DE2253760A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von waermetauschern - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Wärmetauschern (Priorität: 2. November 1971, USA, Hr. 194

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Wärmetauscher-Rohrbüiifeln,

Bei einem herkömmlichen Mantel- und Rohr-Wärmetauscher sind die Wärmetauscherrohre gewöhnlich aa ihren einander gegenüberliegenden Enden jeweils mittels Rohrplatten gelagert. Die Rohre verlaufen durch in die Rolirplatten gebohrte Öffnungen und die äußeren Enden der Rohre sind in die Platten gewalzt oder geschweißt, so daß sich die notwendig© Abdichtung zwischen den Rohren (oder den Köpfen an jedem End@ des Mantelö) "und dem Innern des Mantels ergibt. Dieser Aufbau hat unter anderem folgende Nachteiles Die Platten-sind teuer und das Bohren der kleinen Löcher (in einem Rohrbündel können beispielsweise bis zu 10 000 Rohre vereinigt sein) in die Roferplattea ist teuer. Ferner bilden sich bei der gewalzten Rohr-Plattenkonstruktion an der Rückseite der Platte Spalten, die als unzugängliche Bereiche leicht korrodieren. Korrosionsverhindernde Überzüge'können in den.Spalten nicht verwendet werden, da beispielsweise infolge der Wärme zwischen den Rohren und der Platten Relativbewegungen auftreten, durch die der überzug schnell aufbricht «nd abblättert.

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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung plattenloser Rohrbündel anzugeben, durch die die oben genannten Nachteile vermieden werden, mit denen eine vollgeschweißte Rohrbündelkonstruktion hergestellt werden kann, und mit denen gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen Zeit und Kosten gespart werden.

Erfindungsgemäß werden die zu einem Bündel zu vereinigenden Rohre zunächst auf Länge geschnitten, an den Stirnseiten bearbeitet und an den beiden Enden aufgeweitet. Hierauf werden die aufgeweiteten Rohre zusammen mit starren Stutzenenden, die für Befestigungsflansche gebraucht werden, in einer Reihe in einen Rohrhalter oder in eine Rohrpaßlehre eingebracht und an dieser befestigt. Unter Verwendung eines Zahnstangenfräsers werden drei in einem halben Sechseck angeordnete Schweißkanten an den unteren Hälften der aufgeweiteten Rohrenden und an den starren oder festen Stutzenenden im Rohrträger bearbeitet. Gleichzeitig werden die Enden der aufgeweiteten Rohre mittels Entgratern entgratet. Die vorbereiteten Schweißkanten der starren Stutzenenden werden von Hand entgratet. Sie können jedoch auch maschinell entgratet und an Ort und stelle mit Hilfe besonderer Anordnungen bearbeitet werden.

Unter Verwendung sehr ähnlicher Bearbeitungs- und Entgratungsverfahren werden drei in einem halben Sechseck angeordnete, zur Schweißung vorbereitete Oberflächen an den unteren Hälften der aufgeweiteten Rohrenden und Enden der starren Stutzen an der unteren Reihe des Rohrbündels bearbeitet. Wenn die zur Schwei-Öung vorgesehenen Kanten sämtlich bearbeitet sind, wird der Rohrträger um 180° in eine Stellung unter dem Rohrbündel gedreht und zur Verschweißung festgeklemmt. An jedem Rohr oder Stutzenende und längs der aneinander anliegenden für die Schweißung vorbereiteten Kanten an der Rohrbündelunterseite werden durchgehende Stumpfschweißungen ausgeführt.

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Der Ausdruck "halbsechseckig© Sehweißkanten¹⁸ oder dergleichen bedeutet drei zur Schweißung vorbereitete Oberflächen, die in einem halben Sechseck angeordnet sind»

Die Erfindung wir im folgenden anhand üer Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen?

Fig. 1a, 1b, 1c und 1d perspektivische Darstellungen zur Erläuterung der verschiedenen erfindungsgemäßen Herstellungsschritte eines einzelnen Wärmetauscherrohre %

Fig. 2 die Seitenansicht eines fertigen Rohrsg Fig. 3 die Vorderansicht eines fertigen Rohreg

Fig. 4 die Drauf- bzw. Vorderansicht eiaes zur Herstellung eines ^ Wärmetauscher-Rohrbündels verwendeten Rohrträgers mit mehreren darin befestigten Wärmetauscherrohre:^

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 der Fig. 4; Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 der Figo 61 Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 der Fig. 6ι

Fig. 9 eine der Fig. 6 ähnliehe Ansicht» jedoch mit der Darstellung einer Rückholfeder-Anordnimg, die in dem Rohrträger verwendet werden kannj

Fig. 10 die Draufsicht einer Vorrichtung zur Schweißnahtvorbereitung an den Enden der Wärmetauscherrohre unter Verwendung von Zahnstangenfräsern;

Fig. 11 die Vorderansicht der in Fig. 10 gezeigten Vorrichtung;

Fig. 12 eine der Fig. 4 ähnliche Ansicht_s wobei jedoch die Rohre und die starren Stutzen in dem Träger befestigt und fertig für die Bearbeitung zur Schweißnahtvorbereitung sind;

Fig. 13 die Vorderansicht der in Fig. 12 gezeigten Anordnung;

Fig. 14 die Vorderansicht eines in typischer Weise zusammengebauten Wärmetauscher-Rbhrbündels mit der Darstellung der Rohre und des Flanschmaterials nach deren Verbindung;

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Fig. 15 die Draufsicht auf die Anordnung der Fig. 14; Fig. 16 die Vorderansicht eines fertigen Wärmetauscher-Rohrbüiidels;

Fig. 17 die Draufsicht auf eine Seite des fertigen Rohrbündels der Fig. 16;

Fig. 18 die Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel eines Wärmetauscher-Rohrbündels, wobei die Rohre und das Flanschmaterial miteinander verbunden sind;

Fig. 19 die Vorderansicht des Rohrbündels der Fig. 18;

Fig. 20 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmetauscher-Rohrbündels, wobei die Rohre und das Flanschmaterial miteinander verbunden sind;

Fig. 21 die schematische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung der Rohrbündel;

Fig. 22 eine der Fig. 21 ähnliche Darstellung in einer anderen Stellung der Herstellungsvorrichtung;

Fig. 23 die Vorderansicht eines erfindungsgemäßen festen Stutzens bzw. massiven Bolzens mit gekrümmten Oberflächen;

Fig. 24 Seitenansichten des in Fig. 23 gezeigten Stutzens; und 25

Fig. 26 einen Querschnitt längs der Linie 26-26 der Fig. 23;

und
Fig. 27 einen Querschnitt längs der Linie 27-27 der Fig. 23.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von vollgeschweißten Wärmetauscher-Rohrbündeln. Das heißt, es wird keine Rohrplatte verwendet und die Rohre werden nicht in in eine Rohrplatte gebohrten Löchern befestigt oder in diese eingewalzt. Vielmehr werden die Rohre an ihren Verbindungskanten zusammengeschweißt, so daß sich ein dichter, geformter und fester Körper ergibt, der um die äu* ßersten Rohre geschweißt ist, so daß das Bündel auf die gewünschte zylindrische Außenform ausgefüllt ist und sich der notwendige Flansch . ergibt.

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Fig. 1a bis 1d zeigen in Verbindung mit Fig. 2 und 3 verschiedene Schritte bei der Herstellung eines einzelnen Wärmetauscherrohrs, das in ein Rohrbündel eingefügt werden soll. Die metallischen Wärmetauscherrohre T werden zunächst auf Länge geschnitten (Fig. 1a). Die Rohrwandstärke ist t.

Darauf werden die Rohre T an der Stirnfläche bearbeitet und an beiden Enden nach außen aufgeweitet (Fig. 1b). Die aufgeweiteten Oberflächen F sind nach außen konkav oder mit einem Radius R gekrümmt, so daß die Oberflächen glockenförmig und nicht kegelstumpfförmig sind. Der Radius R ist vorzugsweise gleich 3r, worin r der Außendurchmesser (Fig. 2) des Rohrs ist.

Darauf werden die Schweißkanten an den aufgeweiteten Enden der Rohre bearbeitet, so daß die Rohre je in ein Rohrbündel geschweißt werden können. Zur vollständigen Verschv/eißung jedes Rohrs in das Bündel werden sechs in einem regelmäßigen Sechseck angeordnete Oberflächen an jedem Ende der aufgeweiteten Rohre bearbeitet. Diese Flächen sind sämtlich parallel zur Längsachse des Rohrs. Die Bearbeitung der sechs Schweißflächen erfolgt in verschiedenen getrennten Schritten unter Verwendung· einer bestimmten Befestigung und eines bestimmten Bearbeitungswerkzeugs. Zunächst sollen jedoch die vollen Sechseckflächen beschrieben werden. Fig. 1c zeigt die Bearbeitung einer der sechs Flächen an jedem Ende des Rohrs T. Eine Schnittebene P liegt parallel zur Rohrlängsachse A, sie schneidet sich mit der aufgeweiteten Fläche an einem Ende des Rohrs T und bildet eine vorbereitete Schweißfläche S. Durch den Schnitt dieser Ebene mit der aufgeweiteten Ebene am anderen Ende des Rohrs T ergibt sich eine vorbereitete Schweißfläche S·. Die Fläche S ist eine der sechs Flächen (im Sechseck angeordnet), die schließlich an einem Ende des aufgeweiteten Rohrs T bearbeitet werden. Die Fläche S liegt parallel zur Rohrachse A. Ebenso bildet die Fläche S¹ eine der sechs im Sechseck angeordneten Flächen, die schließlich am anderen Ende des aufgeweiteten Rohrs hergestellt werden.. Die Oberfläche S^f liegt ebenfalls parallel zur Rohrachse A.

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Fig. 1d zeigt ein Wärmetauscherrohr mit sechs im Sechseck angeordneten Oberflächen S, die an einem Ende des aufgeweiteten Rohrs gebildet sind. Ebenso sind am anderen Ende des aufgeweiteten Rohrs sechs im Sechseck angeordnete Flächen S¹ gebildet. Diese bearbeiteten Oberflächen dienen als vorbereitete Schweißkanten oder -flächen zur Verschweißung der Wärmetauscherrohre in das Rohrbündel. Fig. 2 und 3 zeigen das eine Ende des aufgeweiteten und zur Schweißung vorbereiteten Rohrs T mit den Oberflächen S.

Fig. 4 bis 9 zeigen eine Halteinrichtung (Rohrträger) zur Halterung und Behandlung mehrerer zylindrischer Teile, z.B. der Rohre. T, die in ein Wärmetauscher-Rohrbündel eingefügt werden sollen. Es sei angenommen, daß die in das Bündel einzufügenden Rohre (es sind sieben Rohre 1a bis 1g gezeigt, die dem Rohr T ähnlich sind) bereits auf Länge geschnitten, an den Stirnseiten bearbeitet und an beiden Enden aufgeweitet sind, wie anhand der Fig. 1a und 1b beschrieben wurde. Zur Bearbeitung der Schweißkanten und zur weiteren Verarbeitung werden die aufgeweiteten Rohre in eine Halteeinrichtung oder einen Rohrträger 5 eingesetzt.

