DE10101589C1

DE10101589C1 - Wärmeaustauscherrohr und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10101589C1
Application number: DE10101589A
Authority: DE
Inventors: Klaus Menze; Andreas Beutler; Manfred Knab; Andreas Knoepfler; Axel Kriegsmann; Gerhard Schuez; Andreas Schwitalla
Original assignee: Wieland Werke AG
Current assignee: Wieland Werke AG
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2001-01-16
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2021-01-17
Also published as: EP1223400A2; JP3935348B2; CN1366170A; DE50209693D1; JP2002277188A; CN1313794C; ATE356966T1; EP1223400A3; ES2283470T3; US6786072B2; EP1223400B1; PT1223400E; US20020092644A1; US6913073B2; US20030024121A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein metallisches Wärmeaustauscherrohr, insbesondere zur Verdampfung von Flüssigkeiten aus Reinstoffen oder Gemischen auf der Roßaußenseite, mit auf der Rohraußenseite ausgeformten integralen Rippen (3), wobei im Bereich des Nutengrundes (6) der zwischen den Rippen (3) verlaufenden Primärnuten (4) Aussparungen angeordnet sind. DOLLAR A Zur Verbesserung der Verdampfungsleistung wird vorgeschlagen, die Aussparungen in Form hinterschnittener Sekundärnuten (7) auszubilden. DOLLAR A Die mechanische Stabilität des Rohres wird dadurch nicht negativ beeinflußt, da nach dem Ausformen der Rippen durch geeignete, zusätzliche Werkzeuge vorwiegend Material aus dem Bereich der Rippenflanken (5) zum Nutengrund (6) hin verdrängt wird, so daß dort nicht ganz abgeschlossene Hohlräume entstehen, die die gewünschten hinterschnittenen Sekundärnuten (7) darstellen (Fig. 3).

Description

Die Erfindung betrifft ein metallisches Wärmeaustauscherrohr, insbesondere zur Verdampfung von Flüssigkeiten aus Reinstoffen oder Gemischen auf der Rohraußenseite, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verdampfung tritt in vielen Bereichen der Kälte- und Klima technik sowie in der Prozeß- und Energietechnik auf. In der Technik werden häufig Rohrbündelwärmeaustauscher verwendet, in denen Flüssigkeiten von Reinstoffen oder Mischungen auf der Rohraußenseite verdampfen und dabei auf der Rohrinnenseite eine Sole oder Wasser abkühlen. Solche Apparate werden als überflutete Verdampfer bezeichnet.

Durch die Intensivierung des Wärmeübergangs auf der Rohraußen- und der Rohrinnenseite läßt sich die Größe der Verdampfer stark reduzieren. Hierdurch nehmen die Herstellungskosten solcher Apparate ab. Außerdem sinkt die notwendige Füllmenge an Kältemittel, die bei den heute überwiegend verwendeten, chlorfreien Sicherheitskältemitteln einen nicht zu vernachläs sigenden Kostenanteil an den gesamten Anlagekosten ausmachen kann. Bei toxischen oder brennbaren Kältemitteln läßt sich durch eine Reduktion der Füllmenge ferner das Gefahrenpotenti al herabsetzen. Die heute üblichen Hochleistungsrohre sind etwa um den Faktor drei leistungsfähiger als glatte Rohre gleichen Durchmessers.

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf strukturierte Rohre, bei denen der Wärmeübergangskoeffizient auf der Rohr außenseite intensiviert wird. Da hierdurch der Hauptanteil des Wärmedurchgangswiderstandes häufig auf die Innenseite verla gert wird, muß der Wärmeübergangskoeffizient auf der Innensei te in der Regel ebenfalls intensiviert werden. Eine Erhöhung des Wärmeübergangs auf der Rohrinnenseite hat üblicherweise eine Steigerung des rohrseitigen Druckabfalls zu Folge.

