DE9102944U1 - Rippenrohr - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE HEMMERICH · MÜLLER · GROSSE ■ POLLMEIER · MEY · VALENTIN - 1 -

12· März 1991 =.sr 76 072

TERMOTEC Gesellschaft für Energie- und ümwelttechnik mbH Essener Straße 25, 5901 Wilnsdorf 1

Rippenrohr

Die Neuerung betrifft ein Rippenrohr mit einem Rohrkörper, auf den schraubenlinienartig Rippen mit flachrechteckigem Querschnitt aufgebracht sind, und bei dem der Kontakt der Schmalseiten der Rippen mit der sie tragenden Mantelfläche des Rohrkörpers durch Schweißen intensiviert ist.

Für Heiz- und Kühlzwecke werden verbreitet Rippenrohre vorgesehen, die mit auf diese schraubenlinienartig aufgewickelten Rippen ausgestattet sind, welche deren Umgebung ausgedehnte, den Wärmeübergang vermittelnde Kontaktflächen bieten, und die für die Luftkühlung und -erwärmung, als Verdampfer, als Heiz-und Kühlschlangen, als Wärmetauscher oder dergleichen verwendbar sind.

Bei einfachen Ausführungen der Rippenrohre sind die Rippen aus ein rechteck- oder trapezförmiges Profil aufweisendem Flachmaterial erstellt, das auf dem Mantel der sie aufweisenden Rohrkörper mit festem Kontakt aufliegt und damit den Wärmeübergang vermittelt. In der Praxis hat es sich jedoch herausgestellt, daß auch beim Aufbringen der Rippen unter Vorspannung der eigentliche Kontakt nur in einer Anzahl eng begrenzter Flächenbereiche erfolgt und mit einem unerwünscht hohen Temperaturgefälle verbunden ist. Es sind daher bereits Maß-

PATENTANWÄLTE HEMMERICH · MÜLLER ■ GROSSE · POLLMEIER · MEY - VALENTIN - 2 -

nahmen bekannt geworden, den Wärmeübergang weiterhin zu verbessern. So wird für die Rippen bspw. mit L-Profil versehenes Material verwendet, dessen kurze Profilschenkel auf der Oberfläche des Rohrkörpers aufliegen, so daß die Fläche des Übergangsbereiches vergrößert wird. Grundsätzlich jedoch wird hierbei der Umstand, daß nur relativ eng begrenzte Zonen jeweils zum direkten Kontakt gelangen, nicht abgeändert. Für die Rippen wurde auch bereits ein im Auflagebereich schwalbenschwanzförmiges Profil verwendet, und die Profilenden wurden in den Rohrkörper eingewalzt; die hierbei erheblich erschwerte und damit verteuerte Herstellung ergab jedoch ebenfalls nicht den erwünschten problemlosen Wärmeübergang zwischen Rippen und Rohrkörper. Es ist weiterhin bekannt, beim Aufbringen der Rippen diese durch ein HF-Widerstandsschweißverfahren mit dem Rohrkörper zu verbinden. Hierbei sind relativ hohe HF-Leistungen erforderlich, um den Schweißvorgang zu bewirken, und gewisse Schwierigkeiten bereitet hierbei auch die Zuführung der HF-Energie, denn diese muß lokal im jeweiligen Schweißbereich zugeführt werden, da die bereits mit dem Rohrkörper verschweißten Rippenbereiche stets einen elektrischen Nebenschluß zum momentanen Schweißbereich des kontinuierlichen Schweißens bewirken. Als besonders nachteilig hat es sich hierbei erwiesen, daß auch eine derart erstellte Schweißnaht nicht kontinuierlich durchgeht, sondern aus einer Vielzahl verschweißter Einzelbereiche besteht und poren- bzw. taschenartige, nicht verschweißte Bereiche enthält. Damit aber wird nicht nur der tatsächlich erzielte Wärmeübergang gegenüber dem optimal erreichbaren verschlechtert, die zwischen dem Rohrkörper und der auf diesem aufliegenden Schmalseite der Rippen gebildeten Poren bzw. Taschen bieten einer möglichen Korrosion unerwünschte Ansatzpunkte, so daß die Standzeit derart geschweißter Rippenrohre unliebsam verringert wird.

