DE2115434B2 - Verfahren zum Herstellen von Wärmeaustauschern mit Wasserkästen aus thermoplastischem Kunststoff - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Wärmeaustauschern mit Wasserkästen aus thermoplastischem Kunststoff

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Sa Des Usines Chausson Asnieres Hauts-De-Seine (frankreich)
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Wärmeaustauschern mit Wasserkästen
Ii -lus thermoplastischem Kunststoff, indem zunächst das eigentliche Austauscherbündel mit Umlaufrohren, Abstrahlern und Rohrplatten hergestellt wird.
Bisher erfolgte die Herstellung der Verbindung zwischen der Rohrplatte und dem Wasserkasten bei derartigen Austauschern durch mechanische Mittel, insbesondere Klammern, welche zwischen jedem Wasserkasten und jeder Rohrplatte unter Zwischenschaltung einer nachgiebigen Dichtung Klemmdruck ausüben.
Die Benutzung von Klammern o. dgl. erhöht jedoch den Gestehungspreis des Wärmeaustauschers durch zusätzliche Bearbeiicingsvorgänge und schwierige Anbringung, wofür geschultes Personal notwendig ist.
Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, das
so eingangs genannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß mit eintachen Mitteln eine Automatisierung der Herstellungsvorgänge möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß anschließend die Wasserkästen aus thermoplastischem Kunststoff mittels eines Umfangsrandes zur Anlage einer Dichtung durch Einwirkung von Druck und Ultraschall mit den Rohrplatten unter Einschluß der Dichtung verbunden werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Teilschnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgamäßen Kühlers,
F i g. 1 a einen der F i g. 1 entsprechenden Schnitt mit der Darstellung der Verbindung zwischen der Rohrplatte und dem Wasserkasten nach der endgültigen Anbringung des letzteren,
F i g. 2, 2a, 3, 3a, 4, 4a, 5, 5a, 6, 6a F i g. 1 bzw. I a
Vi entsprechende Darstellungen von abgewandelten Ausführungsformen und
Fig.4b eine perspektivische Ansicht einer Ausführungseinzelheit.
Der dargestellte Kühler weist Umlaufrohre 1 für die zu kühlende Flüssigkeit auf, an deren Außenwände Abstrahler 2 anliegen, die nach Belieben aus gewellten Streifen, wie dargestellt, oder aus auf die Umlaufrohre 1 aufgeschobene Rippen bestehen. Die Enden der Rohre münden in Rohrplatten 3, von denen nur eine dargestellt ist. Die Umlaufrohre 1, die Abstrahler 2 und die Rohrplatten 1 bilden das Rohrbündel. Dieses aus Metall bestehende Rohrbündel kann so hergestellt sein, daß die Umlaufrohre 1 aus Messing oder rostfreiem Stahl, der Abstrahler 2 aus Kupfer, Stahl oder Aluminium, und die
t>5 Rohrplatten 3 aus Messing, rostfreiem Stahl, Kunststoff od. dgl. besteiien. Alle Teile über können auch aus Aluminium hergestellt werden und ihre Verbindung durch Löten, Hartlöten, Kleben usw. erfolgen.
Die Wasserkästen 4 bestehen aus einem thermoplastischen Kunstharz. Diese Harze können Polyamide, Polypropylen, Acetate, Polystyrene oder Polycarbonate sowie zahlreiche andere Harze sein. Vorzugsweise werden jedoch Harze mit hohem Elastizitätsmodul gewählt.