Der Rohrträger 5 liegt auf einem länglichen starren Rahmen auf, der im wesentlichen aus zwei plattenähnlichen Endteilen 6a und 6c und einem Mittelteil 6b besteht, die starr aneinander befestigt sind. Der eine Endteil 6a ist an einer zylindrischen Welle 7 befestigt, die um eine horizontale Achse 28 drehbar gelagert ist, beispielsweise mittels zweier einander gegenüberliegend angeordneter Wellenstutzen 7a, die je in einer festen, nichtgezeigten Halterung befestigt sind. Der gesamte Rohrträger 5 bildet einen Doppelaufbau mit zwei ähnlichen Halteanordnungen je an einem der einander gegenüberliegenden Enden der aufgeweiteten Rohre. Im folgenden soll nur eine dieser Aufbauten beschrieben werden. Die Bauelemente an der anderen Seite des Rohrträgers 5 (nicht im einzelnen beschrieben), die denen an der beschriebenen Seite ähneln, werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, die durch einen ' kenntlich gemacht sind.

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Der Rahmenteil 6b ist iin vertikalen Querschnitt (Fig. 7) C-förmig und trägt an seiner unteren Kante mehrere in Abständen voneinander angeordnete, parallele und halbkreisförmig gekrümmte Aufnahmenuten 8, deren Krümmungsmittelpunkte sämtlich im wesentlichenⁿder gleichen Ebene liegen. Die Krümmung der Nuten 8 entspricht der Krümmung der äußeren Zylinderfläche des nlchtaUfgeweiteten Teils der Rohre 1a bis 1g. Je aufzunehmendes oder zu haltendes Teil ist eine Nut vorgesehen, so daß der Rahmen 6a bis 6c ein Fassungsvermögen von sieben zylindrischen Teilen hat..Ein angeformter Block 9 ragt von der Vorderkante des Rahmenteils 6b, mit der jeweiligen Nut 8 fluchtend, nach außen, so daß sich mehrere zueinander parallele, in Abständen voneinander angeordnete und gekrümmte Teile aufnehmende Elemente ergeben. Die Blöckä 9 sind in ihrer unteren Oberfläche jeweils mit einer Nut oder Ausnehmung 10 Versehen, die genau auf die entsprechende Aufnahmenut 8 paßt und auf diese ausgerichtet ist, so daß sie eine äußere Verlängerung derselben bildet. ' "

Mehrere zylindrische Teile (beispielsweise die aufgeweiteten Rohre 1a bis 1g), deren Maximalzahl durch das Aufnahmevermögen der Rohrträger 5 bestimmt ist (nämlich der Teile 8 bis 10 des Rahmenteils 6b), werden in den Rohrträger eingesetzt und bilden eine Reihe von Teilen, die anderen in einem Wärmetauscher-Rohrbündel zusammengefügten Teilen hinzugefügt werden fcönneni^{;;? J} Die Reihender Teile wird durch den Träger oder die Sp^innvorriclitung 5 gehalten, bis die Teile zum Bündel zusammengefügt sind.^{ä v} ■ -

Die aufgeweiteten Rohre 1a bis 1g (oder andere dem Rohrbündel zuzuf ügende Zylinderteile) werden jeweils in eihei* "der"Nuten! 10 befestigt, wobei ihre Achsen parallel ^;zu den Nuten liegend bilden zusammen eine Reihen wobei die Rohrachsen sämtlich Wä viesentlichen in einer gemeinsamen ^;Ebene liegeäi-"uhd ^riin <fön^: liiiien ^ sicher mittels eines dure^gfehenden"gespannten Sand^s^s#l ^f(h"bch-ifestes gewebtes MetallbandioderJhoehfe^tses^iH^fäiserba^} werden, jdas um jed§%d^ Teile-Λ% bis %^v*rläufig di Blöcken 9 im Träger 5 befesMgtrlftate^ ^oll&mmä ^s ;issis nx-mb

An dem einen Ende läuft das Band 11 durch eine verjüngte oder keilförmige Öffnung 12, die in einen starren Block 13 geschnitten ist. Der Block 13 ist am Rahmenteil 6c befestigt und ragt von diesem nach vorn. Das Band 11 ist an dem festen Block 13 dadurch befestigt, daß derselbe zwischen zwei keilförmige Blökke 14 geklemmt ist, die an den einander gegenüberliegenden Wandungen der Öffnung 12 dicht anliegen. An seinem gegenüberliegenden Ende läuft das Band 11 durch eine verjüngte öffnung 15 in einem starren Block 16, der am Rahmenteil 6a befestigt ist und von diesem nach vorn ragt. Das Band 11 ist am Block 16 dadurch befestigt, daß es zwischen zwei keilförmige Blöcke 17 geklemmt ist, die dicht an den einander gegenüberliegenden Wandungen der Öffnung 15 anliegen können.

Vom rechten, am Block 16 gelegenen Ende verläuft das Band 11 mehr oder weniger horizontal nach links, dann über die Oberseite eines Exzenterstiftes 18a, nach unten unter das aufgeweitete Rohr 1a (an seinem Block 9), dann nach oben und über einen weiteren Exzenterstift 18b, von dort nach unten unter das aufgeweitete Rohr 1b (an seinem Block 9), usw. - nach oben und über einen Exzenterstift 18c, nach unten und unter das aufgeweitete Rohr 1c, nach oben und über den Exzenterstift 18d, nach unten und unter das aufgeweitete Rohr 1d, nach oben und über den Exzenterstift 18e, nach unten und unter das aufgeweitete Rohr 1e, nach oben und über den Exzenterstift 18f, nach unten und unter das aufgeweitete Rohr 1f, nach oben und unter den Exzenterstift 18g, nach unten und unter das aufgeweitete Rohr 1g, nach oben und über den Exzenterstift 18h und darauf im wesentlichen horizontal zum Block 13· Für einen Träger mit einem Fassungsvermögen von 7 Rohren oder zylindrischen Elementen werden also 8 Exzenterstifte benötigt, für η Rohre (n + 1) Exzenterstifte.

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Die Exzenterstifte 18a bis 18h sind jeweils exzentrisch zu dessen Mitte an einen festen zylindrischen Körper 19 angeformt. Die Körper oder Scheiben 19 sind jeweils in einer Öffnung 20 drehbar befestigt, die durch die vertikale Fläche des mittleren Rahmenteils 6b gebohrt sind.

Ein insgesamt sägezahnförmiger Kurven- oder Nockenteil mit mehreren geneigten ebenen Flächen 22 ist vor der Vertikalfläche des Rahmenteils 6b zwischen dieser Fläche und dem Band 11 angeordnet. Für jeden der Stifte 18a, 18b usw. ist je eine Oberfläche 22 vorgesehen, d. h., bei dem in den Fig. 4 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispiel sind insgesamt acht solcher Flächen vorhanden. Auf den Stiften 18a, 18b, 18c usw. ist je eine Buchse oder Rolle 23 drehbar gelagert, die auf der zugehörigen Nockenfläche 22 läuft. Die Buchsen 23 sind insgesamt zylindrisch, können jedoch mit einer Abflachung 58 versehen sein, die auf der entsprechenden Nockenfläche 22 läuft.

Der Nockenteil oder die Nockenschiene 21 ist länglich und mit ihren Kanten im Rahmenteil 6b angeordnet (Fig. 7). An der einen Kante ist die Nockenschiene 21 sägezahnförmig (mit den geneigten Nockenflächen 22). Die gegenüberliegende Kante der Nokkenschiene 21 ist ebenund ruht auf mehreren Rollen 24, die zwischen der ebenen Kante der Nockenschine 21 und der nach oben weisenden inneren Fläche des Rahmenteils 6b angeordnet sind. Die Rollen 24 lassen die Nockenschiene 21 nach hinten und vorn gleiten, und zwar senkrecht zur Achse der Teile Ta bis 1g (also in der Horizontalebene in Fig. 5).

Nachdem das Band 11 um die verschiedenen beschrj&enen Teile gelegt und mit seinen Enden in den Blöcken 13 und .16 befestigt ist, werden bei einer Bewegung der Nockensdiene 21 in den Fig. 4 und 5 nach rechts die Stifte 18a, 18b usw. nach oben gedrückt, so daß die Scheiben 19 sich gemäß Eig. 5 im Gegenuhrzeigersinn drehen . Hierdurch wird die Spannung des Bandes 11 erhöht und dasselbe an den Teilen 1a bis 1g festgezogen. Bei

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einer Bewegung der Nockenschiene 21 nach links (Fig. 4, 5) können sich die Stifte 18a, 18b usw. nach unten bewegen, so aaß die Spannung des Bandes 11 abnimmt. Bei angezogenem Band 11 werden also die Teile 1a bis 1g sicher in dem Träger 5 gehalten. Sie können andererseits durch Lösen des Bandes gelöst und vom Träger getrennt werden.

Es sind Einrichtungen zur Bewegung der Nockenschieie 21 in ihrer Längsrichtung vorgesehen, um je nach ihrer Bewegungsrichtung das Band 11 anzuziehen oder zu lösen. Fig. 9 zeigt eine mögliche Anordnung, nämlich eine Feder-Rückholanordnung, durch die sichergestellt wird, daß die Stifte 18a, 18b usw. an den Nockenflächen 22 anliegen, wenn sich die Nockenschiene 21 in Fig. 5 nach links bewegt. Hierdurch werden die Stifte nach unten bewegt, so daß die Spannung des Bandes 11 abnimmt.

Gemäß Fig. 9 können die Buchsen 23 mit einer Abflachung 59 versehen sein, die insgesamt parallel zur oberen Oberfläche des Rahmenteils 6b liegt. Ein getrennter, federbeaufschlagter Stößel 60 drückt jeweils auf eine Abflachung 59 und drückt die Buchse 23 in sicheren Kontakt mit der zugehörigen Nockenfläche 22. Das eine Ende einer Druck-Schraubenfeder 49 liegt jeweils an jedem Stößel 60 an der der Buchse 23 gegenüberliegenden Seite an. Das andere Ende der Federn 49 liegt an einem entsprechenden Schraubeinsatz 50 an, der in einen überstehenden Steg des Rahmenteils 6b geschraubt ist, und zwar fluchtend mit der jeweiligen Buchse 23. Die Schraubeinsätze 50 können zur Einstellung der von den Federn 49 ausgeübten Kraft gedreht werden, beispielsweise mittels eines gerändelten Knopfes 55, der am oberen Ende jedes Einsatzes 50 oberhalb des Rahmenteils 6b angeformt ist. Die Stößel 60 sind jeweils an einen Stift 56 angeformt, der vom Stößel nach oben ragt und lose durch eine Mittelbohrung im jeweiligen Einsatz 50 und Knopf 55 hindurchgeht. Die Federn 49 umgeben jeweils den zugehörigen Stift 56.