Wärmeaustauscherrohre für Rohrbündelwärmeaustauscher besitzen üblicherweise mindestens einen strukturierten Bereich sowie glatte Endstücke und eventuell glatte Zwischenstücke. Die glatten End- bzw. Zwischenstücke begrenzen die strukturierten Bereiche. Damit das Rohr problemlos in den Rohrbündelwärme austauscher eingebaut werden kann, darf der äußere Durchmesser der strukturierten Bereiche nicht größer sein als der äußere Durchmesser der glatten End- und Zwischenstücke.

Zur Erhöhung des Wärmeüberganges bei der Verdampfung wird der Vorgang des Blasensiedens intensiviert. Es ist bekannt, daß die Bildung von Blasen an Keimstellen beginnt. Diese Keim stellen sind meist kleine Gas- oder Dampfeinschlüsse. Solche Keimstellen lassen sich bereits durch Aufrauhen der Oberfläche erzeugen. Wenn die anwachsende Blase eine bestimmte Größe erreicht hat, löst sie sich von der Oberfläche ab. Wenn im Zuge der Blasenablösung die Keimstelle durch nachströmende Flüssigkeit geflutet wird, wird u. U. der Gas- bzw. Dampfein schluß durch Flüssigkeit verdrängt. In diesem Fall wird die Keimstelle inaktiviert. Dies läßt sich durch eine geeignete Gestaltung der Keimstellen vermeiden. Hierzu ist es notwendig, daß die Öffnung der Keimstelle kleiner ist als der unter der Öffnung liegende Hohlraum.

Es ist Stand der Technik, derartige Strukturen auf der Basis von integral gewalzten Rippenrohren herzustellen. Unter inte gral gewalzten Rippenrohren werden berippte Rohre verstanden, bei denen die Rippen aus dem Wandungsmaterial eines Glatt rohres geformt wurden. Es sind hierbei verschiedene Verfahren bekannt, mit denen die zwischen benachbarten Rippen befindli chen Kanäle derart verschlossen werden, daß Verbindungen zwischen Kanal und Umgebung in Form von Poren oder Schlitzen bleiben. Da die Öffnung der Poren oder Schlitze kleiner ist als die Breite der Kanäle, stellen die Kanäle geeignet geform te Hohlräume dar, die Bildung und Stabilisierung von Blasen keimstellen begünstigen. Insbesondere werden solche im wesent lichen geschlossene Kanäle durch Umbiegen oder Umlegen der Rippe (US 3.696.861, US 5.054.548), durch Spalten und Stauchen der Rippe (DE 27.58.526 A1, US 4.577.381), und durch Kerben und Stauchen der Rippe (US 4.660.630, EP 0.1713.072 A2, US 4.216.826) erzeugt.

Die leistungsstärksten, kommerziell erhältlichen Rippenrohre für überflutete Verdampfer besitzen auf der Rohraußenseite eine Rippenstruktur mit eine Rippendichte von 55 bis 60 Rippen pro Zoll (US 5.669.441 A, US 5.697.430 A, DE 197 57 526 C1). Dies entspricht einer Rippenteilung von ca. 0.45 bis 0.40 mm. Prinzipiell ist es möglich, die Leistungsfähigkeit derartiger Rohre durch eine noch höhere Rippendichte bzw. kleinere Rip penteilung zu verbessern, da hierdurch die Blasenkeimstellen dichte erhöht wird. Eine kleinere Rippenteilung erfordert zwangsläufig gleichermaßen feinere Werkzeuge. Feinere Werkzeu ge sind jedoch einer höheren Bruchgefahr und schnellerem Verschleiß unterworfen. Die derzeit verfügbaren Werkzeuge ermöglichen eine sichere Fertigung von Rippenrohren mit Rip pendichten von maximal 60 Rippen pro Zoll. Ferner werden mit abnehmender Rippenteilung die Produktionsgeschwindigkeit der Rohre kleiner und folglich die Herstellungskosten höher.

