprechende Anzahl von Drähten zu wählen ist, die gleichzeitig dem Wärmetauscherrohr zugeführt werden, während andererseits der Rohrvorschub an der Vorschubvorrichtung 10 entsprechend zu wählen ist. Außerdem wird durch die automatische Geschwindigkeitssteuerung mit Hilfe des Schalters S in den Wellendrähten die richtige konstante Spannung aufrechterhalten.

Die so durch Umwickeln der Drähte erzeugten drahtförmigen Kühlrippen sind gestuft angeordnet, wobei die bogenförmigen Abschnitte 1a und die tiefliegenden Abschnitte 1b jeweils nebeneinander zu liegen kommen, während es nicht geschehen kann, daß in einer ausgerichteten Reihe nebeneinander nur bogenförmige Abschnitte oder tiefliegende Abschnitte angeordnet sind.

Beim Hindurchführen der Wellendrähte 1 durch die Führungsvorrichtung 5 können zur Veränderung der Weglänge verschiedene Modifikationen angewandt werden, indem beispielsweise die ne-

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beneinanderliegenden Drähte in zwei benachbarte Hälften oder nach Belieben in zwei oder mehr als drei Gruppen auf gete.i It werden anstelle der beschriebenen Foim der Aufteilung in die geradzahligen und die ungeradzahligen Drähte.

Die Phasenabweichung benachbarter Wellendrähte soll nicht auf die halbe Wellenlänge beschränkt sein, sondern kann vielmehr

auch größer oder kleiner als dieser Wert gewählt werden, ini

dem die veränderliche Größe H für die Führungsrolle 9 entsprechend festgelegt wird.

Bei der insoweit beschriebenen Vorrichtung zum Aufwickel): von Wellendrähten 1 in einer mehrgängigen Schraube ist die Führungseinrichtung 5 so aufgebaut, daß sie wenigstens zwei unterschiedliche Weglängen für die Wellendrähte darstellt, die dann anschließend auf das Wärmetauscherrohr 2 aufgewickelt werden, so daß ein Phasenunterschied zwischen wenigstens zwei Wcllendrahtgruppen besteht.

Benachbarte Drähte werden so aufgewickelt, daß die tiefliegenden Abschnitte 1b des einen Drahtes sich im Bereich der bogenförmigen Abschnitte 1a des nächsten Drahtes befinden, so daß aus dem Vergleich der Figuren 6 und 8, von denen letztere den Stand der Technik darstellt, der sich daraus ergebende Unterschied deutlich wird. Es ist dadurch möglich, den Abstand D zwischen benachbarten bogenförmig hochstehenden Abschnitten 1a größer als den Abstand D¹ bei bisher verwendeten Wärmetauscherrohren mit Aufbau gemäß Fig. 8 zu machen. Andererseits haben aber die Wellendrähte bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohr mit Drahtkühlrippen dieselbe Länge der Schraubenste. c,ung und auch dieselbe Gesamtzahl der Drahtbogenkühlrippen je Längeneinheit des Rohres wie bisher.

Die Vergrößerung des Abstands D hat dennoch zur Folge, daß der Strömungswiderstand für ein das Wärmetauscherrohr 2 außen um-

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streichendes Strömungsmedium herabgesetzt ist. Es ist deshalb vorteilhaft, daß sich in .den Teilen, die durch die bogenförmigen Drahtabschnitte 1a umgeben sind, ein Flüssigkeitsfilm ausbildet. Wenn ein mit den Wärmetauscherrippen ausgestattetes Rohr als Innenrohr eines Wärmetauschers mit Doppelröhrenaufbau für einen Verdampfer eingesetzt wird, wobei das Kühlmedium durch den Ringraum um das Innenrohr herum hindurchgeführt wird, wird die Verdampfung wesentlich gesteigert.

Andererseits sind die kanalartigen Wege, die durch die Verbindung der tiefliegenden Abschnitte 1b entstehen, zu bedenken. Ein mit geradförmigen Kühlrippen versehenes Rohr, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt worden ist, besitzt kanalartige Wege I₁, I₂, s. Fig. 6 in zwei Richtungen, die mit den rechten Winkeln zur Wickelrichtung L verhältnismäßig große Winkel einschließen. Daraus ergibt sich, daß die Durchtrittsfläche dieser kanalförmigen Wege klein und der Strömungswiderstand für durch sie hindurchströmendes Medium groß ist und auch keine Richtwirkung ausgeübt wird. Folglich strömt das Medium an der Oberfläche des Wärmetauscherrohres gut verteilt in jede Richtung und im wesentlichen überall gleichmäßig, so daß keine örtlich hervorgehobenen Strömungsbahnen auftreten.