PATENTANWÄLTE HEMMERICH · MÜLLER · GROSSE · POLLMEIER · MEY · VALENTIN - 3 -

Die FR-PS 13 68 939 offenbart weitere Versuche der Intensivierung des Kontaktes zwischen den Rippen von Rippenrohren und dem Rohrkörper durch Verbreitern ihres Auflagebereiches durch Schweißsäume und*durch Eingreifen in vorgefertigte Rinnen des Rohrkörpers. Offenbart wird weiterhin, den Fußbereich von Rippen vermittels einer Lichtbogenschweißung mit dem Rohrkörper zu verbinden, wobei die Schweißnaht bei rechteckig geformten Rippen als Winkelnaht ausgeführt ist, aber auch die freien Enden auf dem Rohrkörper aufliegender abgebogener Schenkel durch Winkelnähte mit dem Rohrkörper verbunden werden können. Auch hier lassen sich kontinuierlich durchgehende Schweißnähte ebenso wenig sichern wie poren-, taschen- bzw streifenförmige Fugen vermeidbar sind.

Nach der DE-PS 35 08 878 sollen schraubenlinienartig auf Rohrkörper aufgebrachte Rippen mit dem Rohrkörper verbunden werden, indem eine einseitig seitlich in geringer Teilhöhe der Rippen gelegte Schutzgas-Schweißnaht sowohl den Fußbereich der Rippe als auch einen Mantelbereich des Rohrkörpers erfaßt und die Rippen in ihrer gesamten Breite ihrer Schmalkanten porenfrei mit dem Rohrkörper verbindet. Zwar lassen sich so poren- und taschenfreie Schweißnähte erwirken, die der Korrosion jedwede Ansatzpunkte entziehen und damit eine lange Standzeit der erzeugten Rippenrohre bei gutem Wärmeübergang von den Rippen zum Rohrkörper erwirken, es hat sich aber herausgestellt, daß bei starken, bspw. 2 bis 3 mm Stärke überschreitende Rippen sich eine kontinuierlich durchgehende Schweißnaht nicht mehr sicher erreichen läßt.

Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, ein Rippenrohr zu schaffen, bei dem auch bei Anwendung von Rippen großer Stärke diese durchgehend, einwandfrei,

PATENTANWÄLTE HEMMERICH · MÜLLER ■ GROSSE · POLLMEIER ■ MEY · VALENTIN - 4 -

stabil, großflächig und poren- und taschenfrei mit dem Rohrkörper verbunden sind, ohne daß der Innenmantel des Rohrkörpers im Schweißbereich nachteilig verformt wird, so daß nicht nur der gewünschte gute Wärmeübergang erzielt wird, sondern auch ein mechanisch und thermisch stabiles und hochbelastbares Rippenrohr entsteht, das sich durch geringe Korrosionsanfälligkeit auszeichnet.

Gelöst wird diese Aufgabe, beim gattungsgemäßen Rippenrohr durch zwei innerhalb eines 120° unterschreitenden Mantelwinkels in geringer Teilhöhe der Rippen auf je eine Flanke einer Rippe gelegte und ineinander verlaufende Schutzgas-Schweißnähte, welche auch starke Rippen in ihrer gesamten Breite ihrer Schmalseiten poren- bzw. taschen- und streifenfrei mit dem Rohrkörper verbinden, wobei auch der Rohrkörper im Bereiche seines Außenmantels von den Schweißnähten erfaßt ist, sein Innenmantel aber unverformt und ungeschmolzen verbleibt.

Weitergehende, vorteilhafte und zweckmäßige Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im einzelnen sind die Merkmale der Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit einer dieses darstellenden Zeichnung erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen Abschnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Rippenrohres teilweise geschnitten.

