DE2430771C2

DE2430771C2 - Verfahren zum Herstellen eines Wärmeaustauschers

Info

Publication number: DE2430771C2
Application number: DE2430771A
Authority: DE
Inventors: Kiyotelu Nara Takayasu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-06-26
Filing date: 1974-06-26
Publication date: 1982-02-18
Also published as: DE2430771A1; FR2235345A1; US3922768A; GB1451015A; FR2235345B1; CA1039481A; AU7062574A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeaustauschers gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus der US-PS 17 60 505 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeaustauschers der eingangs genannten Art bekannt Die Endplatten dieses in einem zylindrischen Mantel eingesetzten Wärmeaustauschers sind relativ dünn bemessen und weisen an den Stellen, an denen die als Wärmeaustauscherelemente dienenden Rohre eingesetzt werden, Kragen auf. Die als Wärmeaustauscherelemente dienenden Rohre sind mit ihren Rohrenden im Bereich der Kragen der Endplatten eingesetzt, wobei die Rohrenden in diesem Bereich einen geringfügig kleineren Durchmesser als im übrigen Erstreckungsbereich haben. Zur dicht schließenden Fixierung der Rohrenden in den Endplatten werden die an den Kragen der Endplatten vorstehenden Rohrenden um den Kragen gebördelt. Zur Gewährleistung einer dichten Verbindung zwischen Rohrenden und Endplatten werden die Kragen schließlich noch mit den als Wärmeaustauscherelemente dienenden Rohren verlötet oder verschweißt. Eine solche Herstellungsweise eines Wärmeaustauschers ist umständlich und aufwendig, da zur dicht schließenden Fixierung der Rohrenden in den Endplatten mehrere Arbeitsgänge, wie Ausbildung der Kragen, Umbördeln der Kragen, Verschweißen oder Verlöten, erforderlich sind. Ferner können beim bekannten Herstellungsverfahren die als Wärmeaustauscherelemente dienenden Rohre nicht beliebig eng gesetzt werden, da die Verbindungsstellen von Rohrenden und Endplatten zugänglich sein müssen, um die zur Bearbeitung beim Umbördeln, Schweißen oder Verlöten erforderlichen Werkzeuge an den betreffenden Stellen einsetzen zu können. Hierdurch wird eine Steigerung der Arbeitsleistung des Wärmeaustauschers unter Beibehaltung unveränderter Außenabmessungen unmöglich. Auch können beim Umbördeln, Löten oder Schweißen ungewollte Verformungen auftreten.

Von daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die bekannte aufwendige Art der Verbindung zwischen den Rohrenden der als Wärmeaustauscherelemente dienenden Rohre und der Endplatte zu verbessern und zu vereinfachen.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich aus dem Anspruch 2.

Beim Verfahren zum Herstellen eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung werden die Endplatten bis zur dichten Anlage an den Rohrenden durch Umfangspressung plastisch verformt Durch diesen einzigen Arbeitsschritt werden die bisher notwendigen Arbeitsgänge, wie Ausbildung der Kragen, Umbördeln, Einlöten oder Schweißen, ersetzt Durch die nach der Erfindung geschaffene, äußerst unkomplizierte Verbindungsweise von Rohrenden und Endplatten ergeben sich überraschende Vereinfachungen bei der Herstellung eines solchen Wärmeaustauschers, der beispielsweise zur ίο Verwendung in einer elektrischen Klima- oder Luftkonditionieranlage, einem Gaskessel oder auch anderen Wärmeaustauscheraggregaten bestimmt ist Da zudem Kragen und Umbördelungen im Bereich der Verbindung von Endplatten und Rohrenden beim Herstels längsverfahren nach der Erfindung entfallen, können die als Wärmeaustauscherelemente dienenden Rohre in paralleler Anordnung enger beieinanderliegend in die Endpiatten eingesetzt werden, so daß man bei unveränderten Außenabmessungen des Wärmeaustauschers größere wirksame Wärmeaustauscherflächen erhält wodurch sich die Arbeitsleistung eines solchen Wärmeaustauschers darüber hinaus wesentlich verbessern läßt Das Verfahren zum Herstellen eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung ermöglicht daher gleichzeitig auch einen äußerst kompakten Aufbau eines solchen Wärmeaustauschers.

