DE897256C

DE897256C - Rohr mit Innenrippen und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE897256C
Application number: DEB16797A
Authority: DE
Inventors: Hugh L Gaddis; Oral S Welsh
Original assignee: Brown Fintube Co
Current assignee: Brown Fintube Co
Priority date: 1950-09-18
Filing date: 1951-09-18
Publication date: 1953-11-19
Also published as: GB698843A

Description

Die Erfindung betrifft Rohre für Wärmeaustauscher mit inneren Rippen und ein Verfahren zu i'hrer Herstellung.

Rohre mit inneren Rippen, die dem Zweck dienen, ihre Oberfläche zu vergrößern, werden für zahlreiche Einrichtungen verwendet, beispielsweise als Feuerrohre für Hausheizkessel. Wegen der Herstellungskosten solcher Rohre und ihrer vielfach nicht befriedigenden Eigenschaften sind jedoch mit Innenrippen versehene Rohre bisher nur in beschränktem Maße im Gebrauch. Zweck der Erfindung ist die Schaffung von mit Innenrippen versehenen Rohren, bei welchen die Schwierigkeiten und Nachteile älterer Konstruktionen von solchen vermieden werden, sowie eines wirksamen und wirtschaftlichen Verfahrens zur Herstellung solcher Rohre.

Das Wärmeaustauscherrohr nach der Erfindung besteht aus einem Rohr und einer Mehrzahl von getrennt davon hergestellten Rippengliedern, von so denen jedes einen Basisteil und einen oder mehrere sich in einem Winkel hierzu nach außen erstreckende Rippenteile aufweist, deren Außenkanten mit der Innenfläche des Rohrs verbunden sind, wobei jede Kante der Basis jedes Rippengliedes in Berührung as mit einer Kante der Basis eines benachbarten Rippengliedes steht.

Das Verfahren zur Herstellung von mit Innenrippen versehenen Wärmeaustauscherrohren gemäß der Erfindung umfaßt die Einbringung der Rippenglieder in ein Rohr so> daß die Außenkanten der Rippen sich in festem Kontakt mit der Innenfläche des Rohrs befinden, von der aus sie sich nach innen erstrecken, in solcher Anordnung, daß jede Kante

jeder Basis' jedes Rippengliedes in Kontakt mit einer Kante der Basis eines benachbarten Rippengliedes in solcher Weise steht, daß hierdurch eine Bewegung der Rippenglieder nach innen verhindert wird und ihre Außenkanten fest gegen das Rohr gepreßt werden.

Gemäß dem vorzugsweisen Verfahren der Erfindung werden idie Wärmeaustauscherrohre durch Zusammenbau einer Mehrzahl von Rippengliedern von

ίο kanalförmigem Querschnitt auf einem tragenden Glied von polygonalem Querschnitt mit einer Anzahl von Seitenflächen, die den Basen der Rippenglieder entsprechen, hergestellt. Die Basisteile der profilierten Rippenglieder liegen den Seitenflächen des Tragegliedes von polygonalem Querschnitt an, und ihre Kanten an benachbarten Seitenflächen des Tragegliedes stehen in Kontakt miteinander. Der so zusammengebaute Körper wird dann durch Einpressen oder Eintreiben der Teile so in ein Rohr eingeführt, daß· die Außenkanten der Rippen in festem Eingriff mit der Innenfläche des Rohrs gelangen. Dann wird das^: Trageglied entfernt, so daß nunmehr die kanalförmigen Glieder innerhalb des Rohrs dadurch getragen werden, daß sich die

a5 Außenkanten der Rippen gegen die Innenfläche des Rohrs lediglich durch den Eingriff zwischen· den Kanten der Basisteile benachbarter Kanäle ab^- stützen. Der Zusammenbau wird dadurch beendet, daß die Rippenglieder mit dem Rohr hart verlötet werden. Hierdurch wird ein mit Innenrippen versehenes Rohr geschaffen, in welchem die Rippen mit dem Rohr durch aus Legierungen bestehende Verbindungen von gut wärmeleitenden Eigenschaften verbunden sind:, wobei keine anderen Traigeglieder für die Rippen vorhanden sind ale das Rohr selbst. Der mittlere Teil des Rohrs bleibt für den Durchtritt eines Fludes offen, und die gerippten Teile der Kanäle liegen in dem der Breite'der Basen der Kanäle entsprechenden Abstand voneinander.

