DE1078976B - Mittel zum Anpressen von ueber den Aussenumfang eines Rohres, insbesondere Waermeaustauschrohres, verteilten U-foermigen Laengsrippen an die Rohrwand fuer das Verloeten - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Wärmetauscherrohren mit Außenrippen und betrifft insbesondere ein Mittel zum Anpressen von über den Außenumfang eines Rohres, insbesondere Wärmeaustauschrohres, verteilten U-förmigen Längsrippen an die Rohrwand für das Verlöten. Diese als Löten bezeichnete Art der Verbindung von Wärmeleitrippen und Wärmetauscherrohr umfaßt selbstverständlich sämtliche Arteri des Weichlötens, Härtlötens, Silberlotes, Kupferlotes, Messrnglotes usw. Wärmetauscherrohre mit in Längsrichtung verlaufenden Wärmeleitrippen finden für viele Zwecke Verwendung, jedoch erfordert die Herstellung von Rohren mit außen aufgeschweißten, in Längsrichtung verlaufenden Wärmeleitrippen die Verwendung ziemlich teurer Vorrichtungen zur Fixierung der Rippen auf den Rohren während des Lötens, und das Schweißen selbst nimmt erhebliche Zeit in Anspruch, so daß eine zusätzliche Verteuerung eintritt.

Um eine gute Lötverbindung zu erhalten, müssen die miteinander zu verbindenden Oberflächen Während der Erwärmung auf Löttemperatur fest miteinander in Berührung gehalten werden. Getrennte* in Längsrichtung verlaufende Rippenglieder bieten dabei besondere Schwierigkeiten wegen ihrer Länge und weil sie im richtigen Abstand voneinander und einzeln gehalten werden müssen. Die Schwierigkeit der Halterung der Rippenglieder auf der Außenfläche des Rohres wird noch dadurch gesteigert, daß di^;e Abmessungen der Rippenglieder normalerweise nicht innerhalb eines strengen Genauigkeitsbereiches liegen und weil ferner die Rohre selbst keinen gleichmäßigen Durchmesser aufweisen und mitunter unrund sind. Nahtlose Rohre, die gewöhnlich für Wärmetauscherrohre Verwendung finden, sind nämlich im allgemeinen eher etwas oval als rund im Querschnitt, wobei der größere Durchmesser des Ovals darüber hinaus nicht in einer Längsebene verbleibt, sondern sich um die Längsachse des Rohres dreht. Auf diese Weise können die Durchmesser des Rohres in einer gegebenen Ebene sich wesentlich ändern, so daß ein Mantellängselement des Rohres im allgemeinen keine gerade Linie, sondern eine gewellte öder gekrümmte Linie bildet.

Wenn die Rippe zur Anpassung an die Oberfläche nicht etwas deformiert wird, lassen sich gerade Längsrippen normalerweise nicht auf der gesamten Berührungsfläche von Rippe und Rohr miteinander verlöten. Die Schwierigkeit der Halterung der Rippen gegen das Rohr wird natürlich noch vergrößert, wenn die Rippen selbst ungenau hergestellt sind.

Gemäß der Erfindung wird als Anpreßmittel eine Wendelfeder mit in entspanntem Zustand geringerem Durchmesser als demjenigen eines Kreises verwendet, der die nach außen ragenden Stegenden der an der Mittel zum Anpressen

von über den Außenumfang eines Rohres, insbesondere Wärmeaustausdirohres,

verteilten U-förmigen Längsrippeh

an die Rohrwand für das Verlöten

Anmelder:

Brown Fintube Company,
Elyria, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. H. Bahr

und Dipl.-Phys. E. Betzier, Patentanwälte,

Herne, Freüigrathstr. 19

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. Februar 1955

John W. Brown jun., Lakewood, Ohio,

und Arvid G. K. Nihlen, Oberlin, Ohio (V. St. A.},

sind als Erfinder genannt Worden

Rohrwand anliegenden Rippen berührt. Mit diesem Mittel lassen sich die bisherigen Schwierigkeiten beseitigen und die Rippen schnell und wirksam auf die Außenfläche von Wärmetauscherröhren auflöten.

