DE19501276A1

DE19501276A1 - Verfahren zur Herstellung von Rohrbündeln für Heizkessel-Wärmetauscher, sowie Heizkessel-Wärmetauscher

Info

Publication number: DE19501276A1
Application number: DE19501276A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Feldmann
Original assignee: Rosink Apparate und Anlagenbau GmbH
Current assignee: Rosink Werkstaetten GmbH
Priority date: 1995-01-18
Filing date: 1995-01-18
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2015-01-19
Also published as: DE19501276C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohrbündeln aus metallischen Rohren für Heizkessel-Wärmetau scher, sowie ein Rohrbündel für Heizkessel-Wärmetauscher.

Bei einem bekannten Verfahren zum Herstellen von Rohrbündeln insbesondere für Wärmetauscher (DE 36 11 108 C1) werden die zu bündelnden Rohre mit Spiel in Bohrungen von Rohrscheiben eingesetzt. Danach werden die Rohre an ihren Enden durch ein Druckmittel hydraulisch aufgeweitet und dadurch an die Rohr scheibe angepreßt. Die Rohre werden letztendlich dann im Stirnkantenbereich der jeweiligen Rohrscheibe befestigt, insbesondere angeschweißt. Bei dieser Vorgehensweise besteht der gravierende Nachteil, daß zum einen separate Rohrschei ben benötigt werden, zum anderen das Einbringen der Rohre in die Bohrungen der Rohrscheiben sowie die druckdichte Befe stigung dieser Rohre zwischen den Rohrscheiben arbeitstech nisch sehr aufwendig ist. Ferner wird bei der Verwendung von Rohrscheiben eine nicht so kompakte Bauweise ermöglicht, wie es wünschenswert wäre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine neue Herstellmethode zu entwickeln, die mit geringem Aufwand wirtschaftlich und materialsparend arbeitet und zu einem Rohrbündel führt, bei dem die Rohre optimal kompakt mitein ander verbunden sind. Desweiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Rohrbündel zu schaffen, daß insbeson dere für den Einsatz in Heizkessel-Wärmetauschern geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren ge löst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Rohre mindestens an einem Ende mehreckig aufgeweitet werden, daß die Rohre danach gebündelt werden und daß jedes Rohr im Rohrbündel an seinen Aufweitungskanten mit den anliegenden Aufweitungskanten der Nachbarrohre verschweißt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit geringstmögli chen Arbeitsmitteln und einem sehr geringen Materialaufwand durchführen, da keine Rohrscheiben benötigt werden. Darüber hinaus zeichnet sich dieses Verfahren dadurch aus, daß eine wesentlich kompaktere Bauweise bei Rohrbündeln, insbesondere Wärmetauschern, ermöglicht wird. Diese kompaktere Bauweise ermöglicht eine gegenüber konventionell hergestellten Wärme tauschern höhere Heizfläche auf weniger Raum und bessere Wirkungsgrade. Die Aufweitung der Rohre kann dabei in einem Verformungsverfahren, beispielsweise in einem Kaltverfor mungsverfahren erfolgen.

Erfolgt die Aufweitung im wesentlichen konisch, so ist bei einem Einsatz der Rohrbündel in Wärmetauschern ein Zutritt des Tauschermediums bis an die die Aufweitungskanten mitein ander verbindenden Schweißnähte und damit eine ausreichende Wärmeabfuhr gewährleistet. Dies ist insbesondere dann erfor derlich, wenn die Rohrbündel beispielsweise mit heißen Rauchgasen beaufschlagt werden, die Temperaturen bis zu 1000°C aufweisen können, und eine effiziente Kühlung der Schweißnähte notwendig ist.

Die Aufweitung der Rohrenden kann derart erfolgen, daß an ihren freien Enden ein Bereich geringer Länge mit im wesent lichen gleichbleibendem Durchmesser vorliegt. Über einen derartigen Bereich ist durch entsprechende Ablängung der Rohre ein Toleranzausgleich bezüglich der Rohrlängen und deren endseitigen Durchmessern möglich. Die Länge dieses Bereiches kann dabei beispielsweise bei Einsatz der Rohrbün del in Wärmetauschern so bemessen sein, daß das zwischen den Rohren befindliche Tauschermedium eine ausreichende Wärme abfuhr der an den Aufweitungskanten befindlichen Schweißnäh te gewährleistet und eine Verzunderung des Eintrittsberei ches der Rohre bzw. eine Korrosion derselben bei höheren Temperaturen oder das Auftreten von thermischen Spannungen so sicher vermieden wird.