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Um die erforderliche mechanische Kraft zur Bewegung der Nockenschiene 21 in ihrer Längsrichtung aufzubringen, wird ein Stift 25 verwendet, dessen Ende 26 gabelförmig ausgebildet ist. Das gabelförmige Ende 26 ist starr an einem Ende der Nockenschiene 21 beispielsweise mittels eines Stiftes 27 befestigt. Der Schaft des Stiftes 25 ist mit einem Gewinde versehen und läuft durch eine Öffnung in einem am Rahmenteil 6a befestigten Lagerarm 2. Auf den Stift 25 ist eine Mutter 3 geschraubt, die an der dem gegabelten Ende 26 gegenüberliegenden Seite am Arm 2 anliegt. Durch Drehung der Mutter 3 kann die Nockenschiene 21 in den Fig. 4 und 5 nach rechts gezogen werden, so daß das Band 11 an den Teilen 1a bis 1g angezogen wird. Dreht man umgekehrt die Mutter 3 in der Gegenrichtung, so kann sich die Nockenschiene 21 nach links bewegen und das Band lösen.

Das Band 11 wird deshalb auf den Teilen 1a bis 1g in der vorstehend beschriebenen Weise angezogen, um die Teile während der Vorbereitung der Schweißkanten und danach zu befestigen, bis die Reihe der Teile in das herzustellende Rohrbündel geschweißt ist. Nach der Verschweißung der Teile wird die Mutter 3 so gedreht, daß das Band entspannt wird. Nach der Entnahme der Blöcke 14 und 17 wird das Band 11 völlig vom Rohrträger 5 in&er Richtung der Bandlänge abgenommen. Das Band kann dann für die nächstfolgende Reihe von Teilen (zur Befestigung derselben am Rohrträger) verwendet; werden. Das Band ist nicht dehnbar.

Bei zylindrischen Teilen von sehr geringem Durchmesser ist es unter Umständen wünschenswert, andere Einrichtungen als ' ein Band zur Befestigung der Teile am Träger zu verwenden. So können beispielsweise die Rohre an den Elementen 6b und 9 mittels verlorener Fäden befestigt werden, die nach der Verschweißung der Teile in das Rohrbündel entfernt werden, um den Träger zur erneuten Füllung abzunehmen.

Da der in den Fig. 4 bis 8 gezeigte Träger ein Fassungsvermögen von 7 zylindrischen Elementen, z. B. aufgeweiteten Rohren hat, sind acht exzentrische Stifte 18a bis 18h an Jeder Seite der Befestigung vorgesehen. Die beiden Nockenschienen 21 haben Je acht geneigte Ebenen oder Nockenflächen 22, auf denen die einzelnen, Jeweils einen Stift tragenden Buchsen 23 laufen.

Die beiden Rahmenteile 6a und 6a' sind beide an der Welle 7 befestigt, so daß der gesamte Doppelträger (zusammen mit der Reihe von sieben darauf gelagerten Rohren) einheitlich mit Hilfe dieser Welle gedreht werden kann. Eine Schnittebene 29 läuft durch die Wellenachse oder Mittellinie 28 (Fig. 5).

Erfindungsgemäß werden parallel zur Rohrachse die Schweißkanten bildende Halb-Sechseckflächen an den unteren Hälften der ■ aufgeweiteten Rohrenden hergestellt, während die Rohre in einer Reihe in dem Doppelträger 5 gehalten werden. Diese Bearbeitung oder Formung, die an beiden Rohrenden gleichzeitig erfolgt, verwendet das. Zahnstangenfräsverfahren mit getrennten Zahnstangenfräsern (Schneidern) für Jedes Ende der Rohre. Die Ausbildung der Halb-Sechseckflächen an den in der Reihe liegenden Rohren erfolgt mittels eines Zahnstangenfräsers während eines Arbeitsganges desselben längs der Rohrreihe.

Fig. 10 und 11 zeigen die Bearbeitung der im Doppel-Rohrträger 5 gehaltenen Rohre 1a bis 1g bei der Herstellung der vorbereiteten Schweißkanten oder -flächen. Die sieben aufgeweiteten Rohre 1a bis 1g sind in einer Reihe im Doppelrohrträger 5 befestigt und mittels der Bänder 11 und 11' gesichert. Nach der Befestigung wird ein auf einem Schlitten befestigter Zahnstangenfräser 30 unter dem Rohrträger 5 an dessen einer Seite in Stellung gebracht. Ein ähnlicher Zahnstangenfräser 30' wird an der anderen Seite des Rohrträgers 5 in Stellung ge-

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bracht. Der Zahnstangenfräser 30 bearbeitet die in einem halben Sechseck angeordneten Schweißkanten jeweils an einem Ende der sieben fluchtend angeordneten Elemente 1a bis 1g. Der Zahnstangenfräser 30' führt am anderen Ende der sieben ausgerichteten Elemente die gleiche Operation aus. Da die Zahnstangenfräser 30 und 30' einander gleichen, wird im folgenden nur der Fräser 30 im einzelnen beschrieben. Der Zahnstangenfräser 30 ist auf eine Welle 31 gekeilt und mit dieser drehbar. Die Achse 32 der Welle 31 liegt, gemessen in einer horizontalen Ebene, unter einem spitzen Winkel zu der durch die äußeren Enden sämtlicher Rohre 1a bis 1g verlaufenden Linie. Es sei angenommen, daß während der Bearbeitung die Achsen der Rohre 1a bis 1g sämtlich in einer zur horizontalen Ebene 29 parallelen Ebene liegen.

Der Zahnstangenfräser wird nicht nur durch die Welle 31 angetrieben, die ihrerseits, mittels eines geeigneten Antriebs angetrieben wird, sondern auch parallel zu den Enden der Rohre 1a bis 1g mittels einer Spindelanordnung geführt, so daß der Zahnstangenfräser etwa unter 90° zu den Achsen der Rohre längs der Reihe der Rohre 1a bis 1g einen Arbeitshub ausführt. Dieser Arbeitshub erfolgt in den Fig. 10 und 11 von links nach rechts in Richtung eines Pfeils 48 (Fig, 1Q).

Der Zahnstangenfräser 30 weist mehrere bezüglich der Welle 31 am Umfang und in Längsrichtung verteilte Schneidzähne auf. Mehrere Messer 34 bearbeiten die eine Fläche des Sechseckes, die parallel zur Schnittebene 29 liegt. Die Messer 34 sind um den Umfang der Welle 31 verteilt und verlaufen mehr oder weniger parallel zur Achse 32. Diese Messer bilden, die auf der Welle 31 sichtbaren Keilnuten.

Zwischen zwei aneinander angrenzenden Messern 34 befindet sich eine Reihe Schneidzähne. Die Schneidzahnreihen bearbeiten zusammen die beiden gegenüber der Schnittebene 29 um 60° versetzten Flächen des halben Sechseckes. Typisch für die Schneidzähne sind die paarweise angeordneten Zähne 35 und 36, deren aktive Flächen an ihren vorderen Kanten liegen. Ferner sind paar-

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weise angeordnete Zähne 37 und 38 vorgesehen, deren aktive Oberflächen ebenfalls an ihren vorderen Kanten liegen. Die Zähne 35 bis 37 sowie zusätzliche nicht besonders beschriebene Zähne liegen in einer einzigen Reihe zwischen zwei aneinander angrenzenden Messern 34.

Während der Zahnstangenfräser 30 in der Richtung 33 umläuft und sich gleichzeitig in Richtung des Pfeils 48 längs der Reihe von Rohren 1a bis 1g etwa unter 90° zu den Achsen der Rohre bewegt, bearbeitet er in einem einzigen Arbeitshub längs der Rohrreihe 3 in einem halben Sechseck an einem Ende jedes Rohrs angeordnete Flächen, die in jedem Fall parallel zur jeweiligen Rohrachse liegen. Das halbe Sechseck wird auf der unteren Hälfte jedes Rohrs ausgebildet. In der in den Fig. 10 und 11 gezeigten Stellung des Zahnstangenfräsers 30 hat die Bearbeitung der Rohre 1a und 1b nocht nicht begonnen. Die Bearbeitung des Rohrs 1c beginnt gerade, die Bearbeitung des Rohrs 1g ist beendet und die Bearbeitung der Rohre 1d, 1e und 1f befindet sich in einer Zwischenstufe .

Während der Zahnstangenfräser 30 die in einem halben Sechseck angeordneten Oberflächen an einem Ende (dem unteren Ende der Fig. 10) der Reihe aufgeweiteter Rohre 1a bis 1g bearbeitet, führt der Zahnstangenfräser 30' am anderen Ende der Rohre die gleiche Operation aus. Das heißt, der Zahnstangenfräser 30' bearbeitet ebenfalls in einem einzigen Arbeitshub längs der Reihe der Rohre 1a bis 1g die drei in einem halben Sechseck angeordneten Oberflächen am anderen Ende (nämlich dem oberen Ende in Fig. 10) jedes Rohrs. Dabei liegen die drei Oberflächen in jedem Fall parallel zur jeweiligen Rohrachse und das halbe Sechseck wird auf der unteren Hälfte jedes Rohis gebildet.

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' Gemäß Fig". 10 ist die Achse 32' der Welle 31 · parallel zur Achse 32 der Welle 31. Die Drehrichtung 33^s der Welle 31' ist gleich der Drehrichtung 33 der Welle 31· Vorzugsweise wird jedoch zum Ausgleich der in Längsrichtung auf die Rohre 1a bis 1g während der Bearbeitung durch den Zahnstangenfräser ausgeübten Kräfte die Welle 31' entgegen der Richtung 33' gedreht. Ferner ist die Achse 32', gemessen in einer horizontalen Ebene, unter einem spitzen Winkel zu der durch die äußeren oberen Enden der Rohre in Fig. 10 verlaufenden Linie angeordnet, und zwar, im entgegengesetzten Sinn zu der in Fig. 10 gezeigten Richtung« Das heißt, die Achse 32' verläuft, in Fig. 10 von links nach rechts gesehen, unter einem kleinen Winkel nach oben.

Anstelle der Bearbeitung durch den Zahnstangenfräser_s um die in einem halben Sechseck zueinander angeordneten Oberflächen an den Enden der Rohre 1a bis 1g zu bilden, kann anstelle der Fräsbearbeitung auch eine Schleifbearbeitung (sog„ Reischaur-Verfahren) verwendet werden. Dieses Verfahren * ist vorteilhaft, wenn die Rohre aus sehr hartem Material bestehen, oder wenn die physikalischen Eigenschaften des Rohrmaterials . durch Wärme, beispielsweise die beim Schweißen auftretende Wärme, ungünstig beeinflußt werden.

