EP0102407B1 - Rippenrohr mit inneren Vorsprüngen sowie Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung - Google Patents

Rippenrohr mit inneren Vorsprüngen sowie Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung Download PDF

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EP0102407B1
EP0102407B1 EP19820108141 EP82108141A EP0102407B1 EP 0102407 B1 EP0102407 B1 EP 0102407B1 EP 19820108141 EP19820108141 EP 19820108141 EP 82108141 A EP82108141 A EP 82108141A EP 0102407 B1 EP0102407 B1 EP 0102407B1
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EP
European Patent Office
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tube
rolling
projections
finned tube
fins
Prior art date
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EP19820108141
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English (en)
French (fr)
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EP0102407A1 (de
Inventor
Hans-Werner Ing. grad. Kästner
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Wieland Werke AG
Original Assignee
Wieland Werke AG
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Publication date
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Priority to DE8282108141T priority patent/DE3269190D1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D15/00—Corrugating tubes
    • B21D15/04—Corrugating tubes transversely, e.g. helically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings
    • B21C37/20—Making helical or similar guides in or on tubes without removing material, e.g. by drawing same over mandrels, by pushing same through dies ; Making tubes with angled walls, ribbed tubes and tubes with decorated walls
    • B21C37/207—Making helical or similar guides in or on tubes without removing material, e.g. by drawing same over mandrels, by pushing same through dies ; Making tubes with angled walls, ribbed tubes and tubes with decorated walls with helical guides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/34—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely
    • F28F1/36—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely the means being helically wound fins or wire spirals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/42—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being both outside and inside the tubular element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F1/422—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being both outside and inside the tubular element with outside means integral with the tubular element and inside means integral with the tubular element

Definitions

  • the invention relates to a finned tube of the type described in the preamble of the main claim.
  • Such a finned tube has already become known from DE-OS No. 1751423.
  • the pipe described there has continuous ribs on the outside and inside; this improves the heat transfer properties compared to a smooth finned tube on the inside of the tube, but the pressure loss increases not insignificantly.
  • the invention is therefore based on the object of designing a finned tube of the type specified in such a way that the pressure loss is substantially reduced while the heat transfer properties remain approximately the same.
  • the object is achieved according to the invention in that the projections only extend over part of the helical line or the helical lines.
  • the interrupted inner structure of the finned tube not only significantly reduces the pressure loss, but also achieves an excellent heat transfer effect due to the turbulence formed by the projections.
  • the inwardly directed, separate projections are arranged in the circumferential direction of the tube.
  • the projections according to the invention are arranged along a helix.
  • the tube according to the invention thus generates a swirl in the direction of the helix in the medium flowing inside, which leads to additional heat transfer.
  • the arrangement of the projections in the form of a helical line was not suggested by DE-PS No. 679285.
  • Column 1, lines 25 and 26 expressly require that no vortex formation should occur, because these are undesirable.
  • the invention overcomes this prejudice by arranging the inner protrusions in the form of a helix and thus creating a vortex and an increased heat transfer between the inner medium and the tube wall.
  • the US-PS No. 4330036 shows a finned tube with helical ribs on the outside of the tube and helically arranged projections on the inside of the tube, but by cutting the outer ribs with a sharp-cutting roller, a corrugated finned tube is obtained, in which the inner projections of the The helix lies below the outer ribs, ie not below the outer grooves as in the pipe according to the invention, and in which the helix has a different pitch angle than the outer ribs, in contrast to the same pitch angle in the pipe according to the invention.
  • US-A No. 1909005 shows a process for producing a finned tube similar to that of DE-A No. 1751423.
  • the projections each extend over less than one turn of the helix.
  • the projections have different lengths or different heights H and if the height H is variable within a projection, the height H of the projections preferably being in the range from 0.1 to 0.5 mm. In particular for manufacturing reasons, it is advisable if the projections - seen in longitudinal section - are delimited in a circular arc.
  • the projections viewed in the longitudinal direction of the pipe, are offset or aligned with one another or are alternately offset with one another and are moist.
