DE102008033449B3

DE102008033449B3 - Verfahren zur Herstellung von Rippenrohren

Info

Publication number: DE102008033449B3
Application number: DE102008033449A
Authority: DE
Inventors: Georg Bruendermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Rosink-Werkstaetten De GmbH
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2009-11-19
Anticipated expiration: 2028-07-17
Also published as: WO2010006930A1; RU2477676C2; CA2730427A1; KR20110043668A; EP2321085A1; CN102099144A; JP2011527944A; US20110119917A1; RU2011105625A; US8732951B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rippenrohren aus Metall, insbesondere von Wärmetauscherrohren, wobei einem in Rotation versetzten Rohrkörper mindestens ein die Rippen bildendes, endloses Band tangential zugeführt und auf diesem aufgewickelt, die dem Rohrkörper zugewandte Seite des Bandes mittels einer Schweißeinrichtung unter Verwendung eines Zusatzwerkstoffes mit der Rohroberfläche verbunden und das aufzuwickelnde Band kurz hinter der Schweißstelle zwischen Führungsscheiben geführt wird, die bis dicht an die Rohroberfläche und die Schweißstelle heranreichen. Um die Standzeit der Führungsscheiben zu erhöhen, werden die Führungsscheiben gekühlt, und zwar mit Kühlwasser, dem etwa 10 Vol-% eines Schweißtrennmittels zugeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rippenrohren aus Metall, insbesondere von Wärmetauscherrohren, wobei einem in Rotation versetzten Rohrkörper mindestens ein die Rippen bildendes, endloses Band tangential zugeführt und auf diesem etwa schraubenlinig aufgewickelt, die dem Rohrkörper zugewandte Seite des Bandes mittels einer Schweißeinrichtung unter Verwendung eines Zusatzwerkstoffes mit der Rohroberfläche verbunden, das Arbeitsende der Schweißeinrichtung in den freien Keil zwischen der Rohroberfläche und dem aufzuwickelnden Band geführt und das aufzuwickelnde Band kurz hinter der Schweißstelle zwischen Führungsscheiben geführt wird, die bis dicht an die Rohroberfläche heranreichen.
Ein solches Verfahren ist aus der EP 0 604 439 B1 bekannt. Mit diesem bekannten Verfahren sind bereits sehr gute Ergebnisse erzielbar. Die einzige Schwachstelle dieses Verfahrens ist die Standzeit der Führungsscheiben, die das aufzuwickelnde Stahlband in seinem Umlenkbereich, in welchem es einer extremen Verformung unterworfen ist, führen. Die Führungsscheiben reichen in ihrem unteren Bereich sehr nahe an den Rohrkörper sowie die Schweißstelle heran, sodass sie einer sehr starken Wärmebelastung sowie den im Bereich der Schweißstelle auftretenden Schweißspritzern ausgesetzt sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Führungsscheiben besser zu schützen und deren Standzeit zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 die Führungsscheiben gekühlt werden.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass die Wärmebelastung in den kritischen Bereichen der Führungsscheiben erheblich reduziert wird und gleichzeitig die Schweißspritzer weniger haftfreudig sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.
Vorzugsweise wird mit einer Kühlflüssigkeit gekühlt. Kühlflüssigkeit lässt sich leicht auf den Führungsscheiben aufbringen, sodass unter Ausnutzung der Verdunstungskälte eine gute Kühlung erfolgt.
Das Verfahren lässt sich besonders dann gut ausführen, wenn mit Kühlwasser gekühlt wird, welches nicht nur leicht aufzubringen sondern auch in ausreichender Menge preiswert vorhanden ist.
Um einen besondern vorteilhaften Effekt zu erzielen, wird ein Kühlwasser verwendet, welchem ein wasserlösliches Schweißtrennmittel hinzugefügt wird. Das Schweißtrennmittel kann dabei in einer Größenordnung von 10 Vol-% dem Kühlwasser beigemischt werden.