Es ist bekannt, daß leistungsgesteigerte Verdampfungsstruktu ren bei gleichbleibender Rippendichte auf der Rohraußenseite erzeugt werden können, indem man den Grund der Nut zwischen den Rippen strukturiert. In EP 0.222.100 A2 wird vorgeschlagen, den Grund der Nut mittels einer Kerbscheibe mit Eindrückungen zu versehen. Die Eindrückungen am Nutengrund können V-, trapez- oder halbkreisförmigen Querschnitt besitzen und stel len zusätzliche Blasenkeimstellen dar. Die durch derartige Strukturen insbesondere im Bereich kleiner Heizflächenbela stungen erzielbaren Leistungssteigerungen genügen jedoch nicht mehr den Anforderungen des Marktes. Ferner stellen die Ein drückungen eine Schwächung der Kernwand des Rohres dar und führen zu einer Reduzierung der mechanischen Stabilität des Rohres.

Aufgabenstellung

Es soll ein leistungsgesteigertes Wärmeaustauscherrohr zur Verdampfung von Flüssigkeiten auf der Rohraußenseite bei gleichem rohrseitigen Wärmeübergang und Druckabfall sowie gleichen Herstellungskosten produziert werden. Die mechanische Stabilität des Rohres soll nicht negativ beeinflußt werden.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Aufgabe wird bei einem Wärmeaustauscherrohr der genannten Art, bei dem im Bereich des Nutengrunds der zwischen den Rippen schraubenlinienförmig verlaufenden Primärnuten Aus sparungen angeordnet sind, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aussparungen in Form hinterschnittener Sekundärnuten ausgebildet sind.

Eine hinterschnittene Nut (siehe Fig. 1) liegt dann vor, wenn

- in einer Schnittebene ein nicht abgeschlossenes Gebiet X zu finden ist,
- dieses Gebiet X mittels einer Strecke AB abgeschlossen werden kann,
- eine Strecke PQ mit P, Q ∈ Rand von X gefunden wird, so daß PQ parallel zu AB und die Länge von PQ größer ist als die Länge von AB.

Eine hinterschnittene Sekundärnut bietet für die Bildung und Stabilisierung von Blasenkeimstellen deutlich günstigere Bedingungen als die in EP 0.222.100 A2 vorgeschlagenen, einfachen Eindrückungen. Die Lage der hinterschnittenen Sekundärnuten in der Nähe des primären Nutengrundes ist für den Verdampfungs prozeß besonders günstig, da am Nutengrund die Wandübertempe ratur am größten ist und deshalb dort die höchste treibende Temperaturdifferenz für die Blasenbildung zur Verfügung steht.

Die Ansprüche 2 bis 15 betreffen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmeaustauscherrohres.

Gemäß der Erfindung wird nach dem Ausformen der Rippen durch geeignete zusätzliche Werkzeuge Material aus dem Bereich der Rippenflanken zum Nutengrund hin verdrängt, so daß dort nicht ganz abgeschlossene Hohlräume entstehen, die die gewünschten hinterschnittenen Sekundärnuten darstellen. Die Hohlräume erstrecken sich vom primären Nutengrund zur Rippenspitze hin, wobei sie sich maximal bis 45% der Rippenhöhe H, typischer weise bis 20% der Rippenhöhe H ausdehnen. Die Rippenhöhe H wird dabei von der tiefsten Stelle des Nutengrunds, die durch die größte Walzscheibe ausgeformt wurde, bis zur Rippenspitze des vollständig geformten Rippenrohres gemessen.

Gegenstand der Erfindung sind gemäß der Ansprüche 16 bis 22 weiterhin verschiedene Verfahren zur Herstellung des erfin dungsgemäßen Wärmeaustauscherrohres.