Aus diesem Grunde ergibt sich kein ungünstiges Zusammendrängeni der Innenteile der Rippen, und der Druckabfall, der sich über das Rohr ergibt, wird auf ein Mindestmaß beschränkt.

Nachstehend wird die Erfindung im einzelnen an Hand der Figuren beschrieben, von denen

Fig. ι eine perspektivische Ansicht einer vorzugsweisen Ausführungsform eines mit Innenrippen versehenen Rohrs nach der Erfindung darstellt; Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung des aus den Rippengliedern und einer Tragstange zusammengebauten Körpers vor Einführung in das- Rohr;

Fig. 3 zeigt eine Einzelheit eines der profilierten Rippenglieder und

Fig. 4 ebenfalls in perspektivischer Darstellung die Arbeitsstufe der . Einführung des aus den Rippengliedern und der tragenden Stange zusammengebauten Körpers in das Rohr.

Wie aus den Figuren ersichtlich, !besteht das mit Innenrippen versehene Rohr nach der Erfindung aus dem Rohr 10 und einer Mehrzahl von innerhalb desselben angeordneten Rippengliedern 11 von U-förmigem, Profil. Jedes der Rippenglieder von U-förmigem Profil besteht aus einem Basisteil 12 •und Rippenteilen '13 (Fig. 3). Vorzugsweise endet jeder Rippenteil in einem sich in der Längsrichtung erstreckenden seitlich abgebogenen Flansch 14, welcher die Außenkante der Rippe bildet, in dem fertigen Rohr an der Innenfläche desselben anliegt und mit dieser verbunden wird.

Die Flansche 14 sind vorgesehen, weil die Bauart des Rohrs es erfordert, daß- der in Fig. 3 mit α bezeichnete Abstand zwischen dem Boden des Basieteils 12 und dem oberen Ende der Flansche 14 genau innerhalb verhältnismäßig enger Toleranzen bemessen wird. Dadurch, daß die Flansche 14 vorgesehen sind, kann das Maß α durch die Ausbildung der Walzen, welche den in Streifenform vorliegenden Werkstoff, der zur Herstellung der U-förmigen Profile verwendet wird, zu dem gewünschten Profil biegen, genau bestimmt werden. Geringfügige Verschiedenheiten hinsichtlich der Breite des Ausgangs-'Streifens wirken sich auf dieses Maß nicht aus, so daß das Maß α innerhalb enger Toleranzen gehalten werden kann. Wenn solche Flansche nicht vorgesehen werden, so ist es notwendig, die Breite des Streifens mit einem hohen Grad von Genauigkeit beizubehalten und die Walzen gegenüber dem Streifen genau zu zentrieren, um hierdurch zu sichern, daß die Rippenteile gleiche und gleichmäßige Längen erhalten. go

Die Abmessungen der Glieder ir werden so- gewählt, daß, wenn die gewünschte Zahl von Rippengliedern in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise innerhalb des· Rohrs befestigt sind, die Basisteile 12 der verschiedenen Glieder 11 einen sich in Längsrichtung erstreckenden polygonalen Kanal 15 in der Mitte des Rohrs umschließen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Kanal hexagonal, weil sechs Glieder verwendet werden. Es ist für den Fachmann aber ersichtlich, daß erwünschtenfalls auch eine größere oder kleinere Anzahl von Gliedern verwendet werden kann. Die Breite der Basisteile 12 ist so bemessen, daß ihre Kanten dort, wo die Rippenteile sich von ihnen aus erstrecken, den Kanten der Basisteile der benachbarten Glieder anliegen, wie dies bei 16 dargestellt ist. Durch dieses Anliegen der Kanten der Basisteile aneinander werden die einzelnen Glieder fest gegenüber den Einwirkungen äußerer Kräfte untenstützt, und diese Glieder verstärken daher das· Rohr gegen Druckeinwirkungen von außen.