Durch diese Maßnahme wird nicht nur erreicht, dass die Führungsscheiben gekühlt werden und somit das Führungsscheibenmaterial geschont wird, sondern durch die Verwendung des Schweißtrennmittels wird auch erreicht, dass die Schweißspritzer nicht mehr an den Führungsscheiben haften bleiben und somit die Führungsscheiben über einen sehr langen Zeitraum ihre glatte Oberfläche behalten, die eine Voraussetzung für ein einwandfreies Rippenrohr ist.
Als Schweißtrennmittel wir vorzugsweise eine Mischung aus vegetabilen Estern, Emulgatoren und Stabilisatoren verwendet. Ein solches Schweißtrennmittel hat nicht nur einen sehr positiven Einfluss auf die Führungsscheiben bei Anwendung der Kühlflüssigkeit, sondern es ist auch biologisch abbaubar und völlig ungiftig, sodass es weder für die Bedienungspersonen noch für die Umwelt eine Belastung darstellt.
Die Kühlflüssigkeit wird den rotierenden Führungsscheiben an einer von der Schweißstelle entfernten Stelle zugeführt. Die Zuführungsstelle wird dabei so gewählt, dass der Wasseranteil der Kühlflüssigkeit kurz vor Erreichen der Schweißstelle völlig verdampft ist, sodass in dem kritischen Bereich der Führungsscheiben nur noch das Schweißtrennmittel, welches einen höheren Siedepunkt als Wasser aufweist, an den Führungsscheiben haftet, sodass diese optimal gegen Schweißspritzer geschützt sind. Durch das verdunstende Kühlwasser werden nicht nur die entsprechend beaufschlagten Bereiche der Führungsscheiben gekühlt, sondern es wird gleichzeitig auch das noch nicht verdampfte Schweißtrennmittel kühl gehalten, sodass es erst in dem kritischen Bereich nahe der Schweißstelle zu verdampfen beginnt und dabei nicht nur das Anbacken der Schweißperlen verhindert, sondern einen zusätzlichen Kühleffekt im Bereich der Schweißstelle bewirkt.
Das verdampfte Schweißtrennmittel kann hinter der Schweißstelle abgesaugt werden.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft veranschaulicht und im Nachfolgenden im Einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1 in perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem das die Rippen bildende Stahlband in vertikaler Lage schraubenlinig auf dem Rohrkörper aufgewickelt und die dem Rohrkörper zugewandte Schmalseite des Bandes mittels einer Schweißnaht verbunden wird;
2 eine Schnittansicht durch denjenigen Bereich des Rippenrohrs, in welchem das aufzuwickelnde Stahlband auf den Rohrkörper auftrifft, mittels der Schweißeinrichtung mit dem Rohrkörper verbunden und mit Hilfe der Führungsscheiben geführt wird;
3 in vergößerter Darstellung einen Schnitt entlang der Linie III-III aus 2;
4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV aus 2;
5 einen Schnitt entlang der Linie V-V aus 2;
6 einen ähnlichen Schnitt wie 2 mit einer Darstellung der Zuführung der Kühlflüssigkeit.
7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII aus 6.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Anwendung bei verschiedenen Varianten des zugeführten Bandes. Es ist bekannt, dass aufzuwickelnde Stahlband, wie in der Zeichnung dargestellt, in zu der Rohrkörperachse senkrechter Lage auf den Rohrkörper aufzuwickeln. Für diese Variante eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut, da es aufgrund der starken Belastung der Führungsscheiben zu erstaunlich verbesserten Ergebnissen führt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch dann anwendbar, wenn das aufzuwickelnde Stahlband in U-Form oder L-Form dem Rohrkörper zugeführt wird. Auch bei diesen Varianten werden Führungsscheiben verwendet, wobei diese jedoch weniger belastet sind, da sie zumindest teilweise durch die Form des zugeführten Stahlbandes gegen die im Schweißbereich vorhandene Wärme sowie Schweißspritzer abgeschirmt sind. Dennoch wir aber auch bei solchen Varianten die Standzeit der Führungsscheiben erhöht.