Die in einem halben Sechseck angeordneten Oberflächen an den Enden der Rohre 1a bis 1g bilden Schweißkanten oder -flächen, die es ermöglichen, die Reihe von Rohren in ein Wärmetauscher-Rohrbündel zu schweißen, das hergestellt wird.

. Gleichzeitig mit der¹ Bearbeitung der Schweißkanten durch Zahnstangenfräsung werden die Schweißkanten durch synchronisierte Endschneidwerkzeuge entgratet. Dies soll im folgenden noch näher euäutert werden.

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Da sich die vorliegende Erfindung auf eine vollgeschweißte Rohrbündelkonstruktion bezieht und Rohrplatten vermeiden soll, muß die unregelmäßige (mehreckige, durch die Sechseckflächen verbundene) äußere Form der Rohrbündel auf die gewünschte zylindrische Außenform ausgefüllt werden. Die Befestigungsflansche zur Befestigung des Rohrbündels in einem äußeren Mantel können aus zusammengeschweißten festen Stutzen (aus Bolzenrohlingen) hergestellt werden. Die starren, zur Einfügung in den Wärmetauscher vorbereiteten Stutzen haben sechseckige Köpfe, deren Axiallänge größer ist als die normaler Bolzen oder Schrauben, und zylindrische Schäfte. Sie können aus sechseckigem oder zylindrischen Stangenraaterial oder aus einer runden Stange mit sechseckigem Kopf hergestellt werden (Fig. 23 bis 27).

Zur Vorbereitung für die Schweißung werden die Stutzen, die für eine vollständige Reihe des fertigen Aufbaus notwendig sind, in dem Rohrträger 5 zusammen mit der passenden ArzaM «iifgeweiteter Rohre befestigt. Die Bearbeitung der Schweißkanten an den Rohren und den Enden der Stutzen erfolgt gleichzeitig an einer vollständigen Reihe und in einem Arbeitshub des Zahnstangenfräsers.

Die starren Stutzen, die in dem fertigen Aufbau nur an andere starre Stutzen längs sämtlicher sechs Sechseckflächen geschweißt sind, haben sechs Sechseckflächen, die eben sind, wenn sie in dem Träger zur Herstellung der Schweißkanten durch Zahnstangenf räsung befestigt sind. Diese Stutzen können als "Fertigstellungsmaterial" oder "-vorrat" (finish stock) bezeichnet werdne.

Jedoch werden bei dem fertigen Aufbau einige Stutzen an Rohre geschweißt. Dies kann an einer Seite, an zwei oder drei oder auch mehr Seiten, bis hinauf zu sechs Seiten notwendig sein. Diese festen Stutzen werden vor der Befestigung im Rohrträger

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längs einer, zwei oder drei (bis zu sechs) Seiten des Sechsecks mit gekrümmten, nach außen konkaven Oberflächen versehen, deren Radius R (Fig. 1b, R = 3r) dem der aufgeweiteten Rohrenden entspricht. Sie werden ebenfalls mit Schweißkanten oder -flächen entsprechend denen in den Fig. 1c und 1d versehen, sowie zusätzlich mit einer gekrümmten Nut mit einer Tiefe von r/2. .

Fig. 23 bis 27 zeigen einen festen Stutzen, der längs zweier Seiten des Sechseckes an Rohre geschweißt werden soll. , Er wird daher durch Bearbeitung so vorgeformt, daß sich längs zweier Seiten des Sechseckes besondere Oberflächen bilden. Der gezeigte Stutzen kann so im zusammengebauten Wärmetauscher-Rohrbündel beispielsweise an den Stellen B3, B6, B8 usw. (Fig. 14) verwendet werden.

Der Stutzen 43 ₁ der aus einem geeigneten Metall besteht, weist einen zylindrischen Schaft 44 mit einem Radius r (gleich dem Außendurchmesser des Rohrs T, Fig. 2 und 24) und einer geeigneten Länge, beispielsweise etwa 5 cm auf. An einem Ende hat der Stutzen anfangs einen regelmäßig* sechseckigen Kopf 45, wobei der Abstand zwischen einander gegenüberliegenden Abflachungen des Sechsecks gleich 2,5 r (nach der Bearbeitung) ist. Dieser Abstand ist abhängig von dem zwischen den Rohren zur Wärmeübertragung usw. notwendigen Raum.

Am Kopfende ist der Stutzen 43 nach außen konkav (gekrümmt), und zwar mit einem Radius R, der vorzugsweise gleich 3r ist. Beim Stutzen 43 nimmt die nach außen konkave Overflache 120° des ümfangs des Stutzenschaftes ein. Sollen spezielle Oberflächen längs nur einer Seite des Sechsecks (z. 3. für die Stellen B1, B2, B10 usw., Fig. 14) gebildet werden, so nimmt die nach außen konkave Oberfläche 60° des ümfangs des Stutzen^ schaftes ein. Sollen längs dreier Seiten des Sechseckes spezi£Le Oberflächen gebildet werden (für die Stellen B5 und B22, Fig. 14), so nimmt die nach außen konkave Oberfläche 180° des Ümfangs des Stutzenschaftes ein.

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Der Stutzen 43 weist in dem nach außen gekrümmten Oberflächenbereich desselben zwei Oberflächen 46 auf, die in der f■.·> tenansicht der Fig. 25 als Oberflächen mit gekrümmten Kanten erscheinen. Die Oberflächen 46 entstehen wie die Oberflächen S der Fig. 1c bis 1d durch den Schnitt einer zur Stutzenlängsschse parallelen Schnittebene mit der vorher beschriebenen konkaven Oberfläche und der radial äußeren Grenze einer Nut 47. Die Oberflächen 46 werden durch eine zugehörige Schnittebene gebildet. Beide Ebenen liegen parallel zur Stutzenlängsachse und parallel mit einer der beiden angrenzenden Flächen des ursprünglichen Sechseckkopfes. Die Oberfläche 46 mit gekrümmten Kanten paßt nach der Endbearbeitung genau zu zwei entsprechenden Oberflächen S, die in der vorstehend beschriebenen Weise durch Zahnstangenfräsen hergestellt wurden.

Es sei darauf hingewiesen, daß die im fertigen Aufbau des Wärmetauscherbündels verwendeten festen Stutzen mit 1, 2 oder 3 (bis zu 6) Schweißkanten oder -flächen 46 versehen sein können, und zwar je nach der Stelle, an der der einzelne Stutzen eingebaut werden soll.

Die gekrümmte Nut 47 hat einen V-förmigen Querschnitt und ist im Kopf 45 des Stutzens oder Bolzens 43 ausgebildet. Die Umfangslänge der Nut ist gleich der Umfangslänge der konkaven Oberfläche und gleich dem Gesamtumfang sämtlicher Oberflächen 46 mit gekrümmten Kanten. Bei dem in den Fig. 23 bis 27 gezeigten besonderen Stutzen hat die Nut 47 eine Länge von 120°. Bei einem Stutzen mit einer speziellen Oberfläche hat die Nut eine Länge von 60° und bei einem Stutzen mit drei speziellen Oberflächen eine Länge von 180°. Die radial innere Wand der Nut 47 ist kegel3tumpfförmig und bildet zur Längsachse des Stutzens einen Winkel von beispielsweise 30°. Die radial äußere Wand dieser Nut hat einen gekrümmten Querschnitt (Fig. 26). Die Mitte dieses Bogens stimmt mit der Mitte der äußeren konkaven Fläche des Stutzens über«?In. Der Radius der Nutwand ist R + t, wobei

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R = 3r und t die Stärke der Rohrwand ist. Der Radius des Grundes der Nut 47, gemessen in der Ebene der sechseckigen Endfläche des Stutzenkopfes 46, von der Mitte dieser Endfläche, ist in Fig. 23 maßstäblich gezeigt. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist dieser Radius in den Fig. 14, 16, 19, 20, 21 und 22 etwa geringer gezeigt, als er tatsächlich isti,

Da die Krümmung mit dem Radius R (Fig. 26) der speziellen Stutzen mit der der aufgeweiteten Rohrenden (Fig. 1b) übereinstimmt, passen die fertigen Schweißkanten mit der Form der Oberflächen 46, die an den speziellen Stutzen 43 durch Zahnstangenfräsen hergestellt werden, genau zu den an den Rohren hergestellten, an die die speziellen festen Stutzen angeschweißt werden sollen.

Fig. 12 bis 13 zeigen einen Rohrträger 5 der anhand der · Fig. 4 bis 8 erläuterten Art, in den vor dem Zahnstangenfrasen drei aufgeweitete Rohre 1a bis 1c (die durch beide Hälften des Doppelträgers verlaufen) und vier Bolzen 4a bis 4d als "Fertigmaterial¹¹ in jede Hälfte des Doppelträgers eingesetzt sind. Im Doppelträger befinden sich also insgesamt vier Bolzenpaare. Der Durchmesser des zylindrischen Schaftes jedes Bolsenß 4 ist gleich dem des nicht aufgeweiteten Teils der Rohre 1, so daß die Schaftteile in den jeweiligen Nuten 8, 10 sitzen und mit Hilfe des . Bandes 11 sicher darin gehalten werden.

Mittels des Zahnstangenfräsers (Fig. 10. 11) werden sechseckige Schweißkanten an den unteren Hälften der Enden der aufge weiteten Rohre 1a bis 1c und an den unteren Hälften der Enden der Bolzen 4a bis 4d und ebenso an den gegenüberliegenden Enden der aufgeweiteten Rohre und an den Bolzen auf der anderen Seite des Trägers mit Hilfe des zweiten Zahnstangenfräsers in einem Arbeitsgang desselben hergestellt. Die in einem halben Sechseck angeordneten, an den Bolzenenden ausgeführten Schweißflächen liegen wie die an den aufgeweiteten Enden der Rohre ausgebildeten parallel zur jeweiligen Bolzenachse. In Fig. 13 ist die unfertige Gestalt -

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(vor dem Fräsen) eines Fertigmaterialelements, beispielsweise 4a,mit U bezeichnet, während die innere gefräste Gestalt (oder zur Schweißung vorbereitete Gestalt) eines solchen Elementes mit H bezeichnet ist. Obwohl bei H ein vollständies Sechseck gezeichnet ist, ist aus der obigen Beschreibung deutlich, daß gleichzeitig Jeweils nur ein halbes Sechseck (an der unteren Hälfte Jedes Bolzens) plus einem Auslauf an jeder Seite an jedem Bolzen ausgeführt wird, ebenso wie bei der gleichzeitigen Bearbeitung eines halben Sechsecks plus dem auf jeder Seite befindlichen Auslauf bei den aufgeweiteten Rohren.

