DE1937350A1

DE1937350A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE1937350A1
Application number: DE19691937350
Authority: DE
Inventors: Franciscus Roffelsen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-07-23
Filing date: 1969-07-23
Publication date: 1971-02-04
Also published as: GB1256193A; US3703253A; DE1937350B2; YU12470A; YU32962B; DE1937350C3

Description

1937350 Dipl.-Ing. H. Sauerland ■ Dr.-Ing. R. König Patentanwalts ■ 4odo Düsseldorf · Cecilienallee 76 -Telefon 43273a

Unsere Akte: 24 947 21. Juli 1969

Herr Franciscus Roffeisen, Mäuritslaan 7, Helmond, Niederlande

"Wärmeaustauscher"

Die Erfindung "bezieht sich auf Wärmeaustauscher, die aus einem die Wärmequelle oder einen Wärmeträger enthaltenden Rohr und einer schraubenförmig darauf gewickelten Drahtwendel "bestehen. Um eine möglichst gute Abgabe der im Rohr - ZcB. durch einen elektrischen Heizwiderstand - erzeugten oder dem Rohr durch einen flüssigen Wärmeträger zugeführten Wärme an die den Wärmeaustauscher umgebende Luft zu erzielen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, einerseits den Wendeldrahtwindungen eine rechteckige oder trapezförmige Gestalt mit relativ großer Erstreckung in radialer Richtung zu geben, anderseits für die Drahtwendel einen Draht möglichst geringer Dicke zu verwenden. Es versteht sich, daß derartige auf dem Trägerrohr befestigte Drahtwendeln, besonders wenn sie im Interesse guter Wärmeleitung aus Kupfer bestehen, außerordentlich empfindlich gegen mechanische Einwirkungen sind, wie sie beim Hantieren mit einem solchen Wärmeaustauscher schon bei oder unmittelbar nach seiner Herstellung, beim Verpacken, auf dem Transport, bei der Montage und beim späteren Gebrauch praktisch unvermeidbar sind. Verformungen der mit großer Genauigkeit aufgebrachten Drahtwendel in nicht vernachlässigbar kleinen Bereichen führen aber zu unter Umständen empfindlichen Störungen des Wärmeaustausche, weil durch sie die zwischen

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den Wendeldrahtwindungen am Austauscher lebhaft aufwärts strömende Luft örtlich abgelenkt und, außerdem nicht in allen Bereichen des Austauschers gleichmäßig erwärmt wird.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Wärmeaustauschers der eingangs genannten Art, der praktisch unempfindlich gegenüber den beim Umgang mit ihm auftretenden Kräften ist. Die Erfindung erreicht das bei einem solchen Wärmeaustauscher erfindungsgemäß dadurch, daß über die Windungen der Drahtwendel ein Versteifungsdraht, ein" sogenannter Kopfdraht, gewickelt und mit den Kopfteilen aller Wendeldrahtwindungen fest verbunden, Z₀B₀ verlötet ist.

• Angesichts der Empfindlichkeit von aus extrem dünnen Drähten bestehenden Drahtwendeln gegenüber auf die freien Enden der Wendeldrahtwindungen einwirkenden Kräften ist es jedoch ohne besondere Vorkehrungen nicht möglich, bei der allein wirtschaftlichen kontinuierlichen Herstellung der Wärmeaustauscher mit Hilfe automatisch arbeitender Maschinen diese Wendeldrahtwindungen mit den zum Abziehen des über die Wendelwindungen zu wickelnden Drahts von einer größeren Vorratsspule notwendigen Zugkräften zu belasten. Die Erfindung sieht deshalb weiter vor, bei einem bekannten Verfahren zum Herstellen von Wärmeaustauschern, bei dem das Trägerrohr zum Aufwickeln der Drahtwendel und danach mit der darauf gewickelten Drahtwendel unter ständiger Drehung um seine Achse während jeder Umdrehung um das Maß der Wendelsteigung kontinuierlich in Achsrichtung vorgeschoben wird, zur Bildung des Kopfdrahts den mit einem Ende am Rohr befestigten, von einer ortsfest gelagerten Vorratsspule abgezogenen Draht dem Rohr ader der darauf gewickelten Drahtwendel unter einer bis auf den Wert O herab regelbaren Zugspannung zuzuführen. Dabei soll die Regelung der Zugspannung unabhängig davon sein, ob der Draht dem Umfang des Träger-

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rohrs oder dem Umfang der Wendel zugeführt wird.

