DE202010017862U1

DE202010017862U1 - Rohrschweißvorrichtung

Info

Publication number: DE202010017862U1
Application number: DE202010017862U
Authority: DE
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2012-11-23
Anticipated expiration: 2020-10-23
Also published as: DE102010049141A1

Abstract

Rohrschweißvorrichtung, umfassend ein Schweißgerät (1) zur Erzeugung einer äußeren Längsschweißnaht an einem rohrförmig ausgebildeten, einen parallel zur Rohrlängsachse verlaufenden Spalt aufweisenden Metallbauteil und ein in diesem angeordnetes Rohrinnenelement (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrinnenelement (2) mit Abstand zum Spalt angeordnet ist und spaltzugewandt einen Aufnahmeraum (3) für beim Schweißen mit dem Schweißgerät (1) entstehende Schweißspritzer aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohrschweißvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
Eine Rohrschweißvorrichtung der eingangs genannten Art ist nach der DE 1 854 108 U bekannt. Diese besteht aus einem Schweißgerät zur Erzeugung einer äußeren Längsschweißnaht an einem rohrförmig ausgebildeten, einen parallel zur Rohrlängsachse verlaufenden Spalt aufweisenden Metallbauteil und ein in diesem angeordnetes Rohrinnenelement. Bei dieser Lösung ist das Rohrinnenelement als Amboss ausgebildet, der als Widerlager für die Festhaltefinger dient.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rohrschweißvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern.
Diese Aufgabe ist mit einer Rohrschweißvorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Schutzanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass das Rohrinnenelement mit Abstand zum Spalt angeordnet ist und spaltzugewandt einen Aufnahmeraum für beim Schweißen mit dem Schweißgerät entstehende Schweißspritzer aufweist.
Mit anderen Worten ist nach der Erfindung im Gegensatz zur vorbekannten Rohrschweißvorrichtung nunmehr ein nicht als Amboss bzw. Widerlager dienendes Rohrinnenelement, sondern ein solches vorgesehen, mit dem beim Schweißen im Rohrinnern auftretende Schweißspritzer aufgefangen werden können, wobei durch den beanspruchten Abstand zwischen dem Rohrinnenelement und dem Spalt gleichzeitig gewährleistet ist, dass das Rohr beim Schweißen nicht versehentlich an das Rohrinnenelement angeschweißt wird. Dieser Abstand beträgt wenige Millimeter, vorzugsweise 1 bis 10 mm.
Bezüglich der im Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 aufgeführten Maßgabe, dass das Schweißgerät zur Erzeugung einer ”äußeren” Längsschweißnaht dient, wird darauf hingewiesen, dass hiermit lediglich festgelegt wird, dass das Schweißgerät außen zum Rohr und das Rohrinnenelement innen im Rohr angeordnet ist. Die ”von außen” erzeugte Schweißnaht kann selbstverständlich genauso oder noch dicker als die Rohrwand selbst ausgebildet sein, also bis ins Innere des Rohres reichen.
Weiterhin ist bei der erfindungsgemäßen Lösung gewährleistet, dass sowohl das rohrförmige Metallbauteil in der Rohrschweißvorrichtung als auch das Rohrinnenelement im Rohrinnern zuverlässig geführt bzw. gehalten sind.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist schließlich vorgesehen, dass der Aufnahmeraum gleichzeitig als Schutzgasführung ausgebildet ist. Dies wird weiter unten noch genauer erläutert.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Rohrschweißvorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Schutzansprüchen.
Die erfindungsgemäße Rohrschweißvorrichtung einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Schutzansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt
1 schematisch im Schnitt die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung mit einem im Querschnitt rechteckigen Rohr;
2 in Seitenansicht das erfindungsgemäße Rohrinnenelement mit drei Rohrleitungen;
3 perspektivisch einen Teil des Rohrinnenelements (ohne Platten); und
4 im Schnitt das Teil gemäß 3 (mit Platten).
Alle Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Rohrschweißvorrichtung bestehen aus einem Schweißgerät 1 zur Erzeugung einer äußeren Längsschweißnaht an einem rohrförmig ausgebildeten, einen parallel zur Rohrlängsachse verlaufenden Spalt aufweisenden Metallbauteil und ein in diesem angeordnetes Rohrinnenelement 2.
Mit der in den 1 bis 4 dargestellten Rohrschweißvorrichtung wird insbesondere das Rohr eines so genannten Wendelrohrwärmetauschers geschweißt (siehe hierzu die EP 1 562 006 B1 ). Dieses, einen angenähert rechteckigen Querschnitt aufweisende Rohr (siehe 1) besteht aus dem Stahlwerkstoff mit der Werkstoffnummer 1.4162. Es wird aus Bandmaterial gefertigt, das nach dem Profilieren des Bandes zum Rohr längsseitig geschweißt wird. Zum Schweißen wird ein Laserstrahlschweißgerät, insbesondere ein so genannter Kohlendioxidlaser, verwendet.
Wesentlich für die erfindungsgemäße Rohrschweißvorrichtung ist nun, dass das Rohrinnenelement 2 mit Abstand zum Spalt angeordnet ist und spaltzugewandt einen Aufnahmeraum 3 für beim Schweißen mit dem Schweißgerät 1 entstehende Schweißspritzer aufweist.
