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Verfahren zur Befestigung eines Rohres in einer Wandung (Für diese
Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden US-Anmeldung Ser. No. 147 319 vom
27.5.1971 beansprucht) Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Befestigung eines metallischen Rohrendes in einer entsprechenden Bohrung einer
metallischen Wandung. Solche Verbindungen tonnen insbesondere bei Wärmetauschern
vor, bei denen eine große Anzahl von Rohren in sogenannten Rohrböden befestigt werden
müssen.
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Die Befestigung selbst geschieht normalerweise durch Walzen oder auch
durch Explosionsaufweiten des eingesetzten Rohres, das sich dadurch fest an das
Material des Rohrbodens anlegt.
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Für die Verbesserung der mechanischen Festigkeit einer derartigen
Verbindung ist es üblich, Vertiefungen oder Rillen in den Bohrungen der Rohrböden
vorzusehen, so daß das Material der Rohre bein Anpreßvorgang in diese Vertiefungen
einfließt und damit eine gute mechanische Verankerung zwischen den Röhren und dem
Rohrboden entsteht. Rohre aus verhältnismäßig weichen Materialien, wie korrosionsbeständigen
Messinglegierungen, Bronze, Aluminiumlegierungen usw. lassen sich leicht zur Erzeugung
guter mechanischer Verbindungen verformen. Röhren aus rostfreiem Stahl, Titan, Tantal
und anderen Materialien, die im Vergleich zu den vorgenannten eine hohe Korrosionsbeständigkeit
besitzen und verhältnismäßig hart sind, lassen sich nicht leicht verformen, so daß
es schwierig ist, eine feste mechanische Verbindung zwischen solchen Röhren und
einem Rohrboden zu erzielen,
speziell wenn das Rohrbodenmaterial
weicher ist, als jenes des Rohres. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Festigkeit
der mechanischen Verbindung zwischen Rohr und Rohrboden ist die Verstärhtng der
Rohrwandung, dies ist jedoch sehr umständlich und auch teuer. Hinzu kommt, daß spezielle
Materialien, wie z.B. Titan und Tantal in dieser Form praktisch nicht zu haben sind.
Es stellte sich daher die Aufgabe, ein einfaches Verfahren zu finden, mit dem es
möglich ist, eine besonders hohe Pestigkeit der Verbindung zwischen Rohr und Rohrboden
za erzielen.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein rohrförmiges Einsatzstück
in Höhe der Befestigungszone in das Rohrende eingeschoben wird und durch an sich
bekannte Mittel, wie Walzen oder Explosionsaufweiten nach dem Rohrende bzw. gleichzeitig
mit diesen in eine starre mechanische Verbindung mit der Wandung gebracht wird.
Zur weiteren Erläuterung dieser Erfindung wird auf die Fig. 1 und 2 verwiesen, aus
denen auch noch weitere Merkmale zu entnehmen sind.
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Die Fig. 1 zeigt einen teilweisen Schnitt durch eine derartige Verbindung,
die Fig. 2 einen ähnlichen Schritt,#edoch mit verlängertem Einsatzstück.
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Die Fig. 1 zeigt ein Rohr 1, das mit einer Bohrung 3 in einem Rohrboden
5 in Verbindung steht und ein rohrförmiges Einsatzstück 7, das mit dem Rohr 1 im
gleichen Bereich in Verbindung steht. Das Rohr 1 und der Rohrboden 5 sind in dieser
Anordnung typisch für einen konventionellen Wärmetauscher. Das Rohr 1 wird normalerweise
mit dem Rohrboden durch Rollen oder Walzen in Verbindung gebracht, jedoch können
auch andere Verfahren, wie z.B. Rundhämmern und Explosionsaufweiten Verwendung finden.
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Wie in der Zeichnung dargestellt, hat das Rohr ein etwas gespreiztes
Ende 9. In einem solchen Fall sind auch die Enden der 11 Einsatzstücke 7 entsprechend
der Spreizung 9 des Rohres ausgebildet. Wenn die Einsätze nur vorgesehen sind, um
die
Festigkeit der mechanischen Verbindung zwischen dem Rohr und
dem Rohrboden zu erhöhen, können sie etwas kürzer als die Dicke des Rohrbodens gehalten
und über ihre gesamte Länge, -wie in Fig. 1 dargestellt, aufgeweitet werden.