  • orest R is on the axial tube length at least one projection is provided, where oresi is the diameter of the spinning roller, d K is the core diameter, n is the pitch, t R is the fin pitch of the finned tube and m is the number of cams on the spinning roller.
  • the limit for the expression is determined by d K the number of rolling tools used in the device to be described later; this limit cannot be exceeded, otherwise the rolling tools would touch.
  • the limit is (3 + 2 ⁇ 3) when using three rolling tools and (1 + ⁇ 2) when using four rolling tools.
  • the invention further relates to a method for producing the finned tube according to the invention with internal projections.
  • the method according to the invention for producing the finned tube is characterized in that the radial pressure is only applied in places along one or more helical lines. This makes it possible in a simple manner to produce projections which are separate from one another on the inside of the tube at the location of the groove between the ribs.
  • the radial pressure is only applied over part of a turn of the helix or has a different strength.
  • the design of a device for carrying out the method according to the invention depends on whether the pipe is to rotate when the roll head is stationary or whether the roll head is to rotate when the pipe is only axially advanced.
  • the pressure roller is provided with at least one radially projecting cam to form projections on the inside of the tube, the radius R in the cam area being greater than the radius of the last one Rolling disc.
  • the pressure roller has cams with different circumferential lengths or cams with different radius R in the cam area or if the radius R in the cam area is variable.
  • the production of the projections is particularly simplified when the cam is rounded.
  • three tool holders offset by 120 ° or four by 90 ° are provided. It is advantageous if a pressure roller with cams is provided in only one tool holder, since this avoids the need for complex adjustment work of the cams in the individual tool holders. In the event of incorrect adjustment, undesirably result in a continuous inner rib.
  • the one-piece finned tube 1 according to FIGS. 1 and 2a / 2b has, on the outside of the tube, ribs 2 running helically, between which a groove 3 is formed.
  • the groove 3 is deepened in places, so that material is shifted inward from the tube wall 4 and thus protrusions 5 separated from one another along a helical line (the hatching in each case indicates the loftiness of the protrusions).
  • This helix has the same pitch angle as the helix of the outer ribs 2.
  • FIG. 1 shows, for example, three of the projections 5 mentioned, each of which extends only over part of the turn of the helix.
  • the projections 5 are offset from one another.
  • FIG. 2a clearly shows that the projections 5 - seen in longitudinal section - are delimited in a circular arc.
  • the tool holder 8 can be advanced radially. For example, four or more tool holders 8 can also be used.
  • the tool holders 8 are in turn arranged in a stationary (not shown) rolling head.
  • the smooth pipe 1 'entering in the direction of the arrow is set in rotation by the driven rolling tools 6 arranged on the circumference of the pipe, the axis of which extends obliquely to the pipe axis.
  • the rolling tools 6 consist, in a manner known per se, of roller disks 9 arranged side by side, the diameter of which increases in the direction of the arrow.
  • the centrally arranged rolling tools 6 form the ribs 2 in a known manner from the tube wall 4 of the smooth tube 1 ', the smooth tube 1' being supported by a rolling mandrel 10.
  • the mandrel 10 ends with the last roll disc 9 'of the rolling tools 6.
  • a diameter reduction takes place in a front area (feed area).
  • the finish-rolling area the helical circumferential ribs 2 are then expanded.
  • the rolling tool 6 is followed by a pressure roller 7, the thickness of which is smaller than the thickness of the last rolling disk 9 '.
  • the pressure roller 7 has a cam 11, the radius R in the cam area: being greater than the radius of the last roller disk 9 '. Due to the rounded cam 11, the groove 3 between the ribs 2 is deepened in places and thus projections 5 are formed on the inside of the tube.
  • the part of the rolling mandrel 10 shown in FIG. 3 with a diameter is only used for guiding the finned tube 1, it is not necessary for the formation of the projections 5.
  • FIG 5 schematically shows the assignment of the pressure roller 7 including two cams 11 of different circumferential length to the finned tube 1, specifically for the conditions at the bottom of the groove 3.
  • a finned tube 1 with the dimensions according to the following table was produced with a device according to FIG. 3.