Eine dazu geeignete Vorrichtung "besteht nach einem weiteren Merkmal der Erfindung aus einer mit einstellbarer Drehzahl angetriebenen Trommel, die mit dem jeweils unteren Teil ihres Umfangs in ein aus einer Aufschwemmung von Lotmetall in einem flüssigen Flußmittel "bestehendes Bad taucht, die den wenigstens in einer halben Windung über ihren in dieses Bad tauchenden Umfangsteil geführten Draht einerseits über eine in Richtung der Rohrachse verstellbare Drahtführung an das Rohr abgibt, und anderseits von der mit einstellbarer Kraft gebremsten Vorratsspule über ein Paar von in einer Ebene umlaufenden Seilrollen mit zur Achse der Vorratsspule parallelen Achsen abzieht, von denen eine gegen die einstellbare Kraft einer Jeder gegenüber der anderen, ortsfest gelagerten Rolle beweglich gelagert ist.

Die den Drahtzulauf zur Drahtwendel seitlich steuernde Drahtführung kann beispielsweise aus dem gegabelten freien Ende eines quer zur Laufrichtung des Drahtes und zur Rohrachse angeordneten Stabes bestehen, der um eine etwa parallel zur Drahtzulaufrichtung auf der dem Drahtzulauf gegenüberliegenden Seite des Trägerrohrs tangential zu diesem verlaufende Achse verdrehbar ist₀

Da bei der kontinuierlichen maschinellen Herstellung von Wärmeaustauscherrohren der hier behandelten Art, die später in abgepaßte Teilstücke mit wendelfreien Enden unterteilt werden, im Interesse der Drahtersparnis die Wendelbildung zeitweilig unterbrochen, d_oh. die den Draht zur Wendel wickelnde Vorrichtung während des Vorbeigangs der jeweils freizuhaltenden Rohrteile an der Wickelvorrichtung stillgesetzt wird, und nur der gestreckte Wendeldraht auf

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das Rohr aufläuft, muß der dabei gleichfalls auf den Rohrumfang abgefallene Kopfdraht bei Wiedereinsetzen der Wendelbildung auf den Umfang jeder neuen Wendel aufgehoben werden. Als Mittel dazu sieht die Erfindung weiterhin einen straff· gespannten Fühlerdraht vor, der sich auf der dem Drahtzulauf gegenüberliegenden Seite des Trägerrohrs in der vorerwähnten Drehachse des Zopfdrahtführungsstabes etwa parallel zur Drahtzulaufrichtung von diesem Führungsstab " zu einem zu ihm parallelen, und mit ihm an einem gemeinsamen Träger befestigten weiteren Stab erstreckt, und gegen leichten Federdruck wenigstens in Richtung des Trägerrohrvorschubs auslenkbar ist.

Dieser Träger kann aus einer starren einseitig verkröpften Stange bestehen, die mit ihrem der Führungseinrichtung abgekehrten Ende auf dem Gehäuse der Wickelmaschine so befestigt ist, daß sie um eine in Verlängerung des Fühlerdrahts verlaufende Achse verdrehbar und in jeder Drehlage feststellbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, das die Drahtführung bildende Ende des Führungsstabs durch dessen ^ Verdrehen um den Fühlerdraht als Achse der jeweiligen Wendelsteigung entsprechend genau auf die Mitte der jeweils zu bewickelnden Wendelwindung einzustellen. Vorteilhaft ist diese Trägerstange aus ihrer Drehachse allseitig federnd auslenkbar mit einer Hülse verbunden, die auf einem Zapfen am Maschinengehäuse drehbar und in jeder Drehlage -festlegbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel für die den Gegenstand der Erfindung bildende Vorrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Darin zeigt

Fig. 1 in Ansicht einen Teil eines Wärmeaustauschers, dessen Drahtwendel auf der linken Seite der Kopfdraht-

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zuführung "bereits mit Kopfdraht versehen ist und auf der anderen Seite noch iceinen Kopfdraht trägt»