Dabei ist folgende Sachlage zu berücksichtigen: Beim Laserschweißen kommt es, wie erwähnt, zur Bildung von Schweißspritzern (erstes Problem). Dies ist begründet in der Dynamik des Schmelzbades und spontanen Verdampfungen von Verunreinigungen aus dem Werkstoff. Aus Gründen der Korrosionsbeständigkeit und Anforderungen aus dem Schweißprozeß ist eine Abschirmung der Wurzelseite vor der sauerstoffhaltigen Atmosphäre (zweites Problem) wünschenswert. Das verwendete Tiefschweißen mit Plasmakapillare erfordert einen Überschuss an Laserleistung (drittes Problem) zur sicheren Durchschweißung über die gesamte Nahtlänge. Die in das Rohrinnere wirkende Laserleistung würde ohne weiteres zur Bildung dicker Oxidschichten (Anlauffarben) führen. An diesen Stellen wäre der Korrosionswiderstand des Werkstoffs reduziert. Werden diese drei Probleme nicht wie von der Erfindung umfassend gelöst, ist ein nachträgliches Beizen der Rohrwendel erforderlich, um eine Verkürzung der Lebensdauer des Heizgerätes durch lokale Korrosionsangriffe im Wärmetauscher zu verhindern. Mit der neuen Art der so genannten Untergasführung werden diese Probleme gelöst.
Hierzu ist insbesondere auch vorgesehen, dass der Aufnahmeraum 3 als Schutzgasführung ausgebildet und vorzugsweise im Aufnahmeraum 3 eine Austrittsöffnung 4 für das Schutzgas angeordnet ist. Als Schutzgas wird vorzugsweise Stickstoff versendet.
Außerdem ist das Rohrinnenelement 2 fluidgekühlt, insbesondere wassergekühlt, ausgebildet, um der thermischen Belastung besser widerstehen zu können.
Sowohl für die Schutzgasführung als auch für die Fluidkühlung ist das Rohrinnenelement 2, wie in 2 dargestellt, bei der bevorzugten Ausführungsform mit insgesamt drei Rohrleitungen 5 verbunden bzw. versehen, wobei diese, um von hinten in das zu schweißende Rohr eingeführt werden zu können, ein Vielfaches einer größten Länge des Rohrinnenelements 2 aufweisen. Die eine Rohrleitung 5 (die mittlere) dient zur Zuführung, eine weitere (die untere) zur Abführung des Kühlmediums und eine letzte Rohrleitung zur Zuführung des Schutzgases zum Aufnahmeraum 3. Alle Rohrleitungen 5 sind über Anschlussöffnungen 6 mit einer Seite des Rohrinnenelements 2 verbunden. An die oberste Anschlussöffnung 6 schließt sich ein vergleichsweise kurzer Strömungskanal 7 im Rohrinnenelement 2 für das Schutzgas an, der in der bereits genannten Austrittsöffnung 4 ausmündet. Die beiden anderen Anschlussöffnungen 6 münden in miteinander verbundene, im Rohrinnenelement 2 angeordnete Strömungskanäle 7 für das Kühlmedium aus. Alle Strömungskanäle 7 sind bevorzugt in Form von Bohrungen in das Rohrinnenelement 2 eingebracht ausgebildet. Wie aus 4 ersichtlich, sind die beiden Strömungskanäle 7 für das Kühlmedium über eine senkrechte Zusatzbohrung miteinander verbunden, die aufnahmeraumseitig nach dem Bohren fluiddicht verschlossen wird.
Eine weitere wichtige Besonderheit des erfindungsgemäßen Rohrinnenelements 2 besteht darin, dass es eine wannenförmige Gestalt aufweist. Zur Ausbildung der wannenförmigen Gestalt sind dabei am Rohrinnenelement 2 Platten 8 angeordnet. Außerdem weist das wannenförmige Rohrinnenelement 2 einen zum Spalt bzw. zur Schweißnaht gewandten Wannenöffnungsbereich 9 auf, wobei die parallel zueinander angeordneten Platten 8 den Wannenöffnungsbereich 9 seitlich begrenzen. Mindestens diese Platten 8 des Rohrinnenelements 2 sind dabei aus hochtemperaturbeständigem Wolfram gebildet und können zum Entleeren des Aufnahmeraums 3 (von Schweißspritzern) demontiert werden.
Die spezielle Ausbildung der Platten 8 berücksichtigt dabei folgenden Sachverhalt: Die Spritzer des Schweißprozosses werden insbesondere durch die Seitenwände des wannenförmigen Rohrinnenelements 2 aufgefangen. Durch die geringe Breite des Rohrquerschnitts des Wendelrohrwärmetauschers sind die Seitenwände bzw. die Platten 8 im Abstand von weniger als 3 mm zu der unteren Öffnung der Plasmakapillare des Schweißprozesses angeordnet. Das Plasma ist extrem heiß, Temperaturen im Bereich von 10000°C treten direkt an der Plasmakapillare auf. Somit ist die thermische Belastung des Werkstoffs der Seitenwände (Platten 8) extrem hoch. Die Verwendung von Stahlwerkstoffen mit Schmelzpunkten von etwa 1500°C hat sich als nicht zielführend erwiesen. Auch Keramiken mit vergleichsweise hoher Wärmeleitfähigkeit wie Magnesiumoxid mit einem Schmelzpunkt von etwa 3000°C halten den beschriebenen Bedingungen nicht lange stand. Mit einem Schmelzpunkt von etwa 3400°C und einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 170 W/(mK) ist Wolfram im Bereich der Schutzgasführung einsetzbar. In sauerstoffhaltiger Umgebung oxidiert Wolfram bei etwa 1000°C zu einem mechanisch nicht stabilen, weißen Pulver. So ermöglicht die Lösung des zweiten Problems, die in der Stauung des zugeführten Schutzgases durch die Wannengeometrie des Untergasschuhs besteht, die Verwendung der Wolframplatten an den Seiten des Untergasschuhs. Das dritte Problem, die in das Rohrinnere gelangte Laserstrahlung, wird durch den Untergasschuh absorbiert. Dieser ist deshalb, wie beschrieben, mit einer Wasserkühlung versehen, um einen dauerhaften Betrieb zu ermöglichen.
Bezugszeichenliste