Typischerweise ist die Aufweitung gleichseitig und/oder sechseckig, viereckig oder dreieckig.

Es sind jedoch auch Aufweitungen denkbar, die nicht gleich seitig und/oder fünfeckig oder mehr als sechseckig sind.

Die Aufweitung erfolgt in der Regel durch ein Druckmittel hydraulisch, es sind jedoch auch andere Aufweitungsverfahren denkbar.

Bei der Verwendung von sechseckig, viereckig oder dreieckig gleichseitig auf geweiteten Rohren können diese Rohre vor zugsweise derart gebündelt werden, daß die mehreckigen Auf weitungen die Rohrbündelstirnflächen lückenlos parkettieren. Insbesondere bei gleichseitig sechseckiger Aufweitung ergibt sich dabei dann an den Rohrbündelstirnflächen eine besonders günstige Wabenstruktur.

Bei der Verwendung von anderen mehreckigen Aufweitungen als den eben genannten und auch bei der Verwendung von nicht gleichseitigen Aufweitungen lassen sich die Rohre derart bündeln, daß die mehreckigen Aufweitungen die Rohrbündel stirnflächen lückenhaft parkettieren, und daß in die mehr eckigen Lücken entsprechende mehreckige Bleche oder Rohre mit entsprechenden mehreckigen Aufweitungen eingeschweißt werden.

Insbesondere bei der Variante von Rohrbündeln, bei der Rohre mit verschiedenen mehreckigen Aufweitungen eingeschweißt werden, können so Rohrbündel auf einfache Art und Weise hergestellt werden, bei denen Rohre mit unterschiedlichen Rohrdurchmessern miteinander kombiniert werden.

Bestehen die Rohre aus Stahl oder aus Edelstahl, so sind die erfindungsgemäß hergestellten Rohrbündel beispielsweise in Wärmetauschern bei vergleichsweise hohen Temperaturen und Drucken einsetzbar. Die Rohre können jedoch auch aus anderen schweißbar miteinander zu verbindenden Metallen bestehen.

Werden die Rohre unter Verwendung von Schweißzusatzwerkstof fen untereinander verschweißt, so können aufgrund von Bema ßungs- oder Fertigungstoleranzen auftretende Fugen zwischen benachbarten Aufweitungskanten mit dem Schweißzusatzwerk stoff aufgefüllt und damit sicher vermieden werden. Dies gilt insbesondere für Punktkontakte an denen mehr als zwei miteinander zu verschweißende Aufweitungskanten aneinander grenzen.

Das erfindungsgemäße Rohrbündel, insbesondere der erfin dungsgemäße Wärmetauscher, besteht aus zylindrischen metal lischen Rohren, wobei diese Rohre dann an ihren Enden meh reckig aufgeweitet sind und jedes Rohr im Rohrbündel an seinen Aufweitungskanten mit den anliegenden Aufweitungs kanten der Nachbarrohre verschweißt ist. Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers werden dann die Rohrbündel stirnfläche(n) mit Sammelbehältern versehen.

Die Rohre können dabei, insbesondere unter Anwendung des oben beschrieben Verfahrens, an ihren Rohrenden im wesentli chen konisch aufgeweitet sein und einen Bereich geringer Länge mit gleichbleibendem Durchmesser aufweisen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veran schaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Rohrbündelstirnfläche mit sechseckiger Wabenstruktur,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie I-I aus Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Rohrbündelstirnfläche mit achteckig aufgeweiteten Rohren.

Nach der Zeichnung bestehen die erfindungsgemäßen Rohrbündel 1 aus Rohren 2, 2′, die mindestens an einem Ende 3 mehreckig aufgeweitet sind. Die Rohre 2, die in diesem Ausführungsbei spiel aus Edelstahl bestehen, sind gebündelt und jedes Rohr 2 ist im Rohrbündel 1 an seinen Aufweitungskanten 4 mit den anliegenden Aufweitungskanten 4′ der Nachbarrohre 2′ ver schweißt.