Figo 2 zeigt die gesamte Vorrichtung mit dem Wärmeaustauscher im Querschnitte

Im unteren Teil des Maschinengestells G- ist auswechselbar eine Vorratsspule 1 für den als Kopfdraht auf die Drahtwendel 25 aufzuwickelnden Draht 28 gelagert. Durch eine an sich bekannte Hebelbremse 3 mit über die Feder 2, eine Spannschraube 4 und eine Flügelmutter 5 einstellbarer Bremskraft kann die zum Abziehen des Drahts 28 von der Spule 1 notwendige Kraft in weiten Grenzen geregelt werden. Um diese Bremskraft automatisch in Abhängigkeit von dem zum Bewickeln der Drahtwendel 25 jeweils notwendigen, veränderlichen, Drahtbedarf zu regeln, wirkt der Bremsfeder 2 eine zweite Feder 2a entgegen, die den um die zur Achse der Vorratsspule 1 parallele Achse 6 schwenkbaren Bremshebel 3 mit einem weiteren um die gleiche Achse 6 schwenkbaren Hebel 7 verbindet und diesen gegen einen Anschlag 3a am Bremshebel 3 zieht. Der Hebel 7 trägt an seinem freien Ende eine Seilrolle 8, die in einer Ebene mit einer weiteren ortsfest am Maschinengestell G gelagerten Seilrolle 9 frei drehbar ist. Der von der Vorratsspule 1 kommende Draht 28 ist unter Bildung einer Schleife über beide Seilrollen 8 und 9 geführt» Je nach Größe des auf den hinter den Rollen 8, 9 befindlichen Drahtteil 8 ausgeübten Zuges verändert sich der in der Schleife um die Rollen 8 und 9 gespeicherte Drahtvorrat bis beim Zuziehen der Schleife über ein bestimmtes Maß die Kraft der Feder ?a die Kraft der Fader 2 überwindet, die Bremse 3 gelöst wird und weiterer Drahtvorrat von der Spule 1 abgezogen werden kann.

Die zum Abziehen des Drahtes von der Spule 1 notwendige

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Kraft liefert eine mit regelbarer Drehzahl antreibbare Trommel 11, deren Umfang der Draht 28 von oben her über eine frei drehbare Seilrolle 10 zugeführt wird, und die ihn auf der der Zuführung gegenüberliegenden Seite nach oben an die Drahtwendel 25 abgibt. Die beiderseits offene Trommel 11 taucht mit ihrem jeweils unteren Teil in ein in einer Wanne 14 befindliches Bad 12, das aus einer Aufschwemmung von Lotmetallpulver in einem flüssigen Flußmit-

w tel besteht. Diese Aufschwemmung erhöht durch ihren Gehalt an Lotmetallpulver die Reibung zwischen dem" unter Zugspannung stehenden Draht 28 und dem Umfang der Trommel 11, die für den Abzug des Drahts 28 von der Vorratsspule 1 notwendig ist. Anderseits übt bei Nachlässen des Drahtzuges der Gehalt der Aufschwemmung an Flußmittelflüssigkeit einen gewissen Schmiereffekt aus, der die Mitnahme des Drahts durch die Trommel herabsetzt und sogar ein Gleiten des Drahts entgegengesetzt zur Drehrichtung der Trommel ermöglichte Durch Veränderungen in der Zusammensetzung der Aufschwemmung kann infolgedessen die Reibung zwischen Draht und Trommel, und damit die auf den Draht ausgeübte Zugkraft

k zusätzlich in gewissen Grenzen beeinflußt werden. Um in dieser Hinsicht gleichbleibende Verhältnisse zu schaffen, wird dem Absetzen des Lotmetalls in der Badflüssigkeit außer durch die sich drehende Trommel durch wenigstens einen aus einer Stirnwand der Trommel vorstehenden Rührstab 13 entgegengewirkt.

Die durch diese Reibung bewirkte Mitnahme des Drahts kann weiterhin dadurch beeinflußt werden, daß der Draht statt - wie gezeigt - in nur einer halben Windung ganz oder sogar mehrfach um die Trommel 11 herumgeführt ist.