Detaillierte Beschreibung

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Es zeigt:

Fig. 1 die Prinzipskizze einer hinterschnittenen Nut;

Fig. 2 schematisch die Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauscherrohres mit hinterschnittenen Se kundärnuten, die auf der Rohraußenseite mit im we sentlichen konstanten Querschnitt schraubenlinien förmig umlaufen;

Fig. 3 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaus tauscherrohres mit hinterschnittenen Sekundärnuten, die mit im wesentlichen konstanten Querschnitt schraubenlinienförmig umlaufen;

Fig. 4 schematisch die Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauscherrohres mit schraubenlinienförmig verlaufenden, hinterschnittenen Sekundärnuten, deren Querschnitt in regelmäßigen Abständen variiert ist;

Fig. 5 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaus tauscherrohres mit schraubenlinienförmig verlaufen den, hinterschnittenen Sekundärnuten, deren Quer schnitt in regelmäßigen Abständen variiert ist;

Fig. 6 schematisch die Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauscherrohres mit hinterschnittenen Se kundärnuten, die im wesentlichen quer zur Richtung der Primärnuten verlaufen;

Fig. 7 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaus tauscherrohres mit hinterschnittenen Sekundärnuten, die im wesentlichen quer zur Richtung der Primärnu ten verlaufen;

Fig. 8 das Foto einer erfindungsgemäßen hinterschnittenen Sekundärnut am Nutengrund, die mit im wesentlichen konstanten Querschnitt schraubenlinienförmig um läuft;

Fig. 9 ein Diagramm, das den Leistungsvorteil durch die hinterschnittenen Sekundärnut am Nutengrund dokumen tiert.

Das integral gewalzte Rippenrohr 1 nach Fig. 2 bis 7 weist auf der Rohraußenseite schraubenlinienförmig umlaufende Rippen 3 auf, zwischen denen eine Primärnut 4 gebildet ist. Material der Rippenflanken 5 wird geeignet verlagert, so daß im Bereich des Nutengrunds 6 nicht ganz abgeschlossene Hohlräume 7 ent stehen, die die erfindungsgemäßen hinterschnittenen Sekundär nuten darstellen. Material der Rippenspitzen 8 ist derart verlagert, daß die Rippenzwischenräume unter Ausbildung von Kanälen 9 bis auf Poren 26 geschlossen werden.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Rippenrohres erfolgt durch einen Walzvorgang (vgl. US-PSen 1.865.575/3.327.512) mittels der in Fig. 2/4/6 dargestellten Vorrichtungen.

Es wird eine Vorrichtung verwendet, die aus n = 3 oder 4 Werkzeughaltern 10 besteht, in die jeweils ein Walzwerkzeug 11 integriert ist. Die Werkzeughalter 10 sind jeweils um 360°/n versetzt am Umfang des Rippenrohres angeordnet. Die Werk zeughalter 10 sind radial zustellbar. Sie sind ihrerseits in einem ortsfesten (nicht dargestellten) Walzkopf angeordnet.

Das in Pfeilrichtung in die Vorrichtung einlaufende Glattrohr 2 wird durch die am Umfang angeordneten, angetriebenen Walz werkzeuge 11 in Drehung versetzt, wobei die Achsen der Walz werkzeuge 11 schräg zur Rohrachse verlaufen. Die Walzwerkzeuge 11 bestehen in an sich bekannter Weise aus mehreren nebenein ander angeordneten Walzscheiben 12, deren Durchmesser in Pfeilrichtung ansteigt. Die zentrisch angeordneten Walzwerk zeuge 11 formen die schraubenlinienförmig umlaufenden Rippen 3 aus der Rohrwandung des Glattrohrs 2, wobei in der Umformzo ne die Rohrwandung durch einen Walzdorn 27 unterstützt wird. Der Walzdorn 27 kann profiliert sein. Der längs zur Rohrachse gemessene Abstand der Mitten zweier benachbarter Rippen wird als Rippenteilung T bezeichnet. Die Walzscheiben sind an ihrem äußeren Umfang derart profiliert, daß die geformten Rippen 3 im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt besitzen. Lediglich im Übergangsbereich 13 zwischen Rippenflanke 5 und Nutengrund 6 weicht die Rippe von der idealen Trapezform ab. Dieser Übergangsbereich 13 wird üblicherweise als Rippenfuß bezeich net. Der dort gebildete Radius ist erforderlich, um einen ungehinderten Werkstofffluß während der Rippenausformung zu ermöglichen.