In dem fertigen Rohr sind die Flansche 14 vorzugsweise mit der Innenfläche des Rohrs durch eine aus einer Legierung bestehende Verbindung verbunden, um eine gute Wärmeübertragung zu erzielen. Die miteinander in Kontakt stehenden Kanten der Basisteile können durch ein ähnliches Bindemittel miteinander verbunden werden, um so die mechanische Festigkeit des Gesamtkörpers zu steigern, jedoch - ist eine solche Verbindung nicht wesentlich. Im Falle von Eisenrohren kann als Lötmaterial Kupfer verwendet werden. Im Falle von Nichteisenmetallen können geeignete Hartlotlegierungen oder Lötmittel verwendet werden, je nach dem Zweck, für welchen das Rohr bestimmt ist.

Bei der Herstellung des in Fig. ι dargestellten Rohrs besteht die erste Arbeitsstufe darin, daß die gewünschte Anzahl profilierter Rippengilieder* gemäß dem Ausführungsbeispiel 6 mit einem tragenden Stab i8 von polygonalem Querschnitt zusammengebaiut wird, der eine Anzahl von Seitenflächen 19 aufweist, die gleich der der profilierten Glieder ist und deren Breite im wesentlichen gleich der Breite der Basisflächen dieser Glieder ist. Ein so zusammengebauter Körper ist in Fig. 2 dargestellt, aus der ersichtlich ist, daß, wenn die profilierten Glieder auf dem Stab 18 angeordnet worden sind, die Kanten ihrer Basisteile 12 miteinander, wie bei 16 dargestellt, in der gleichen Weise in Berührung stehen, wie dies später in dem fertigen Rohr der Fall ist.

Die profilierten Glieder werden vorübergehend durch beliebige geeignete Mittel, wie herumgewundene Drähte oder Bänder, oder punktweise Verlötung durch niedrigschmelzendes Lot an dem Stab 18 gehalten. Der aus den in dieser Weise auf dem Stab 18 vorübergehend befestigten Gliedern 11 gebildete Körper wird dann, wie aus Fig. 4 ersichtlich, in das Rohr 10 eingeführt. Dies kann in einer kleinen Presse erfolgen. Sobald die Rippen sich in der richtigen Stellung innerhalb des Rohrs befinden, wird der Tragstab 18 herausgezogen, so daß die Rippenglieder in dem Rohr in solcher Lage verbleiben, daß ihre Flansche 14 sich infolge des sich Gegeneinander ressens der Kanten der Baeisteile der profilierten Glieder längs der Linie ·ΐ6 fest gegen die Innenfläche des Rohrs abstützen.

Um den Rohrkörper fertigzustellen, wird ein Bindemetall auf die in Kontakt miteinander stehenden Flächen der Teile, die miteinander verbunden werden sollen, aufgebracht. Im Falle der Verwendung von Kupfer als Lötmittel wird aus feinverteiltem Kupfer oder Kupferoxyd in einer Flüssigkeit oder einem, Pastenträger bestehende

Kupferpaste in das Rohr eingeführt und SO' zum Fließen gebracht, daß an jeden Kontaktpunkt zwischen den Flanschen 14 und dem Rohr und zwischen den Kanten und, falls es erwünscht ist, auch diese miteinander zu verbinden, zwischen den Kanten der Basen benachbarter Kanäle Paste gebracht wird. Anschließend wird das Rohr durch einen Lötofen hindurchgeführt, in welchem eine reduzierende Atmosphäre, beispielsweise durch Wasserstoff, oder ein gekracktes Kohlenwasserstoffgas aufrechterhalten wird, und hier auf eine Temperatur von ungefähr 1150° erhitzt.

Bei der entsprechenden Temperatur wird das Kupfer flüssig und dringt durch kapillare Anziehungswirkung zwischen die sich in Kontakt befindenden Flächen der Teile ein. Nach dem folgenden Kühlen des ganzen Körpers zeigt sich, daß das Kupier sich mit den anliegenden Eisenmaterialien legiert hat und mit dem Eisen eine mechanisch feste Verbindung mit ausgezeichneten wärmeleitenden Eigenschaften gebildet hat. Diese Verbindung ist widerstandsfähig gegenüber den üblicherweise bei Zentralheizungskesseln und in ähnlichen Fällen auftretenden Temperaturen, Falls geringere Oberflächentemperaturen in Betracht kommen, ist es möglich, Hartlotlegierungen und Lötmittel von geringerem Schmelzpunkt als verbindendes Medium zu verwenden.

