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Lamellenwärmetauscher aus durchgehendem Metallband
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Zusatzanmeldung zu P 2 509 915.h Gegenstand der Hauptanmeldung P 2
509 915.4 ist ein Lamellenband aus Metall für särmetauscher mit vorgestanzten Ausnehmungen,
vorgefertigt zur Einlage einer oder mehrerer mediumftihrender Austauscher-Rohrschlangen,
bei dem im durchgehenden Metallband Vertikalschlitze und Horizontalschlitze und/oder
anders geformte Ausstanzungen derart in einem sinnvollen Wechsel in Reihen angeordnet
sind, damit nach mäanderförmiger Bandfaltung im Bereich der Bandfaltung durch die
Vertikalschlitze Halterungen für Rohre und durch die Horizontalschlitze Freistanzungen
für die Zirkulation von gasformigen oder flüssigen Medien im montierten Lamellenwärmetauscher
gebildet werden.
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In der Hauptanmeldung F 2 509 915.4 , die sich auf die rationelle
Herstellung und Ausgestaltung der Lamellen bezieht wird zudem erlutert, wie die
Lamellen erfindungsgemäB zeitsparend mit dem der den mediumführenden Rohren von
außen zu verbinden sind.
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In den Unteransprüchen wird es als schutzbegründend angesehen und
in den aufgeführten Beispielen näher erläutert, durch die vorgesehene Faltung des
vorgestanzten, durchgehenden Bandes Halterungen für Rohrschlangen an der Außenseite
des Bandpaketes auszuformen. Zudem ist der Versatz der außen eingedrückten Rohrschlangen
gegeneinander in Durchstromrichtung des gasförmigen oder flüssigen Austauschmediums
in Beispielen erwähnt.
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In Ergänzung der Hauptanmeldung besteht die zusätzliche Erfindung
nun darin, daß im Lamellenpaket aus mäanderförmig gefaltetem Metallband außen im
Faltbereich Rohrschlangen eingedrückt sind, und zusätzlich Innenschlangen derart
in ausgeformte Schlitze der flächigen Bandbereiche eingeführt und angedrückt sind,
damit die Rohre in Anströmrichtung der gasförmigen oder flüssigen Austauschmedien
gegeneinander versetzt sind und, daß im Anstrombereich Verwirbelungsmittel in Form
von Ausetanzungen, Prägungen und/oder aus dem Metallband ausgestellte Bleche angeordnet
sind.
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In der weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen
eine oder mehrere innenliegende U-förmig gebogene Rohrachlangen, Innenschlangen
genannt, nach der Einführung des U-förmigen, geschlossenen Teils in die durchgehende
Ausnehmung, d.h. die fluchtenden Schlitze des Lamellenbandpaketes durch einfahren
von Keilen oder Rollen-bestückten Druckhebeln auseinanderzudrücken und die beiden
Rohre in die Endlagen der kragenartig ausgebildeten Schlitze zu drücken, um so einen
besonders guten Wärmekontakt zu erreichen.
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Schließlich wird vorgeschlagen, die durch den Versatz der nach dem
Stanzbild festliegenden Schlitze verbleibenden ebenflächigen Bandabschnitte im Lamellenbereich
so mit Formschnitten zu versehen, daß die daraus geformten und abzubiegenden Blechlappen
im Umkreis der mediumführenden Rohre eine Verwirbelung des anströmenden Mediums
herbeiführen.
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Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile ergeben sich bei Anwendung
des durchgehenden, mäanderförmig gefalteten und entsprechend ausgearbeiteten Bandes
bei der Kombination von außenliegenden .Rohrschlangen und den im Bereich der Lamellenschlitze
innen eingeführten und angedrückten U-förig gebogenen Innenschlangen. Dabei ist
der Versatz der einzelnen Rohrschlangen in Anströmrichtung des Austauschmediums
gegeneinander von besonderer Wichtigkeit.
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Von der Grundidee her, mäanderförmig gefaltetes und in der Faltung
bis auf einzelne Stege geöffnetes Band vom Scheitel der Faltung her anstrmen zu
lassen ergeben sich Gestaltungsmöglichkeiten, die durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Stanz-, Schnitt- und Prägehilder des Bandes gefunden werden.
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Natürlich lassen sich wechselweise gefaltete zwischen Rohre eingefügte
Metallbänder nach der Art der Automobilkuhler in Faltachsrichtung von Luft beaufschlagen.
Erfindungsgemäß sind jedoch soiche Metallbandpakete ausdrücklich mit eingeschlossen,
wenn die Faltbereiche wie nachfolgend vorgeschlagen für die Rohraufnahme ausgearbeitet
sind.