Vorzugsweise besteht die Feder aus einer Reihe von Einzelfedern, die innerhalb eines Führungsrohr es in Flucht gehalten sind, in das je ein Ende der Federn eingehakt ist, während die anderen Federenden durch Rohrlängsschlitze in ein auf dem Führungsrohr vorgesehenes Schieberohr zum Verändern der Federlängen eingreifen. Zum Ausrichten der Rippen bedient man sich zweckmäßig der Beiordnung von Ringen, deren Innendurchmesser dem Rippenrohrdurchmesser angepaßt ist und deren Dicke die Rippenhöhe geringfügig übersteigt, mit nach innen gerichteten Radialschlitzen. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Änpreßmittels wird die Schraubenfeder gekürzt, so daß sie sich radial ausdehnt, wobei eine Gruppe von pröfilaftigeh Rippengliedern auf den Umfang des Rohres aufgesetzt wird, das vorher gereinigt wurde. Die Rohre werden vorübergehend von Hand oder

909 769/19T

durch irgendwelche Vorrichtungen in ihrer Lage fixiert, worauf die zusammengedrückte Feder über die Anordnung geschoben wird.

Nachdem Feder und Rippen richtig, auf dem Rohr eingestellt sind, wird die Feder wieder gelängt, so daß sich die Windungen der Feder zusammenziehen, auf" die Außenflächen der Rippenglieder greifen und die inneren oder Basisteile der Rippenglieder fest gegen die Außenfläche des' Rohres andrücken. Gegebenenfalls können das Rohr und die Rippen beim Zusammenziehen der Windungen in Schwingungen versetzt werden, so daß sich die Feder besser auf die Rippen setzt und sich dabei den Änderungen der zusammengesetzten Teile anpaßt. Vorzugsweise werden die Teile der Rippenglieder, die mit dem Rohr in Verbindung stehen, vor dem Zusammenbau mit dem Rohr verzinnt bzw. mit dem Bindemetall überzogen, und es wird auf die zu verbindenden Oberflächen ein Flußmittel aufgebracht. Die gesamte Anordnung, bei der die Rippenglieder auf der Außenwandung des Rohres von der Feder fixiert werden, wird dann beispielsweise durch Einsetzen eines länglichen elektrischen Heizelementes ins Rohrinnere erhitzt, so daß das Bindemetall schmilzt.

Nach dem Abkühlen und der Verfestigung des Bindemetalls sind die Rippenglieder über ihre gesamte Berührungsfläche fest mit der Außenfläche des Rohres verbunden. Nunmehr wird die Feder wieder verkürzt, so daß sie sich radial ausdehnt und dann vom Rohr entfernt.

Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, und zwar in

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines gemäß der Erfindung hergestellten Rippenrohres,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Rohr mit den aufgesetzten Rippengliedern und der diese haltenden Feder vor dem Anlöten,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Werkzeuges zum Strecken und Verkürzen der Feder.

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Bundes zum Ausrichten der auf dem Rohr sitzenden Wärmeleitrippen.