Auf einen Rohrkörper 1 ist schraubenlinienartig eine durchgehende Rippe 2 unter Vorspannung aufgewickelt. Noch während des Wickeins mit zweckmäßig rotierendem Rohrkörper 1 ist der soeben aufgelaufene Fußbereich der Rippe 2 vermittels zweier Schutzgas-Schweißgeräte mit dem Mantelbereich des Rohrkörpers 1 verschweißt. Beim

PATENTANWÄLTE HEMMERICH ■ MÜLLER ■ GROSSE · POLLMEIER · MEY · VALENTIN - 5 -

Aufbringen der Schweißnaht 3 bestehen keine wesentlichen Schwierigkeiten: Der Schweißdraht wird auf den unteren Bereich der Flanke der Rippe 2 gerichtet, bzw. die Elektrode der verwendeten Schweißeinrichtung wird nicht, wie bei üblichen Winkelnähten, in den zwischen dem Mantel des Rohrkörpers 1 und der Flanke der Rippe 2 gebildeten Kehlbereich gerichtet, sondern gegen diesen etwas nach oben ausgelenkt. Damit wird erreicht, daß einerseits der Rohrkörper selbst zwar in die Schweißnaht mit einbezogen wird, andererseits aber nur oberflächennahe Bereiche des Rohrkörpers von der Schweißnaht erreicht und im Schweißbereich aufgeschmolzen werden. Bezüglich der Rippe wird hierbei erreicht, daß diese bei großer Stärke kritisch in wesentlichen Bereichen ihrer Stärke von der Schweißnaht erfaßt ist. Damit ergibt sich durch entsprechende Ausrichtung der Elektrode beim Schweißen eine der dargestellten Schweißnaht 3 entsprechende Verschweißung, die nur relativ geringfügig in den Rohrkörper 1 eindringt, so daß zumindest dessen Innenmantel von der Schweißnaht nicht beeinflußt wird. Zum anderen ergibt sich ein weitgehendes Durchschweißen durch die Rippe. Das völlige Durchschweißen auch bei Rippen größerer Stärke wird gesichert, indem zusätzlich zur Schweißnaht 3 eine weitere Schweißnaht 4 bewirkt wird. Auch hier ist die Elektrode der verwendeten Schweißeinrichtung nicht in den Kehlwinkel zwischen Flanke der Rippe 2 und Mantel des Rohrkörpers 1 gerichtet, sondern etwas höher gegen den unteren Bereich der Flanke der Rippe. Damit wird eine der Schweißnaht 3 entsprechende weitere Schweißnaht 4 nunmehr von der gegenüberliegenden Seite aus gelegt.

Zwar könnten grundsätzlich die Schweißnähte 3 und 4 zu unterschiedlichen Zeiten und damit auch im winkelmäßig auseinanderliegenden Lagen der jeweiligen Schweißstellen erstellt werden. Andererseits ist es als Grenzfall

PATENTANWÄLTE HEMMERICH ■ MÜLLER · GROSSE · POLLMEIER ■ MEY ■ VALENTIN - 6 -

möglich, die beiden Schweißnähte jeweils simultan, d. h. zeitlich und örtlich gemeinsam, aufzubringen. Es kann sich aber auch empfehlen, die beiden Schweißungen mit geringer zeitlicher und damit auch örtlicher Versetzung so vorzunehmen, daß die zweite Schweißung noch während der noch bestehenden Aufheizung durch die erste Schweißung erfolgt, jedoch nicht in deren maximale Erwärmung hinein. In jedem Fall aber wird hierbei nicht nur eine jeweils von den Seiten her dichte und taschenfreie Schweißnaht erzielt, es wird gleichzeitig auch eine durchgehende Schweißung durch die sich ergänzenden Schweißnähte 3 und 4 erwirkt, wobei durch die während des jeweiligen Schweißvorgangs durchaus flüssigen Schweißnähte das Einschließen von Taschen, spaltartigen Öffnungen oder dergleichen, die einer Korrosion zum Ansatz dienen könnten, völlig ausschließen. Damit aber wird das gewünschte Ziel, einen großflächigen, direkten Anschluß auch starker Rippen an den Rohrkörper zu erreichen, der keiner Korrosionsgefährdung unterliegt, erreicht .

