DE102004061354B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Wärmetauschers, insbesondere für Massen in der Süßwarenindustrie - Google Patents
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Abstract
Es
wird ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (10) vorgeschlagen,
bei dem der Wärmetauscher
(10) mehrere, jeweils gleich ausgebildete Leitbleche (26) aufweist.
Die Leitbleche (26) bilden eine wendelförmige Führung für die Masse aus. Die Leitbleche
(26) sind von Wärmetauscherrohren
(23) durchdrungen. Zur Ausbildung von Durchgangsöffnungen (28) in den Leitblechen
(26) für
die Wärmetauscherrohre
(23) wird erfindungsgemäß eine Halteeinrichtung
(30) vorgeschlagen, die mit einer Laserstrahleinrichtung (50) zusammenwirkt.
Durch die Ausbildung der Durchgangsöffnungen (28) an den bereits
mit ihrer endgültigen
Steigung versehenen Leitblechen (26) lassen sich die Durchgangsöffnungen
(28) sehr genau an die Wärmetauscherrohre
(23) anpassen. Dadurch werden Überströmverluste
der Masse an den Leitblechen (26) reduziert und der Wirkungsgrad
des Wärmetauschers
(10) erhöht.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, insbesondere für Massen in der Süßwarenindustrie, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Aus der DE 10 2004 028 528 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt, welcher aus einer Vielzahl von untereinander jeweils gleich ausgebildeten, insgesamt eine Wedel bildenden Führungselementen besteht. Die Führungselemente sind von parallel zur Längsachse des Gehäusemantels des Wärmetauschers angeordneten Rohren für ein Wärme- bzw. Kühlmedium durchdrungen. Die Führungselemente sind entweder stetig gekrümmt bzw. wendelförmig ausgebildet, oder sie haben neben senkrecht zur Längsachse des Gehäusemantels verlaufenden Führungsabschnitten schräg zur Längsachse des Gehäusemantels verlaufende Führungsabschnitte.
- Um zu gewährleisten, dass eine üblicherweise zu erwärmende Süsswarenmasse stets den Führungselementen folgt und nicht im Bereich der Öffnungen für die Rohre von der einen Seite des Führungselements direkt zur anderen Seite gelangt, ist es erforderlich, die Öffnungen für die Rohre an den Füh rungselementen möglichst exakt den Rohren anzupassen. Dies ist insoweit problematisch, als die schräg zur Längsachse des Wärmetauschers verlaufenden Bereiche der Führungslemente im Sinne einer Spaltfreiheit ovalförmige Öffnungen erfordern, die je nach Steigung der Wendel von innen nach außen unterschiedlich geformt sein müssen. Denkbar wäre, die Öffnungen im Sinne einer möglichst einfachen Herstellung als runde Bohrungen mit großem Übermaß auszubilden. Die dadurch vorhandenen Spalte zwischen den Öffnungen und den Rohren bewirken infolge des schnelleren Durchtritts der Masse von der Eintritts- zur Austrittseeite des Wärmetauschers einen reduzierten Wirkungsgrad. Man könnte nun zwar zur Erhöhung des Wirkungsgrades versuchen, die Spalte beispielsweise zu verschweißen. Dies widerspricht jedoch dem Wunsch einer kostengünstigen Herstellung und ist aufgrund der engen Anordnung der einzelnen Rohre in der Praxis kaum durchführbar.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers bereitzustellen, das bei vertretbaren Kosten einen besonders hohen Wirkungsgrad des Wärmetauschers ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Öffnungen für die Rohre in den Führungselementen erst eingebracht werden, nachdem das betreffende Führungselemente in seine für die wendelförmige Führung erforderliche Form gebracht wurde. Dadurch läßt sich die Form der Öffnungen exakt, das heißt mit minimalem Spalt, an die Rohre anpassen.
