DE1918820A1

DE1918820A1 - Verfahren zur Herstellung von mit Rippen versehenen Rohren

Info

Publication number: DE1918820A1
Application number: DE19691918820
Authority: DE
Inventors: Pomeroy Patrick Reginald Dan; Clark Arthur Wellesley Stewart
Original assignee: ALUMINIUM FOILS Ltd
Current assignee: ALUMINIUM FOILS Ltd
Priority date: 1968-04-16
Filing date: 1969-04-14
Publication date: 1969-11-06
Also published as: FR2006292A1; GB1210466A

Description

DIPL.-ING. H. MARSCH 4 Düsseldorf,

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PATENTANWÄLTE

Beschreibung zum Patentgesuch

der ALUMINIUM FOILS LIMITED, a British Company of Thorn House, Upper St. Martin's Lane, London, W.O. 2 ENGLAND

betreffend:

" Verfahren zur Herstellung von mit Rippen versehenen Rohren"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit Rippen versehenen Rohren, die insbesondere für die Verwendung in Wärmetauschern bestimmt sind, speziell für die Kühler von Verbrennungskraftmaschinen und für Automobilheizanlagen.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von mit Rippen versehenen Rohren vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Bahn aus steifem, Jedoch biegbarem Material mit Einschnitten versehen wird, die von einer Kante der Bahn ausgehen und bis zu einer zur Hahnachse parallelen Linie reichen, dass das Bahnmaterial zwischen den Einschnitten aus der Bahnebene in der gleichen Richtung ausgestellt wird, dass der verbleibende Teil der Bahn durch Biegen

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um eine Serie von parallelen, geneigten, sich vom Grund der Einschnitte bis zur gegenüberliegenden Bahnkante, erstreckenden Linien in eine Spirale gewickelt wird, bei der die ausgestellten Bahnabschnitte von dem sieh ergebenden Rohr nach außen stehen und die Einschnittlänge,-abstände und die Neigung der Biegelinien so gewählt sind, dass sich ein Rohr mit einander überlappenden spiraligen Windungen ergibt, von dem die ausgestellten Bahnabschnitte als Rippen abstehen, und dass das Rohr durch die Überlappung oder zusätzliche Maßnahmen an sich bekannter Art abgedichtet wird.

Durch dieses Verfahren werden Rohre hergestellt, deren Rippen einstückig mit Rohrkörper verbunden sind, so dass den der Wärmeübergang zwischen dem Rohrkörper und den Rippen verbessert wird. Die Rohre können aus einer großen Zahl verschiedenen streifenförmigen Materials hergestellt werden, beispielsweise Metallen, mehrmetalligen Aufbauten, Kunststoffen und Fasermaterialien, beispielsweise harzimprägniertem Papier und alle diese Materialien allein oder in Kombination miteinander. Für Wärmetauscher ist metallisches Streifenmaterial bevorzugt. Aluminium und Aluminiumlegierunecen von hartem, mittlerem oder weichem Tempergrad sind besonders geeignet.

Vorzugsweise ist die Breite des verbleibenden Teils der Bahn ein ganzaahliges Vielfaches der Spiralsteigung, so dass das fertige Rohr eine Gesamtwandstärke aufweist, die ein entsprechendes Vielfaches der Bahndicke ist.

Die Einschnitte können die Form von Schlitzen haben, einer solchen Breite, dass eine Biegung um einen Winkel von l8o° möglich ist, wobei die Schmalseiten eines flachen Rohres

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von solchen Abschnitten des Bahnmaterial gebildet werden, die an den Schlitzstellen stehenbleiben und wobei die Schmalseite des Rohres eine Breite besitzt, die der Breite eines Schlitzes entspricht und sich biegt zwischen den breiteren Seiten des Rohres, In einer anderen Ausführungsform können die Einschnitte beispielsweise abwechselnd Schlitze und einfache Einschnitte sein, so dass die Biegung an den Schlitzen um einen Winkel von mehr als l8o° erfolgen kann und an den Einschnitten ,um einen entsprechend geringeren Winkelj was einen Querschnitt ergibt, in dem zwei breite Seiten sich an einem Punkt, an einem Ende berühren und durch einen schmalen gebogenen Abschnitt am anderen Ende miteinander verbunden sind. In Jedem Falle, können diejenigen Seiten des Rohres, welche die Rippen tragen, ihrerseites geringfügig gewölbt sein, was beim Zusammenbau des Rohres vorteilhaft sein kann.

Die Einschnitte können auf Achsen liegen, welche Verlängerungen der genanten geneigten parallelen Linien sind, und das Material der Bahn zwischen den Einschnitten kann um die zur Längsachse.der Bahn parallele Linie,bis zu der sich die Einschnitte erstrecken, erfolgen. Auf diese Weise bilden die Rippen gerade parallelogramförmige Abschnitte eines spiraligverrücktem Abschnitts rings um das sich ergebende Rohr. Das Biegen des Material zwischen den Einschnitten kann anstelle dessen jedoch auch um Linien erfolgen, die senkrehst zu den geneigten parallelen Linien sind, wobei sich Rippen ergeben, die senkrecht v.ir Achse des sich ergebenden Rohres stehen. Die äufteren E** Λ en der Rippen können dann parallel zur Biqgelinie der Hippen beschnitten werden, so dass sich rechteckige Rippen ergeben. Eine Biegung längs Linien unter, anderen Winkeln zu- den genannten geneigten parallelen Linien kann manchmal vorteilhaft sein. In einem bevorzugtem Ausführungsbeispiel sind die Einschnitte senkrecht zur Bahnkante. Das

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fertige Rohr selbst kann mit einer Spiralverdrehung versehen werden·

Vorteilhafterweise werden die einander überlappenden Abschnitte, die sich bei der Ausbildung des Rohres ergeben, miteinander verbunden, damit sich ein stabilerer Aufbau ergibt, der an den Verbindungsstellen abgedichtet für die jeweiligen Medien ist. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist besonders für eine Verklebung geeignet, doch sind auch andere Verbindungsmethoden anwendbar, beispielsweise bei Aluminium, wodurch sich eine Möglichkeit ergibt, das Gebiet der Wärmetauscher für eine vermehrte Anwendung von Aluminium zu öffnen« Demgemäß kann derjenige Abschnitt der Bahn, aus dem später die Rohrwandungen gebildet werden, mit einem Haft- oder Klebstoff vorbehandelt oder während der Fertigung beschichtet werden, um die einander überlappenden Schichten miteinander zu einer stabilen Rohrwandung zu vereinigen. Alternativ kann die gesamte Bahn mit einem Material beschichtet werden, das gleichzeitig als Haftmittel und als Schutzschicht dient, oder die beiden Punktionen können durch zwei verschiedene Materialien erfüllt werden, die auf eine oder beide Seiten der Jeweiligen Bereiche aufgetragen werden, die geschützt oder miteinander verbunden werden sollen.

Die Rippen selbst können deformiert werden, damit sich e ine Turbulenz des Mediums ergibt, das über die Außenseite des Rohres strömt. Eine solche Defamierung kann aus Wellungen bestehen öder kann durch Ausschneiden von Lappen gebildet werden.

Die wichtigsten Paktoren für die Bmessung der Materialstärke und Breite sind die Rohrfestigkeit, die erforderlich ist, sowie die Steifheit der Rippen» Im Falle von Aluminium und Aluminiumlegierun^en sind zwar Folien mit einer so geringen

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Stärke wie o,o2 ram brauchbar, doch dürfte bei ihnen die Stabilität der Rippen ungenügend sein, falls nicht die Strömung außerhalb des Rohrer sehr niedrig istr Bevorzugte Bahnstärken liegen oberhalb von 0,075 mm.

Die Biegung zur Ausbildung des Rohres kann erfolgen, indem die Bahn auf einen Dorn einer Wickelmaschine aufgewickelt wird. Ein Schlitz kann ausgebildet werden, indem das Material entfernt wird,oder indem Metall von dem geraden Einschnitt zurückgebogen wird, so dass die Kante der sich ergebenden Rippe verstärkt wird. Im Palle eines polygonalen Rohrquerschnitts mit mehr als sechs Seiten, wird das Entfernen oder das Ausstellen von Material an den Einschnitten Überflüssig.