Nach Fig. 1 enthält das' gemäß der Erfindung hergestellte Wärmetauscherrohr ein Rohr 10., auf dem eine Vielzahl von in Längsrichtung verlaufenden, profilförmigen Außenrippengliedern 11 befestigt sind. Jedes Rippenglied besteht aus einem Paar von Rippen 12 und einem Basisteil 13, -der auf die Außenfläche 14 des Rohres 10 aufgelötet ist. Die Rippenglieder sind auf den Umfang des Rohres im Abstand angeordnet und verlaufen im wesentlichen in Längsrichtung des Rohres, so daß eine vergrößerte Wärmeaustauschoberfläche entsteht. Die Lötverbindungen zwischen den Basisteilen 13 der Rippenglieder 11 und der Außenfläche 14 des Rohres bilden metallische Wege beträchtlicher Abmessungen zwischen jedem Glied und dem Rohr und sichern so einen wirkungsvollen Wärmeübergang von den Rippengliedern auf das Rohr bzw. umgekehrt. Wie man aus Fig. 1 erkennt, ist es möglich, durch Zuführung ausreichenden Bindemetalls den Lötvorgang so auszuführen, daß Leisten 15 an der Berührungsstelle der Rippenglieder mit dem Lot entstehen, so daß zwischen diesen ein noch breiterer Weg für den Wärmeübergang vorhanden ist. Die Rohre weisen je Längeneinheit im Vergleich zu nicht mit Rippen versehenen Rohren eine hohe Wärmeaustauschkäpazität auf und eignen sich besonders gut für die Herstellung von Wärmetauschern. Die Rippen und die Rohre können aus. beliebigem Metall, gleichgültig ob Eisen oder Nichteisenmetall, bestehen, welche sich durch Löten miteinander verbinden lassen.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen schematisch das Anlöten der Rippenglieder 11 auf die Außenfläche 14 des Rohres 10. Der Lötvorgang wird so durchgeführt, daß die Rippenglieder in festem Eingriff mit der Außenfläche des Rohres mit Hilfe einer Schraubenfeder 16 gehalten werden, deren einzelne Windungen, wie man aus Fig. 2 erkennt, auf die Außenkanten 17 der Rippenteile 12 der Rippenglieder 11 greifen. Die Rippenglieder werden auf den Umfang des Rohres mit Hilfe eines Führungsbundes 20, von denen einer in Fig. 4 dargestellt ist, richtig angeordnet und fixiert. Jeder Führungsbund 20 besteht aus einem Metallring geeigneten Durchmessers, der mit Schlitzen 21 zur Aufnahme der Rippen 12 der Rippenglieder 11 versehen ist. Die Schlitze sind im Abstand am Innenumfang des Bundes angeordnet und halten derart die Rippen im richtigen Abstand. Die Bunde lassen sich leicht über die auf dem Rohr entweder von Hand oder durch eine vorübergehende mechanische Halterung festgehaltenen Rippenglieder überstreifen. Die Schlitze 21 erstrecken sich bis fast zur Außenwandung 22 der Bunde, so daß die Außenwandung der Bunde den Durchmesser des durch die Außenkanten 17 der Rippenglieder definierten Zylinders nicht wesentlich überschreitet.

Bei der dargestellten Ausführungsform gemäß der Erfindung verlaufen die Rippenglieder parallel zur Rohrachse, so daß die Schlitze in den Bunden in Längsrichtung des Rohres fluchten. Gegebenenfalls kann man jedoch die Rippenglieder auch etwas winkelig zur Achse des Rohres ansetzen, d. h. im wesentlichen schraubenlinienförmig auf dem Rohr verlaufen lassen, wobei die Bunde 20 so gegeneinander verdreht sind, daß sich die gewünschte Steigung der Rippengliederwendeln ergibt.

Die Bunde 20 halten die Rippenglieder in der richtigen Lage beim Aufziehen der Feder 16. Der Normaldurchmesser der Feder 16 ist kleiner als der Normaldurchmesser des durch die Außenkanten 17 der Rippenglieder definierten Zylinders. Um die Feder auf die Anordnung aufzubringen, wird sie in Längsrichtung zusammengepreßt, so daß ihr Durchmesser zunimmt. Die Anordnung aus Rippengliedern und Rohr mit den Bunden 20 wird dann in die Feder eingesetzt. Da der Außendurchmesser der Bunde dem Durchmesser des Kantenzylinders der Rippenrohre nicht wesentlich überschreitet, kann die Feder ohne Schwierigkeit längs der Rippenglieder über die Führungsglieder geschoben werden, wie es bei 23 und 24 in Fig. 2 angedeutet ist.