- Besonders vorteilhaft ist es, die Öffnungen mittels einer Laserstrahleinrichtung auszubilden, da dies eine rationelle Fertigung ermöglicht. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine zum Durchführen des Verfahrens geeignete Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung eines Wärmetauschers, -
2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausbildung der Öffnungen in einem Führungselement in perspektivischer Ansicht, -
3 die Vorrichtung gemäß2 aus einer anderen Perspektive und -
4 eine Seitenansicht auf die Vorrichtung gemäß2 und3 während der Herstellung der Öffnungen in einem Führungselement. - In der
1 ist ein Wärmetauscher10 dargestellt, wie er in der Süßwarenindustrie zum Herstellen bzw. Verarbeiten von Massen wie Zucker/Glukose-Lösungen oder ähnlichem dient. Der Wärmetauscher10 weist einen hohlzylindrisch ausgebildeten Gehäusemantel11 auf, welcher in der1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur teilweise sichtbar ist. An seinen Stirnseiten hat der Gehäusemantel11 jeweils einen Anschlussflansch12 ,13 , der mit jeweils einem Verschlußstück14 ,15 verbunden ist. Die jeweils glockenförmig ausgebildeten Verschlußstücke14 ,15 weisen einen Zulauf16 bzw. einen Ablauf17 für ein Heiz- oder Kühlmedium auf. Ferner sind im Gehäusemantel11 nahe der Anschlußflansche12 ,13 ein Zulaufstutzen18 bzw. ein Ablaufstutzen19 für die zu erwärmende oder zu kühlende Masse angeordnet, welche in der1 nur vereinfacht dargestellt sind. - In den Innenraum des Gehäusemantels
11 ist ein Wärmetauschereinsatz20 einsetzbar. Der Wärmetauschereinsatz20 weist ein zentral in der Längsachse des Gehäusemantels11 angeordnetes, rohrförmiges Stützelement21 auf, das sich zwischen den beiden Anschlussflanschen12 ,13 erstreckt. Das Stützelement21 kann ebenfalls von dem Heiz- bzw. Kühlmedium durchströmt sein. Im Zwischenraum zwischen dem Stützelement21 und dem Gehäusemantel11 sind eine Vielzahl von Wärmetauscherrohren23 angeordnet, welche jeweils parallel zueinander verlaufen und in den Anschlussflanschen12 ,13 enden, welche hierzu entsprechende Durchgangsbohrungen aufweisen. Innerhalb der Wärmetauscherrohre23 wird das Heiz- oder Kühlmedium transportiert und zwar aus Richtung des Zulaufes16 in Richtung des Ablaufes17 . Weiterhin erstreckt sich im Zwischenraum zwischen dem Stützelement21 und dem Gehäusemantel11 ein wendelförmig ausgebildetes Leitelement25 für die zu erwärmende bzw. zu kühlende Masse. An das Leitelement25 schließt sich im Bereich des Zulaufstutzens18 ein Zulaufadapter22 und im Bereich des Ablaufstutens19 ein Ablaufadapter24 an. - Das Leitelement
25 besteht im Ausführungsbeispiel aus einer Vielzahl jeweils ring- bzw. wendelförmig ausgebildeter Führungselemente26 , welche aneinander anschließen und die wendelför- mige Führung für die Masse ausbilden. Dazu sind die Leitbleche26 an ihren schmalen Stirnseiten27 jeweils beispielsweise miteinander verschweißt und an ihrem Innenumfang mit dem Stützelement21 verbunden. - Im Ausführungsbeispiel ist die Anordnung der Leitbleche
26 innerhalb des Gehäusemantels11 derart, dass über die gesamte Länge des Wärmetauschers10 zwischen dem Zulaufadapter22 und dem Ablaufadapter24 jeweils die gleiche Steigung ausgebildet ist bzw. zwischen den einzelnen Leitblechen26 jeweils derselbe Abstand besteht. - In den Leitblechen
26 sind entsprechend der Anordnung der Wärmetauscherrohre23 Durchgangsöffnungen28 ausgebildet, um die Wärmetauscherrohre23 bei an dem Stützelement21 montierten Leitblechen26 montieren bzw. positionieren zu können. Dabei sind die jeweiligen Spalte zwischen den Durchgangsöffnungen28 und den Wärmetauschrohren23 möglichst klein ausgebildet, damit die Masse am Durchtritt an den jeweiligen Spalten gehindert ist. - Ergänzend wird erwähnt, dass in der Darstellung der
1 der besseren Übersichtlichkeit halber lediglich ein Teil der Wärmetauscherrohre23 dargestellt ist, während an den Leitblechen26 alle Durchgangsöffnungen28 dargestellt sind. - Der Wärmetauscher
10 arbeitet wie folgt: Die zu erwärmende bzw. zu kühlende Masse gelangt über den Zulaufstutzen18 in den Zwischenraum zwischen dem Gehäusemantel11 und dem Stützelement21 . Da der Zulauf der Masse unter Druck erfolgt, bewegt sich die Masse innerhalb der wendelförmigen Gänge, welche von den Leitblechen26 begrenzt sind, vom Zulaufstutzen18 zum Ablaufstutzen19 hin. Während des Durchtransports durch den Wärmetauscher10 ist die zu erwärmende bzw. zu kühlende Masse dabei in Kontakt zu denn Wärmetauscherrohren23 , welche mit einem entsprechenden Wärme- oder Kühlmedium durchströmt sind, wobei das Wärme- bzw. Kühlmedium über den Zulauf16 in den Wärmetauscher10 gelangt und über den Ablauf17 aus diesem abgeführt wird. - Zur Herstellung des Wärmetauschers