Bei der Weiterbildung des Verfahrens nach dem Anspruch 2 wird die Herstellung des Wärmeaustausche-s weiter noch dahingehend wesentlich vereinfacht, daß die gesamten Baugruppen des Wärmeaustauschers einschließlich dem zylindrischen Mantel zusammengestellt und montiert werden können, bevor die Rohrenden der als Wärmeaustauscher dienenden parallelen Rohre dicht schließend in den Endplatten fixiert werden, da das Pressen der Endplatten bis zur dichten Anlage an den Rohrenden auch durch den zylindrischen Mantel hindurch erfolgen kann.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Darin zeigt

F i g I eine schematische Schnittansicht einer zu verbindenden Rohr- und Endplattengruppe eines Wärmeaustauschers ohne den das Gehäuse bildenden zylindrischen Mantel,

Fig.2 eine Teilschnittansicht eines Wärmeaustauschers mit in das Gehäuse eingesetzten und entspre chend F i g. 1 verbundenen Rohr- und Endplattengruppen,

Fig.3 eine Teilschnittansicht eines Wärmeaustauschers, bei dem die Rohr- und Endplattengruppen so unverbunden in das Gehäuse eingesetzt sind,

Fig.4 eine Ausschnittansicht eines Wärmeaustauschers in teilweise geschnittener Darstellung, bei dem die unverbundene Rohr- und Endplattengruppe zwei gesonderte nebeneinanderliegende Endplatten umfaßt, und

Fig.5 eine Teilschnittansicht des Wärmeaustauschers nach F i g. 4 nach der Verbindung der einzelnen Baugruppen.

Nach F i g. 1 sind mehrere als Wärmeaustauscherelemente dienende Rohre 2 parallel zueinander angeord net. Die Rohrenden der Rohre 2 sind in Löchern in Endplatten I eingesetzt. Die Endplatten 1 werden durch Umfangspressung bis zur dichten Anlage an den Rohrenden durch Rohre 2 plastisch verformt Bei der Umfangspressung wirkt die die plastische Verformung bewirkende Kraft X von der Umfangsfläche auf die Mitte der Endplatten 1. Die Umfangspressung der Endplatten 1 wird mit Hilfe von an sich bekannten

Einrichtungen, wie einer Rotationsgesenkdrückmaschine, einem hydraulischen Hammer etc., erreicht Diese Einrichtungen drücken gleichmäßig auf die Umfangsfläche der Endplatten 1, wobei auch eine intermittierende Kraftbeaufschlagung möglich ist Die in die Endplatten 1 gebohrten Löcher werden mit zunehmender plastischer Verformung im Durchmesser kleiner. Infolgedessen werden die in die Löcher eingesetzten Rohrenden der Rohre 2 so verformt, daß ihr Durchmesser kleiner als außerhalb der Endplatten 1 ist Die Umfangsflächen der Rohrenden der Rohre 2 kommen somit zwangsläufig in Berührung mit den Innenflächen der Löcher in den Endplatten 1, und die Endplatten 1 liegen dicht an den Rohrenden an.

Hierbei werden von den Rohren 2 und den Endplatten 1 begrenzte Fluidumwege gebildet, und die Zwischenräume zwischen den Umfangsflächen der Rohrenden und den Innenflächen der Löcher sind ohne Schweißen oder Hartlöten dicht verschlossen.

F i g. 2 zeigt einen Wärmeaustauscher, der die zuvor verbundene Rohr- und Endplattengruppe enthält. Die Rohr- und Endplattengruppe ist in einem zylindrischen Mante! 4 angeordnet, an dessen Außenfläche Anschlußstutzen 5,6 angeschweißt sind. Der zylindrische Mantel 4 ist auch mit den Umfangsflächen der Endplatten 1 durch Erwärmen, wie Lichtbogen- oder Widerstandsschweißen in inerten Gasen, Elektronen- oder Laserstrahlschweißen, verschweißt Eine Schweißnaht Y ist am zylindrischen Mantel 4 gezeigt.