Nach dem Entspannen der Feder ziehen sich ihre Windungen auf ihrem Normaldurchmesser zusammen, da die Länge der Feder zunimmt. Dabei greifen alle Windungen auf die Rippenglieder und drücken diese gegen die Außenfläche des Rohres an. Die ganze Feder ist elastisch, so daß sich die einzelnen Windungen mehr oder weniger unabhängig voneinander auf die Außenkanten der Rippenglieder auflegen können. Dabei kann eine der Windungen durchaus gegenüber der benachbarten Windung versetzt sein, wenn dies für den richtigen Sitz der Rippenglieder auf dem Rohr erforderlich ist. Außerdem können sich die Windungen verschieden stark zusammenziehen, so daß sie dadurch in gewissen Grenzen Durchmesseränderungen des Rohres ader Abmesserschwingungen der Rippenglieder ausgleichen. Die Windungen können außerdem eine leicht ovale, elliptisch oder sonst unrunde Form in Übereinstimmung mit den Außen-

kanten der Rippen annehmen und drücken daher alle Teile der Rippen fest auf die Außenfläche des Rohres.

Die Feder liefert nach innen gerichtete Kräfte, die innerhalb der, bei Wärmetauscherrohren üblichen Toleranzen und der bei der Herstellung von Rippengliedern üblichen Genauigkeit als im wesentlichen unabhängig voneinander angesehen werden können. Somit liefert der Eingriff zwischen Feder und Außenkanten 17 der Rippen die für eine erfolgreiche Lötung erforderliche Berührung ohne Rücksicht auf die bei üblichen Rohren und Rippengliedern vorhandenen Toleranzen. Außerdem wirkt sich die Elastizität der Windungen dahingehend aus, daß die Rippen nach innen immer in Berührung mit dem Rohr gedrückt werden, wenn das Bindematerial zwischen Rippen und Außenfläche des Rohres zu schmelzen beginnt.

Der Lötvorgang selbst läßt sich auf verschiedene Weise ausführen. So kann man beispielsweise die Anordnung aus Rohr, Rippengliedern und Federn auf die Löttemperatur erwärmen und dann abkühlen. Vorzugsweise findet jedoch ein elektrisches Widerstandsheizelement 26 innerhalb des Rohres Verwendung, durch das das Rohr von innen her erhitzt wird, so daß das Bindematerial schmilzt und die Rippen mit dem Rohr verbunden werden. Bei diesem Verfahren dehnt sich das Rohr unter dem Einfluß der Wärme aus, und es wird dadurch die Kraft, mit der die Rippen von der Feder gegen das Rohr angedrückt werden, vergrößert, da die Feder in einer Zone verbleibt, 'die wesentlich kalter als das Rohr ist. Außerdem wird auf diese Weise die Feder nicht der zerstörenden Wirkung der Wärme ausgesetzt, so daß sie länger verwendbar bleibt. Außer einer einzelnen Feder zur Halterung der Rippen auf dem Rohr kann man unter dem Gesichtspunkt der besseren Handlichkeit auch eine Reihe von Federn verwenden, wie dies aus Fig. 3 hervorgeht. Diese Federn sind innerhalb eines Führungsrohres 30 angeordnet, wobei ein Ende 31 jeder Feder in einer Aussparung 32 in der Wandung des Rohres 30 fixiert ist, während sich das andere Ende 35 jeder Feder durch einen der Schlitze 36 in der Wandung des Rohres 30 erstreckt. Die Enden 35 greifen in Öffnungen 37 in der Wandung eines äußeren Betätigungsrohres 38.