10 und insbesondere der Durchgangsöffnungen28 für die Wärmetauschrohren23 in den Leitblechen26 wird nachfolgend auf die2 bis4 Bezug genommen. Man erkennt eine Halteeinrichtung30 , die eine in etwa rechteckförmige Grundplatte31 und eine mit der Grundplatte31 verbundene Halteplatte32 aufweist. In der Grundplatte31 ist an den einander gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Durchgangsbohrung33 ,34 ausgebildet, die es ermöglicht, die Grundplatte31 an einem Adapter einer (nicht dargestellten) Dreheinrichtung anzuflanschen. Mittels der Dreheinrichtung läßt sich die Grundplatte31 in der Achse35 , in der auch die Halteplatte32 angeordnet ist, in Richtung des Pfeiles36 drehen. - In der Grundplatte
31 ist im Bereich der gegenüberliegenden Breitseiten mit geringem Abstand zum Rand der Grundplatte31 jeweils eine schlitzförmige Ausfräsung38 ,39 ausgebildet, die dazu geeignet ist, den jeweiligen Abschnitt41 ,42 eines Leitbleches26 an seinem Außenumfang aufzunehmen. Die in der Mitte zwischen den beiden Durchgangsbohrungen33 ,34 angeordnete, senkrecht zur Grundplatte31 angeordnete Halteplatte32 weist an den den Stirnseiten27 des Leitblechs26 zugewandten Seiten jeweils ebenfalls eine Ausfräsung43 ,44 zur Aufnahme des Leitblechs26 an seiner entsprechenden Stirnseite27 auf. Mittels der soweit beschriebenen Halteeinrichtung30 läßt sich ein Leitblech26 in seiner im Wärmetauscher10 erforderlichen und vorgesehenen Einbauposition positionieren, wobei das Leitblech26 , bevor es in der Halteeinrichtung30 montiert wird, mit einer entsprechenden Steigung versehenen bzw. vorgeformt ist. - Um das Leitblech
26 in der Halteeinrichtung30 bzw. deren Ausfräsungen38 ,39 ,43 ,44 zu fixieren ist eine rechteckförmige Fixierplatte45 vorgesehen, die mittels Schrauben auf der bis in Höhe der zentralen Öffnung46 des Leitelements26 ragenden Halteplatte32 befestigbar ist. Die Fixierplatte45 ragt dabei in die Öffnung46 hinein und positioniert somit das Leitblech26 in den Ausfräsungen38 ,39 ,43 ,44 . - In der
4 ist eine Laserstrahleinrichtung50 schematisch angedeutet. Die Laserstrahleinrichtung50 erzeugt einen Laserstrahl51 zum Ausbilden der Durchgangsöffnungen28 in einem Leitblech26 . Die Laserstrahleinrichtung50 ist mittels eines Stellantriebs in Richtung der Doppelpfeile53 ,55 , sowie senkrecht zur Zeichenebene der4 in dem Bereich des Leitbleches26 bewegbar, in dem die Durchgangsöffnungen28 auszubilden sind. Dabei erfolgt das Ausbilden der Durchgangsöffnungen28 aus fertigungstechnischen Gründen wegen der vorrichtungsnahen Durchgangsöffnungen28 , die mit dem Laserkopf der Laserstrahleinrichtung50 kollidieren würden in zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten. In einem ersten Arbeitsschritt werden dabei zuerst diejenigen Durchgangsöffnungen28 ausgebildet, welche auf dem einen Halbsektor54 des Leitbleches26 angeordnet sind (vergleiche2 ). Dabei wird der Laserstrahl51 für jede Durchgangsöffnung28 in der Ebene senkrecht zur Achse56 auf einer kreisförmigen Bahn bewegt, deren Durchmesser, unter Berücksichtigung entsprechender Montagetoleranzen, im wesentlichen dem Durchmesser der Wärmetauscherrohre23 entspricht. Anschließend wird das Leitblech26 mitsamt der Halteeinrichtung50 in der Achse35 um 180° gedreht, um den anderen Halbsektor55 entsprechend bearbeiten zu können. Nachdem die Durchgangsöffnungen28 in den beiden Halbsektoren54 ,55 ausgebildet sind, kann das Leitblech26 aus der Halteeinrichtung50 entnommen werden, um im nächsten Leitblech26 die Durchgangsöffnungen28 auszubilden. - Die Montage der Leitbleche
26 im Wärmetauscher10 erfolgt dadurch, dass zunächst die einzelnen Leitbleche26 auf dem rohrförmigen Stützelement21 aufgefädelt werden, wobei der Durchmesser des Stützelements21 der Weite der Öffnung46 in den Leitblechen26 angepasst ist. Dadurch läßt sich eine Vorausrichtung der Leitbleche26 erzielen. Anschließend werden einige der Wärmeaustauschrohre23 durch die Durchgangsöffnungen28 eingefädelt, wodurch sich auch infolge der exakt axialen Ausrichtung der gelaserten Durchgangsöffnungen28 die entgültige Ausrichtung der Leitbleche26 ergibt. Dann werden die so ausgerichteten Leitbleche26 mit dem Stützelement21 verbunden, insbesondere verschweißt. Zuletzt können die restlichen Wärmeaustauschrohre23 montiert werden und die so gebildete Einheit, nachdem sie mit dem Zulaufadapter22 und dem Ablaufadapter24 versehen ist, in den Gehäusemantel11 eingeschoben werden.