  • the diameter of the rolling disks 9 used was 60.80 mm
  • in the region of the one cam 11 a diameter of 61.6 mm
  • the rolling mandrel 10 had a diameter of 16. 5 mm.
  • the radially adjustable rolling tools 6 were driven at an initial speed of approximately 150 to 200 rpm and at a final speed which was approximately three times higher.
  • the pressure gauge ratio of approximately 60 mm for the pressure roller 7 to approximately 20 mm for the finned tube 1 at the bottom of the groove, there is a protrusion 5 after every third tube rotation in the case of single-pass rolling.
  • the finned tubes 1 produced in this way not only showed good heat transfer properties, but also a relatively low pressure drop.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Rippenrohr der im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschriebenen Gattung.
  • Ein solches Rippenrohr ist bereits durch die DE-OS Nr. 1751423 bekanntgeworden. Das dort beschriebene Rohr weist jeweils auf der Aussen- und Innenseite durchgehende Rippen auf; dadurch werden zwar gegenüber einem auf der Rohrinnenseite glatten Rippenrohr die Wärmeübertragungseigenschaften verbessert, jedoch steigt der Druckverlust nicht unerheblich an.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Rippenrohr der angegebenen Gattung so auszubilden, dass bei etwa gleichbleibenden Wärmeübertragungseigenschaften der Druckverlust wesentlich herabgesetzt wird.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäs dadurch gelöst, dass die Vorsprünge sich nur über einen Teil der Schraubenlinie oder der Schraubenlinien erstrecken.
  • Durch die unterbrochene I nnenstruktur des Rippenrohres wird nicht nur der Druckverlust wesentlich erniedrigt, sondern auch durch die von den Vorsprüngen herrührende Turbulenzbildung ein ausgezeichneter Wärmeübertragungseffekt erzielt.
  • Es ist zwar aus der DE-PS Nr. 679285 ein Rohr mit nach innen gerichteten, voneinander getrennten Vorsprüngen bekannt. Dieses Rohr weist jedoch den Nachteil auf, dass es an der Rohraussenseite als Glattrohr ausgebildet ist, wenn von den kurzen Einkerbungen abgesehen wird, die sich bei der Ausbildung der Innenkerben auf der Aussenseite zwangsläufig bilden. In den in der Wärmetechnik häufig vorkommenden Fällen bringt das vorbekannte Rohr jedoch nur eine unzulässige Wärmeleistung. Meist ist nämlich an der Aussenseite ein Medium mit schlechtem Wärmeübergang angeordnet, z.B. Gas oder Kältemittel, während im Rohrinnern ein Medium mit gutem Wärmeübergang, z.B. Wasser oder Ammoniak, strömt. Die unzureichende Wärmeleistung entsteht dadurch, dass die Aussenseite nichtso viel Wärme übertragen kann, wie die Innenseite abführen könnte. Demgegenüber weist das erfindungsgemässe Rohr die beschriebenen Aussenrippen auf, welche eine Ausgewogenheit der Wärmeübergänge bei den beschriebenen unterschiedlichen Medien zur Folge hat. Daserfindungsgemässe Rohr weist also eine erheblich grössere Wärmeleistung auf.
  • In dem Rohr nach der DE-PS Nr. 679285 sind die nach innen gerichteten, voneinander getrennten Vorsprünge in Umfangsrichtung des Rohres angeordnet. Demgegenüber sind die erfindungsgemässen Vorsprünge entlang einer Schraubenlinie angeordnet. Das erfindungsgemässe Rohr erzeugt also bei dem im Inneren strömenden Medium einen Drall in Richtung der Schraubenlinie, was zu einer zusätzlichen Wärmeübertragung führt. Auch die Anordnung der Vorsprünge in Form einer Schraubenlinie war durch die DE-PS Nr. 679285 nicht nahegelegt. In Spalte 1, Zeile 25 und 26 wird nämlich ausdrücklich verlangt, dass keine Wirbelbildungen auftreten sollen, denn diese seien unerwünscht. Die Erfindung setzt sich über dieses Vorurteil hinweg, indem sie die inneren Vorsprünge in Form einer Schraubenlinie anordnet und damit eine Wirbelbildung und einen erhöhten Wärmeübergang zwischen dem inneren Medium und der Rohrwandung erhält.