Nach der Ausformung der im wesentlichen trapezförmigen Rippen 3 durch das Walzwerkzeug 11 werden im Bereich des Grunds 6 der Primärnuten 4 die erfindungsgemäßen, hinterschnittenen Se kundärnuten 7 erzeugt. Hierbei können drei verschiedene Aus führungsformen Anwendung finden:

Ausführungsform 1

Nach der letzten Scheibe des Walzwerkzeugs 11 befindet sich eine zylindrische Scheibe 14 im Eingriff, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der größten Walzscheibe (Fig. 2). Die Dicke D dieser zylindrischen Scheibe 14 ist etwas größer als die Breite B der von den Walzscheiben 12 geformten Primärnut 4, wobei hier die Breite B der Primärnut 4 an der Stelle gemessen wird, an der die Rippenflanke 5 in den Radius bereich des Rippenfußes 13 übergeht. Typischerweise beträgt die Dicke D der zylindrischen Scheibe 50% bis 80% der Rippen teilung T. Die zylindrische Scheibe 14 verdrängt Material von der Rippenflanke 5 zum Nutengrund 6 hin. Das verdrängte Mate rial wird durch die geeignete Wahl der Werkzeuggeometrie derart verlagert, daß es über dem Nutengrund 6 Materialvor sprünge 15 bildet und unmittelbar am Nutengrund 6 somit ein nicht ganz abgeschlossener Hohlraum 7 entsteht (Fig. 3). Dieser Hohlraum 7 verläuft in Umfangsrichtung mit nahezu gleichbleibendem Querschnitt. Der Hohlraum 7 stellt eine erfindungsgemäße, hinterschnittene Sekundärnut dar.

Es kann sich als zweckmäßig erweisen, die Scheibe 14 auf ihrer Mantelfläche entlang ihres Umfangs mit einem vollständig oder abschnittsweise konkaven Profil zu versehen, um so die Ver drängung des Materials der Rippenflanke 5 zu begünstigen.

Da der Durchmesser der zylindrischen Scheibe 14 kleiner ist als der Durchmesser der größten Walzscheibe des Walzwerkzeugs 11, wird die tiefste Stelle des primären Nutengrunds 6 durch die zylindrische Scheibe 14 nicht bearbeitet. Die Rohrwandung 18 wird demnach bei der Formung der hinterschnittenen Se kundärnuten 7 nicht geschwächt.

Ausführungsform 2

Diese Ausführungsform stellt eine Erweiterung von Ausführungs form 1 dar: Nach der zylindrischen Scheibe 14 befindet sich bei der zweiten Ausführungsform eine zahnradartige Kerbscheibe 16 im Eingriff, deren Durchmesser größer ist als der Durch messer der zylindrischen Scheibe 14, höchstens jedoch so groß wie der Durchmesser der größten Walzscheibe des Walzwerkzeugs 11 (Fig. 4). Der von der zylindrischen Scheibe 14 geformte, in Umfangsrichtung mit gleichbleibendem Querschnitt verlaufende Hohlraum wird durch die Kerbscheibe 16 durch in Umfangsrich tung regelmäßig angeordnete Eindrückungen 17 unterteilt. Es entstehen somit in Umfangsrichtung umlaufende, hinterschnitte ne Sekundärnuten 7, deren Querschnitt in regelmäßigen Ab ständen variiert ist (Fig. 5). Die Kerbscheibe 16 kann gerade oder schräg verzahnt sein.

Da der Durchmesser der zahnradartigen Kerbscheibe 16 nicht größer ist als der Durchmesser der größten Walzscheibe des Walzwerkzeugs 11, wird die tiefste Stelle des primären Nuten grunds 6 durch die zahnradartige Kerbscheibe 16 nicht weiter vertieft. Die Rohrwandung 18 wird demnach bei der Formung der hinterschnittenen Sekundärnuten 7 gemäß Ausführungsform 2 nicht geschwächt.