Bei dem hier gewählten Ausfiihrungsbeispiel hat der Rohrträger ein Fassungsvermögen von 7 zylindrischen Teilen (aufgeweiteten Rohren und/oder festen Bolzen). Selbstverständlich kann das Fassungsvermögen des Rohrträgers, bezogen auf zylindrische Teile, auch wesentlich größer sein. Auch dann erfolgt die Bearbeitung der Schweißkanten sowie die nachfolgende Schwöißung gleichzeitig an einer vollständigen Reihe zylindrischer Teile.

Fig. 14 bis 17 zeigen verschiedene Stufen während der Fertigstellung eines vollständigen Wärmetauscher-Rohrbündels nachdem die einzelnen Elemente (Rohre und Bolzen) durch Schweißen zusammengefügt sind. Fig. 14 und 15 zeigen ein vollständig geschweißtes Rohrbündel nach der Verbindung der Rohre und des Flanschmaterials (Bolzen) durch Schweißung. Fig. 16 und 17 zeigen den fertig bearbeiteten Rohr- und Flanschaufbau, der das fertiggestellte Bündel bildet. In Verbindung mit diesen Figuren sei darauf hingewiesen, daß die Grenzlinien der einzelnen Rohre und Bolzen, d. h. die Verbindungen zwischen den einzelnen Teilen, in Wirklichkeit nach dem Verschweißen nicht sichtbar sind. Zur Erläuterung sind diese Grenz- oder Verbindungslinien jedoch dargestellt. Boi dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel enthalten die Bündel 32 Rohre. Die Rohranzahl in einem Bündel kann jedoch auch größer sein.

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Fig. 14 zeigt ein verschweißtes, jedoch noch unfertiges Rohrbündel und zeigt deutlich die sechseckige Form der vorbereiteten Schweißkanten, die in drei Arbeitsstufen bei federn Element (aufgeweitetem Rohr oder massivem Bolzen) an den aufgeweiteten Rohren und massiven Bolzen hergestellt wurden. Die Figur zeigt auch deutlich die wabenartige Form der gesamten Anordnung. Bei der Erläuterung der Fig. 14 wird auf verschiedene horizontale Reihen der zylindrischen Teile bezuggenommen, da die Bearbeitung der Schweißkanten an diesen Teilen unter Verwendung des Doppelträgers 5 und der Zahnstangenfräser 30, 30* gleichzeitig an einer Reihe erfolgt. Die Reihen sind in Fig. 14 von oben beginnend mit I bis XXIII bezeichnet.

Die Reihen I, II, III, IV und V enthalten drei, vier, fünf, vier bzw. fünf Bolzen, die sämtlich "Fertigstellungsmaterial¹ darstellen, d. h. Material, das bei der Endfertigung des Wärmetauschers zumindest zum Teil heruntergearbeitet wird. Reihe VI enthält insgesamt sechs Bolzen, von denen vier Bolzen "Fertigstellungsmaterial¹¹ darstellen.und zwei Bolzen B1 und B2 mit einer Fläche mit gekrümmten Kanten zur Verbindung mit den Rohren versehen sind; Reihe VII enthält insgesamt sieben Bolzen, von denen vier Bolzen "Fertigstellungsmaterial darstellen, während zwei Bolzen B3 und B4 mit zwei und ein Bolzen B5 mit drei Oberflächen mit gekrümmten Kanten versehen sind; Reihe VIII enthält insgesamt vier Bolzen und zwei Rohre, wobei zwei Bolzen "Fertigstellungsmaterial¹¹ und zwei Bolzen B6 und B7 mit zwei Oberflächen mit gekrümmten Kanten versehen sind; Reihe IX enthält insgesamt vier Bolzen und drei Rohre, wobei zwei Bolzen "Fertigstellungsmaterial" darstellen und zwei Bolzen B8 und B9 j9 mit zwei Oberflächen mit gekrümmten Kanten versehen sind; Reihe X enthält zwei Bolzen und vier Rohre, wobei die Bolzen B10 und B11 je mi^feiner Oberfläche mit gekrümmten Kanten versehen sind; Reihe XI enthält zwei Bolzen und fünf Rohre, wobei beide Bolzen "Fertigstellungsmaterial" darstellen; Reihe XII

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enthält zwei Bolzen und vier Rohre, wobei die Bolzen B12 und B13 je mit zwei Oberflächen mit gekrümmten Kanten versehen sind. Heine XIII enthält zwei Bolzen und fünf Rohre, wobei beide Bolzen "Fertigstellungsmaterial" sind. Reihe XIV enthält zwei Bolzen und vier Rohre, wobei die Bolzen B14 und B15 je mit einer Oberfläche mit gekrümmten Kanten versehen sind; Reihe XV enthält insgesamt vier Bolzen und drei Rohre, wobei zwei Bolzen"Fertigstellungsmaterial" und zwei Bolzen B16 und B17 je mit zwei Oberflächen mit gekrümmten Kanten versehen sind; Reihe XVI enthält insgesamt vier Bolzen und zwei Rohre, wobei zwei Bolzen "Fertigstellungsmaterial¹¹ sind und zwei Bolzen B18 und B19 Je mit zwei Oberflächen mit gekrümmten Kanten versehen sind; Reihe XVII enthält insgesamt sieben Bolzen, von denen vier Bolzen "Fertigstellungsmaterial", zwei Bolzen B2O und B21 je mit zwei und ein Bolzen B22 mit drei Oberflächen mit gekrümmten Kanten versehen sind; Reihe XVIII enthält insgesamt sechs Bolzen, von denen vierBolzen "Fertigst»lungsmaterial" darstellen und zwei Bolzen B23 und B24 je mit einer Oberfläche mit gekrümmten Kanten versehen sind; die Reihen XIX, XX, XXI, XXII und XXIII enthalten fünf, vier, fünf, vier bzw. drei Bolzen, die sämtlich "Fertigstellungsmaterial¹¹ darstellen.

Fig. 15 zeigt eine Draufsicht auf das zusammengeschweißte Rohrbündel der Fig. 14 mit der gegenseitigen Anordnung der Rohre 1 und Bolzen 4. Die zylindrischen Schäfte der mit sechseckigen Köpfen versehenen Bolzen 4 sind in dieser Figur deutlich sichtbar. An jedem Ende des Bündels befindet sich ein Bolzen entsprechend den Bolzen B1, B2, usw. der Fig. 14. *" "?

Fig. 16 und 17 zeigen das fertiggestellte erfindungsgemäße Rohrbündel. Die Schweißkonstruktion der Fig. 14 und 15 ist zu dem fertigen Rohrbündel bearbeitet. Die massiven Bolzen 4 sind außen bearbeitet, so daß das Bündel insgesamt eine zylindrische Form hat und sich ein Befestigungsflansch 39 an dem einen Ende des Rohrbündels und ein ähnlicher Befestigungsflansch am anderen Ende dee RohrbUndels ergibt. Die Flansche werden je durch die Bolzen

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an den beiden Enden der Bündel gebildet. Ihre Länge, parallel zu den Rohrachsen, ist im wesentlichen gleich der Länge der sechseckigen Kopfteile der Bolzen. Die zylindrischen Schaftteile der Bolzen sind an beiden Enden des Rohrbündels heruntergearbeitet (siehe Fig. 17 im Vergleich mit Fig. 15). Wie aus den Fig. 15 und 17 ersichtlich ist, sind infolge der Aufweitungen der Rohre 1 an den beiden Enden des Bündels und der Verschweißung der Rohre längs der Oberflächen, die radial außerhalb des Hauptteils der Rohre liegen, die mittleren Teile der Rohre in einem Abstand voneinander angeordnet bzw. voneinander getrennt. Das heißt, zwischen den einzelnen Rohren bestehen innerhalb des Bündels Abstände, so daß im zusammengebauten Wärmetauscher das Außen- oder Mantelfluid zum Wärmeaustausch durch die Abstände zirkulieren kann.

Der Aufbau des Flanschmaterials aus den massiven Bolzen wurde anhand der Fig. 12 bis 17 beschrieben. Alternativ können zwei aus massivem Material gearbeitete einteilige Flansche verwendet werden, und zwar je Ende des Rohrbündels ein Flansch. Durch Bearbeitung ist in den einteiligen Flanschen eine unregelmäßige Mittelöffnung gebildet, deren Umfang genau dem einer Reihe von Warmetauscherrohren entspricht, beispielsweise der . Reihe der anhand Fig. 14 beschriebenen 32 Rohre. An den Kanten der Flanschöffnung sind einzelne Oberflächen gebildet, die genau auf die am äußeren Umfang der Rohrreihe gebildeten Schweißkanten passen. Darauf wird die Rohrreihe an jedem Ende mit dem jeweiligen bearbeiteten Flansch längs der jeweiligen Anlageflächen verschweißt. In diesem Fall ist eine Endbearbeitung nach dem Schweißen nicht notwendig.

Anstelle von massiven Bolzen zum Aufbau des Flanschmaterials gemäß Fig« 12 bis 17 kann auch eine mehrteilige Flanschkonstruktion gemäß Fig. 18 und 19 verwendet werden, die unter Umständen wirtschaftlicher ist als die BolEenkonstruktion. Der

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mehrteilige Flansch enthält zwei Träger 40 und 40' mit voller Tiefe an jedem Ende des Rohrbündels (Fig. 18) sowie massive Bolzen, die zusammen das Flanschmaterial bilden. Die Träger sind jeweils direkt mit der ersten Bolzenreihe verbunden, die ihrerseits an die Rohre 1 geschweißt ist, sowie ferner mit der zweiten Bolzenreihe. Hierbei handelt es sich um die in Fig. 14 mit VI (Bolzen B1 und B2) und VII (mit den Bolzen B3, B4 und B5) bezeichneten Reihen.

Die beiden Träger 40 und 40' bestehen aus Je einem massiven Block der gleichen Länge (parallel zu den Rohren 1) wie die sechseckigen Köpfe der Bolzen 4. Sie sind an ihrer unteren Fläche so bearbeitet, daß sich eine durchgehende Reihe von zur Schweißung vorbereiteten Flächen ergibt, die in Form halber Sechsecke angeordnet sind. Diese Flächen erstrecken sich samtlieh parallel zur oberen Fläche des jeweiligen Trägers und zu den Achse:* der Rohre 1. Beim geschweißten Rohrbündel sind die Träger 40 und 40' an den einander gegenüberliegenden Enden des Bündels an jeweils sechs Bolzen 4 in der der Reihe VI der Fig. 14 entsprechenden Reihe geschweißt, sowie ferner an die sieben Bolzen der der Reihe VII entsprechenden Reihe. Diese Schweißung erfolgt längs der im halben Sechseck angeordneten, auf den unteren Oberflächen der Träger bearbeiteten Schweißflächen und längs den oberen halben Sechseckflächen der 13 Bolzen (an jedem Ende des Bündels).