  • Ferner zeigt zwar die US-PS Nr. 4330036 ein Rippenrohr mit schraubenlinienförmig verlaufenden Rippen auf der Rohraussenseite und schraubenlinienförmig angeordneten Vorsprüngen auf der Rohrinnenseite, durch das Einschneiden der äusseren Rippen mittels einer scharfendigen Schneidrolle wird jedoch ein gewelltes Rippenrohr erhalten, bei dem die inneren Vorsprünge der Schraubenlinie unterhalb der äusseren Rippen liegen, also nicht unterhalb der äusseren Nuten wie beim erfindungsgemässen Rohr, und bei dem die Schraubenlinie einen anderen Steigungswinkel aufweist als die äusseren Rippen, im Gegensatz zu demselben Steigungswinkel beim erfindungsgemässen Rohr.
  • Schliesslich zeigt die US-A Nr. 1909005 ein Verfahren zur Herstellung eines ähnlichen Rippenrohres wie nach der DE-A Nr. 1751423.
  • Die bevorzugte Ausbildung und Anordnung der Vorsprünge ist Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 1.5.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich die Vorsprünge jeweils über weniger als eine Windung der Schraubenlinie.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die Vorsprünge unterschiedliche Länge bzw. unterschiedliche Höhe H aufweisen und wenn die Höhe H innerhalb eines Vorsprungs variabel ist, dabei liegt die Höhe H der Vorsprünge vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm. insbesondere aus herstellungstechnischen Gründen empfiehlt es sich, wenn die Vorsprünge.- im Längsschnitt gesehen - kreisbogenförmig begrenzt sind.
  • Zur weiteren Erhöhung der Turbulenzbildung empfiehlt es sich, wenn die Vorsprünge- in Rohrlängsrichtung gesehen - gegeneinander versetzt sind bzw. fluchten oder auch abwechselnd gegeneinander versetzt sind und feuchten.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auf der axialen Rohrlänge
    Figure imgb0001
     mindestens ein Vorsprung vorgesehen, wobei ⌀ der Durchmesser der Drückrolle, dK der Kerndurchmesser, n die Gängigkeit, tR die Rippenteilung des Rippenrohres und m dieAnzahl der Nocken auf der Drückrolle ist.
  • Der Grenzwert für den Ausdruck
    Figure imgb0002
     ist durch dK die Anzahl der verwendeten Walzwerkzeuge bei der später zu beschreibenden Vorrichtung bestimmt; dieser Grenzwert kann nicht überschritten werden, da sich sonst die Walzwerkzeuge berühren würden.
  • Bei der Verwendung von drei Walzwerkzeugen beträgt der Grenzwert (3+2√3), bei Verwendung von vier Walzwerkzeugen (1 +√2).
  • Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn bei eingängigen Rippen pro 5 bis 20 mm Rohrlänge bzw. bei n-gängigen Rippen (n = 2, 3,...) pro n x (5 bis 20) mm Rohrlänge mindestens ein Vorsprung vorgesehen ist.
  • Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Rippenrohres mit inneren Vorsprüngen.
  • Ausgehend von dem Verfahren nach der DE-OS Nr. 1751423 gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 16 ist das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung des Rippenrohres dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Druck nur stellenweise entlang einer oder mehrerer Schraubenlinien aufgebracht wird. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, am Ort der Nut zwischen den Rippen jeweils auf der Rohrinnenseite voneinander getrennte Vorsprünge zu erzeugen.
  • Die Formulierung «und/oder» im Oberbegriff bezieht sich darauf, ob sich das Rohr bei der axialen Vorschubbewegung gleichzeitig drehen soll oder nicht.
  • Nach besonderen Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens wird der radiale Druck jeweils nur über einen Teil einer Windung der Schraubenlinie aufgebracht oder weist eine unterschiedliche Stärke auf.