Bei der Ausführungsform der F i g. 1 hat der Wasserkasten eine solche Form, daß er über seinen ganzen Umfang eine Randleiste 5 besitzt, welche sich wenigstens teilweise über den Umfangsrand der Rohrplatte 3 erstreckt Die Randleiste 5 ist durch einen heruntergezogenen Rand 6 verlängert, der eine Umfangsmulde 7 zur genauen Einpassung des Umfangsrandes der Rohrplatte 3 und eine zweite in der gleichen lotrechten Ebene wie die Randleiste 5 angeordnete innere Ausnehmung 8 abgrenzt Ein Umfangsring 9 greift teilweise in den unteren Rand des Wasserkastens ein, indem er sich an der Ausnehmung 8 abstützt. Der Umfangsring 9 kann durchlaufend sein, d. h. durch einen vollen Ring gebildet werden, oder auch aus mehreren Abschnitten bestehen. Wie auf der Γ-ich..^ig dargestellt, besitzt der Umfangsring 9 aut seiner Oberseite eine dünne Rippe 10, welche so der Rohrplatte 3 gegenüberliegt
Wenn der Wasserkasten 4 an der Rohrplatte 3 unter Zwischenschaltung einer nachgiebigen Dichtung 11 angebracht wird, welche z. B. aus einem Elastomer oder einfach aus einem Leim auf Kunstharzbasis besteht, ist zwischen der Rippe 10 und der gegenüberliegenden Wand der Rohrplatte 3 ein kleiner Raum vorhanden, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist. Außerdem springt der Ring unterhalb des Wasserkastens vor.
Zur endgültigen Befestigung des Wasserkastens 4 an der Rohrplatte 3 werden der Wasserkasten und der Ring mit Hilfe von Backen 13, 14 eingespannt, deren Form der Form der Randleiste 5 und des Umfangsringes 9 entspricht Die Backen 13 und 14 werden kräftig so gegeneinander gepreßt, daß sie auf den Ring und den Wasserkasten je nach der Art des den Wasserkasten sowie den Ri"g bildenden Kunstharzes einen Druck von größenordnungsmäßig 1 bis 5 N/mm2 (10 bis 50 kp/cm2) ausüben. Hierauf werden auf wenigstens eine der Backen 13 oder 14 Ultraschallwellen zur Einwirkung gebracht, d. h. eine Backe ist mit einem Schwingungserzeuger verbunden, welcher mit einer Frequenz von größenordnungsmäßig 20 000 Hz odtr mehr schwingt.
Zur Erleichterung der Anbringung insbesondere der Backe 14 kann diese aus zwei oder mehr Teilen bestehen. Die Zeit, während welcher eine Backe den Ultraschallwellen ausgesetzt wird, hängt von der Art des Kunstharzes sowie auch von dem Abstand zwischen den Enden der beiden Backen ab. Diese Zeit beträgt ;τι allgemeinen größenordnungsmäßig 4 bis 6 sek. Die Wirkung der Ultraschallwellen erzeugt bekanntlich in der Berührungsebene zwischen dem Umfangsring 9 und dem Wasserkasten eine Erwärmung, welche das Schmelzen des Kunststoffs und somit eine Schweißung erzeugt, welche durch den von den Backen 13 und 14 ausgeübten Druck begünstigt wird.
Wie in Fig. la dargestellt, bildet der Umfangsring 9 am Ende des Vorgangs mit dem Wasserkasten 4 ein Stück. Die Rippe 10 ist dabei so verformt, daß sie eine die Rohrplatte 3 gegen die Dichtung 11 drückende Lippe 10a bildet.
F i g. 2 und 2a zeigen eine geringe Abänderung, bei welcher die Schulter la des Wasserkastens so geformt ist, daß sie eine Ausnehmung /.ur Aufnahme einer Dichtung Ha sowie eine der Rohrpleittc 3 zugewandte Rippe 15 bildet. Der Umfangsring 9a hat dann etwa Rechteckquerschnitt, wobei die Ausnehmung 8a, an welcher er sich abstützt, wie vorstehend so ausgebildet ist, daß ein Zwischenraum zwischen der Rohrplatte und
■i der Rippe 15 entsteht, und daß der Ring unterhalb der Abschlußkante des Wasserkastens 4 vorspringt.
Wie vorstehend und wie in Fig.2 dargestellt, bildet der Ring 9a, nachdem der Ring und der Wasserkasten dem Druck und der Wirkung der Ultraschallwellen
ίο durch die Backen 13, 14 ausgesetzt wurden, ein Stück mit dem Wasserkasten 4. Die Rippe 15 bildet eine Lippe 15a, die sich gegen die Rohrplatte legt und die die Dichtung Ha enthaltende Ausnehmung vollständig verschließt
Bei der Ausführungsform der F i g. 3 und 3a bildet der Wasserkasten 4 wiederum die Randleiste 5. Die Schultern sind jedoch durch eine um den ganzen Umfang desselben herumlaufende nutförmige Ausnehmung 16 ersetzt In diese Nut wird die überkante eines Randwulstes 17 eingesetzt welcher e**va a.e Form eines L hat, und eine Ausnehmung 18 zur Aufnahme einer Dichtung 19 abgrenzt.