Wie bei dem vorbekannten Hochfrequenz-Widerstandsschweißen und dem vorbekannten einseitigen Schutzgasschweißen liegt auch hier eine kontinuierliche Schweißung vor, bei der der jeweilige Schweißpunkt mit der Wickelgeschwindigkeit bzw. der Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Rohrkörpers fortschreitet. Die jeweiligen Schweißstellen der beiden Schweißnähte werden eindeutig durch die zugeführten Schweißelektroden bestimmt, und die Winkelgeschwindigkeit der Drehung ist an die jeweilige Schweißleistung anzupassen.

Bei der Herstellung kann es sich gegebenenfalls als zweckmäßig erweisen, das verwendete Schutzgas, bspw. CC>2/ nicht nur der jeweiligen Schweißseite zuzuführen, sondern durch eine weitere Zuleitung gegebenenfalls auch

PATENTANWÄLTE HEMMERICH · MÜLLER · GROSSE · POLLMEIER · MEY · VALENTIN - 7 -

der Rückseite dieser Rippe. Bei einander direkt oder dicht gegenüberliegenden Schweißstellen kann sich dieses erübrigen, bei weit auseinanderliegenden Schweißstellen kann eine solche zusätzliche Zuführung von Schutzgasen die Qualität der Schweißnähte positiv beeinflussen.

Wie bereits erwähnt bietet das Legen der äußeren Schweißnaht 3 keinerlei Schwierigkeiten. Beim Legen der gegenüberliegenden Schweißnaht 4 können durch die schon gewickelten und verschweißten Nachbarrippen räumliche Schwierigkeiten entstehen, welche die Konstruktion schmaler Schweißeinrichtungen fördern können und gegebenenfalls die Mindeststeigung der gewickelten Rippen nach unten begrenzen können. Durch gegebenenfalls gegeneinander verschobene Schweißstellen läßt sich die thermische Belastung des Rohrkörpers 1 begrenzen, andererseits läßt sich durch benachbarte Schweißstellen das gegenseitige Verlaufen und Durchdringen der Schweißnähte 3 und 4 begünstigen.

Claims (4)

PATENTANWÄLTE HEMMERICH · MÜLLER · GROSSE ■ POLLMEIER · MEY · VALENTIN - 8 - . März 1991 =.sr 76 072 TERMOTEC Gesellschaft für Energie- und Umwelttechnik mbH, Essener Straße 25, 5901 Wilnsdorf Schutzanspriiche

1. Rippenrohr mit einem Rohrkörper, auf den schraubenlinienartig Rippen mit flach-rechteckigem Querschnitt aufgebracht sind, und bei dem der Kontakt der Schmalkanten der Rippen mit der sie tragenden Mantelfläche des Rohrkörpers durch Schweißen intensiviert ist,

gekennzeichnet durch,
zwei innerhalb eines 120° unterschreitenden Mantelwinkels in geringer Teilhöhe der Rippen (2) auf je eine Flanke einer Rippe gelegte und ineinanderverlaufende Schutzgas-Schweißnähte (3 und 4), welche die Rippen in der ganzen Breite ihrer Schmalkanten porenfrei mit dem Rohrkörper (1) verbinden.

2. Rippenrohr nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der zwischen den Schweißstellen gebildete Mantelwinkel 60° unterschreitet.

3. Rippenrohr nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Schweißstellen der Schweißnähte (3 und 4) innerhalb eines geringen Mantelwinkels einander gegenüberstehen.

PATENTANWÄLTE HEMMERICH · MÜLLER · GROSSE · POLLMEIER · MEY · VALENTIN - 9 -

4. Rippenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch zwei die Rippen (2) und den Rohrkörper (1) verbindende ineinanderverlaufende CO2-Schweißnähte 3 und 4.