  • Die Ausbildung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist davon abhängig, ob sich das Rohr bei ortsfestem Walzkopf oder ob sich der Walzkopf bei lediglich axial vorschiebbarem Rohr drehen soll.
  • Bei sich drehendem Rohr wird von einer Vorrichtung nach der DE-OS Nr. 1751423 gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 19 ausgegangen; bei sich drehendem Walzkopf wird von einer Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 20 ausgegangen. Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist in beiden Fällen durch das folgende Merkmal gekennzeichnet: Die Drückrolle ist zur Bildung von Vorsprüngen an der Innenseite des Rohres mit mindestens einem radial vorstehenden Nocken versehen, wobei der Radius R im Nockenbereich grösser ist als der Radius der letzten Walzscheibe.
  • Zur Ausformung unterschiedlicher Vorsprungsgeometrien (Länge, Höhe etc.) empfiehlt es sich dabei, wenn die Drückrolle Nocken mit unterschiedlicher Umfangslänge bzw. Nocken mit unterchiedlichem Radius R im Nockenbereich aufweist oder wenn der Radius R im Nockenbereich variabel ist. Die Herstellung der Vorsprünge vereinfachtsich insbesondere dann wesentlich, wenn der Nocken abgerundet ist. Nach besonderen Ausführungsformen der Erfindung sind drei um 120° bzw. vier um 90° versetzte Werkzeughalter vorgesehen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn nur in einem Werkzeughalter eine Drückrolle mit Nocken vorgesehen ist, da hierdurch eine aufwendigeJustierarbeit der Nocken in den einzelnen Werkzeughaltern vermieden werden kann. Bei falscher Justierung würde sich u.U. in unerwünschterweise eine durchgehende Innenrippe ergeben.
  • Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
    • Fig. 1 perspektivisch einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemässes Rippenrohr,
    • Fig. 2a einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemässes Rippenrohr gemäss Linie C-D in Fig. 2b und
    • Fig. 2b einen Querschnitt gemäss Linie A-B in Fig. 2a,
    • Fig. 3 eine Vorrichtung zur Herstellung des Rippenrohres,
    • Fig. 4 die schematische Anordnung der Werkzeughalter bei einer Vorrichtung nach Fig. 3 und
    • Fig. 5 schematisch die Anordnung einer Drückrolle mit zwei Nocken und eines Rippenrohres.
  • Das einstückige Rippenrohr 1 nach den Fig. 1 und 2a/2b weist auf der Rohraussenseite schraubenlinienförmig umlaufende Rippen 2 auf, zwischen denen eine Nut 3 gebildet ist. Die Nut 3 ist stellenweise vertieft, so dass Material aus der Rohrwandung 4 nach innen verlagert ist und damit entlang einer Schraubenlinie voneinander getrennte Vorsprünge 5 (die Schraffur deutet jeweils die Erhabenheit der Vorsprünge an) gebildet sind. Diese Schraubenlinie weist denselben Steigungswinkel auf wie die Schraubenlinie der äusseren Rippen 2. Die Fig. 1 zeigt beispielsweise drei der genannten Vorsprünge 5, die sich jeweils nur über einen Teil der Windung der Schraubenlinie erstrecken. Die Vorsprünge 5 sind gegeneinander versetzt. Insbesondere Fig. 2a zeigt deutlich, dass die Vorsprünge 5 - im Längsschnitt gesehen - kreisbogenförmig begrenzt sind.
  • Die Herstellung des erfindungsgemässen Rippenrohres 1 erfolgt mittels der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung. Die Vorrichtung lässtsich bei drehendem Rohr oder bei drehendem Walzkopf verwenden. Im folgenden wird die Funktionsweise bei sich drehendem Rohr und bei eingängigem Walzverfahren erläutert:
    • Bei der Vorrichtung nach Fig. 3 sind ein Walzwerkzeug 6 und eine Drückrolle 7 in einem durch Ziff. 8 angedeuteten Werkzeughalter integriert. Es sind noch zwei weitere Werkzeughalter 8 vorgesehen, die jedoch jeweils nur ein Walzwerkzeug 6 aufweisen (hier ist nur ein Werkzeughalter 8 dargestellt). Entsprechend Fig. 4 sind die insgesamt drei mit 1,11,111 bezeichneten Werkzeughalter 8 um 120° versetzt am Umfang des Rippenrohres 1 angeordnet.