Die Aufweitungen 5 sind in den gezeigten Ausführungsbeispie len zu den Rohrenden 3 hin konisch sich erweiternd. Es sind jedoch auch Aufweitungen denkbar, die nicht konisch sich erweitern, sondern mit einem konstanten Durchmesser eine stabilere Auflagefläche ergeben.

Wie insbesondere aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist dort die Aufweitung 5 gleichseitig und sechseckig, so daß sich eine besonders günstige und kompakte Wabenstruktur ergibt. Dabei sind die Rohre 2, 2′ derart gebündelt, daß die gleichseiti gen sechseckigen Aufweitungen 5 die Rohrbündelstirnfläche 6 lückenlos parkettieren.

Die in Fig. 3 gezeigt Detailansicht verdeutlicht, daß die Rohre lediglich an den Aufweitungskanten aneinanderstoßen. Hierduch wird ein Zutritt des Tauschermediums rückseitig bis an die Schweißnaht ermöglicht und eine optimale Wärmeabfuhr im Eintrittsbereich des zu kühlenden Mediums in den Wärme tauscher gewährleistet.

Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Rohre achteckig und nicht gleichseitig aufgeweitet sind. Durch diese achteckige und ungleichseitige Aufweitung 5 sind die Rohre 2, 2′ in der Art gebündelt, daß die achteckigen Aufweitungen 5 die Rohrbündelstirnfläche 6 lückenhaft par kettieren. In die resultierenden viereckigen Lücken 7 sind entsprechende viereckige Bleche 8 eingeschweißt.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches man als rohrplattenloses Rohrbündelungsverfahren bezeichnen kann, wird ein Produkt von besonders guter Qualität erzeugt. Das Verfahren ermöglicht einen extrem kompakten Bau von Rohrbündeln, insbesondere von Wärmeaustauschern.

Bezugszeichenliste

1 Rohrbündel
2, 2′ Rohr
3 Ende
4, 4′ Aufweitungskante
5 Aufweitung
6 Rohrbündelstirnfläche
7 Lücke
8 Blech.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Rohrbündeln aus metalli schen Rohren für Heizkessel-Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (2) mindestens an einem Ende (3) mehreckig aufge weitet werden, daß die Rohre (2) danach gebündelt wer den und daß jedes Rohr (2) im Rohrbündel (1) an seinen Aufweitungskanten (4) mit den anliegenden Aufweitungs kanten (4′) der Nachbarrohre (2′) verschweißt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Rohrenden im wesentli chen konisch aufgeweitet werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Roh renden derart aufgeweitet werden, daß an ihren freien Enden ein Bereich geringer Länge mit gleichbleibendem Durchmesser vorliegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitung (5) gleichseitig ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitung (5) sechseckig ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Auf weitung (5) viereckig ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Auf weitung (5) dreieckig ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Auf weitung (5) fünfeckig oder mehr als sechseckig ist.

9. Verfahren nach Anspruch 4 und einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (2, 2′) derart gebündelt werden, daß die mehrec kigen Aufweitungen (5) die Rohrbündelstirnfläche(n) (6) lückenlos parkettieren.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß die Rohre (2, 2′) derart gebündelt werden, daß die mehreckigen Aufweitungen (5) die Rohrbündelstirnfläche(n) (6) lüc kenhaft parkettieren, und daß in die mehreckigen Lücken (7) entsprechende mehreckige Bleche (8) oder Rohre mit entsprechenden mehreckigen Aufweitungen eingeschweißt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß die Rohre aus Stahl oder Edelstahl bestehen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß die Rohre unter Einsatz eines Schweißzusatzwerkstoffes ver schweißt werden.

13. Rohrbündel für Heizkessel-Wärmetauscher, bestehend aus zylindrischen, metallischen Rohren, dadurch ge kennzeichnet, daß die Rohre (2, 2′) an ihren Enden (3) mehreckig aufgeweitet sind und jedes Rohr (2) im Rohrbündel (1) an seinen Aufweitungskanten (4) mit den anliegenden Aufweitungskanten (4′) der Nachbarrohre (2′) verschweißt ist.

14. Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet, daß vor den Rohrbündelstirn flächen (6) Sammelbehälter angeordnet sind.