Nach der Zeichnung besteht das Wärmeaustauscherrohr 1, welches durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden soll, aus einem Rohrkörper 2, auf dessen Oberfläche 3 ein von einer Vorratsrolle zu entnehmendes Rippenband 4 zwecks Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche schraubenlinig aufgebracht und mit der Rohroberfläche über eine Schweißnaht 5 verbunden wird, wobei die Vorratsrolle in der Zeichnung allerdings nicht dargestellt ist.
Nach 1 der Zeichnung wird der Rohrkörper 2, auf dessen Oberfläche 3 das Rippenband 4 aufgebracht werden soll, mittels einer Einspanneinrichtung 6 gehalten, die zur Durchführung des Verfahrens in Rotation versetzt wird und somit den Rohrkörper 2 um seine Längsachse dreht. Zum Aufbringen der Schweißnaht 5 dient eine Schweißeinrichtung 7. Zur Durchführung des Schweißvorgangs wird entweder der in der Einspanneinrichtung 6 sitzende Rohrkörper 2 an der Schweißeinrichtung 7 durch Verschiebung der Einspanneinrichtung 6 entlanggeführt oder die Schweißeinrichtung 7 selbst wird auf einem in der Zeichnung nicht dargestellten Schlitten parallel zu dem Rohrkörper 2 kontinuierlich verfahren.
Von der Schweißeinrichtung 7 ragt eine Elektrode 8 in den freien Keil zwischen der Oberfläche 3 des Rohrkörpers 2 und dem tangential auf den Rohrkörper 2 aufzuwickelnden Rippenband 4. Durch die Elektrode 8 ist ein sich aufzehrender, endloser Schweißdraht 9 automatisch zuführbar, der als Schweißzuschlagwerkstoff dient.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird, wie insbesondere aus 2 zu erkennen ist, der Schweißdraht 9 in einem Abstand vor dem Auftreffbereich 10 des aufzuwickelnden Rippenbandes 4 gegen die Rohroberfläche 3 zugeführt. In dem Lichtbogen, der zwischen dem Ende des Schweißdrahtes 9 und der Rohroberfläche 3 entsteht, schmilzt der Schweißdraht 9 und erzeugt auf der Rohroberfläche 3 eine Schweißraupe 11, in die die dem Rohrkörper 2 zugewandte Schmalseite des Rippenbandes 4 eingedrückt wird.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind unmittelbar über bzw. in kurzem Abstand hinter dem Auftreffbereich 10 des auf den Rohrkörper 2 aufzuwickelnden Rippenbandes 4 Führungsscheiben 12 und 13 vorgesehen, die das Rippenband 4 seitlich übergreifen und in seiner senkrecht zu dem Rohrkörper 2 ausgerichteten Lage halten.
Die Führungsscheiben 12 und 13, die dicht an die Rohroberfläche 3 sowie an die Schweißnaht 5 heranreichen und sich entgegen der Rotationsrichtung des Rohrkörpers 2 drehen, sind jeweils in dem nahe dem Rohrkörper 2 sowie der Schweißnaht 5 befindlichen Bereich einer extremen Wärmebelastung ausgesetzt. Darüber hinaus sind sie auch den aus dem Schweißbereich herausfliegenden Schweißspritzern ausgesetzt, die aufgrund ihrer hohen Temperatur dazu neigen, an den Flächen, auf die sie auftreffen, haften zu bleiben.
Um diese negativen Einflüsse auszuschalten, werden die Führungsscheiben 12, 13 mit einer Kühlflüssigkeit 14 beaufschlagt, die mittels einer Sprühdüse 15, die etwa über dem höchsten Punkt der Führungsscheiben 12, 13 angebracht ist, auf die Führungsscheiben 12, 13 aufgebracht wird. Die Besprühung erfolgt vornehmlich im äußeren Randbereich, der den größten Wärmebelastungen sowie den Schweißspritzern ausgesetzt ist.