Hierzu steht das Wärmetauscherrohr gemäß Figuren 7 und 8 mit herkömmlicher Herstellungsweise im Gegensatz, bei dem kanalartige Bahnen 1_ und I₁ ¹/ Ip¹ ausgebildet werden. Die Kanalstrecke I-, entsteht dadurch, daß die tiefliegenden Abschnitte 1b der benachbarten Wellendrähte nahe beieinander liegen und diese Wege nur einen sehr spitzen Winkel mit der Senkrechten auf der Drahtwickelrichtung einschließen, so daß der Strömungswiderstand für das Strömungsmedium klein ist. Dadurch ergibt sich eine starke Richtungswirkung der kanalartigen Wege 1 , und das Strömungsmedium in der Nähe der Oberfläche des Wärmetauscherrohres 2 strömt vorzugsweise in diesen kanalartigen

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Wegen I₃. Es stellen sich also örtlich hervorgehobene Ströme ein.

Der vorstehende Vergleich macht deutlich, daß das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellte Wärmetauscherrohr mit drahtförmigen Kühlrippen eine größere Berührungsfläche zwischen dem strömenden Medium und der Rohroberfläche besitzt und zu einer wesentlich besseren Wärmeübergabe aufgrund der Erhöhung des Strömungswiderstands geeignet ist.

Die Wellendrähte 1 sind zweidimensional geformt, wobei sämtliche hochstehenden Bogenabschnitte 1a und tiefliegenden Abschnitte 1b in einer Ebene liegen, und werden mit einer angemessenen Zugspannung aufgewickelt, so daß sie sicher und fest um die Rohroberfläche gewickelt sind und diese berühren, auch wenn sie mehr oder weniger uneben ist. Es ist deshalb auch möglich, die Wellendrähte um geriffelte Rohre und ähnliches herumzuwickeln.

Die Ausbildung der Kühlrippen als Drähte erfordert nur eine geringe Materialmenge, so daß die Kosten niedrig bleiben. Da nur die nach unten durchgebogenen Abschnitte an den Enden der hochgewölbten Bogenabschnitte 1a mit dem Rohrkörper 2 in Berührung sind, ist die Einbuße an Wärmeübertragungsfläche nur gering, mit anderen Worten, es wird ein hoher Wärmeübertragungswirkungsgrad erreicht.

Da außerdem die hochstehenden Bogenabschnitte 1a fest gespannt sind, haben die drahtförmigen Rippen eine hohe FesbiykeJ.L und klappen nicht um. Zum Lagern können die mit den drahtförmigen Kühlrippen versehenen Rohrkörper deshalb übereinander gestapelt werden. Zudem werden die Drähte fortwährend aufgewickelt, so daß das so hergestellte Wärmetauscherrohr auch gebogen v/erden kann, ohne daß die Drahtkühlrippen umklappen.

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Mit der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung verbesserter Wärmetauscherrohre mit drahtförmigen Kühlrippen geschaffen, die eine Formungsstation für die Drahtkühlrippen, Führungseinrichtungen für die geformten Drähte, eine Kühldrahtabgabestation, Mittel zum Zuführen eines Rohrkörpers und Schweiß- oder Löteinrichtungen aufweist, wobei eine größere Zahl von Drähten gleichzeitig in wellenförmige Drähte umgeformt und diese dann in Form einer mehrgängigen Schraubenwicklung um den Rohrkörper herumgewickelt werden. Die Führungsvorrichtung für die wellenförmig geformten Kühldrähte zeichnet sich dadurch aus, daß wenigstens zwei unterschiedlich lange Führungswege darin ausgebildet sind, so daß die Wellendrähte mit wenigstens zwei verschiedenen Phasenstellungen um den
Rohrkörper herumgewickelt werden.

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Claims

302737Q 33 738 NISHIYODO AIR CONDITIONER CO., LTD. Osaka / JAPAN Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Herstellen von Kühlrippenrohren für Wärmetauscher mit einer Einrichtung zum Formen der drahtför-migen Kühlrippen, welche eine Drahtzuführung für zahlreiche ununterbrochene Drähte mit guter Wärmeleitfähigkeit und ein Paar ineinandergreifender Zahnwalzen in Laufrichtung der Drähte vor der Zuführung aufweist, wobei die Zuführung eine Umfangsrillenwalze mit zahlreichen ümfangsrillen zum Aufnehmen und Führen der parallel nebeneinanderliegenden Drähte enthält und die Zahnwalzen die parallel nebeneinanderlaufenden Drähte in Wellendrähte mit aufrechteru Wellenverlauf umwandeln, so daß sie aus hochstehenden Bogenabschnitten und tiefliegenden Abschnitten bestehen, mit in Laufrichtung der Drähte an ei ie Zahnwalzen anschließend^ Kühlr ippendraht-Führungsiuitt;^] r>, die die Kühlrippendrähte parallel nebeneinander aufrechtstehend während des VortrancporLs führen, mit einer in Laufrichtung der Drähte sich an die Führungsmittel anschließende KO/ürip- pendrahtabgabevorrichtung, die die gewellten Kühlripp'T.Jrühi e. mit bestimmtem Abstand zueinander und nach oben gerichteten Bogenabschn-i ttcn abgibt, wozu sie zahlreiche Führungsplatte!"), aufweist, mit einer Rohj-zuführoinrichtung, die ein sie¹· örc-

