DE2313565C3 - Verfahren zum Herstellen eines Rohrbündels für Wärmeaustauscher und Rohrbündel, hergestellt unter Anwendung des Verfahrens - Google Patents

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rohrbündels für Wärmeaustauscher, wobei man eine Vielzahl von in einer Ebene befindlichen, biegsamen, thermoplastischen Rohren in vorbestimmtem Abstand zueinander in Richtung ihrer Rohrachsen fördert, mit Abstandhaltern versieht, auf vorbestimmter Länge ablängt, die so gebildeten Rohrmatten bündelt und an beiden Stirnseiten in Rohrplatten von Sammelleitungen einsteckt.

'⁵ Aus der DE-OS 15 01595 ist ein Verfahren zur Herstellung von Rohrmatten für Wärmeaustauscher bekannt, bei dem mehrere, von parallel zueinander angeordneten Rollen abgezogene Rohre auf vorbestimmte Längen abgelängt und dann durch biegsame Abstandhalter im vorgegebenen Abstand zueinander verbunden werden. Das Material der Abstandhalter wird hierbei ebenfalls von Rollen abgezogen, so daß die herzustellenden Rohrmatien in bezug auf die Länge der Rohre bereits einen vorgegebenen Abstand aufweisen, jedoch in bezug auf die Abstandhalter »endlos« sind und dementsprechend um eine parallel zur Achsrichtung der einzelnen Rohre der Rohrmatte verlaufende Achse aufgewickelt werden können. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß das so gebildete

μ Rohrbündel in seiner Länge praktisch schon der Länge des fertigen Wärmetauschers entsprechen muß, so daß hier aus Gründen des Transportes und der Lagerung verhältnismäßig enge Grenzen in bezug auf die möglichen Baulängen der herzustellenden Wärmeaustauscher gesetzt sind.

Aus der US-PS 34 22 884 sind fur Röhrenwärmetauscher zweiteilige, steife Abstandhalter mit halbkreisförmigen Einschnitten zur Aufnahme von Rohren bekannt. Der Nachteil der bekannten Abstandhalter besteht jedoch darin, daß diese nicht durch Steckverbindungen miteinander verbindbar sind, sondern vielmehr auf einer Seite in Richtung der Rohrachsen verlaufende Nuten und an der anderen Seite entsprechende Rippen aufweisen, so daß die Abstandhalter zwar übereinander stapelbar sind, jedoch hierdurch nicht miteinander fest verbunden werden. Die feste Verbindung geschieht vielmehr durch getrennte Verbindungselemente, nämlich Schraubenbolzen, die durch entsprechende Bohrungen sämtlicher übereinander befindlicher Abstandhalter geführt und mit Muttern verschraubt werden, so daß erst nach dem Übereinanderstapeln der vorgesehenen Zahl von Rohrlagen die erforderliche Sicherung gegen Relativverschiebungen zueinander bewirkt werden kann. Vorgefertigte, bereits mit Abstandhallem versehene Rohrmatten lassen sich hiermit nicht herstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren zu schaffen, das die Herstellung von vorgefertigten Rohrmatten erlaubt, durch die Wärmeaustauscher mit sehr langen Rohrlängen hergestellt werden können, ohne daß hierbei besondere Transport- oder I.agerprobleme auftreten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Rohre durch zweiteilige, durch Ineinanderstecken fest miteinander verbindbare Abstandhalter umfaßt und die so gebildete Rohrmatte in Richtung ihrer Rohrachsen aufwickelt, anschließend zur Bildung eines Rohrbündels die Rohrmatte abwickelt und in vorbestimmte Längen ablängt und sie zusammen mit

anderen Rohrmatten durch Ineinanderstecken der Abstandhalter übereinander zu einem Rohrbündel verbindet

Da die fertigen Rohrmatten zu Lajrerungs- und Transportzwecken in ihrer Längserstreckung aufgewikkelt sind, können Rohrmatten von praktisch beliebiger Länge hergestellt werden und durch entsprechendes Auf- und/oder Nebeneinanderlegen zu beliebig großen Wärmetauschern zusammengestellt werden. Da die Länge der Rohrmatten praktisch nur durch die Große der Wickehrommel und Wickelvorrichtung begrenzt ist, können in den in der Praxis bedeutsamen Größenbereichen Wärmetauscher beliebiger Länge hergestellt werden. Ein Aneinandersetzen mehrerer Rohrmatten in Längsrichtung und damit störende Muffenverbindungen an den Rohrstößen entfallen hierbei, so daß ein Wärmetauscher erstellt werden kann mit einer verringerten Zahl von Muffenverbindungen und dementsprechend geringerer Störanfälligkeit

Die Erfindung betrifft ferner ein Rohrbündel, hergestellt unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei zweiteilige steife Abstandhalter vorgesehen sind, die auf den den Rohren zugekehrten Seiten dem Querschnitt der Rohre entsprechend geformte Einschnitte zur Aufnahme der thermoplastischen, biegsamen Rohre aufweisen, wobei die Enden der Rohre in einer Rohrplatte eingesteckt sind.