Als Kühlflüssigkeit wird Kühlwasser verwendet, dem ein wasserlösliches Schweißtrennmittel zugemischt wird. Das Schweißtrennmittel wird in einem Verhältnis von etwa 10 Vol-% dem Kühlwasser hinzugeführt. Als Schweißtrennmittel wird eine Mischung aus vegetabilen Estern, Emulgatoren und Stabilisatoren verwendet. Andere geeignete Schweißtrennmittel sind aber ebenfalls möglich.
Das Schweißtrennmittel weist einen höheren Siedepunkt auf als Wasser. Insofern verdampft zunächst der Wasseranteil und kühlt dabei die beiden Führungsscheiben 12, 13. Mit diesem Kühleffekt wird aber auch gleichzeitig das Schweißtrennmittel kühl gehalten, sodass es zunächst noch nicht verdampft und sich als Schutzfilm auf den äußeren Bereichen der Führungsscheiben verteilt. Eine optimale Einstellung der Kühlflüssigkeitszufuhr erfolgt dergestalt, dass der Wasseranteil kurz vor Erreichen der Schweißstelle völlig verdampft ist, während das Schweißtrennmittel als Schutzfilm auf den gefährdeten Bereichen der Führungsscheiben verbleibt. Dadurch wird insbesondere im Bereich der Schweißstelle ein sehr guter Schutz der Führungsscheiben gegen Anbacken der Schweißspritzer gewährleistet. Beim Eintritt in den Bereich der Schweißstelle, wo die Ränder der Führungsscheibenränder erneut erheblich aufgeheizt werden, verdampft schließlich auch das Trennmittel und erzeugt einen zusätzlichen Kühleffekt für die Führungsscheiben.
Das verdampfte Trennmittel 16 wird dann anschließend hinter der Schweißstelle abgesaugt. Hierfür kann eine in der Zeichnung nicht dargestellte Abzugshaube vorgesehen sein, die über einen Absaugstutzen mit Unterdruck beaufschlagt wird.

1: Wärmeaustauscherrohr
2: Rohrkörper
3: Rohroberfläche
4: Rippenband
5: Schweißnaht
6: Einspanneinrichtung 6
7: Schweißeinrichtung
8: Elektrode
9: Schweißdraht
10: Auftreffbereich
11: Schweißraupe
12: Führungsscheibe
13: Führungsscheibe
14: Kühlflüssigkeit
15: Sprühdüse
16: verdampftes Schweißtrennmittel

Claims

Verfahren zur Herstellung von Rippenrohren aus Metall, insbesondere von Wärmetauscherrohren, wobei einem in Rotation versetzten Rohrkörper mindestens ein die Rippen bildendes, endloses Band tangential zugeführt und auf diesem etwa schraubenlinig aufgewickelt, die dem Rohrkörper zugewandte Seite des Bandes mittels einer Schweißeinrichtung unter Verwendung eines Zusatzwerkstoffes mit der Rohroberfläche verbunden, das Arbeitsende der Schweißeinrichtung in den freien Keil zwischen der Rohroberfläche und dem aufzuwickelnden Band geführt und das aufzuwickelnde Band kurz hinter der Schweißstelle zwischen Führungsscheiben geführt wird, die bis dicht an die Rohroberfläche heranreichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsscheiben gekühlt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Kühlflüssigkeit gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit Kühlwasser gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlwasser ein wasserlösliches Schweißtrennmittel hinzugefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlwasser etwa 10 Vol-% des Schweißtrennmittels zugegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Schweißtrennmittel eine Mischung aus vegetabilen Estern, Emulgatoren und Stabilisatoren verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit den Führungsscheiben an einer von der Schweißstelle entfernten Stelle zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit den Führungsscheiben von oben zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit auf die Führungsscheiben aufgesprüht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit den Führungsscheiben derart dosiert zugeführt wird, dass der Wasseranteil vor Erreichen der Schweißstelle verdampft ist, während das Schweißtrennmittel, welches einen höheren Siedepunkt als Wasser aufweist, erst in oder hinter der Schweißstelle verdampft.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das verdampfte Trennmittel hinter der Schweißstelle abgesaugt wird.