Ausführungsform 3

Nach der letzten Scheibe des Walzwerkzeugs 11 befindet sich eine zahnradartige Kerbscheibe 19 im Eingriff, wobei der Durchmesser der Kerbscheibe 19 höchstens so groß ist wie der Durchmesser der größten Walzscheibe (Fig. 6). Die Dicke D' der Kerbscheibe 19 ist etwas größer als die Breite B der von den Walzscheiben 12 geformten Primärnut 4, wobei hier die Breite B der Primärnut 4 an der Stelle gemessen wird, an der die Rippenflanke 5 in den Radiusbereich des Rippenfußes 13 über geht. Typischerweise beträgt die Dicke D' dieser Kerbscheibe 50% bis 80% der Rippenteilung T. Die Kerbscheibe 19 kann gerade oder schräg verzahnt sein. Die Kerbscheibe 19 verdrängt Material aus dem Bereich der Rippenflanken 5 sowie aus dem Radiusbereich am Rippenfuß 13 und hinterläßt dort von einander beabstandete Eindrückungen 20. Das verdrängte Material wird vorzugsweise in die unbearbeiteten Bereich zwischen den ein zelnen Eindrückungen 20 verlagert, so daß dort ausgeprägte Dämme 21 am Nutengrund 6 entstehen, die quer zu den primären Nuten 4 zwischen den Rippen 3 verlaufen. Die nun folgende Überwalzscheibe 22 konstanten Durchmessers verformt die oberen Bereiche dieser Dämme 21 in Richtung des Rohrumfangs, so daß zwischen den verformten oberen Bereichen 23 der Dämme 21 und dem Nutengrund 6 kleine Hohlräume 7 zwischen zwei benachbarten Dämmen 21 gebildet werden (Fig. 7). Diese Hohlräume 7 stellen die erfindungsgemäßen, hinterschnittenen Sekundärnuten dar. Der Durchmesser der Überwalzscheibe 22 muß kleiner gewählt werden als der Durchmesser der Grundkerbscheibe 19.

Da der Durchmesser der zahnradartigen Kerbscheibe 19 nicht größer ist als der Durchmesser der größten Walzscheibe des Walzwerkzeugs 11, wird die tiefste Stelle des primären Nuten grunds 6 durch die zahnradartige Kerbscheibe 19 nicht weiter vertieft. Die Rohrwandung 18 wird demnach bei der Formung der hinterschnittenen Sekundärnuten 7 gemäß Ausführungsform 3 nicht geschwächt.

Nachdem die hinterschnittenen Sekundärnuten 7 am Nutengrund 6 erzeugt wurden, werden die Rippenspitzen 8 mittels einer zahnradartigen Kerbscheibe 24 gekerbt. Dies ist in den Fig. 2/4/6 dargestellt. Anschließend erfolgt das Stauchen der gekerbten Rippenspitzen durch eine oder mehrere Stauchrollen 25. Die Rippen 3 erhalten so einen im wesentlichen T-förmigen Querschnitt, und die Nuten 9 zwischen den Rippen 3 werden bis auf Poren 26 verschlossen (Siehe Fig. 3/5/7).

Die Rippenhöhe H wird am fertigen Rippenrohr 1 von der tief sten Stelle des Nutengrunds 6 bis zur Rippenspitze des voll ständig geformten Rippenrohres gemessen.

Die erfindungsgemäßen, hinterschnittenen Sekundärnuten 7 am Grund 6 der Primärnuten 4 erstrecken sich vom Nutengrund 6 zur Rippenspitze hin, wobei sie sich maximal bis 45% der Rippenhö he H, typischerweise bis 20% der Rippenhöhe H ausdehnen.