  • Die Werkzeughalter 8 sind radial zustellbar. Es können beispielsweise auch vier oder mehr Werkzeughalter 8 benutzt werden. Die Werkzeughalter 8 ihrerseits sind in einem ortsfesten (nicht dargestellten) Walzkopf angeodnet. Das in Pfeilrichtung einlaufende Glattrohr 1' wird durch die am Umfang des Rohres angeordneten, angetriebenen Walzwerkzeuge 6 in Drehung versetzt, deren Achse schräg zur Rohrachse verläuft. Die Walzwerkzeuge 6 bestehen in an sich bekannter Weise aus nebeneinander angeordneten Walzscheiben 9, deren Durchmesser in Pfeilrichtung ansteigt. Die zentrisch angeordneten Walzwerkzeuge 6 formen in bekannterweise die Rippen 2 aus der Rohrwandung 4 des Glattrohres 1', wobei das Glattrohr 1' durch einen Walzdorn 10 unterstützt wird. Der Walzdorn 10 endet jeweils mit der letzten Walzscheibe 9' der Walzwerkzeuge 6. Bei dem Walzvorgang findet zunächst in einem vorderen Bereich (Einzugsbereich) eine Durchmesserreduzierung statt. Im Fertigwalzbereich erfolgt dann das Ausweiten der schraubenlinienförmig umlaufenden Rippen 2. In einem Werkzeughalter 8 ist dem Walzwerkzeug 6 eine Drückrolle7 nachgeschaltet, deren Dicke kleiner ausgebildet ist als die Dicke der letzten Walzscheibe 9'. Die Drückrolle 7 weist einen Nocken 11 auf, wobei der Radius R im Nokkenbereich: grösser ist als der Radius der letzen Walzscheibe 9'. Durch den abgerundeten Nocken 11 wird die Nut 3 zwischen den Rippen 2 stellenweise vertieft und damit Vorsprünge 5 auf der Rohrinnenseite ausgebildet. Der in Fig. 3 dargestellte, im Durchmesser abgesetzte Teil des Walzdornes 10 dient lediglich zur Führung, des Rippenrohres 1, für die Ausbildung der Vorsprünge 5 ist er nicht erforderlich.
  • In Fig. 5 ist schematisch die Zuordnung von Drückrolle 7 inkl. zweier Nocken 11 unterschiedlicher Umfangslänge zum Rippenrohr 1 dargestellt, und zwar für die Verhältnisse am Nutengrund der Nut 3.
  • Die Verhältnisse wurden soweit nur für zwei Nuten 11 am Umfang der Drückrolle 7 dargestellt, die Verhältnisse mit drei und mehr Nocken 11 sind analog.
    • Beispiel
  • Ausgehend von einem äusseren Glattrohr 1' aus SF-Cu mit 21,8 mm Aussendurchmesser und 2,0 mm Wanddicke wurde mit einer Vorrichtung nach Fig. 3 ein Rippenrohr 1 mit den Abmessungen nach der folgenden Tabelle hergestellt. Dabei betrug der Durchmesser der verwendeten Walzscheiben 9 60,80 mm, die Drückrolle 7 hatte ebenfalls einen Durchmesser ⌀ = 60,80 mm, im Bereich des einen Nockens 11 einen Durchmeser von 61,6 mm, der Walzdorn 10 hatte einen Durchmesser von 16,5 mm. Die radial zustellbaren Walzwerkzeuge 6 wurden mit einer Anfangsdrehzahf von etwa 150 bis 200 U/min und mit einer etwa um den Faktor 3 höheren Enddrehzahl angetrieben.
    Figure imgb0003
    Infolge des Druckmesserverhältnisses von etwa 60 mm für die Drückrolle 7 zu etwa 20 mm für das Rippenrohr 1 am Nutengrund liegt also beim eingängigen Walzen jeweils nach jeder dritten Rohrumdrehung ein Vorsprung 5 vor.