Durch das Schweißen ergeben sich zwei Fluidumwege, die entsprechend geteilt sind. Einer der Fluidumwege wird vom innenraum der Rohre 2 und den von den Endplatten 1 im zylindrischen Mantel 4 begrenzten Räumen gebildet, in denen keine Rohre 2 vorhanden sind. Der andere Fluidumweg umfaßt die Räume im zylindrischen Mantel 4 und außerhalb der Rohre 2 und die Innenräume der Anschlußstutzen 5, 6. Fluide mit unterschiedlichen Temperaturen fließen unabhängig in jedem Fluidumweg, und Wärme wird hauptsächlich durch die Rohre 2 ausgetauscht.

Fig.3 zeigt einen Wärmeaustauscher, bei dem die Endplatten 1 vor der plastischen Verformung an ihren Außenumfangsflächen mit Kerben 10 versehen werden. Die aus Endplatten 1 und Rohren 2 bestehende Baugruppe wird in einen zylindrischen Mantel 4 mit Anschlußstutzen 5, 6 eingesetzt. Anschließend erfolgt das Pressen der Endplatten 1 zur plastischen Verformung durch den zylindrischen Mantel 4 hindurch. Durch die Kraft X werden die Endplatten 1 bis zur dichten Anlage an den Rohrenden der Rohre 2 plastisch verformt Der zwischen den Endplatten 1 und dem zylindrischen Mantel 4 vorhandene Zwischenraum verkleinert sich hierbei gleichzeitig, und die Kerben 10 ermöglichen eine dichte Verbindung von zylindrischem Mantel 4 und Endplatten 1. Erforderlichenfalls wird zusätzlich Dichtungsmaterial, wie Gummi, zwischen den zusammenarbeitenden Flächen der Endplatten 1 und des zylindrischen Mantels 4 vorgesehen.

Auch bei dem in F i g. 4 und 5 gezeigten Wärmeaustauscher erfolgt das Pressen der Endplatten 1 durch den zylindrischen Mantel 4 hindurch. Jedoch sind hierbei zwei nebeneinander angeordnete Endplatten 1, 7 mit Löchern vorgesehen, in die die Rohrenden der Rohre 2 eingesetzt sind. Die auf die Umfange der zwei Endplatten 1, 7 beim Umfangspressen ausgeübten Kräfte X bewirken eine Vergrößerung der Dicke, und die axial inneren Enden der Endplatten 1, 7 werden bei der plastischen Verformung gegeneinander gedrückt. Die so gebildeten Zusammenpressungen ΛΊ ermöglichen eine zusätzliche Verspannung der Rohrenden der Rohre 2 im Bereich 14, so daß die Rohrenden zuverlässig dicht fixiert sind.

Beispiel

Ein Wärmeaustauscher wird hergestellt aus nichtrostenden Rohren 2 m.t 5,5 mm Durchmesser und 0,3 mm Dicke, nichtrostenden Endplatten 1 mit 20 mm Durchmesser und 15 mm Dicke und einem nichtrostenden zylindrischen Mantel 4 mit 21 mm Durchmesser und 0,5 mm Dicke.

Die Endplatten I wurden durch Pressen durch den zylindrischen Mantel 4 hindurch (Fig.3) plastisch verformt. Hierzu wurde eine Rotationsgesenkdrückmaschine verwendet, und die Endplatten 1 wurden mit einer Umfangspressung von 39 240—58 860 N/cm² (4000-6000 kp/cm²) plastisch verformt.

Bei einem Drucktest war dieser Wärmeaustauscher bei einem Druck von 19,62 bar (20 kp/cm²) dicht.

Ein solcher Wärmeaustauscher mit mehreren Rohren 2 und Endplatten 1 läßt sich ohne Schwierigkeiten maßgenau herstellen. Auch hat er einen komplexen Aufbau, so daß man einen besseren Wärmeaustauschwirkungsgrad erreicht, da sich die Rohre 2 nahe nebeneinanderliegend bei Herstellung anordnen lassen, ohne daß sich Schwierigkeiten bei der Verbindung von Rohrenden und Endplatten 1 ergeben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Wärmeaustauschers mit einem zylindrischen Mantel, in dessen Innenraum mehrere als Wärmeaustauscherelemente dienende parallele Rohre angeordnet sind, deren Rohrenden in Löchern in senkrecht zur Längsachse der Rohre angeordneten Endplatten eingesetzt und dicht schließend fixiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Endplatten (1) bis zur dichten Anlage an den Rohrenden durch Umfangspressung plastisch verformt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pressen der Endplatten (1) durch den zylindrischen Mantel (4) hindurch erfolgt