1: Schweißgerät
2: Rohrinnenelement
3: Aufnahmeraum
4: Austrittsöffnung
5: Rohrleitung
6: Anschlussöffnung
7: Strömungskanal
8: Platte
9: Wannenöffnungsbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1854108 [0002]
EP 1562006 B1 [0018]

Claims

Rohrschweißvorrichtung, umfassend ein Schweißgerät (1) zur Erzeugung einer äußeren Längsschweißnaht an einem rohrförmig ausgebildeten, einen parallel zur Rohrlängsachse verlaufenden Spalt aufweisenden Metallbauteil und ein in diesem angeordnetes Rohrinnenelement (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrinnenelement (2) mit Abstand zum Spalt angeordnet ist und spaltzugewandt einen Aufnahmeraum (3) für beim Schweißen mit dem Schweißgerät (1) entstehende Schweißspritzer aufweist.
Rohrschweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (3) als Schutzgasführung ausgebildet und vorzugsweise im Aufnahmeraum (3) eine Austrittsöffnung (4) für das Schutzgas angeordnet ist.
Rohrschweißvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Rohrinnenelement (2) fluidgekühlt, insbesondere wassergekühlt, ausgebildet ist.
Rohrschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrinnenelement (2) mit mindestens einer Rohrleitung (5) verbunden ist.
Rohrschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Seite des Rohrinnenelements (2) Anschlussöffnungen (6) wahlweise für das Kühlmedium und/oder ein Schutzgas angeordnet sind.
Rohrschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrinnenelement (2) mit mindestens einem Strömungskanal (7) wahlweise für ein Kühlmedium und/oder ein Schutzgas versehen ist.
Rohrschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrinnenelement (2) eine wannenförmige Gestalt aufweist.
Rohrschweißvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der wannenförmigen Gestalt am Rohrinnenelement (2) Platten (8) angeordnet sind.
Rohrschweißvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wannenförmige Rohrinnenelement (2) einen zum Spalt gewandten Wannenöffnungsbereich (9) aufweist.
Rohrschweißvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (8) den Wannenöffnungsbereich (9) seitlich begrenzen.