Claims (9)
- Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (
10 ), insbesondere für Massen in der Süßwarenindustrie, der in einem von Endstücken (14 ,15 ) verschlossenen, hohlzylindrischen Gehäusemantel (11 ) eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten, zur Längsachse des Gehäusemantels (11 ) verlaufende Rohre (23 ) für ein Wärmemedium aufweist, und mit einer im Gehäusemantel (11 ) angeordneten wendelförmigen Führung (25 ) für die zu erwärmende bzw. zu kühlende Masse, wobei die Führung (25 ) aus mehreren, jeweils gleich ausgebildeten Führungselementen (26 ) besteht, welche zumindest bereichsweise schräg zur Längsachse des Gehäusemantels (11 ) verlaufende Abschnitte aufweisen, in denen Durchgangsöffnungen (28 ) ausgebildet sind, durch die die Rohre (23 ) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (26 ) vor Einbringen der Durchgangsöffnungen (28 ) in ihre zumindest nahezu endgültige Form vorgeformt werden und dass die vorgeformten Führungselemente (26 ) in einer Halteeinrichtung (30 ) montiert werden, die mit einer Einrichtung (50 ) zur Erzeugung der Durchgangsöffnungen (28 ) zusammenwirkt. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (
26 ) aus gebogenen Blechteilen bestehen und dass die Einrichtung (50 ) zur Erzeugung der Durchgangsöffnungen (28 ) einen Laserstrahl (51 ) erzeugt. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (
28 ) in zwei voneinander getrennten Arbeitsschritten erzeugt werden, wobei in jedem der beiden Arbeitsschritte alle Durchgangsöffnungen (28 ) in einem von zwei Bereichen (54 ,55 ) des jeweiligen Führungselements (26 ) erzeugt werden, und wobei zwischen den beiden Arbeitsschritten das Führungselement (26 ) in einer Achse (35 ) um 180° gedreht wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (
26 ) nach dem Ausbilden der Durchgangsöffnungen (28 ) auf ein rohrförmiges Element (21 ) aufgefädelt werden, wobei die Führungselemente (26 ) entsprechende Öffnungen (46 ) für das rohrförmige Element (21 ) aufweisen, dass anschließend wenigstens ein Rohr (23 ) durch die zueinander ausgerichteten Durchgangsöffnungen (28 ) der Führungselemente (26 ) gesteckt wird und dass zuletzt die Führungselemente (26 ) mit dem rohrförmigen Element (21 ) verbunden, insbesondere verschweißt werden. - Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Führungselemente (
26 ) zum Einbringen der Durchgangsöffnungen (28 ) in einer Halteeinrichtung (30 ) montiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (30 ) Aufnahmen (38 ,39 ,43 ,44 ) für Bereiche (27 ) des Führungselements (26 ) aufweist, die das Führungselement (26 ) in einer der Einbauposition im Wärmetauscher (10 ) entsprechenden Stellung fixieren. - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadruch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (
30 ) eine Grundplatte (31 ) und eine mit der Grundplatte (31 ) verbundene Halteplatte (32 ) aufweist, in denen die Aufnahmen in Form von Ausfräsungen (38 ,39 ,43 ,44 ) ausgebildet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (
26 ) mittels eines Fixierelements (45 ) in den Ausfräsungen (38 ,39 ,43 ,44 ) positionierbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (
31 ) über Anschlüsse (33 ,34 ) mit einer Dreheinrichtung verbindbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass beabstandet zur Halteeinrichtung (
30 ) eine Laserstrahleinrichtung (50 ) angeordnet ist, deren Laserstrahl (51 ) mit dem Führungselement (26 ) ausgerichtet ist.
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: DAUB, THOMAS, DIPL.-ING., DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: MAKAT CANDY TECHNOLOGY GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: SYNTEGON TECHNOLOGY GMBH, 71332 WAIBLINGEN, DE |