  • Die axiale Rohrlänge L beträgt nach der Beziehung
    Figure imgb0004
    mit ⌀ = 60,8mm,dk = 18,4 mm, n=1, m=l, tR= 2,2 mm,
    Figure imgb0005
    Rohrlänge liegt jeweils ein Vorsprung 5 vor.
  • Die so hergestellten Rippenrohre 1 zeigten nicht nur gute Wärmeübertragungseigenschaften, sondern auch einen relativ geringen Druckverlust.

Claims (28)

1. Einstückiges Rippenrohr (1), insbesondere für Wärmeübertrager od. dgl., mit auf der Rohraussenseite ein- oder mehrgängig schraubenlinienförmig verlaufenden Rippen (2) und mit zur Bildung von Vorsprüngen (5) radial zur Rohrinnenseite verlagertem Rohrwandungsmaterial, das entsprechend der zwischen den Rippen (2) liegenden, ebenfalls schraubenlinienförmig verlaufenden Nut (3) angeordnet ist, wobei die Schraubenlinie oder die Schraubenlinien des verlagerten Rohrwandungsmaterials denselben Steigungswinkel aufweisen wie die Schraubenlinie oder die Schraubenlinien der auf der Rohraussenseite verlaufenden Rippen (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (5) sich nur über einen Teil der Schraubenlinie oder der Schraubenlinien erstrecken.
2. Rippenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vorsprünge (5) jeweils überweniger als eine Windung der Schraubenlinie erstrecken.
3. Rippenrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (5) unterschiedliche Länge aufweisen.
4. Rippenrohr nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (5) eine Höhe (H) im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm aufweisen.
5. Rippenrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgende Vorsprünge (5) eine unterschiedliche Höhe (H) aufweisen.
6. Rippenrohr nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (H) innerhalb eines Vorsprunges (5) variabel ist.
7. Rippenrohr nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (5) - im Längsschnitt gesehen - kreisbogenförmig begrenzt sind.
8. Rippenrohr nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (5) - in Rohrlängsrichtung gesehen - gegeneinander versetzt sind.
9. Rippenrohr nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, das die Vorsprünge (5) - in Rohrlängsrichtung gesehen-fluchten.
10. Rippenrohr nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (5) - in Rohrlängsrichtung gesehen - abwechselnd gegeneinander versetzt sind und fluchten.
11. Rippenrohr nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der axialen Rohrlänge
Figure imgb0006
tR mindestens ein Vorsprung (5) vorgesehen ist, wobei 0 der Durchmesser der Drückrolle (7), dK der Kerndurchmesser, n die Gängigkeit, tR die Rippenteilung des Rippenrohres (1) und m die Anzahl der Nocken (11) auf der Drückrolle (7) ist.
12. Rippenrohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert des Ausdrucks
Figure imgb0007
) beträgt.
13. Rippenrohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert des Ausdrucks
Figure imgb0008
beträgt.
14. Rippenrohr nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei eingängigen Rippen (2) pro 5 bis 20 mm Rohrlänge mindestens ein Vorsprung (5) vorgesehen ist.
15. Ripenrohr nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei n-gängigen Rippen (2) (n = 2, 3, ...) pro n x (5 bis 20) mm Rohrlänge mindestens ein Vorsprung (5) vorgesehen ist.