Das erfindungsgemäße Rohrbündel ist dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf der Innen- und Außenseite abwechselnd Stifte und Löcher zur Steckverbindung der beiden Teile des Abstandhak-jrs einerseits und zum benachbarten Abstandhalter andererseits vorgesehen sind und die Verbindung zwischen den Rohrenden der Rohre und der Rohrplatte durch in die Löcher der Rohrplatte eingesteckte, ringförmige Gummischeiben erfolgen. Hierdurch ist es möglich, aus vorgefertigten Rohrmallen hergestellte Röhrenbündel mit genauer Anordnung der Rohre zueinander sowie unter genauer Einhaltung des Abslandes der Rohre auch für sehr große Rohrlängen herzustellen. Die gewünschten geometrischen Bedingungen, d. h. die Neigung in Längs- und Querrichtung zwischen den Mittellinien der einzelnen Rohre, sind gewährleistet, so daß eine optimale geometrische Anordnung für den Wärmeaustauscher erzielt wird. Da das Rohrbündel aus vorgefertigten Matten erstellt wird, ergibt sich ferner die Möglichkeit zur Normung, so daß mit entsprechend konzipierten Grundelementen Wärmetauscher mit Abmessungen hergestellt werden können, die vorher nicht mit vergleichbarer Wirtschaftlichkeit hergestellt werden konnten. Der Anschluß der Rohrenden an die Rohrplatte der Sammelkammer erfolgt auch hier wieder durch eine kostengünstige Steckverbindung, wobei für die hier in Betracht kommenden Temperaturbereiche Gummischeiben als Dichtelemente vorgesehen sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Rohrbündels sind in den Merkmalen der Ansprüche 3 bis 6 beschrieben.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispiele" näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine fertige Rohrrr„.;^,

F i g. 2A, B, C verschiedene Bauformen von Abslandhaltern;

Fig.3 schematisch den Ablauf des Herstellungsverfahrens;

Fig.4 eine Abstandswalze für die Herstellungsvorrichtung;

F i g. 5 ein feststehendes, kainmformiges Abstandselement der Herstellungsvorrichtung;

Fig.6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Verbinden der beiden A-bstandhalter bei der Herstellung einer Rohrmatte;

F i g. 7 eine fertige Rohrmatte, zu Transportzwecken auf eine Trommel gewickelt;

Fig.8 schematisch den Montagevorgang für ein Rohrbündel;

F i g. 9 eine Teilstirnansicht auf ein fertiges Rohrbündel;

Fi g. 10 A, B, C verschiedene Ausführungsformen für die Verbindung der Rohrenden mit einer Rohrplatte einer Sammelleitung;

Fig. 1! schematisch, teilweise in Explosionsdarstellung; ein fertiges Rohrbündel.

Die in F i g. 1 dargestellte Rohrmatte weist eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Rohren 1 auf, die beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt besitzen. Es können aber auch Rohre mit anderen Querschnittsformen verwendet werden. Die Rohre 1 sind in vorgehbaren Abständen zueinander durch Abstandhalter 2 miteinander verbunden, durch die sowohl der Abstand der Rohre einer Rohrmatte zueinander, als such, wie nachstehend näner beschrieben werden wird, der Abstand von jeweils übereinander gelegten Rohrmatten fixiert wird.

In den F i g. 2A, B, sowie 2C sind Ausführungsformen für die Abstandhalter 2 näher dargestellt. Die Abstandhalter 2 sind zweckmäßigerweise ebenfalls aus thermoplastischem Material hergestellt und bestehen jeweils aus zwei Hälften 3 und 4, so daß nach Verbindung der beiden Hälften ein Bauteil entsteht, das in einem vorgegebenen Abstand entsprechende Löcher 5 zur Aufnahme der zu haltenden Rohre 1 aufweist.