Mit dieser Anordnung können die Federn durch Relativbewegung zwischen 'dem Führungsrohr 30 und dem Betätigungsrohr 38 je nach Bedarf gemeinsam zusammengepreßt oder gelängt werden. Wird das Betätigungsrohr 38 nach links verschoben, wie es in den Zeichnungen dargestellt ist, dann werden die Federn zusammengepreßt und versuchen, auf ihre Normallänge und ihren Normaldurchmesser zurückzukehren, wenn das Betätigungsrohr die in der Zeichnung dargestellte Stellung einnimmt. Wird das Betätigungsrohr dagegen nach rechts bewegt, dann werden die Federn gelängt und ziehen sich zusammen.

Zur Betätigung des Betätigungsrohres bezüglich des Führungsrohres läßt sich jede geeignete Vorrichtung verwenden, beispielsweise eine zwischen den beiden Rohren wirkende Schraube oder ein Druckmittelzylinder. Gewöhnlich werden die Federn zusammengedrückt, um die Anordnung aus Rohr und Rippen aufzunehmen, und anschließend während des Lötvorgangs entspannt. Man kann den Federn jedoch auch einen solchen Durchmesser geben, 'daß die Anordnung aus Rohr und Rippen in die auf ihrer Normallänge und ihrem Normaldurchmesser befindliche Feder eingesetzt werden kann, worauf man die Feder verlängert und dadurch in radialem Sinne zusammenzieht und in diesem Zustande die Verlötung vornimmt. Nach Beendigung des Lötens wird die Feder wieder entspannt bzw. radial expandiert und die gesamte Anordnung von Rohr und Rippen aus der Feder herausgenommen.

Die Mehrfederanordnung eignet sich besonders dann, wenn das Rohr eine beträchtliche Länge aufweist. Die vergleichsweise kurzen Federn 16 wirken mehr oder weniger unabhängig voneinander und setzen sich mehr oder weniger unabhängig voneinander auf die Rippen auf. Gegebenenfalls können die Federn einen Abstand aufweisen, in dem die Führungen 20 oder ähnliche Führungsvorrichtungen zu liegen kommen.

Die Erfindung läßt sich auch zur Herstellung von Rohren mit Innen- und Außenrippen verwenden. Die Innenrippen werden dabei so aufgebracht, daß eine ins Innere des Rohres eingeschobene Feder die Rippen gegen die Innenwandung des Rohres drückt. Dadurch lassen sich mit Hilfe eines einzigen Lötvorgangs sowohl die Innenrippen als auch die Außenrippen mit dem Rohr verlöten. Es kann also das erfindungsgemäße Mittel zum Anpressen der Außenrippen mit einem bereits vorgeschlagenen, jedoch nicht zum Stande der Technik gehörenden, gleichartigen Mittel zum Anpressen von Innenlängsrippen zusammen verwendet werden, um Außen- und Innenrippen zugleich mit einem Rohr zu verlöten.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mittel zum Anpressen von über den Außenumfang eines Rohres, insbesondere Wärmeaustauschrohres, verteilten U-förmigen Längsrippen an die Rohrwand für das Verlöten, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel eine Wendelfeder (16) mit in entspanntem Zustand geringerem Durchmesser als demjenigen eines Kreises ist, der die nach außen ragenden Stegenden der an der Rohrwand anliegenden Rippen (11) berührt.

2. Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Reihe von Einzelfedern (16) besteht, die innerhalb eines Führungsrohres (38) in Flucht gehalten sind, in das je ein Ende der Federn eingehakt ist, während die anderen Federenden durch Rohrlängsschlitze (36) in ein auf dem Führungsrohr vorgesehenes Schieber ohr (38) zum Verändern der Federlängen eingreifen.

3. Feder nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Beiordnung von Ringen (20), deren Innendurchmesser dem Rippenrohrdurchmesser angepaßt ist und deren Dicke die Rippenhöhe geringfügig übersteigt, mit nach innen gerichteten Radialschlitzen (21) zum Ausrichten der Rippen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 68 250, 290 995,
516 025, 838 983, 869 892;

USA.-Patentschrift Nr. 2 176 762.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© OT9 769/197 3.60