Fig. 8 zeigt das Foto einer erfindungsgemäßen, hinterschnitte nen Sekundärnut 7 am Nutengrund 6. Die Schnittebene ist senk recht zur Umfangsrichtung des Rohres. Es ist hier ein Beispiel nach Ausführungsform 1 dargestellt. Die erkennbare Asymmetrie der Struktur ist durch unvermeidbare Toleranzen bei Werkzeug- und Vormaterialabmessungen bedingt. Die Vorsprünge 15 bestehen aus Material, das von den Rippenflanken 5 zum Nutengrund 6 hin verlagert wurde.

Fig. 9 zeigt im Vergleich das Leistungsverhalten zweier struk turierter Rohre bei Verdampfung des Kältemittels R-134a auf der Rohraußenseite, wobei eines der Rohre mit hinterschnitte nen Sekundärnuten am Nutengrund ausgeführt wurde. Dargestellt ist der äußere Wärmeübergangskoeffizient über der Heizflächen belastung. Die Sättigungstemperatur beträgt hierbei 14.5°C. Man erkennt, daß durch die hinterschnittenen Sekundärnuten am Nutengrund ein Leistungsvorteil erreicht wird, der bei kleinen Heizflächenbelastungen über 30%, bei großen Heizflächenbela stungen ca. 20% beträgt.

Strukturen mit hinterschnittenen Sekundärnuten am Nutengrund werden auch in EP 0.522.985 vorgeschlagen. Hierbei befindet sich die Struktur jedoch auf der Innenseite eines Rohres. Um die mechanische Stabilität derartiger Rohre insbesondere beim Aufweiten der Rohre zu gewährleisten, müssen die Sekundärnuten möglichst flach gestaltet sein. Dies wird durch die in EP 0.522.985 beschriebene, spitzwinklige Geometrie der Se kundärnuten erreicht. Bei rohrseitiger Verdampfung von Kälte mitteln herrscht im Rohr üblicherweise ein höherer Druck als auf der Rohraußenseite. Unter Innendruckbelastung geht auf grund der Kerbwirkung von den spitzwinkligen Rändern der Sekundärnuten eine erhöhte mechanische Belastung auf die Wand des Rohres aus. Dies muß durch eine dickere Rohrwandung kom pensiert werden. Dieser Sicherheitszuschlag in der Rohrwandung führt jedoch zu einem erhöhten Materialeinsatz und damit zu erhöhten Kosten.

Bei der hier vorgeschlagenen Gestaltung der hinterschnittenen Sekundärnuten 7 im Bereich des primären Nutengrunds 6 auf der Außenseite von berippten Rohren findet jedoch keine Schwächung der Rohrwandung 18 statt, da zur Bildung der Sekundärnuten 7 ausschließlich Material aus dem Bereich der Rippenflanken 5 und eventuell aus dem Radiusbereich 13 oberhalb des Nuten grunds 6 verwendet wird.

Claims

1. Metallisches Wärmeaustauscherrohr, insbesondere zur Verdamp fung von Flüssigkeiten aus Reinstoffen oder Gemischen auf der Rohraußenseite, mit auf der Rohraußenseite ausgeform ten integralen Rippen (3), deren Fuß (13) im wesentlichen radial von der Rohrwandung (18) absteht, wobei im Bereich des Nutengrundes (6) der zwischen den Rippen (3) ver laufenden Primärnuten (4) Aussparungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen in Form hinterschnittener Sekundär nuten (7) ausgebildet sind.

2. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Rippen (3) und die Primärnuten (4) schraubenli nienförmig verlaufen.

3. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Rippen (3) und die Primärnuten (4) ringförmig verlaufen.

4. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Rippen (3) und die Primärnuten (4) in Axialrich tung verlaufen.

5. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hinterschnittenen Sekundärnuten (7) mit im we sentlichen konstantem Querschnitt in Richtung der Primär nuten (4) verlaufen.

6. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der in Richtung der Primärnuten (4) verlaufenden, hinterschnittenen Sekundärnuten (7) in regelmäßigen Abständen variiert ist.

7. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hinterschnittenen Sekundärnuten (7) im wesentli chen quer zur Richtung der Primärnuten (4) verlaufen.

8. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach einem oder mehre ren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die hinterschnittenen Sekundärnuten (7) maximal bis 45% der Rippenhöhe H ausdehnen.

9. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 8, da durch gekennzeichnet, daß sich die hinterschnittenen Sekundärnuten (7) maximal bis 20% der Rippenhöhe H ausdehnen.

10. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach einem oder mehre ren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (3) eine gleichmäßige Höhe H aufweisen.

11. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach einem oder mehre ren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenspitzen (8) gekerbt sind.

12. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (3) einen im wesentlichen T-förmigen Quer schnitt aufweisen.

13. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach einem oder mehre ren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es glatte Enden und/oder glatte Zwischenbereiche aufweist.

14. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach einem oder mehre ren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es als nahtloses Rohr ausgebildet ist.

15. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach einem oder mehre ren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es als längsnahtgeschweißtes Rohr ausgebildet ist.

16. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschrohres nach Anspruch 2, bei dem folgende Verfahrensschritte durch geführt werden:

a) Auf der äußeren Oberfläche eines Glattrohres (2) werden schraubenlinienförmig verlaufende Rippen (3) herausgewalzt, indem das Rippenmaterial durch Ver drängen von Material aus der Rohrwandung nach außen mittels eines Walzvorgangs gewonnen wird und das entstehende Rippenrohr (1) durch die Walzkräfte in Drehung versetzt und/oder entsprechend den entste henden Rippen (3) vorgeschoben wird, wobei die Rip pen (3) mit ansteigender Höhe aus dem sonst unver formten Glattrohr (2) ausgeformt werden,
b) das Glattrohr (2) wird durch einen dar inliegenden Walzdorn (27) abgestützt,
c) nach dem Herausformen der Rippen (3) wird durch radialen Druck Material von den Rippenflanken (5) und/oder aus dem Übergangsbereich (13) am Rippenfuß unter Ausbildung der hinterschnittenen Sekundärnuten (7) zum Nutengrund (6) Verlagert.

17. Verfahren nach Anspruch 16 zur Herstellung eines Wärme austauscherrohres nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß der radiale Druck im Verfahrensschritt c) mittels einer zylindrischen Scheibe (14) erzeugt wird, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der größten Walzscheibe (12) und deren Dicke D mindestens 50% und höchstens 80% der Rippenteilung T beträgt.

18. Verfahren nach Anspruch 17 zur Herstellung eines Wärme austauscherrohres nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net,
daß auf den Verfahrensschritt c) der Verfahrensschritt d) folgt, in dem der Nutengrund (6) durch weiteren radialen Druck mittels einer zahnradartigen Kerbscheibe (16), deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der zylindrischen Scheibe (14), maximal jedoch so groß wie der Durchmesser der größten Walzscheibe (12), stellen weise derart verformt wird,
daß in Umfangsrichtung regelmäßig voneinander beabstande te Eindrückungen (17) entstehen.

19. Verfahren nach Anspruch 16 zur Herstellung eines Wärme austauscherrohres nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net,
daß der radiale Druck im Verfahrensschritt c') mittels einer zahnradartigen Kerbscheibe (19) erzeugt wird, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der größten Walzscheibe (12), wodurch voneinander beabstande te Eindrückungen (20) entstehen, und
daß der Verfahrensschritt d') folgt, in dem durch weiteren radialen Druck mittels einer zylin drischen Überwalzscheibe (22) die hinterschnittenen Se kundärnuten (7) erzeugt werden.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeich net, daß jeweils eine gerade oder schräg verzahnte Kerbscheibe (16, 19) verwendet wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20 zur Her stellung eines Wärmeaustauscherrohres nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einem weiteren Verfahrensschritt e) die Rippen spitzen (8) durch radialen Druck mittels einer zahnrad artigen Kerbscheibe (24) gekerbt werden.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Verfahrensschritt f) durch weiteren radialen Druck die Rippenspitzen (8) mittels mindestens einer Stauchrolle (25) zu einem im wesentlichen T-förmigen Querschnitt gestaucht werden.