Unterhalb der Reihe VII setzt sich die voll geschweißte Konstruktion des Bündels mit den massiven Bolzen und Rohren ebenso wie bei dem in Fig. 14 gezeigten Ausführungsbeispiel fort.

Der geschweißte Aufbau (Rohre, Bolzen und Träger) werden zur Fertigstellung längs der durch den strichpunktierten Kreis 41 bezeichneten zylindrischen Fläche an jedem Ende des Bündels in der gleichen Weise wie anhand der Fig. 16 und 17 beschrieben, bearbeitet, wobei das überschüssige Material entfernt wird und sich die erforderlichen zylindrischen Befestigungsflansche er-

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geben. Die zylindrischen Schäfte der Bolzen 4 werden ebenfalls abgeschnitten, so daß diese die Strömung des im Wärmetauschermantel befindlichen Fluids um die Außenseite der Rohre 1 nicht behindern.

Fig. 20 zeigt ebenfalls eine mehrteilige Flanschkonstruktion mit zwei Trägern mit voller Tiefe, von denen in Figo 20 nur einer gezeigt ist. Hier sind jedoch die Träger direkt an die oberste, Rohre enthaltende Reihe (Reihe VIII in Fig. 14) und die unmittelbar darunter liegende Reihe (entsprechend Reihe IX in Fig. 14) geschweißt. Die Reihe VIII enthält die Bolzen B6 und B7, die Reihe IX die Bolzen B8 und B9.

Bei der in Fig. 20 gezeigten Konstruktion bilden die Träger, die wie"bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 18 und 19 bei der Herstellung als Ausgangsträger dienen, an jedem Ende des Rohrbündels zusammen mit den massiven Bolzen das Flanschmaterial. Die Träger 42 sind direkt an die erste Reihe der Rohre 1 (und die Bolzen in der gleichen Reihe mit den Bolzen B6 und B7) sowie an die zweite Reihe der Rohre (und die Bolzen in der gleichen Reihe einschließlich den Bolzen B8 und B9) geschweißt.

Die Träger 42 sind massiv und haben parallel zu den Achsen der Rohre 1 die gleiche Länge wie die sechseckigen Köpfe der Bolzen 4. Sie sind jeweils an ihrer unteren Fläche bearbeitet, so daß sich eine durchgehende Reihe von Schweißflächen ergibt, die in Form halber Sechsecke angeordnet sind und parallel zur oberen Fläche des jeweiligen Trägers und den Achsen der Rohre 1 liegen. Der größte Teil dieser Flächen hat gerade Kanten, 9 Flächen CI bis C9 haben jedoch zur Verbindung mit den Flohren gekrümmte Kanten. Die Krümmung der letzteren Oberflächen stimmt mit der der aufgeweiteten Rohrenden überein, wie es auch für die Bolzen B1, B2 usw. (Fig. 14) beschrieben würde. Die Oberflächen C2, C3, C4, C6, C7 und C8 sind zur "Verbindung mit den Rohren der obersten Reihe (Reihe VIII) an?!30bildet, während die Oberflächen CI, Ci) und G9 zur Verbindung mit; den Rohren in

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der zweiten Rohrreihe (Reihe IX) ausgebildet sind. Bei dem verschweißten Rohrbündel der Fig. 20 sind die Träger 42 an den einander gegenüberliegenden Enden des Rohrbündels an die Jeweiligen Bolzen und Rohre (vier Bolzen und zwei Rohre) in der Reihe geschweißt, die der Reihe VIII der Fig. 14 entspricht, sowie ferner an die entsprechenden Bolzen und Rohre (vier Bolzen, drei Rohre) in der der Reihe IX entsprechenden Reihe. Diese Schweißung erfolgt längs der bearbeiteten Schweißflächen an den unteren Flächen der Ausgangsträger und längs der an einander anstoßenden Flächen der acht Bolzen und fünf Rohre.

Unterhalb der Reihe IX setzt sich die vollgeschweißte Konstruktion des Bündels mit den massiven Bolzen und Rohren fort, wie es anhand der Fig. 14 beschrieben wurde.

Bei der Endbearbeitung wird die Schweißkonstruktion (Rohre, Bolzen und Träger) längs der zylindrischen Oberfläche an jedem Ende des Bündels bearbeitet, die durch den strichpunktierten Kreis 57 angedeutet ist. Die Bearbeitung erfolgt in der gleichen Weise wie anhand der Fig. 16 und 17 beschrieben, wobei das überschüssige Material entfernt und die erforderlichen zylindrischen Befestigurigsflansche gebildet werden. Die zylindrischen Schäfte der Bolzen 4 werden ebenfalls abgeschnitten, so daß sie die Strömung des Wärmetauscher-Mantelfluids um die Außenseite der Rohre I nicht behindern.

Die SjSUI "be i.tuog der SchweLßf lachen an den aufgeweiteten Rohren und an d^u foulen tier massiven Bolzen durch Zahnstangenfräsen, wobt.·! el Lf! Hohxe und/oder massiven Bolzen in einer Reihe in einem Hohrträgür gehalten werden, wurde bereits anhand der Fig. IO und Ii baschrieben. Mach der Bearbeitung tier ungeschweißten Röhrt» und ;n?i.;obenr!nfalls massiven Bolzen im Rohrträger werden dloiju vor A^r ,jehv/ei.iJtmg gereinigt.

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In etwa gleicher Weise werden die vorher geschweißten Rohre (und gegebenenfalls massiven Bolzen in der gleichen Reihe und/oder in der unmittelbar darüberliegenden Reihe) des Rohrbündels bearbeitet und gereinigt. Darauf werden die ungeschweißten Rohre (und gegebenenfalls massiven Bolzen) in Stellung gebracht und durch Elektronenstrahlschweißen verschweißt. Die gesamte Verschweißung der Schweißflächen an den Enden der Rohre und massiven Bolzen erfolgt gleichzeitig an einer vollständigen, zusammenpassenden Reihe und in einem Arbeitsgang des Elektronenstrahi-Schweißkopfes.

Fig. 21 und 22 zeigen schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Wärmetauscher-Rohrbündeln. Die Wärmetauscherrohre werden auf Länge geschnitten, an den Stirnflächen bearbeitet und, wie anhand der Fig. 1a und 1b beschrieben, an beiden Enden aufgeweitet« Darauf werden die aufgeweiteten Rohre und/oder massiven Bolzen in den Doppel-Rohrträger 5 in einer vollständigen Reihe eingebracht und an diesem mittels des festen Bandes 11 aus gewebtem Metall oder Glasfasern festgeklemmt. Die beiden Rahmenteile des Trägers werden an einer Welle 7 befestigt, die in einem verhältnismäßig festen und starren Rahmen und nichtgezeigten Vakuumbehälter um eine im wesentlichen horizontale Achse drehbar gelagert ist. Der Rahmen liegt auf geeigneten Gleitbahnen oder -schienen, die am Boden' oder einer anderen geeigneten Aufnahmefläche befestigt sind.

Der Zahnstangenfräser ist auf einem Schlitten gelagert, der unter dem Rohrträger 5 gleiten kann. An den unteren Hälften der aufgeweiteten Rohrenden und massiven Bolzenenden werden mit dem Zahnstangenfräser 30 die in einem halben Sechseck angeord.-neten Schweißflächen bearbeitet. Dieser Arbeitsgang erfolgt gleichzeitig an beiden Enden der aufgeweiteten Rohre und an den zueinander gehörenden Paaren miteinander ausgerichteter massiver Bolzen, wobei, wie anhand der Fig. 10 und 11 beschrieben, an der anderen Seite des Doppel-Rohrträgers 5 ein getrennter Zahnstangenfräser verwendet wird.

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Als Beispiel sei angenommen, daß eine mehrteilige Flanschkonstruktion (Fig. 18, 19) mit dem Träger 40 mit voller Tiefe hergestellt werden soll. In Fig. 21 wurden gerade die Schweißflächen durch Zahnstangenfrasen an den unteren Hälften der. Reihe hergestellt, die der Reihe IX (Fig. 14) entspricht, die auf der linken Seite der Fig. 21 im Rohrträger 5 gehalten wird. Die Rohrreihe IX enthält, wie erwähnt, vier Bolzen und drei Rohre, wobei die beiden Bolzen "Fertigungsmaterial" bilden und die beiden Bolzen B8 und B9 mit zwei Oberflächen mit gekrümmten Kanten versehen sind.

Gleichzeitig mit dem Zahnstangenfräsen (der zylindrischen Teile im Rohrhalter 5) werden die Schweißflächen an den aufgeweiteten Rohren durch Entgrater entgratet, deren Schneidzähne synchron mit denen des Zahnstangenfräsers kämmen. Die Entgratung erfolgt gleichzeitig mit dem Zahnstangenfräsen auch an der anderen Seite des Doppelträgers 5.

Das gerade in der Herstelltmg befindliche Rohrbündel ist bei der in den Fig. 21 und 22 gezeigten Vorrichtung mittels einer Rohrbündelplatte 53 gelagert, die mittels Schrauben 52 an den Träger 40 geschraubt ist. Am anderen Ende des Rohrbündels 51 wird, wie in Fig. 18 gezeigt, ein ähnlicher Träger 40' verwendet» der mittels ähnlicher Schrauben befestigt ist. Die Platte 53 ist zwischen stehend angeordneten Teilen des Rahmens so befestigt, daß Rahmen und Platte parallel zu den Achsen der Wärmetauscherrohre gegenseitig beweglich sind. Durch diese gegenseitige Beweglichkeit ist eine Anpassung an die Rohrlänge von einem Bündel zum anderen möglich. Außerdem kann durch diese Ausbildung die Platte in die Maschine eingeführt und aus dieser herausgenommen werden. Die Platte 53 kann in vertikaler Richtung schrittweise verschoben werden, wie dies durch die Pfeile 54 angedeutet ist. Die Platte 53 kann ferner in seitlicher Richtung schrittweise jeweils um den halben Mittenabstand der Teile (in der Reihe) bewegt werden.

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Zu dem in Fig. 21 dargestellten Zeitpunkt bei der Herstellung des Rohrbündels wurden zuvor die Reihen VI, VII und VIII (Fig. 14) zumindest teilweise"in das unfertige Rohrbündel " 51 geschweißt (rechte Seite der Fig. 21). Die. Reihe VIII enthält zwei Rohre.