Wie in F i g. 3a dargestellt, ist nachdem die Randleiste 5 und der Randwulst 17 der Wirkung der Backen 13 und 14 dahingehend ausgesetzt wurden, daß sie einerseits einen statischen Druck ausüben und andererseits Ultraschallwellen übertragen, der Randwulst 17 mit dem Wasserkasten 4 verschweißt und bildet mit diesem ein Stück. Gleichzeitig hat sich der Randwulst soweit nach oben verschoben, daß sich die Rohrplatte 3 an der Unterkante des Wasserkastens 4 abstützt, wobei die Dichtung 19 vollständig in der Ausnehmung 18 eingeschlossen ist.
Eine ähnliche Anordnung ist in Fig.4 bis 4b
» dargestellt. Hier begrenzt jedoch der Wasserkasten 4 eine innere, sich z. T. unterhalb der Randleiste 5 am Umfang erstreckende Ausnehmung 20.
21 bezeichnet einen Randwulst, welcher z. B. durch Strangpressen hergestellt und auf die Länge des Umfangs der Rohrplatte 3 zugeschnitten ist. Dieser Randwulst 21 bildet vorzugsweise auf seiner Oberseite wenigstens eine Rippe 22 und begrenzt in einer Seite eine Ausnehmung 23, die den Rand der Rohrplatte 3 umfaßt Sie enthält eine Dichtung, z. B. einen Leim oder eine Dichtung aus einem Elastomer. Wie in Fig.4 dargestellt, ist die Höhe des Randwulstes 21 größer als die Tiefe der Ausnehmung 20.
Fig.4b zeigt, daß man zum Zusammenbau zunächst den Randwulst 21 auf die Rohrplatte 3 aufsetzt, worauf
y> man über das Ganze den Wasserkasten 4 schiebt Dadurch wird der Randwulst 21 in seiner Lage gehalten, worauf man wie bei den vorhergehenden Beispielen den Randwulst 21 und den Wasserkasten 4 der Wirkung der Backen i3,14 aussetzt. Die Wirkung der Ultraschallwel-
r>5 len bewirkt das allmähliche Schmelzen der Rippe 22 und des entsprechenden Anlageteils des Wasserkastens, so daß bei beendeter Behandlung der Randwulst vollständig in die Ausnehmung 20 eingeschlossen ist, wie in Fig. 4a dargestellt.
Fig. 5 und 5a zeigen eine Weiterentwicklung, bei welcher der Wasserkasten eine solche Form hat daß er wiederum die Randleiste 5 und eine innere Umfangsrippe 24 begrenzt, die mit einem heruntergezogenen Rand 25 eine Ausnehmung 26 für eine Dichtung 27 bildet. μ'· Diese Dichtung 27 swUzt sich an der Rohrplatte 3 ab. Der heruntergezogene Rand 25 besitzt eine abgeschrägte Außenwand 28.
Wenn mittels der Backen 13, 14 der Druck ausgeübt
wird und auf eine von ihnen Ultraschallwellen zur F.inwirkung gebracht werden, erhält man das überraschende Ergebnis dahingehend, daß der heruntergezogene Rand 25 unterhalb der Rohrplatte 3 umgebogen wird, um einen in Fig. 5a dargestellten Wulst 25;i zu bilden, der die Rohrplatte 3 gegen die Umfangsrippe 24 drückt. Die Umfangsrippe 24 wird ihrerseits so verformt, daß die Ausnehmung 26 verringert und die Dichtung 27 kräftig gegen den Rand der Rohrplatte gepreßt wird.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde davon ausgegangen, daß der Umfangsrand der Rohrplatte 3 eben ist. Es ist jedoch auch möglich, daß die Rohrplatte entweder einen aufwärts gehenden oder einen abwärts gehenden Rand bildet. In diesem Fall dringt bei der Anlegung der Ultraschallwellen dieser aufwärtsgehende oder abwärtsgehende Rand der Rohrplatte in den Werkstoff des Wasserkastens 4, des Randwulstes oder eines anderen Profilstücks ein. wodurch eine zusätzliche Verankerung entsteht.