16. Verfahren zur Herstellung des Rippenrohres (1) nach den Ansprüchen 1 bis 15, bei dem folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
a) Auf der äusseren Oberfläche eines Glattrohres (1') werden sehr schraubenlinienförmig verlaufende Rippen (2) herausgewalzt, indem das Rippenmaterial durch Verdrängen von Material aus der Rohrwandung (4) nach aussen mittels eines Walzvorgangs gewonnen wird und das entstehende Rippenrohr (1 ) durch die Walzkräfte in Drehung versetzt und/oder entsprechend den entstehenden Rippen (2) vorgeschoben wird, wobei die Rippen (2) mit ansteigender Höhe aus dem sonst unverformten Glattrohr (1 ') ausgeformt werden,
b) das Glattrohr (1') wird durch einen darin liegenden Walzdorn (10) abgestützt,
c) nach dem Herausformen der Rippen (2) wird die Nut (3) zwischen den Rippen (2) durch radialen Druck nach innen gedrückt, wobei keine Abstützung durch einen Innendorn erfolgt, so dass Rohrwandungsmaterial zur Bildung von Vorsprüngen (5) auf die Rohrinnenseite verlagert wird, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:
d) der radiale Druck wird nur stellenweise entlang einer oder mehrerer Schraubenlinien aufgebracht.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Druck jeweils nur über einen Teil einer Windung der Schraubenlinie aufgebracht wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Druck eine unterschiedliche Stärke aufweist.
19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 16 bis 18 mit folgenden Merkmalen:
a) Am Umfang des Rippenrohres (1 ) sind mindestens zwei gegeneinander versetzt und in einem ortsfesten Walzkopf angeordnete, radial zustellbare Werkzeughalter (8) vorgesehen,
b) die Werkzeughalter (8) weisen jeweils ein aus mehreren Walzscheiben (9) bestehendes, angetriebenes Walzwerkzeug (6) mit schräg zur Rohrachse liegender Achse auf,
c) wobei die Walzscheiben (9) einen zunehmenden Durchmesser aufweisen,
d) in mindestens einem Werkzeughalter (8) ist dem Walzwerkzeug (6) mindestens eine Drückrolle (7) nachgeschaltet, die eine kleinere Dicke aufweist als die letzte Walzscheibe (9'),
e) der Walzdorn (10) endet mit der jeweils letzten Walzscheibe (9') der Walzwerkzeuge (6), gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
f) die Drückrolle (7) ist zur Bildung von Vorsprüngen (5) an der Innenseite des Rohres mit mindestens einem radial vorstehenden Nocken
(11) versehen, wobei der Radius (R) im Nockenbereich grösser ist als der Radius der letzten Walzscheibe (9').
20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 16 bis 18 mitfolgenden Merkmalen:
a) Am Umfang des Rippenrohres (1) sind mindestens zwei gegeneinander versetzt und in einem Walzkopf angeordnete, radial zustellbare Werkzeughalter (8) vorgesehen, wobei der Walzkopf drehbar gelagert und in Umfangsrichtung des Rohres antreibbar ist,
b) die Werkzeughalter (8) weisen jeweils ein aus mehreren Walzscheiben (9) bestehendes Walzwerkzeug (6) mit schräg zur Rohrachse liegender Achse auf,
c) wobei die Walzscheiben (9) einen zunehmenden Durchmesser aufweisen,
d) es ist eine Klemmhalterung für das Rohr vorgesehen,
e) in mindestens einem Werkzeughalter (8) ist dem Walzwerkzeug (6) eine Drückrolle (7) nachgeschaltet, die eine kleinere Dicke aufweist als die letzte Walzscheibe (9'),
f) der Walzdorn (10) endet mit der jeweils letzten Walzscheibe (9') der Walzwerkzeuge (6), gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
g) die Drückrolle (7) ist zur Bildung von Vorsprüngen (5) an der Innenseite des Rohres mit mindestens einem radial vorstehenden Nocken (11) versehen, wobei der Radius (R) im Nockenbereich grösser ist als der Radius der letzten Walzscheibe (9').
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Drückrolle (7) Nocken (11) mit unterschiedlicher Umfangslänge aufweist.
22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Drückrolle (7) Nocken (11) mit unterschiedlichem Radius (R) im Nockenbereich aufweist.
23. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (R) im Nockenbereich variabel ist.
24. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (11) abgerundet ist.
25. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass drei um 120° versetzte Werkzeughalter (8) vorgesehen sind.
26. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass vier um 90° versetzte Werkzeughalter (8) vorgesehen sind.
27. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass nur in einem Werkzeughalter (8) eine Drückrolle (7) mit Nokken (11) vorgesehen ist.
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