Die beiden Hälften des Abstandhalters 2 (Fig. 2A) sind jeweils mit Stiften 6 und zugeordneten Bohrungen 7 ausgestattet, durch die die beiden Hälften zu einem einzigen Bauteil verbindbar sind. Auf der den halbkreisförmigen Einschnitten zur Bildung der Löcher 5 abgekehrten Seite der Abstandhalterhälften sind Stifte oder Zapfen 8 und entsprechende Bohrungen 9 angeordnet, die ihrerseits zur Verbindung mehrerer Abstandhalter 2 untereinander dienen, so daß durch Aufeinanderlegen von mehreren Rohrmatten ein Rohrbündel gebildet wird, wie dies beispielsweise aus der Stirnanschicht in F i g. 9 ersichtlich ist.

Die Verbindung über die Stifte 6 bzw. 8 und die jeweils zugeordneten Bohrungen 7 bzw. 9 kann sowohl kraftschlüssig als auch formschlüssig erfolgen. Im einen Fall durch ein entsprechendes Übermaß des Stiftes oder Zapfens gegenüber der zugehörigen Bohrung oder im anderen Fall durch Einsetzen eines entsprechenden Querstiftes, mit der der Stift oder Zapfen 6 dzw. 8 in der Bohrung 7 bzw. 9 jeweils gehalten wird.

Da die Abstandhalterteile bevorzugt aus thermoplastischem Material hergestellt werden, können sowohl für die Bohrungen 7, 9 wie auch für die Stifte bzw. Zapfen 6, 8 beliebige Querschnittsformen, beispielsweise konische, zylindrische, kreuzförmige, rechteckige oder quadratische Querschnittsformen verwendet werden.

Zur Herstellung einer Rohrmatte können die Rohre bereits auf eine vorgegebene Länge geschnitten und jeweils in den Sitz 10 mehrerer parallel nebeneinanderliegender Abstandhalterhälften eingesetzt werden. Sobald die Abstandhalter in der Breite mit Rohren ausgefüllt sind, werden die anderen Abstandhalterhälf-

ten aufgesteckt, so daß die in F i g. 1 dargestellte Rohrmatte gegeben ist.

F i g. 3 zeigt schematisch einen anderen Herstellungsvorgang, der leicht maschinell durchgeführt werden kann. Hierbei werden von mehreren, nicht näher dargestellten Wickeltrommeln 12 thermoplastische Rohre 1 abgezogen. Die Rohre werden über mit Rillen versehene Abstandswalzen 11 (F i g. 4) und/oder ein entsprechendes, kammförmig ausgebildetes Abstandselement 16 (Fig.5) in gleichem Abstand zueinander geführt. Ist den Abstandswalzen 11 eine entsprechende Kühlvorrichtung vorgeschaltet, dann können die zu verarbeitenden Rohre 1 auch unmittelbar aus einer entsprechenden Extruderanlage abgezogen und zu Rohrmatten verarbeitet werden.

Die zu verarbeitenden Rohre werden über die Abstandswalzen 11 einer Einrichtung 16S zugeführt, in der jeweils von oben und unten die Hälften 3, 4 zur Herstellung eines Abstandhalters gemäß Fig. 2 quer zur Durchlaufrichlungder Rohre 1 zugeführt werden. In vorgegebenen Abständen werden dann jeweils eine obere und eine untere Abstandhalterhälfte zusammengefügt. Über ein Förderband 14 wird die so erstellte Rohrmatte einer Trommel 15 zugeführt, auf der sie aufgewickelt wurde.

Während grundsätzlich das Zusammenfügen der beiden Abstandhalterhälften 3, 4 im Zuführungssystem von Hand möglich ist, ist in Fig. 6 schematisch eine Vorrichtung dargestellt, die im Zusammenwirken mit der Zuführeinrichtung 165 eine automatische Herstellungsweise erlaubt. Ein System von Rückstellfedern 22 und Kurvenscheiben 21 bewirkt eine Hin- und Herbewegung von Rahmen 23, die mit Stiften 20 versehen sind. Die Hin- und Herbewegung der Rahmen 23 erfolgt in nicht näher dargestellten Führungen in der Weise, daß die Stifte 20 jeweils in einen Sitz 10 der Abstandhalterhälften 3 bzw. 4 eingreifen.