Die hier angeführten Mittel zur Beeinflussung der auf den von der Vorratsspule 1 kommenden Draht 28 ausgeübten Zug-

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kraft erlauten es, dem von der Trommel 11 der Drahtwendel 25 zulaufenden Teil 27 dieses Drahts eine Schubkraft zu verleihen, die den von der sich drehenden Wendel 25 auf den Draht ausgeübten Zug so weit herabsetzt, daß er klaglos von der Drahtwendel aufgenommen werden kann, auch wenn diese aus einem im Verhältnis zur Wendelhöhe extrem dünnen und weichen Draht besteht.

Die genaue seitliche Ausrichtung des Drahtteils 27 auf die Wendelwindungen 25 erfolgt mit Hilfe einer Drahtführung, die im wesentlichen aus dem gegabelten Ende eines Stabes 23 besteht, der in Richtung der Austauscherrohrachse verstellbar ist. Zu diesem Zweck ist der Drahtführungsstab quer zur Laufrichtung des Drahts und zur Rohrachse ausgerichtet und an einer starren Trägerstange 19 befestigt, die in eine Büchse 16 ausläuft, über die sie mit einem ortsfest auf dem Maschinengestell G- befestigten Zapfen verbunden ist«, Diese Büchse ist unter Reibung mit Hilfe einer Handhabe 18 um den Zapfen 17 drehbar. Die Achse dieses Zapfens liegt im Zuge einer Tangente an das Trägerrohr des Wärmeaustauschers 25, auf der dem Drahtzulauf gegenüberliegenden Seite.

Die Trägerstange 19 ist mit der Büchse 16 vorteilhaft über eine dichtgewickelte, also relativ steife Feder 15 verbunden, die es dem Fühldraht 22, der zwischen dem Drahtführungsstab 23 und dem parallel zu diesem abgewinkelten Ende 19a der Trägerstange 19 straff gespannt ist, erlaubt, einerseits bei Wärmeaustauschern mit sehr eng gewickelter Drahtwendel federnd nach außen auszuweichen, anderseits dem DrucK der gegen ihn anlaufenden Wendelwindungen in Richtung der Rohrachse nachzugeben_e Infolge des großen Abstandes des Fühldrahts 22 von der Feder 15 sind die zum Auslenken des Fühldrahts 22 notwendigen Kräfte minimal.

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Nachdem zu Beginn eines Wickelvorgangs oder nach vorübergehendem Stillsetzen der Wickelvorrichtung der Anfang einer Wendelwindung gegen den Fühldraht 22 angelaufen ist, wird sich die erste Wendeldrahtwindung von unten gegen den von der Drahtführung 23 tangential auf das Trägerrohr auflaufenden Teil des Kopfdrahtes 27 anlegen und versuchen, ihn vom Rohr abzuheben. Falls ihr das wegen einer im Verhältnis zu ihrem Verformungswiderstand zu großen Zugspannung

™ im Draht nicht sofort gelingt, wird sie dem Draht in Richtung gegen die nächste Wendeldrahtwindung ausweichen und 'in dieser sowie nötigenfalls in weiteren nachfolgenden Drahtwindungen eine Stütze finden, die es ihr ermöglicht, den zulaufenden Draht bis auf den Wendelumfang anzuheben. Da dabei auch die Spannung im zulaufenden Draht und als Folge davon auch die Reibung des Drahts mit der Trommel 11 erhöht werden, fördert diese entsprechend mehr Draht, wodurch sich die zuvor auf den Draht wirkende Zugkraft ermäßigt oder sogar in eine Schubkraft verwandelt, und das Anheben des Drahtes auf den Wendelumfang erleichtert wird. Verformungen am Wendelanfang bleiben infolgedessen stets

. auf wenige Wendeldrahtwindungen beschränkt und sind deshalb ohne nachteiligen Einfluß auf die Punktion des Wärmeaustauschers. . ·

Ähnliches ereignet sich auch, wenn durch irgendeinen Zufall einmal ein gerade aufgewickelter Teil des Kopfdrahts 27 von einer Wendelwindung abgleiten sollte. In der Praxis braucht damit zwar nicht gerechnet zu werden, jedoch haben Versuche gelehrt, daß der willkürlich von einer Wendelwindung abgeschobene Draht spätestens nach einer halben Rohrumdrehung wieder auf dem Wendelumfang liegt.