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Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Einsätze 7' länger als die Dicke
des Rohrbodens, so daß diese Einsätze 7' sich etwas in Strömungsrichtung in das
Rohr hinein erstrecken. Dieser Bezirk des Rohres 1 ist am meisten einer Erosionswirkung
und der Korrosion ausgesetzt. Relativ lange Einsätze 7' bewirken somit nicht nur
eine Erhöhung der mechanischen Verbindung zwischen dem Rohr und dem Rohrboden, sondern
dienen auch als Erosions-und Korrosionsabschirmung für das Einlaßende der Röhren.
Diese Einsätze 7 oder 7' können aus dem gleichen Material wie die Röhren gefertigt
werden, andere Materialien, die sich von denen der Röhren wesentlich unterscheiden,
wie z.B. Titaneinsätze können in Verbindung mit Röhren aus Aluminiumlegierungen
Verwendung finden. Wenn das Einsatzstück von gleichen Material wie das Rohr ist,
wird die mechanische Verbindung zwischen dem Rohr und dem Rohrboden im wesentlichen
jener entsprechen, bei der die Wandstärke des Rohres so groß ist, wie die Sunde
der Wandstärken vom Rohr und Einsatzstück. Wenn ein Einsatzstück verwertet wird,
das aus gegenüber dem vorgenannten Fall einem härteren Material als jenes des Rohres
besteht, wird sich eine festere mechanische Verbindung zwischen der Röhre und dem
Rohrboden ergeben. Die Verwendung von Titaneinsätzen in Verbindung mit iluminiumröhren
wird daher eine festere Verbindung zwischen dem Rohr und dem Rohrboden erbringen,
als die Verwendung eines verstärkten Aluminiumrohres, das eine Wandstärke entsprechend
der Summe der Dicke des einfachen Rohres und des Einsatzes hätte. Wenn entsprechend
Fig. 2 ein Titaneinsatz 7' verwendet wird, so wird die bei Aluminiunrohren am meisten
für Korrosion und Erosion empfindliche Zone geschützt. Wenn das Rohrmaterial härter
ist als jenes des Rohrbodens, so können Vertiefungen oder Rillen in den Bohrungen
des Rohrbodens keine
Vergrößerung der Festigkeit der mechanischen
Verbindung zwischen dem Rohr und dem Rohrboden erbringen, da das Rohrmaterial nicht
in diese Ausnehmungen fließen wird. Der bisher an sich bekannte Weg zur Erhöhung
der Festigkeit der mechanischen Verbindung zwischen dem Rohr und den Rohrboden war
eine größere Rohrwandstärke vorzusehen oder gleich hartes Material für die Rohrböden
zu verwenden, was Jedoch oft sehr aufwendig ist.
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Die Einsätze 7 und die Röhren 1 werden daher im Rohrboden durch folgende
Verfahrensschritte befestigt: Einsetzen des Rohres 1 in die Bohrung 3 des Rohrbodens
5.
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Aufweiten des Rohres 1 bis zum Eingriff mit dem Rohrboden 5 durch
Rollen, Walzen oder andere Mittel. Aufspreizen des Röhrenendes 9 in Rohrboden. Aufspreizen
des einen Endes des Einsatzes vor seiner Einführung in das Rohr zur späteren Fixierung
in der Sollstellung. Einschieben des Einsatzatückes bis zum gegenseitigen Anliegen
der gespreizten Enden. Aufweitung des Einsatzes bis zur Verbindung mit dem Rohr
durch Rollen, Walzen oder andere Mittel.
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Das Rohr und das Einsatzstück können aber auch im Rohrboden gemeinsam
aufgeweitet werden, was ein besonders wirtschaftliches Verfahren ist. Die Festigkeit
dieser Verbindung ist praktisch die gleiche, wie jene eines Rohres, das eine Wandstärke
hat, die gleich der Summe der Dicke des Einsatzrohres und der Röhre 1 ist. Bei Verwendung
von Einsätzen aus härterem Material als das Rohr,hat die Verbindung zwischen den
Rohr und dem Rohrboden eine größere Festigkeit als wenn das Rohr eine Dicke hätte,
die der Summe der Dicke des einfachen Rohres und des Einsatzes entspricht. Auf diese
Weise wird eine Erhöhung der Festigkeit der Verbindung zwischen der Röhre und dem
Rohrboden mit nur einem minimalen Anwachsen der Kosten erreicht.
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3 Patentansprüche 3 Figuren