Ein weiteres System von Kurvenscheiben 18 und Rückstellfedern 19 ermöglicht eine Bewegung der Rahmen 23 gegeneinander, wodurch die Stifte 20 die beiden Abstandhalterhälften 3 und 4 zusammendrücken und so die erforderliche Verbindung beispielsweise durch Eindrücken der Stifte 6 in die entsprechenden Bohrungen 7 herstellen. Schwenkhebel 24 mit nicht dargestellten Rückstellfedern, die in entsprechendem Takt zur Bewegung der Rahmen 23 arbeiten, sorgen dafür, daß jeweils nur eine Abstandhalterhälfte 3 und 4 von den Stiften 20 zusammengedrückt werden. Durch eine entsprechende Abstimmung der Vorschubgeschwindigkeit der Rohre einerseits und der Bewegung der Rahmen 23 kann der Abstand von jeweils zwei Äbstandhaitern 2 in Längsrichtung der Rohre zueinander variiert werden.

Ist die Länge des herzustellenden Rohrbündels bereits bei Herstellung der Rohrmatten bekannt, so werden die parallel zueinander verlaufenden Rohrstränge nach Durchlaufen der vorgegebenen Länge abgetrennt Je nach Länge der jeweils eine Baueinheit bildenden Rohrmatte können ein oder mehrere Matten auf die Trommel 15 aufgewickelt werden und in einfacher Weise gelagert und transportiert werden. In Fig.7 ist eine aufgewickelte Rohrmatte schematisch dargestellt.

Zur Herstellung von Rohrbündeln aus vorgefertigten, aufgewickelten Rohrmatten wird entsprechend Fig.8 eine Rohrmatte von einer Trommel 15 abgewickelt und auf einer ebenen Fläche ausgelegt, die ggf. bereits durch ein Rahmenteil gebildet wird, der das fertiggestellte Rohrbündel aufnehmen soll. Anschließend wird von der selben Trommel oder von einer neuen Trommel die nächste Rohrmatte abgewickelt und auf die auslicgende Rohrmatte gelegt, wobei die Abstandhalter 2 beider Rohrmatten aufeinandcrliegen und über ihre Stifte bzw. Bohrungen fest miteinander verbunden werden. Auf diese Weise werden fortlaufend weitere Rohrmatlen übereinandergelegt, bis die gewünschte Höhe des Rohrbündels erreicht ist. Fig. 9 zeigt in einer Slirnansieht einen Teil eines derartigen Rohrbündels.

Fig. 11 zeigt die Bauteile eines fertiggestellten Rohrbündels, das in einem Rahmen 25 mit zwei Längsholmen 26 und einer Vielzahl von Querslreben 27. die die Längsbolzen 26 miteinander verbinden, gehalten ist. Die Längsholmen 26 sind so geformt, daß sie die ' Unterkante der untersten Rohrmatte umgreifen.

Der Rahmen 25 kann durch Querstreben 28 ergänzt sein, die entsprechend die beiden Längsholmen 26 miteinander verbinden. Durch Verstrebungen 29 und Stützen 40, die in Fig. 9 dargestellt sind, sowie durch kreuzförmig angeordnete Diagonalstreifen 39 wird die Gesamtanordnung ausgesteift, so daß das Rohrbündel starr gehalten wird.

Die freien Enden der Rohre 1 eines derart gehaltenen Rohrbündels sind jeweils an eine Sammelleitung 31 angeschlossen, die je nach Bauform als sogenannte Wasserkammer oder auch als Rohr ausgebildet sind.

In Fig. 1OA ist im Detail die Verbindung zwischen einem Rohr 1 und der Rohrplatte der Sammelleitung 31 näher dargestellt. Hierbei sind in den Löchern der Rohrplatte 30 Scheiben 32 aus Gummi oder hinreichend elastischem Material angebracht, durch die ggf. nach Schmierung die freien Enden die Rohre 1 eingeschoben werden. Um zu verhindern, daß das aus thermoplastischem Material bestehende Rohr 1 im Verbindungsbereich der Rohrplatte 30 zusammengedrückt wird, ist es zweckmäßig, ein rohrförmigen Verstärkungselement, vorzugsweise einen Metallstutzcn 33. einzuschieben (Fig. 10B).

F i g. 1OB zeigt eine weitere Ausführungsform für die dichte Verbindung zwischen Rohr 1 und Rohrplatte 30. Bei dieser Ausführungsform sind jeweils die Löcher der Rohrplatte mit zwei Sprengringen versehen. Der feste Sprengring 34 ist in das Loch eingesetzt und mit der Rohrplatte verschweißt. Nachdem ein O-Ring 36 auf das Rohrende aufgeschoben ist, wird von der anderen Seite der Rohrplatte 30 ein weiterer Sprengring 35 aufgeschoben und fest gegen die Rohrplatte gedrückt. Der Abstand der beiden Sprengringe zueinander sowie die Abmessungen des O-Ringes 36 sind so vorgesehen, daß der O-Ring geringfügig zusammengedrückt wird und so sowohl gegen die Außenfläche des Rohres ί als auch gegen die Wandung der Bohrung gedrückt wird und so für eine entsprechende Dichtung sorgt. Der Sprengring 35 wird dann mit der Rohrplatte 30 verbunden, beispielsweise durch Schweißen, Kleben oder dergleichen. Durch den eingesetzten Metallstutzen 33 wird verhindert, daß das Rohr 1 durch den O-Ring 36 zusammengedrückt wird.

Fig. IOC zeigt eine andere Verbindungsart. Hierbei ist ein Metallrohr 37 vorgesehen, das einen kreisförmigen oder auch andersförmigen Querschnitt aufweisen kann und entlang dessen Mantellinie Löcher vorgesehen sind, in die Metallstutzen 33 eingesetzt sind und die insgesamt ein Sammelrohrelement bilden.

Um nun eine dichte Verbindung zwischen den auf die Stutzen 33 aufgeschobenen Rohren 1 und dem Sammelrohr 37 zu schaffen, wird auf das Rohr auf seiner

Außenfläche einschließlich der Anschlußstutzen mit den übergeschobenen Rohren 1 eine Umhüllung aus thermoplastischem Material 38 aufgespritzt. Zu diesem Zweck wird das Rohr 37 mit einer entsprechenden Spritzform umgeben.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Rohrbündels für Wärmeaustauscher, wobei man eine Vielzahl von in einer Ebene befindlichen, biegsamen, thermoplastischen Rohren in vorbestimmtem Abstand zueinander in Richtung ihrer Rohrachsen fördert, mit Abstandhaltern versieht, auf vorbestimmte Länge ablängt, die so gebildeten Rohrmatten bündelt und an beiden Stirnseiten in Rohrplatten von Sammelleitungen einsteckt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Rohre durch zweiteilige, durch Ineinanderstecken fest miteinander verbindbare Abstandhalter umfaßt und die so gebildete Rohrmatte in Richtung ihrer Rohrachsen aufwickelt, anschließend zur Bildung eines Rohrbündels die Rohrmatte abwickelt und in vorbestimmte Längen ablängt und sie zusammen mit anderen Rohrmatten durch Ineinanderstecken der Abstandhalter übereinander zu einem Rohrbündel verbindet.

2. Rohrbündel, hergestellt unter Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei zweiteilige steife Abstandhalter vorgesehen sind, die auf den den Rohren zugekehrten Seiten dem Querschnitt der Rohre entsprechend geformte Einschnitte zur Aufnahme der thermoplastischen, biegsamen Rohre aufweisen, wobei die Enden der Rohre in einer Rohrplatte eingesteckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf der Innen- und Außenseite abwechselnd Stifte und Löcher (6, 7, 8 und 9) zur Steckverbindung der beiden Teile des Abstandhalters einerseits und zum benachbarten Abstandhalter andererseits vorgesehen sind und daß die Verbindung zwischen den Rohrenden der Rohre (1) und der Rohrplatte (30) durch in die Löcher der Rohrplatte (30) eingesteckte, ringförmige Gummischeiben (32) erfolgt.

3. Rohrbündel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Enden der Rohre (1) ein rohrförmiges Verstärkungselement, vorzugsweise ein Metallstutzen (33) eingesetzt ist.

4. Rohrbündel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (1) mit ihren Enden mit einer Sammelleitung (31) verbunden sind, die mit Stutzen ausgestattet ist, auf die die Enden der Rohre (1) aufgesteckt sind und daß auf die Außenfläche der Sammelleitung (31) selbst wenigstens im Bereich der Stutzen und auf die Außenfläche der Enden der Rohre (1) thermoplastisches Material aufgepreßt ist.

5. Rohrbündel nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die Enden der Rohre des Rohrbündels in Rohrplatten (30) mit Löchern eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung eines jeden Rohres (1) jeweils durch zwei Sprengringe (34, 35) bewirkt wird, die zwischen sich einen O-Ring (36) auf der Außenfläche des Rohres (1) halten, das in das Loch in der Rohrplatte (30) eingesetzt ist.

6. Rohrbündel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den O-Ring (36) drückenden Sprengringe (34, 35) mit der Rohrplatte (30) fest verbunden sind.

Verfahren zum Herstellen eines Rohrbündels für Wärmeaustauscher und Rohrbündel, hergestellt unter Anwendung des Verfahrens.