Aus der vorstehenden Beschreibung einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist ersichtlich, daß diese die Herstellung von Wärmeaustauscherrohren mit Innenrippen unter Verwendung einer vergleichsweise einfachen Einrichtung und mit verhältnismäßig geringen Kosten ermöglicht. Da sich die Glieder von U-förmigem Querschnitt wegen ihres Aneinanderliegens -selbst tragen, ist in dem fertigen Rohr keine mittlere Unterstützung erforderlich. Aus diesem Grunde kann die Tragstange 18 bei der Herstellung der Rohre mehrmals verwendet werden, und der Wegfall eines Tragegliedes in dem fertigen Rohr ergibt eine Verringerung der Kosten sowie eine vom Gesichtspunkt des guten Wärmeaustausches und der Verringerung des Druckabfalls wirksamere Bauart.

Selbstverständlich können zahlreiche Änderungen und Abweichungen gegenüber der vorstehend im einzelnen beschriebenen und in den Figuren veranschaulichten vorzugsweisen Ausführungsform, der Erfindung getroffen werden, ohne von ihrem Grundgedanken abzuweichen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Wärmeaustauscherelement in Gestalt eines Rohrs mit einer Mehrzahl von sich von der Innenfläche desselben aus erstreckenden Rippen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen aus einer Mehrzahl von für sich geformten Rippengliedern gebildet sind, deren jedes aus einem Basisteil und wenigstens einem sich in einem Winkel zu diesem erstreckenden Rippenteil besteht, deren Außenkanten an der Innenfläche des Rohrs anliegen, wobei jede Kante der Basis jedes Rippengliedes einer Kante der Basis eines benachbarten Rippengliedes anliegt, so daß die Rippenglieder in der Mitte des Rohrs einen sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal umschließen.

2. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal in der Mitte des Rohrs polygonalen Querschnitt besitzt.

3. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal hexagonalen Querschnitt besitzt.

4. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 1

bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen "5 der Rippenglieder aus gewalztem Flachmaterial bestehen.

5. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenteile der Rippenglieder aus gewalztem Flachmaterial bestehen.

6. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 1 bis S) dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenglieder aus einem Stück bestehen.

7. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel

zwischen Rippenteil und Basisteil größer als 90⁰ ist.

8. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkante jedes Rippenteils dort, wo sie zur Anlage an die Innenfläche des Rohrs kommt, einen Flansch aufweist.

9. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch und der Basisteil einander parallel sind.

10. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch und der Basisteil sich von dem Rippenteil aus in entgegengesetzten Richtungen erstrecken.

11. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen benachbarter Rippenteile miteinander verbunden sind.

12. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenteile mit der Innenfläche des Rohrs· verbunden sind.

13. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Verwendung

eines metallischen Bindemittels für die Verbindung der Rippenteile mit dem Rohr und der Basen benachbarter Rippenteile miteinander.

14. Verfahren zur Herstellung von Wärmeaustauscherelementen mit Innenrippen nach Anspruch ι bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Tragstange von polygonalem Querschnitt, die eine der Anzahl der profilierten Rippenglieder entsprechende Anzahl von Seitenflächen aufweist, vorübergehend eine Mehrzahl von Rippengliedern so befestigt wird, daß sie sich in Kontakt mit den Seitenflächen der Tragstange befinden und die Kanten der Basen benachbarter Glieder in Berührung miteinander stehen, während die Rippenteile sich von innen aus nach außen erstrecken, worauf der so gebildete Körper in ein Rohr derart eingeführt wird, daß· die Außenkanten der Rippenglieder in engen Kontakt mit der Innenfläche des Rohrs gelangen, nunmehr die Tragstange entfernt wird, so· daß die Außenkanten der Rippenglieder lediglich durch die Berührung der Basen benachbarter Rippenglieder längs ihrer Kanten getragen werden und dann durch Hartlötung in einem Ofen die Außenkanten der Rippenglieder mit der Innenfläche des Rohrs verbunden werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen