DD210965A5

DD210965A5 - Vorrichtung zur befestigung der waermeaustauscherplatten (-lamellen) auf tragrohren

Info

Publication number: DD210965A5
Application number: DD25523483A
Authority: DD
Inventors: Imre Bodai; Lajos Dudas; Laszlo Pataki; Janos Stamler
Original assignee: Huetoetechnika Ipari Szoevetke
Priority date: 1983-09-29
Filing date: 1983-09-29
Publication date: 1984-06-27

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine mechanische Befestigung der Waermeaustauscherplatten, wobei die Platten durch Aufbringen eines Fliesspressdruckes mit dem Tragrohr metallisch verbunden werden. Durch die Erfindung wird eine kostenguenstige, produktive Loesung vorgeschlagen, die leicht in automatische Produktionsprozesse integrierbar ist und den Einsatz von Bauelementen und Halbzeugen aus Aluminium gestattet. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass der auf den Rohrsitz der Waermeaustauscherplatte aufzubringende Druck mittels einer geschlitzten Huelse 3 mit einem Aussenkegel, einer sich daran anschliessenden Huelse 3 mit Innenkegel, einer Druckplatte 9 und einem auf der Druckplatte angeschlossenen Kraftuebertragungsorgan 14 erzeugt wird. Bei einer entsprechend bemessenen Druckkraft wird das Material des Rohrsitzes auf dem Tragrohr 1 zum Fliessen gebracht, wodurch eine feste metallische Verbindung zwischen Tragrohr 1 und Lamelle 2 entsteht.

Description

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Vorrichtung zum Befestigen von Wärmeaustauscherplatten oder Lamellen auf Tragrohren

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur mechanischen Befestigung von Wärmeaustauscherplatten oder -lamellen auf Tragrohren.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen;

In weiten Bereichen der Industrie, der Landwirtschaft und in Kommunalen Einrichtungen werden in großer Anzahl Wärmeaustauscher aus Platten hauptsächlich zu Kühlzwecken eingesetzt. Die Wärmeaustauscher bestehen im wesentlichen aus Rohren zum Transport des wärmetragenden Mediums und auf diese aufgezogenen Wärmeaust&ischerplatten. Um einen hohen Wirk ungsgrad bei der Wärmeübertragung zu erreichen, ist eine feste Verbindung zwischen dem Tragrohr und der Wärmeaustauscherplatte unbedingt erforderlich. Beim Einsatz von Stahlröhren und Wärmeaustauscherplatten aus Stahl werden diese Forderungen durch das Tauchen der Wärmeaustauscher in ein Zinn- oder Zinkbad erfüllt. Das Zinn gewährt den Korrosionsschutz der konstruktiven Elemente und sichert gleichzeitig eine exakte Verbindung der Wärmeaustauscherplatten mit dem Tragrohr. Bei dünnwandigen Tragrohren wird die Verbindung zwischen den Wärme-

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austauscherplatten und dem Tragrohr durch ein mechanisches Aufweiten des Rohres, z.B. mittels Kugeln hergestellt.

In Verbindung mit der Produktion von Wärmeaustauschern richtet sich das Interesse der Fachleute immer mehr auf den Einsatz von Aluminium. Auf Grund der leichten Bearbeitbarkeit, der guten Wärmeleitfähigkeit und der Korrosionsbeständigkeit ist Aluminium für die Herstellung von Wärmeaustauschern ein rectitvorteilhafter Werkstoff.

Trotz dieser ausgezeichneten Eigerischaften konnte sich die Anwendung yön Aluminium bezüglich der auftretenden Probleme bei der Herstellung der erforderlichen metallischen Verbindung nicht verbreiten.

Bekanntlich besitzt die Aluminiumoberfläche eine sehr widerstandsfähige Oxidschicht, die die Entstehung einer metallischen Verbindung mit anderen Materialien verhindert. Das Entfernen dieser Oxidschicht und die Vorbereitung der Oberfläche für eine metallische Verbindung sind sehr kompliziert und erfordern sehr kostspielige Verfahren.

Bei einer bekannten Lösung wird die Verbindung zwischen dem Tragrohr und der Wärmeaustauscherplatte aus Aluminium mechanisch hergestellt. Bei dünnwandigen Rohren mit geringer Festigkeit kommt das bereits genannte Verfahren der Rohraufweitung zur Anwendung. Dieses Verfahren ist jedoch nur begrenzt anwendbar und bleibt auf solche Fälle beschränkt, wo auf das Tragrohr keine höheren Belastungen übertragen werden, die das Gewicht der Platten übersteigen. Nach einem ebenfalls bekannten Verfahren werden die Wärmeaustauscherplatten an dic&vandigen Rohren mit hoher Festigkeit durch Abstandsringe befestigt, die die

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Wärmeaustauscherplatten von zvyei Seiten umgeben. Diese Ringe gewähren einerseits eine stationäre Lage der Platten und bestimmen andererseits den Abstand zwischen den Platten.

Nach einer weiteren Lösung sind die Rohrsitze zur Aufnahme der Wärmeaustauscherplatten kegelförmig ausgebildet, wobei die Platten auf die Kegel ausgesteckt werden und mit Hilfe der Kegel die Abstandshalterung erfolgt.

Die Mangel dieser; Lösungen lassen sich, wie folgt, zusammenfassen;

Die Produktion ist mit einem hohen manuellen Arbeitsaufwand verbunden;

der Produktionsvorgang läßt sich nur schwer automatisieren Sowohl die Abstandsringe, als auch die speziell ausgebildeten Rohrsitze verhindern die Ausbildung von optimalen Wärmeströmungen.

Bei Tiefkühlung entsteht Eis an den Verbindungsstellen der Abstandsringe und an den Rohrsitzen, was schädliche Spannungen und die Verkürzung der Lebensdauer des Wärmeaustauschers zur Folge hat.

Die mögliche Kaltverformbarkeit von Aluminium beschränkt die spezielle Ausbildung der Rohrsitze*

Ziel der Erfindung;

Durch die Erfindung werden die aufgezeigten Mängel beseitigt und eine Lösung vorgeschlagen, die den wärmetechnischen Erfordernissen entspricht und bei hoher Produktivität eine lange Lebensdauer des erfindungsgemäß hergestellten Wärmeaustauschers gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Befestigung von Wärmeaustauscherplatten unter Anwendung eines dem Fließpressen angenähertem Verfahren zu entwickeln.

Grundvoraussetzung zur Herstellung dieser Verbindung ist, daß die Festigkeit des Rohres die Festigkeit derWärmeaustauscherplatten bedeutend übersteigt. Die Parameter dieser Elemente sind praktisch so zu wählen, daß die Festigkeit des Rohres innerhalb der Grenzen für die elastische Formänderung das Material des Rohrsitzes der Wärmeaustauscherplatten im Bereich einer bleibenden Formänderung liegt, d.h. fließt. Die besonderen Probleme bei der Lösung der Aufgabe bestehen darin, daß der mechanische Druck auf einen ringförmigen Rohrsitz der Wärmeaustauscherplatte ausgeübt werden muß, wobei in Abhängigkeit von der Konstruktion des Wärmeaustauschers die Lamellen auf mehreren Tragrohren angebracht werden müssen, die sehr nahe aneinanderliegen und in mehreren Reihen angeordnet sind.

Das Wesen der Erfindung besteht nun darin, daß der Rohrsitz der Wärmeaustauscherplatte von einer geschlitzten Hülse mit Außenkegel umgeben ist, die mit einer weiteren Hülse mit einem Innenkegel zusammenwirkt» Übt man über die Hülse mit Innenkegel auf die Hülse mit Außenkegel einen Druck aus und verhindert gleichzeitig eine axiale Bewegung, so verschieben sich die durch Auftrennen der Hülse mit Außenkegel entstandenen Segmente radial und üben eine Preßkraft auf den Rohrsitz aus.

Durch eine angemessene Dimensionierung der Rohrsitze der Hülse und der Schubkraft läßt es sich erreichen, daß

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der Rohrsitz infolge der ausgeübten Kraftwirkung fließt und mit dem Tragrohr eine feste, mechanische Verbindung eingeht. Schließt man die Anlage an einen Automat für die Wärmeaustauscherproduktion an und setzt man die zum Verpressen notwendige Bewegung der Hülsen in das Programm des Automaten ein, so läßt sich die Produktion vollständig automatisieren.

Ausführungsbeispiel:

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: die Vorrichtung im Teilschnitt,

Fig. 2: eine gergrößerte Darstellung der wichtigsten Funktionselemente der Vorrichtung.

Die Vorrichtung - Fig. 1 - ist mittels Gewindezapfen 8 an den Ausetzkopf eines Automaten für die Kühlblockherstellung nach HU-PS 158 058 angeschlossen.

Die Wärmeaustauscherplatte 2 wird auf übliche Weise auf das Tragrohr 1 aufgesetzt.

Bevor die Platte die Befestigungsstelle erreicht, wird der hydraulische Zylinder 14 betätigt, dessen Kolbenstange die Preßplatte 9 nach vorn schiebt. Der hydraulische Zylinder 14 ist an den Zapfen 8 durch die Tragplatte 16 befestigt. Die Ölversorgung des hydraulischen Zylinders erfolgt über die Leitung 15.

Durch die Preßplatte 9 wird die Schubkraft auf die Hülse 4 mit Innenkegel übertragen, deren Anzahl der Anzahl der

Tragrohre entspricht. Die geschlitzte Hülse 4 mit Innenkegel drückt die Segmente der ebenfalls geschlitzten Hülse 3 mit Außenkegel, die vermittels des Befestigungsbolzens 5 am Aufsetzkopf 7 befestigt ist, wobei die sich zusammendrückenden Segmente den zylindrischen Rohrsitz der Wärmeaustauscherplatte 2 auf den äußeren Hantel des Rohres aufpressen.Dieser Preßvorgang läßt sich sowohl während der Bewegung als auch in Ruhestellung des Aufsetzkopfes durchführen. Bei Rückkehr der Kolbenstange in die Äusgangslage nimmt die Druckplatte 9 die Hülse 4 mit Innenkegel über die Achsmutter 12 mit, während die geschlitzte Hülse 3 mit Außenkegel vom Druck befreit wird und ihre ursprüngliche Form einnimmt. Wenn der Aufsetzkopf wieder in die Ausgangslage zur Durchführung eines weiteren Aufsetzvorganges zurückkehrt, so nimmt er gleichzeitig die Vorrichtung zur Plattenbefestigung mit·

Bei der Herstellung eines Wärmeaustauschers mit mehreren Tragrohren treten in Abhängigkeit vom zulässigen Toleranzfeld im Außendurchmesser des Tragrohres unterschiedliche Preßkräfte beim Befestigen der Rohrsitze der Wärmeaustauscherplatten auf, wobei der Preßvorgang vom größten Rohrdurchmesser bestimmt wird. Dadurch könnte es sich ergeben/daß bei großer Streuung der Rohrdurchmesser der Rohrsitz der Platte am Tragrohr mit dem kleinsten Durchmesser nicht ausreichend verpreßt wird. Um dies zur vermeiden, ist es zweckmäßig, in Abhängigkeit vom Toleranzbereich derAußendurchmesser der Tragrohre unterschiedliche Hülsen 4 mit Innenkegel einzusetzen.

Diesem Zweck dient auch der vor der Druckplatte 9 angeordnete elastische Ring 11, wobei zwischen dem elastischen Ring 11 und der Hülse 4 mit I_nnenkegel eine Unterlage IO angeordnet ist.

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Falls der Preßvorgang infolge eines Tragrohrdurchmessers bereits an einem Rohr abgeschlossen ist, d.h. sich die Hülse 4 mit Innenkegel an diesem Tragrohr nicht mehr weiterbewegen kann, tritt bei weiterer Schubkraft eine Deformation des elastischen Ringes 11 ein* Dadurch kann der hydraulische Zylinder 14 die Druckplatte 9 weiter voranschieben, um die Sitze an den Tragrohren mit kleinerem Rohrdurchmesser ebenfalls fertig^zu^etellen.

Nach Abschluß des Preßvorganges erhält man eine bewegungsfreie feste Verbindung. Infolge der abweichenden Rohrgrößen bzw. der Ungleichmäßigkeiten der Rohre könnte es vorkommen, daß sich die Druckplatte 9 aus der theoretischen Ebene hinausversetzt· Die hierbei entstehenden schädlichen Kraftwirkungen können durch die Lagerung der Leitachse mittels Kugelsitz beseitigt werden.

Durch die vorliegende Lösung können auf relativ einfachem, mechanischem Wege Verbindungen hergestellt werden, die eine hohe Fertigkeit besitzen und alle wärmetechnischen Anforderungen erfüllen.

Wärmeaustauscherplatten mit speziell ausgebildeten Rohrsitzen bzw. Hilfsplatten (Abstandsringe), die produktionsmäßige, wärmeströmungsmäßige und beständigkeitsmäßige Probleme verursachen, sind nicht notwendig. Die erfindungsgemäße Lösung läßt sich leicht in einen automatischen Produktionsprozeß integrieren und gestattet den Einsatz von Aluminium bzw. Aluminium-Halbzeugen.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nicht allein auf die Anwendung von Warmeaustauscherplatten aus Aluminium beschränkt, sondern kann vorteilhaft auch zum Verpressen von Wärmeaustukshcerplatten aus anderen Metallen eingesetzt werden.

Sie kann beispielsweise auch für die Herstellung von IVärmeaustauschern aus Rotkupfer benutzt werden, wobei gegenwärtig die Befestigung der Wärmeaustauscherplatten auf den Tragrohren durch Aufzuweiten der Rohre erfolgt.

Die Anwendung der Vorrichtung ist auch nicht an den Einsatz eines Automaten für die Kühlblockproduktion gebunden. Mit Hilfe der Vorrichtung lassen sich auch perfekte Verbindungen herstellen, wenn der Durchmesser des Rohrsitzes den Durchmesser des Tragrohres soweit übersteigt, daß ein manuelles Aufsetzen der Teile erforderlich ist, d.h. daß die Vorrichtung auch für einen manuellen Fertigungsprozeß einsetzbar ist.

Claims

Pate η t a η sprüche

1. Vorrichtung zur Befestigung von Wärmeaustauscherplatten oder -lamellen auf Tragrohren, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus geschlitzten Hülsen (3) mit Außenkegel, entsprechend den Weiten der Rohrsitze der Wärmeaustauscherplatten, sich daran anschließenden Hülsen (4) mit Innenkegel, Druckplatten (9) und einem Kraftübertragungsorgan (14) besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Druckplatte (9) und der Hülse (4) mit Innenkegel ein federndes Element (11) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (9) über Kugelsitze (13) gelagert ist. '

-Hierzu 2 Blatt Zeichnungen -