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hendes Rohr· unter dem Vorderende der Kühlrippendrahtabgabevorrichtung quer zur Abgaberichtung der wellenförmigen Drähte voranfördert, mit einer Zugspannungssteuerung, die den Wellendrähten eine gewünschte Zugspannung verleiht, so daß diese um die Außenfläche des sich drehenden Rohres derart herumgewickelt werden, daß die tiefliegenden Abschnitte an der Rohroberfläche anliegen und die bogenförmigen Abschnitte flexibel sind und aufrechtstehen, wobei die parallelen Wellendrähte in einer mehrgängigen Schraubenwendel um den Rohrkörper mit einer Schraubensteigung gleich der Abgabebreite der Wellendrahtabgabevorrichtung gewickelt sind, und mit einer Kühlrippenwellendraht-Schweißeinrichtung zum Befestigen der tiefliegenden Abschnitte der auf die Rohroberfläche schraubenförmig aufgewickelten Wellendrähte,

dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (5) wenigstens zwei unterschiedliche Führungsbahnen (a; b + c) von derart unterschiedlicher Länge aufweist, daß die Differenz zwischen den Führungsbahnlängen konstant bleibt und die durch die beiden unterschiedlichen Führungsbahnen geführten Wellendrahtgruppen an der Abgabeeinrichtung (4) verschiedene Phasenstellungen haben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippenwellendraht-Führungseinrichtung (5) eine hintere Umfangsrillenwalze (13) mit zahlreichen Umfangsrillen im Anschluß an die Zahnradwalzen (6, 7), eine vordere Urnfangsrillenwalze(15) mit mehreren umfangsrillen am Hinterende der Kühlrippenwellendraht-Abgabevorrichtung, eine Umfangsrillenzwischen- walze (14) mit zahlreichen umfangsriilen zwischen der vorderen und der hinteren Umfangsrillenwalze (13, 15), die von oben auf die zwischen der vorderen und der hinteren umfangsrillenwalze ausgespannten Wellendrähte absenkbar und durch die durch die ausgespannten Drähte hindurchführende Ebene hindurchschwenkbar ist, und eine Umfangsrillenführungsrolle (9) aufweist, über die ein Teil der zwischen der Umfangsrillenzwischenwalze (14)

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und der vorderen Umfangsrillenwalze (15) ausgespannten Wellendrähte hinweggeführt ist, wobei die Führungsrolle (9) zusammen mit der Umfangsrillenzwischenwalze (14) schwenkbar ist und für den über sie hinweggeführten Teil der Wellendrähte (1) die Bahnlänge von der Umfangsrillenzwischenwalze (14) zur vorderen Umfangsrillenwalze (15) verlängert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugspannungssteuereinrichtung eine Umfangsrillenwalze (14) mit zahlreichen Umfangsrillen aufweist, die von oben auf die durch die Kühlrippenwellendraht-Führung (5) hindurchlaufenden Wellendrähte (1) absenkbar und frei schwenkfähig ist, und daß ein Schalter die obere und die untere Grenzstellung der Umfangsrillenwalze (14) feststellt und einen mit den Zahnwalzen (6, 7) gekoppelten Drehantrieb ein- bzw. ausschaltet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippendraht-Führungsvorrichtung (5) zwei Führungsbahnen von unterschiedlicher Länge aufweist und die Wellendrähte (1) mit geradzahliger Nummer über die eine Führungsbahn und die Wellendrähte (1) mit ungeradzahliger Nummer über die andere Führungsbahn geleitet werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellendraht-Führungseinrichtung zwei verschiedene Führungsbahnen unterschiedlicher Länge aufweist und zwei benachbarte Gruppen von Wellendrähten (1), welche in zwei Hälften aufgeteilt sind, über jeweils eine der Führungsbahnen geleitet werden.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellendraht-Führungseinrichtung (5) zwei Führungsbahnen von unterschiedlicher Länge aufweist und zwei Gruppen von Wellendrähten (1) mit beliebiger Aufteilung über jeweils eine der Führungsbahnen geleitet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Führungsbahnen von unterschiedlicher Länge einen Längenunterschied von einem ungeradzahligen Vielfachen der Hälfte einer Wellendraht-Wellenlänge haben.

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