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In den folgenden Zeichnungen sind AusFührungsbeispiele schematisch
dargestellt und erläutert. An dieser Stelle mu darauf hingewiesen werden, daß in
den Zeichnungen nur Beispiele für eine große Anzahl von erfindungsgemäE ausgestalteten
Möglichkeiten dargestellt werden.
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In derFolge wird der besseren Lbersichtlichkeit wegen die Erfindung
an Hand von 4-reihigen Särmetauschern erläutert.
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Grundsätzlich eingeschlossen sind auch Lamellenwärmetauscher mit 3,5
oder mehr Reihen von Austauscherrohren.
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Figur 1: Lamellenband-Stanzbild mit einer Reihe von Vertikal- und
Horizontalschlitzen im Wechsel und zwei gegeneinander versetzten Reihen von Horizontalschlitzen.
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Figur 2: Vorderansicht des gefalteten Lamellenbandpaketes und Stanzbild
nach Figur 1 für zweiseitigen Rohrschlangeneindruck außen und zwei Reihen Rohrschlangen
innen.
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(Innenschlancen) Figur 3: Lamellanband-Stanzbild mit einer Reihe
von kombinierten Vertikal- und Horizontalschlitzen, die mit zwei gegeneinander versetzten
Reihen von Horizontalschlitzen wechselt.
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Figur 4: Vorderansicht des gefalteten Lamellenbandpaketes und Stanzbild
nnch Figur 3 fur zweiseitigen Rohrschlangeneindruck aurJen und zuei Reihen Innenschlangen.
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Figur 5: Schnitt nach der Linie V - V der Figur 2.
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Figur 5: Schnitt nach der Linie VI-VI der Figur 4.
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Figur 7: Lamellenband-Stanzbild wie Figur 1, jedoch mit angeschnittenen
und ausgebogenen Blechlappen.
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Figur 8: Vorderansicht des gefalteten Lamellenbandpaketes und Stanzbild
nach Figur 7.
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Figur 9: Schnitt nach der Linie IX-IX der Figur 8.
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Figur 10:Ausschnitt eines Lamellenbandpaketes beim Anpressvorgang
de U-förmig gebogenen Innenschlange an die freigestanzten und durchgezogenen Schlitze
im Lamellenbereich Figur 11:Ausschnitt aus dem Schnitt durch den Lamellenaustauscher
nach Andrücken der Innenschlange und Metallverbindung Lamellen-Rohr.
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Figur 12:Perspektivische Ansicht eincs montierten Lamellenwärmetauschers
mit ßandvorbereitung gemäß Figur 1
Figur 1 zeigt einen Teil eines
durchgehenden Lamellenbandes (1), welches in wiederkehrender Folge je eine Reihe
von Vertikalschlitzen (2) und Horizontalschlitzen (3) im Wechsel und zwei Reihen
Horizontalschlitze (3") eingestanzt hat.
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Das Stanzbild ist ausgelegt zur Herstellung eines Lamellenwärmetauschers
aus mäanderförmig gefaltetem Lamellenband mit Aufnahmen fLir außen einzudrückende
serpentinenartig geformte Rohrschlangen und durchgehenden Aufnahmen für parallel
einzufugende U-förmig gebogene Innenschlangen.
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Die Aufnahmen ftjr die Innenschlangen, Horizontalschlitze (3) sind
horizontal gegeneinander versetzt um die Hälfte des Mittenabstandes (23) der Vertikalschlitze
(2).
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Das Stanzbild der Reihe (2t) aus Vertikalschlitzen (2) und Horizontalschlitzen
(3) im Wechsel ist gegenüber dem nächstwiederkehrenden Stanzbild derselben Art um
die Hälfte des Mittenabstandes (23) der Vertikalschlitze (2) seitlich versetzt.
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Durch die Anordnung im Stanzbild bedingt werden die Rohrschlangen
im fertig gefalteten Lamellenwärmetauscher wechselseitig dem sie anströmenden Medium
direkt dargeboten.
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Der Vollständigkeit halber wird erwähnt, daß die horizontal versetzten
Reihen der Horizontalschlitze (3") spiegelbildlich zu den Mittellinien der Reihen
24 u. 25, den späteren Faltebenen, angeordnet sind. Die Rundung der Schlitze (3'')
sind als Kragen (26) durchgezogen, damit sich für die später einzuführenden Innenschlangen
(27) eine größere Anlagefläche ergibt. Es ist selbstverständlich, daß die Kragen
(26) für den Lamellenbereich nach der nächstfolgenden Faltung entgegengesetzt, d.h.
also als Kragen (26') durchgezogen werden lassen. Es soll damit erreicht werden,
daß die Kragen in Einführrichtung der Innenschlangen (27) gut anliegen.