Der Zahnstangenfräser der Fig₀ 10 und 11 dient für den Rohrträger 5. Ein etwas unterschiedlicher, aieht gezeigter Zahnstangenfräser ist für das Rohrbündel 51 vorgesehen, d» h. für die zylindrischen, vorher in das Bündel gesehweißten Elemente/ Der Zahnstangenfräser für das Rohrbündel enthält keine zwischengesetzten geraden Masser 34» Bei dem Zahnstangenfräser für das Rohrbündel bilden die Messerzähne nur drei Schweiß-, flächen sowie zwei scharfe innere Ecken an den Schnittstellen der drei Schweißflächen«

Um die vorher verschweißten Reihen zylindrischer Teile (Reihe VII und VIII) zur Bearbeitung in ifere entsprechende Stellung zu bringen, nachdem die Reihe VIII in das Bündel 51 geschweißt ist, wird dasselbe um eine Reihe von Teilen nach oben und horizontal oder seitlich um einen halben Mittenabstand in der Reihe weiterbewegt, wie es infolge der reihenweisen vertikalen Bewegung erforderlich ist.

Darauf wird der Zahnstangenfräser für das Rohrbündel in seine Arbeitsstellung gebracht. Bei Verwendung dieses Zahnstangenfräsers wird eine vollsländige Reihe von Schweißflächen an den vorher verschweißten zylindrischen Teilen des Bündels (Teile in den Reihen VII und VIII) gebildet. Die auf diese Weise am Rohrbündel durch Zahnstangenfräsen gebildeten halben Sechsecke für die Schweißflächen sind je mit drei aneinander angrenzenden zylindrischen Elementen versehen, deren Mitten an den Ecken eines gleichschenkligen Dreiecks liegen. Durch nachfolgende halbe Sechsecke wird die vollständige Reihe gebildet. Das heißt, die.halben Sechsecke werden gebildet durch die unteren horizontalen Flächen der vier "Fertigungsmaterial»-Bolzen der Reihe VII, die

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unteren horizontalen Flächen der Bolzen B3» B4 und B5 der Reihe VII, die zur Verschweißung mit den Rohren je mit mehreren Flächen mit gekrümmten Kanten versehen sind; die unteren geneigten Flächen der "Fertigungsmaterial"-Bolzen der Reihe VIII; die unteren geneigten Flächen der beiden Bolzen B7 und B8 der Reihe VIII (zur Verschweißung mit den Rohren Je mit mehreren Flächen mit gekrümmten Kanten versehen); und die unteren geneigten Flächen der beiden Rohre in der Reihe VIII.

Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, daß für jedes zylindrische Element die Bearbeitung der Schweißflächen in drei getrennten Schritten erfolgt. Bei dem Bolzen B6 beispielsweise erfolgt die Bearbeitung der drei oberen (bezogen auf das vollständige Bündel) Flächen des Sechseckes mittels des Zahnstangenfräsers für den Rohrträger 5· Die Bearbeitung der beiden unteren geneigteryFlächen erfolgt durch den Rohrträger für das Rohrbündel. Die Bearbeitung der unteren horizontalen Fläche erfolgt durch den Zahnstangenfräser für das Rohrbündel beim nächstfolgenden Arbeitshub des Zahnstangenfräsers.

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Die Zahnstangenfräsung und Entgratung am Rohrbündel 21 ähneln denen für die im Träger 5 befestigte Reihe zylindrischer Teile, wie sie anhand der Fig. 10 und 11 beschrieben wurden. In Fig. 21 wurde die Reihe von Schweißflächen (an den zylindrischen Teilen der Reihen VII und VIII) gerade mittels Zahnstangenfräsen bearbeitet.

Sämtliche bearbeiteten Schweißflächen, sowohl an den ungeschweißten Teilen in dem Rohrträger 5 als auch die vorher geschweißten Teile in den Reihen VII und VIII im Bündel 51 werden vor der Schweißung gereinigt, beispielsweise mittels einer nichtgezeigten Heißlösemittel-Reinigungsanlage.

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Danach werden sämtliche Bearbeitungs- und Eeiniguags- " einrichtungen der"Vorrichtung zur Herstellung des Rohrbündels aus dem Schweißbereich entfernt, der sich unter der Röhrbündelplatte 53 befindet. Die unter dem Rohrbündel 51 während der - Bearbeitung und Reinigung aufbewahrte Schweißeinrichtung wird' ebenfalls aus dem Schweißbereich entfernt.

,Darauf wird der Rohrträger 5 mit seinen -zylindrischen Teilen (die Reihe IX enthält Rohre und massive Böigen) um die durch"die Welle 7 vorgegebene horizontale Achse um 180° gedreht (Fig. 22), und zwar in die Stellung; imter dem Rohrbündel 51 (anliegend an die Reihe VIII.und einen Teil der Reihe ¹VII) und zum Schweißen festgeklemmtο Diese Drehung des Roteträgers 5 um die Achse der Welle 7 in die Stellung unter dem Rohrbündel 51 (Fig. 22) bringt die Schweißflächen an der ungeschweißten Reihe der zylindrischen Teile in Anlage an die vorher geschweißten Reihen aus zylindrischen Teilen in dem Rohrbündel, so daß sich die wabenförmige Anordnung ergibt und längs der im halben Sechseck angeordneten Schweißflächen durchdringende Stoßschweißungen durchgeführt werden können. Hierdurch ifird die Reih© der auf dem Rohrträger gelagerten zylindrischen Teile in das unfertige Rohrbündel 51 eingefügt.

Nach dem Positionieren und Festklemmen der auf dem Träger angeordneten Reihe aus zylindrischen Teilen wird die Schweißeinrichtung in die Schweißstellung gebracht. Die Teile werden hintereinander längs der vorbereiteten Schweißflächen verschweißt, so daß die neue Reihe in ihrer Stellung befestigt wird»

Zum Schweißen wird vorzugsweise eine Elektronenstrahl-Schweißeinrichtung verwendet. Der Schweißkopf dieser Einrichtung wird so angetrieben, daß die Schweißnaht auf die Linie zu liegen kommt, die jedem Teil (Rohr oder Bolzen in der Reihe IX) und der hierzu passenden Schweißfläche an der Rohrbunde!Unterseite in den Reihen VII und VIII gemeinsam ist. Der Schweißkopf wird bei dieser Bewegung gedreht und vorwärtsbewegt. Auf diese

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Weise werden die ungeschweißten zylindrischen Teile auf dem Rohrträger 5 durch Elektronenstrahlschweißen in das Bündel 51 geschweißt, wobei die Verschweißung der vorbereiteten Schweißflächen an den Enden der Rohre und Bolzen gemeinsam an einer neuen vollständigen oder hinzugefügten Reihe (Reihe IX) und in einem Arbeitsgang des Elektronenstrahlschweißkopfes erfolgt.

Am anderen Ende des Rohrbündeis 51, d. h. an der entfernten Seite des oben erwähnten Rahmens, wird eine zweite Elektronenstrahl-Schweißeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art verwendet. Sie dient zur Verschweißung der entfernten Enden der ungeschweißten zylindrischen Teile in das Rohrbündel. Die entfernten Enden der ungeschweißten Teile werden an die passenden vorbereiteten Schweißflächen am unteren Teil des Rohrbündels geschweißt. Die in den Fig. 21 und 22 gezeigte Vorrichtung enthält auch an der entfernten Seite des Rahmens Zahnstangenfräs- und Entgratungseinrichtungen, die den an der vorderen Seite des Rahmens vorgesehenen entsprechen und zur Bearbeitung und Entgratung der Schweißflächen an den unteren Hälften der geschweißten Teile in den Reihen VII und VIII am entfernten Ende des Rohrbündels 51 dienen. Ebenso sind an der entfernten Seite des Rahmens Reinigungseinrichtungen vorgesehen.

Vorstehend wurde erwähnt, daß die in den Fig. 21 und 22 gezeigte Vorrichtung einen Vakuumtank enthält. Bei Elektronenstrahl· scliweißung muß natürlich auch die hier beschriebene Vorrichtung den Vakuumtank und die Vakuumpumpe enthalten.

Der Zyklus wird beendet, wenn die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung ihre Ausgangsstellung erreichen. Hierbei wird auch der Rohrträger 5 von der Reihe von zylindrischen Teilen gelöst, die er während der Bearbeitung und Verschweißung aufgenommen hatte. Die Lösung erfolgt durch Entnahme des die Teile mit dem Träger verbindenden Bandes. Ferner erfolgt eine Drehung in die in Fig. 21 gezeigte Stellung.

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Für die oben beschriebene Fertigungsvorrichtung soll nun ein Produktionsplan angegeben werden. Die folgenden Angaben enthalten nicht die ersten drei Arbeitsgänge, nämlich auf Länge schneiden, Bearbeitung an den Stirnseitenund Aufweiten des. Rohres. Der Produktionsplan ist für eine einzelne Rohrreihe aufgestellt; Eingabe von 100 Rohren (durchschnittliche Reihe) in den Träger: 5 Minuten;' Bearbeitung der vorzubereitenden Schweißflächen an Rohren im Rohrträger und gleichzeitig an 100 Rohrleerstellen im Rohrbündel! 4 Minuten; Reinigung der bearbeiteten Schweißflächen: 20 Minuten; Weiterbewegung zur Schweißung: 1 Minute; Schließen und Auspumpen der Kammer (vor dem Schweißen); 20 Minuten; und Verschweißen von 100 Rohren (je 4 see): 10 Minuten. Dies ergibt eine gesamte Zykluszeit (geschätzt) von 60 Minuten.

Im folgenden soll eine zusammengefaßte Darstellung der Vorteile der erfindungsgemäßeh Rohrbündelherstellung gegeben werden.

Die Rohrplatte mit ihren Material-, Versand- und Bohrkosten wird eingespart.

Die Herstellung durch Verschweißung ist'aus folgenden Gründen billig? Die Rohre werden in nur drei Sekunden je Ende aufgeweitet; die gratfreien Schweißflächen werden gleiphzeitig an dem zylindrischen Teil und dem mit ihm zu verbindenden passenden Teil im Bündel innerhalb 2 1/2 see oder weniger bearbeitet, entsprechend einer üblichen Schneidgeschwindigkeit von etwa 18 m/min; die Schweißflächen werden durch Elektronenschweißung innerhalb von 6 see oder weniger entsprechend einer üblichen Schweißgeschwindigkeit von etwa 65 cm/min verschweißt. Innerhalb dieser Zeit erfolgt auch die schrittweise Weiterbewegung von Rohr zu Rohr während 1 see.