F i g. 6 und 6a zeigen noch eine weitere Ausführungs-"> form, bei welcher der Wasserkasten 4 wiederum eine Ausnehmung 26 für eine gegen die Rohrplatte 3 zu drückende Dichtung 27 bildet. Diese Ausnehmung ist in der ebenen Unterseite des Wasserkastens ausgebildet, von der aus Ansätze 29 vorspringen, dcien Unterseite
in z. B. konkav ist.
Wenn die Backe 14a eine Oberseite etwa in Form eines besitzt, wird bei Anlegung der Ultraschallwellen nach Einsetzen der Ansätze 29 in Löcher 30 der Rohrplatte 3 der unter der Rohrplatte befindliche
ι ■> Abschnitt der Ansätze 29 wie ein Nietkopf verformt, wie dies bei 29λ in F i g. 6 dargestellt ist.
1 nintt 7.pirhniinpen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von Wärmeaustauschern mit Wasserkästen aus thermoplastischem Kunststoff, indem zunächst das eigentliche Austauscherbündel mit Umlaufrohren, Abstrahlern und Rohrplatten hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend die Wasserkästen (4) aus thermoplastischem Kunststoff mittels eines Umfangsrandes zur Anlage einer Dichtung durch Einwirkung von Druck und Ultraschall mit den Rohrplatten (3) unter Einschluß der Dichtung (11, Ha) verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus thermoplastischem Kunststoff bestehende Dichtung (11, Wa) in eine Umfangsmulde (7, Ja) des Wasserkaste.ns einbringt und dann auf den äußersten Umfang der Rohrplatte aufbringt.
3. Verfaii-en nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, d«ß ein Umfangsring (9S 9a) in eine Ausnehmung (8, 8a, 16, 20) des Wasserkastens eingelassen wird und von derjenigen Fläche der Rohrplatte vorspringt, welche der von dem Wasserkasten gebildeten Anlagefläche an der Rohrplatte abgewandt ist, wobei der Ring in den Wasserkasten so eingelassen wird, daß zwischen diesem und der Rohrplatte ein Spiel entsteht, worauf der mit den Ultraschallwellen kombinierte statische Druck auf den Ring und den Wasserkasten in ihrem ineinander eingreifender Teil ausgeübt wird, so daß der Wasserkasten sowie der Ring so verformt werden, daß dieses Spiel vollständig ausgehoben wird und die Einspannung einer zwischen dem Wasserkasten und der Rohrplatte oder zwischen i.er Rohrplatte und dem Ring angeordneten Dichtung (11, Wa) erzielt wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem Randwulst (17, 21) des Wasserkastens eine Ausnehmung (18 oder 23) vorsieht, um nach Aufbringen der Ultraschallwellen die elastische Dichtung am Umfang der Rohrplatte zur Anlage zl, bringen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Randwulst (21) duich Strangpressen hergestellt und dann auf die Länge dei Umfangs der Rohrplatte zugeschnitten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Randwulst (21) eine solche Form erhält, daß er wenigstens eine Rippe (22) abgrenzt, welche mit dem Abschnitt des Wasserkastens in Berührung kommt, gegen welchen sie bei der Anlegung des Drucks und der Ultraschallwellen gepreßt wird.
7. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Wasserkastens eine solche Form erhält, daß sie einen heruntergezogenen Rand (25) mit abgeschrägten Außenwänden (28) abgrenzt, wobei der heruntergezogene Rand den Umfang der Rohrplatte (3) umfaßt und die den Druck und die Ultraschallwellen übertragenden Hacke) (13, 14) auf diesen heruntergezogenen Rand so einwirken, daß er die Form eines die Rohrplatte einspannenden Wulstes erhält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des Wasserkaslcns (4) so geformt wird, daß sie eine Ausnehmung (26) für eine Dichtung (27) sowie von einer Anlagefläche aus vorspringende Ansätze (29) bildet, während die Rohrplatte (3) eine solche Form erhält, daß sie gegenüber den Ansätzen Löcher (30) bildet, in welche die Ansätze eingeführt und hierauf dem Druck und den Ultraschallwellen ausgesetzt warden, welche ihnen die Form eines Nietkopfs geben.
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