Diese Form der Drahtführung ist anstelle einer vielleicht näher liegenden Führung mit genau durch die Drahtwendel

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selbst auf Wendelmitte ausgerichteten Leitflächen gewählt worden, damit der Draht auch bei fehlender Wendel dem Rohr in der richtigen Ausrichtung zugeführt wird, und schließlich auch, um die Berührungsflächen mit dem Draht möglichst kleinzuhalten, damit vom zulaufenden Draht mitgeführtes Lötmittel nicht zu einem wesentlichen Teil wieder abgestreift wird ο

Zum Verlöten des jeweils unter Mitnahme von Lötmittel auf eine Wendelwindung 25 aufgelaufenen Drahtteils und zum Vorwärmen der der Lötstelle zuwandernden Wendelwindungen dient eine Heizvorrichtung 20 mit etwa tangential auf den Wendelumfang ausgerichteten Gebläseflammene

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Claims

Herr Franciscus Roffeisen, Mauritslaan 7» Heimond, Niederlande

Patentansprüche:

)Wärmeaustauscher bestehend aus einem die Wärmequelle oder einen Wärmeträger enthaltenden Rohr und einer schraubenförmig darauf gewiekelten Drahtwendel, dadurch gekennzeichnet , daß über die Windungen der Drahtwendel ein Versteifungsdraht (Kopfdraht) gewickelt und mit den Kopfteilen aller Wendeldrahtwindungen fest verbunden ist ο

2ο Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers, bei dem das Rohr teils ohne, teils mit darauf gewickelter Drahtwendel unter ständiger Drehung um seine Achse während jeder Umdrehung um das Maß der Wendelsteigung kontinuierlich in Achsrichtung vorgeschoben wird, dadurch g e kennzeichnet, daß zur Bildung des Kopfdrahts der mit einem Ende am Rohr oder an der Drahtwendel befestigte, von einer ortsfest gelagerten Vorratsspule abgezogene Draht dem Rohr oder der Drahtwendel unter einer bis auf den Wert 0 herabregelbaren Zugspannung zugeführt wirdo

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine mit einstellbarer Drehzahl um eine waagerechte Achse angetriebene Trommel (11), die mit ihrem unteren !eil in ein aus einer Aufschwemmung von Lotmetall in einem flüssigen Fluß-* mittel bestehendes Bad (12) taucht, und die den wenigsten in einer halben Windung über ihren jeweils in dieses Bad tauchenden Teil geführten Draht (27) einerseits über eine

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in Richtung der Achse des Austauscherrohrs (24) verstellbare Drahtführung (23) an das Rohr oder die Drahtwendel (25) abgibt, und anderseits von der mit einstellbarer Kraft gebremsten Vorratsspule (1) über ein Paar von in einer Ebene umlaufenden Seilrollen (8, 9) mit zur Achse der Vorratsspule (1) parallelen Achsen abzieht, von denen eine (8) gegen die Kraft einer einstellbaren Jeder (2a) gegenüber der anderen, ortsfest gelagerten Rolle (9) beweglich gelagert ist ο

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtführung aus dem gegabelten freien Ende eines" quer zur Laufrichtung des Drahts (27) und zur Rohrachse angeordneten Stabes (23) besteht, der um eine etwa parallel zur Drahtzulaufrichtung auf der dem Drahtzulauf gegenüberliegenden Seite des Austauscherrohrs (24) tangential zu diesem verlaufende Achse (22) verdrehbar ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, gekennzeichnet durch einen sich in der Achse (22) zwischen dem Führungsstab (23) und einem dazu parallelen, mit ihm an einem gemeinsamen !rager (19) befestigten zweiten Stab tangential zum Trägerrohr (24) erstreckenden straffgespannten Fühlerdraht (22).

β Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichne t , daß der Träger für den Fühlerdraht (22) und die Drahtführung (23) aus einer einseitig gekröpften starren Stange (19) besteht, die mit ihrem der Drahtführung (23) abgekehrten Ende über eine Feder (15) und eine Endbüchse (16) um die Achse (22) verstellbar auf einem Zapfen (17) des G-ehäuses (G) befestigt ist„

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