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Da die Verbindungen durchgehende Stoßschweißungen sind, die relative Bewegungen infolge Wärmedehnung und dergleichen zwischen den verbundenen Teilen verhindern, ist ein technischer Oberflächenschutz in Form geschmolzener Porzellanemaille oder anderen Materialien möglich. Hierdurch ergeben sich verschiedene Vorteile. Durch den Oberflächenschutz wird die Korrosion blanker Rohrwände in den meisten Anwendungsfällen, beispielsweise bei der Verarbeitung von Seewasser in Entsalzungsanlagen, verhindert. Kesselsteinablagerungen an den Rohrwänden können durch Anwendung starker Säuren an Ort und Stelle entfernt werden. Dies ist in manchen Anwendungsfällen, beispielsweise bei der Seewasserentsalzung sogar während des Betriebs möglich. Durch die Anwendung des technischen Oberflächenschutzes können billige Rohrmaterialien verwendet werden, beispielsweise Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Rohrdurchmesser und -Wandstärke können in manchen Fällen verringert werden, so daß sich ein sehr kompakter Wärmetauscher ergibt. Das gleiche ist bei anderen Anwendungsgebieten der Fall, wenn kein Oberflächenschutz notwendig ist. In manchen Fällen ist infolge des verbesserten Aufbaus eine höhere Arbeitetemperatur bei Verwendung des Oberflächenschutzes möglich. Bei der Seewasserentsalzung ergibt sich beispielsweise bei einer Anhebung der maximalen Arbeitstemperatur von der gegenwärtigen Grenze von etwa 150° C auf etwa 260° C eine doppelte Produktausbeute je aufgewendete Dampfmengeneinheit. Bei nuklearen Flugkörper-Antriebssystemen, bei denen ein Oberflächenschutz nicht unbedingt notwendig ist, ergibt sich durch den verringerten Temperaturabfall im kompakteren erfindungsgemäßen Wärmetauscher zwischen Reaktorausgang und Maschineneingang ein leistungsfähiges und wirtschaftliches Antriebssystem.

Durch den technischen Oberflächenschutz ergeben sich auch auf anderen Anwendungsgebieten verschiedene Vorteile. So können zur Verringerung der Luftverschmutzung die heißen Verbrennungsgase von thermischen Leistungs- oder Chemieanlagen, die gasförmige Schwefelverbindungen enthalten, in einem Wärmetauscher abge-

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kühlt werden, um die schädlichen Gase in·kondensierbare umzuwandeln. Der Wärmetauscher kann zur Vorheizung der Verbrennungsluft verwendet werden, um so den Gesamtwirkungsgrad der Anlage zu verbessern. ·

Bei Wärmetauschern herkömmlicher Art ist die minimale Gastemperatur, auf die die Verbrennungsprodukte (Verbrennungsgase) abgekühlt werden, ein wesentlicher Gesichtspunkt bei der Konstruktion von Luftvorheizern für die Verbrennungsluft. Üblicherweise soll die Auslegung so erfolgen, daß die Temperatur der den Vorheizer (Wärmetauscher) verlassenden Verbrennungsgase nicht unter etwa 150° C fällt, da sonst Schwefel- oder schweflige Säure kondensfert. Diese Säuren bilden sich aus dem in den meisten Brennstoffen enthaltenen Schwefel und dem Wasserdampf für die Verbrennung. Die Korrosionsgefahr zwingt daher bei herkömmlichen Wärmetauschern zu starken Einschränkungen des möglichen Temperaturbereichs»

Andererseits besteht bei Wärmetauschern mit Oberflächenschutz, der bei der erfindungsgemäßen Wärmetauscherkonstruktion phne weiteres aufgebracht werden kann, keine Korrosionsgefahr, so daß der erfindungsgemäße Wärmetauscher auch keinen Temperaturgrenzen unterworfen ist. Mit einem mit Porzellanemaille ge- . schützten Luftvorheizer können die Verbrennungsgase auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden. Es wurde festgestellt, daß bei Verwendung herkömmlicher Luftvorheizgeräte bei vorgeheizter Verbrennungsluft der Gesamtwirkungsgrad um 3 bis 5 % verbessert wird. Treten jedoch die Verbrennungsgase etwa mit Umgebungstemperatur aus dem Vorheizer aus, so kann eine zusätzliche Verbesserung desWirkungsgrads um 1 bis 3 % erwartet werden. Was die Verschmutzung betrifft, so ergibt' sich durch die vorliegende Erfindung eine wesentliche Verbesserung. Schwefelsäure, schweflige Säure und andere Verbindungen, die bei Umgebungstemperatur, nämlich etwa 38° C, flüssig sind, werden aus den Verbrennungsgasen herauskondensiert.

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GewünGclitenfalls können die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auch zum Aufbau anderer, mit Porzellanemaille geschlitzter, Rohr-Rückführungs-Wärmetauscher großer Oberfläche angewendet werden, die bei Gefriertemperaturen arbeiten und so angeschlossen sind, daß sie vom Luftvorheizer (Wärmetauscher) die Verbrennungsgase aufnehmen.

Patentansprüche

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Claims (15)

DA.-1O156 PA TENTANSP RÜCHE

1.] Verfahren zur Herstellung von Wärmetauschern, dadurch gekennzeichnet , daß drei in einem halben Sechseck angeordnete Flächen an einem Ende jedes zylindrischen Teils in einer Reihe von Teilen ausgebildet werden, die anderen in einem Bündel zusammengebauten Teilen hinzugefügt werden sollen, wobei jede Oberfläche parallel zur jeweiligen Achse eines Teils liegt, daß für jedes der Teile an einem Ende zweier aneinander angrenzender zylindrischer Teile Oberflächen in der letzten Reihe der im Bündel zusammengebauten Teile und an einen* Ende eines zylindrischen Teils in der folgenden Reihe der im Bündel zusammengebauten Teile gebildet werden, wobei die' Mitten jeder Gruppe von drei Teilen an den Ecken eines Dreiecks liegen und jede der Oberflächen parallel zur jeweiligen Teilachse liegt, daß die zuerst erwähnte Reihe von Teilen so angeordnet wird, daß die in einem halben Sechseck angeordneten, daran gebildeten Flächen an den ähnlichen Flächen an der letzten und vorletzten Reihe der zusammengebauten Teile anliegen, und daß die ersterwähnte Reihe von Teilen mit der letzten und vorletzten Reihe der zusammengebauten Teile längs der in einem halben Sechseck angeordneten Anlageflächen miteinander verbunden werden.

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2. Verfahren zur Herstellung von Wärmetauschern, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere zylindrische Teile parallel und in Abständen voneinander befestigt werden, so daß sich eine Reihe von Teilen ergibt, daß an einem Ende jedes Teils, während diese derart befestigt sind, drei in einem halben Sechseck angeordnete Oberflächen gebildet werden, die parallel zu den Teilachsen liegen, daß die Reihe von Teilen als Einheit so positioniert wird, daß die in einem halben Sechseck angeordneten Oberflächen an den Teilen an. ähnlichen Oberflächen an anderen Reihen von zylindrischen Teilen liegen, und daß die ersterwähnte Reihe von Teilen mit der zweiten Reihe von Teilen längs der aneinander anliegenden, in einem halben Sechseck angeordneten Oberflächen verbunden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindung durch Stumpfschweißung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch, 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß. die Herstellung der in einem halben Sechseck angeordneten Oberflächen durch Zahnstangenfräsen erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verfahrensschritte an den beiden einander gegenüberliegenden Enden jedes der miteinander in Reihen zu einem Bündel zu verbindenden Teile ausgeführt werden.

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6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine der Reihen aus zylindrischen Teilen rohrförmige und massive Teile enthält.

7. Vorrichtung zur Herstellung von Wärmetauschern, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (5) zur Aufnahme und Halterung mehrerer zylindrischer Teile (1, 4) parallel und in Abständen voneinander in einer Reihe von Teilen, und durch Einrichtungen (30) zur Herstellung von drei in einem halben Sechseck angeordneten Oberflächen an einem Ende des Teils, während es so gehalten wird, wobei jede Oberfläche parallel liegt zur jeweiligen Teilachse, wobei die Halteeinrichtung (5) so beweglich ist, daß die Reihe von Teilen als Einheit in Lage gebracht werden kann, so daß die in einem halben Sechseck angeordneten Oberflächen an den Teilen an ähnlichen Oberflächen an anderen Reihen der zylindrischen Teile anliegen, so daß die ersterwähnte Reihe von Teilen mit den anderen Reihen von Teilen längs der aneinander anliegenden, in einem halben Sechseck angeordneten Oberflächen, verbunden werden kann;

8. Vorrichtung nach Anspruch 7> dadurch g e k e η η - ■ zeichnet , daß die Hätte einrichtung (5) einen Rahmen mit mehreren in Abständen·voneinander angeordneten, gekrümmten, Teile aufnehmenden Elementen (8, 10) enthält, ,deren Krümmungsmittelpunkte sämtlich in einer gemeinsamen Ebene liegen, sowie ferner Einrichtungen (11) zur Befestigimg der erster-

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wähnten zylindrischen Teile in dem Rahmen, wobei sich Jeweils ein Teil in einem der Aufnahmeelemente befindet, und Einrichtungen (7) zur drehbaren Befestigung des Rahmens um eine zu den.Achsen der zuerst erwähnten Teile parallele Achse, so daß die zuerst erv/ähnte Reihe von Teilen als Einheit bewegt werden kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Rahmen zv/ei zueinander parallele Teile (6) enthält, die je mehrere in Abständen angeordnete, gekrümmte, Teile aufnehmende Elemente tragen, wobei dJLe Elemente auf einem Rahmenteil mit den entsprechenden Elementen auf dem anderen Rahmenteil fluchten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Herstellungseinrichtung einen Zahnstangenfraser (30) mit mehreren Messern umfaßt, die so angeordnet sind, daß sie drei in einem halben Sechseck angeordnete Oberflächen an jedem der zuerst erwähnten zylindrischen Teile in einem einzigen Arbeitsgang längs der zuerst erwähnten Reihe von Teilen schneiden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch zusätzliche Einrichtungen zur Herstellung von drei in einem halben Sechseck angeordneten Oberflächen am anderen Ende jedes der zuerst erwähnten Teile, während diese

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in der Halteeinrichtung gehalten werden, wobei jede der zuletzt erwähnten Oberflächen parallel zur jeweiligen Teilachse liegt. . '

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Halteeinrichtung so beweglich ist, daß sie die zuerst erwähnte Reihe von Teilen als Einheit positioniert, so daß die in einem halben Sechseck angeordneten, an den anderen Enden der Teile ausgebildeten Flächen ebenfalls an ähnlichen Flächen an den anderen Reihen von Teilen anliegen, so daß die zuerst erwähnte Reihe von Teilen auch an deren anderen Enden mit den anderen Reihen von Teilen längs den in einem halben Sechseck angeordneten, aneinander anliegenden Oberflächen verbunden werden kann.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Reihen der zylindrischen Teile rohrförmige und massive Teile enthält.

14. Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner ge kennzeichnet durch Einrichtungen zur Verschweißung der zuerst erwähnten Reihe von Teilen mit den anderen Reihen von

, Teilen längs den aneinander anliegenden, in einem halben Sechseck angeordneten Oberflächen.

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15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Schweißeinrichtung zwischen der zuerst erwähnten Reihe von Teilen und den anderen Reihen von Teilen durchdringende Stumpfschweißungen ausführt.

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