Die Verbindung der einander überlappenden Abschnitte kann auf der Wickelmaschine ausgeführt werden, odeiyln einem davon getrennten Arbeitsgang. Bestimmte metallische Materialien können durch Tauchlöten nach der Ausbildung des Rohres behandelt werden. Metallstreifen, die vorher mit Lot beschichtet worden sind, können eingesetzt werden, und das fertiggestellte Rohr kann verfestigt werden, indem es ausgeheizt wird. Die hier<beiden Verfahren sind besonders vorteilhaft,wenn das Verfahren gemäß der ErfMung auf Rohre aus Kupferstreifen angewandt wird. Bestimmte Metalle, wie Stahl, können auf einem Dorn durch elektrisches Widerstandsschweißen miteinander verbunden werden. Offensichtlich können andere übliche Methoden für den gleichen Zweck eingesetzt werden.

Es kann vorteilhaft sein, Material zu verwenden, das an der Oberfläche etwas bossiert ist. Auf diese Weise wird die Haftung der einander überlappenden Oberflächenabschnitte verbessert,und das Abziehen der fertiggestellten Rohre von einem Wickeldorn kann erleichtert werden.

χ genannten

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Die Rohre, die gemäß der. Erfindung hergestellt werden, können kontinuierlich gefertigt werden, es ist Jedoch bevorzugt, dass sie in Längen, erzeugt ,werden, die für_; die Jewels^! ins Auge gefassten Wärmetauscher bereits richtig sind. Rohre solcher vorbestimmter Abschnittlängen können an den Enden mit Einrichtungen versehen werden, für die Anbringung an Kopfanschlüssen, Schlauchleitungen und dergleichen.

Die Erfindung soll anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.

Es zeigen: ■ ■ ν :

Pig. i eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer geschlitzten Bahn für den Biegevorgang gemäß der Erfindung;

Fig. 2 perspektivisch eine mit Rippen versehene Rohranordnung, die aus der Bahn nach Fig. 1 hergestellt worden ist, wobei Teile weggebrochen sind, um die Konstruktion zu erläutern;

Fig. 3 eine Draufsicht; und

Fig. 4 eine Seitenansicht des Rohres nach Fig. 2,-

Fig. 5 eine ähnliche Darstellung wie Fig.l einer geschlitzten und an den Ecken beschnittenen Bahn;

Fig. 6 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1 einer andersartig geschlitzten Bahn;

Fig.· 7 eine Darstellung ähnlich Fig. 3, einer mit

Rippen versehenen Röhre, die aus der Bahn nach Fig. 6 hergestellt worden ist;

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Figuren 8 bis 11 vergleichende Darstellungen verschiedener

Typen von Rippen;

Fig. 12 perspektivisch ein gerades vierseitiges mit

Rippen versehenes Rohr,gemäß der Erfindung; und

-■i Fig. 13 eine ähnliche Darstellung eines spiraligen

vierseitigen Ausschnitts aus einem Rohr mit Rippen, gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt.wie Schlitze 2 in eine Bahn 1 längs Mittel-

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linien X-Y unter einem Winkel tan Umfang/ Teilung zu den Kanten zu der Bahn eingeschnitten sind₉ so dass sich Rippenabschnitte und ein verbleibender Bahnabschnitt H ergeben. Die Rippenabschnitte 3 werden auf der Linie A-B aus der Zeichenebene herausgebogen, und zwar alle in der gleichen Richtung, so dass sich ein mit Rippen versehener Streifen ergibt, der dann in eine Spirale auf der Linie X-Y gebogen wird, so dass sich eine flache mit Rippen versehene Röhre ergibt, wie in den Figuren 2bis 4 dargestellt, mit einer' öffnung 5.

Fig. 5 zeigt eine in ähnlicher Weise geschlitzte Bahn wie in Fig. 1 , wobei jedoch die Rippenabschnitte 3 Kanten aufweisen, die parallel zu den Rippenbiegelinien A-B beschnitten sind, welche senkrecht auf den Biegelinien des verbleibenden Bahnabschnlcts X- " stehen. Das auf diese Weise gefertigte flache, mit Rippen verrenene Rohr,besitzt rechteckige Rippen, die senkrecht auf der Rohrachse stehen.

In Fig. 6 entsprechen di^s Bezugsseichen und Buchstaben denen nach Fig. 1»und Pig. 7 ist eine Draufsicht auf ein mit Rippen versehenes Rohr, das erzeugt wurde, indem die geschlitzte Bahn nach Fig. 6 erfindingsgemäß gebogen worden ist*

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Pig. 8 zeigt eine Draufsicht auf eine flache rechteckige Rippe, zum Vergleich mit Fig. 9 bis 11. Die Pig. 9 und zeigen skizzenhaft Wellungen 6 in der Rippe, die senkrecht bzw. parallel zu der entsprechenden Seite des Rohres stehen, während Fig. 11 darstellt, wie Vorsprünge 7 aus der Rippe ausgestellt sind.

Die Fig.. 12 und 13 zdgen mit Rippen versehene Rohre vierseitigen Querschnitts mit geneigten Rippen, wobei das Rohr nach Fig. 12 gerade ist und das nach Fig. 13 in eine Spirale verdreht ist.

Das nachfolgende Beispiel soll den Erfindungsgedanken näher erläutern:

Ein mit Rippen versehenes Rohr wird gebildet aus einer Blechbahn aus hartgetemperter Aluminiumlegierung mit 1,25/8 Magnesiumgehalt in einer Dicke von o,o75 mm und einer Breite von 31 mm. Von einer Kante dieser Bahn wenden mittels eines automatischen Starcwerkzeuges Schlitze in einer Breite von 3,969 mm und einer Länge von 6 mm in einer regelmäßigen Teilung von 28,575 mm gestanzt. Die innere Kante Jedes Schlitzes wird halbkreisförmig aus gerundet mit einem Radius von 1,98¹I mm. Die für die Bildung jeder Rippe zur Verfügung stehende Blechfläche beträgt demgemäß 24,6ο6 mm χ 6mm. Die Folie wird dicht aufgewickelt, zur Ausbildung einer Spirale von 8mm Teilung auf einem rotierenden flachen Stangendorn, mit etwa 25 mm Breite und 3,175 mm Dicke, der vorzugsweise an den Kanten abgerundet ist und eine leichte Wölbung der breiteren Flächen aufweist. Die Wickelspannung wird in entsprechender Weise gesteurt, derart, dass die geschlitzten Abschnitte des Streifens genau in die Kante des Dorns zu liegen kommen, während die Rippen, welche durch Passieren über eine Faltstange ausgestellt worden sind,

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die breiteren Flächen einnehmen. Zur Kompression jeder Windung wird Druck angewandt mittels einer federbelasteten Ralle, die zwischen den ausgestellten Rippen läuft.

Auf diese Weise wird ein Rohr gebildet, bei dessen Wandung die endgültige Dicke des Metalles o,225 mm beträgt, d.h. das Dreifache der Materialstärke, weil die Wandung durch die Überlappung gebildet wird.

In zwei getrennten Arbeitsgangen wurde ein Blech verarbeitet, das mit einer Klebstofflage beschichtet war, sowie ein unbeschichtetes Blech, auf das ein Streifen aus viskosem Klebstoff aus einer Presse zwischen den einander überläppenden Windungen gegeben wurde,

Ih beiden Fällen wurde das so gebildete Rohr einer Wärmebehänd rung ausgesetzt, wie sie durch den jeweiligen Klebstoff e-f förderlich wurde, damit sich eine maximale Haftung ergab. Das Rohr wurde dann von dem Dorn abgezogen»

Um Wärtnetauschereinheiten aufzubauen, bei denen die mit Rippen versehenen Rohre nähe äneinandergebracht werden können, ist es vorteilhaft, fortlaufend Rohre in rechtsgängigen und linksgängigen Spiralen zu wickeln und sie abwechselnd anzuordnen. Wenn man so vorgeht, liegen die Rippen benachbarter Seiten von benachbarten Röhren in Ebenen^ die zueinander parallel sind. Auf diese Weise beträgt der Abstand zwischen den Rohren nicht mehr als die Höhe einer einzfeen Rippe, und es ergibt sich ein Strömungs· pfad, der keine Windungen aufweist.

Es versteht sich, dass Rohre/gemäß der Erfindung hergestellt, besonders geeignet sind für Automobil- oder andere Fähr*

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zeugheizungen^ für· Ölkühler, Erhitzer, industrielle Wärmetauscher, Klimaanlagen, Kühleinheiten und andere Wärmetauscherbäugruppen.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Herstellung von mit Rippen versehenen Rohren, dadurch gekennzeichnet, das« eine Bahn aus steifem, Jedoch biegbarem Material mit Einschnitten versehen wird, die von einer Kante der Bahn ausgehen und bis zu einer zur Bahnachse parallelen Linie reichen, dass das Bahnmaterial zwischen den Einschnitten aus der Bahnebene in der gleichen Richtung ausgestellt wird, dass der verbleibende Teil der Bahn durch Biegen um eine Serie von parallel -, geneigten, sich vom Grund der Einschnitte bis zu gegenüberliegenden Bahnkante erstreckenden Linien in eine Spirale gewickelt wird, bei der die ausgestellten Bahnabschnitte von dem sich ergebenden Rohr nach außen stehen und die Einschnittlänge,—abstände und die Neigung der Biegelinien so gewählt sind, dass sich ein Rohr mit einander überlappenden spiraligen Windungen ergibt, von dem die ausgestellten Bahnabschnitte als Rippen abstehen, und dass das Rohr durch die Überlappung oder zusätzliche Maßnahmen an sich bekannter Art abgedichtet wird.

2.) Verfahren zur Herstellung von mit Rippen versehenen Rohren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des verbleibenden Teils der Bahn ein ganzzahliges Vielfaches der Spiralsteigung ist, so dass das fertige Rohr eine Gesamtwandstärke säe aufweist, die ein entsprechendes Vielfaches der Bahndicke ist.

3») Verfahren zur Herstellung von mit Rippen versehenen Rohren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vielfache drei beträgt·

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4.) Verfahren zur Herstellung von mit Rippen versehenen Rohren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte die Form von Schlitzen besitzen mit einer Breite, die eine Biegung um l8o° .zulässt,-'und dass die schmalen Seiten des sich ergebenden flachen Rohrs an den ausgeschnittenen Bahnstellen zu liegen kommen, eine Breite entsprechend der der Schlitze erhalten und zwischen den breiten Seiten des Rohrs gebogen werden.

5.) Verfahren zur Herstellung von mit Rippen versehenen Rohren nach Anspruch *f, dadurch gekennzeichnet, dass auch die mit den Rippen versehenen Seiten des Rohres mit einer leichten Wölbung versehen werden.

6.) Verfahren zur Herstellung von mit Rippen versehenen' Rohren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte auf Verlängerungen der geneigten Linien gelegt werden.

7.) Verfahren zur Herstellung von mit Rippen versehenen Rohren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte rechtwinklig zu den Bahnkanten vorgenommen werden.

8.) Verfahren zur Herstellung von mit Rippen versehenen Rohren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen parallel zur Bahnachse ausgestellt werden.

9·) Verfahren zur Herstellung von mit Rippen versehenen Rohren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zwischen den Einschnitten aus der Bahnebene um Linien

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herausgebogen wird, die senkrecht auf den geneigten Linien stehen, so dass sich Rippen senkrecht zur Rohrachse ergeben.

lo.) Verfahren zur Herstellung von mit Rippen versehenen Rohren na'ch einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das fertiggestellte Rohr anschließend spiralig verdreht wird.

11.) Verfahren zur Herstellung von mit Rippen versehenen Rohren nach einem der Ansprüche 1 bis Io, dadurch gekennzeichnet, dass die einander bei der Rohrherstellung überlappenden Abschnitte der Bahn mittels eines Klebers verbunden werden.

12.) Verfahren zur Herstellung von mit Rippen versehenen Rohren nach einem der Ansprüche i bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen nach dem Aufwickeln der Bahn deformiert werden zur Erzeugung einer turbulenten Strömung eines das Rohr außen umfließenden Mediums.

13.) Verfahren zur Herstellung von mit Rippen versehenen Rohren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bahnmaterial zwecks besserer Haftung einander überlappendei Abschnitte bossiert wird.

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