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In Figur 2 ist die Vorderseite des gefalteten 4-reihigen Lamellenbandpaketes
nach dem Stanzbild der Figur 1 dargestellt. Die sich durch die Bandfaltung ergebenden
Rohrhalterungen sind mit (6) gezeichnet. Die Rohrschlangen (7) werden von außen
eingedrückt. Die Umkehrstücke (28) der Innenschlangen (27) sind sichtbar.
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Figur 3 zeigt Reihen von kombinierten Vertikal- und Horizontalschlitzen,
d.h., kreuzförmigen Ausstanzungen (12).
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Die Reihen der kreuzförmigen Ausstanzungen (12) sind die späteren
Faltebenen (29), zu denen die versetzt angeordneten Horizontalschlitze (3") wiederum
spiegelbildlich angeordnet sind. Nach der Faltung ergeben die schmalen Stege (14)
zusammen mit der endseitig verbleibenden Bandverbindung die Distanzhalterungen von
Lamelle zu Lamelle.
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In Figur 4 ist die Vorderansicht eines gefalteten 4-reihigen Lamellenbandpaketes
nach dem Stanzbild der Figur 3 dargestellt. Dabei fluchten die beidseitig von außen
in das Paket eingedrückten Rohrschlangen (7 u. 7') in Anströmrichtung gesehen. In
Anströmrichtung sind die Innenschlangen (27 u. 27') jeweils um 1/3 des Mittenabstandes
(30) der Kreuzformigen Ausstanzungen (12) gegenüber 12 und gegeneinander versetzt.
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Die Anströmungsverhältnisse des Lamellenbandpaketes gemaß Figur 4
sind unterschiedlich gegenüber denen des Lamellenbandpaketes gemäß Figur 2. Alle
Mediumführenden Rohrschlangen sind in Reihen angeordnet. Die Luftverwirbelung erfolgt
ein-oder ausstroseitig durch die schmalen Stege (14).
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In Figur 5 ist ein Schnitt nach der Linie V-V de Figur 2 geführt,
wobei die Rohrschlange im oberen Bereich als (7) geschnitten wird und iin unteren
Bereich ansichtlich als (7') dargestellt ist.
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Von den Innenschlangen (27 u. 27') ist der Umkehrbogen (28) und (27')
selbst im Schnitt gezeigt.
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In Figur 6 ist ein Schnitt nach der Linie VI-VI der Figur 4 geführt,
wobei die Rohrschlangen (7 u. 7') im Schnitt dargestellt sind. Die seitlich eingeführten,
U-förmig gebogenen Innenschlangen (27 u. 27') sind erkennbar Die Anzahl der Reihen
ist beliebig, d.h. in einem Lamellenbandpaket mit zwei außen eingedrUckten Rohrschlangen
können theoretisch beliebig viele Reihen Innenschlangen angeordnet werden Zur Verdeutlichung
der Möglichkeiten wird in den beispielhaft dargestellten Stanzbildern jedoch stets
von 4-reihigen Lamellenbandpaketen ausgegangen.
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Ausgehend vom Versatz der Rohrschlangen gegeneinander wird versucht
einen größeren Anteil Laminarströmung in eine turbulente Strömung umzuwandeln. Hierzu
wird jedem Innenrohr in Anstromrichtung ein Jirbelblech (313 vorgeschaltet. Dabei
handelt es sich um 2- oder 3-seitig freigestanzte und aus der Lamellenebene abgabogene
Blechlappen (32).
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Aus Figur 7 ist ersichtlich, inwelcher eise das Stanzbild Figur 1
ergänzt wird. Sie vorhin beschrieben sind Blechlappen (32) vorgesehen, die abgewickelt
als Wirbelbleche (31) in Anstremrichtung von den Austauscherrohren beim kompletten
Wärmetauscher wirksam werden.
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In Figur 8 ist die Vorderseite eines gefalteten 4-reihigen Lamellenbandpaketes
nach Stanzbild Figur 7 dargestellt.
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In Figur 9 ist ein Schnitt nach der Linie IX.-IX der Figur 8 geführt,
wobei die Rohrschlange im oberen Bereich als (7) geschnitten wird und im unteren
Bereich ausschl. als (7') dargestellt ist.
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Von den Innenschlangen (27 u. 27') ist der Umkehrbogen (28) und (27')
selbst im Schnitt gezeigt. Die Stellung der Mirbelbleche (31) ist klar erkennbar.
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In Figur 10 ist ein Ausschnitt eines Lamellenwärmetauschers im Schnitt
dargestellt. Dabei ist erkennbar, in welcher Leise die Ausnehmungen der Horizontalschlitze
(3") durchgezogen sind. Im Beispiel ist das Lamellenband (1') für die Aufnahme der
U-förmig gebogenen Innenschlangen (27'l) fluchtend ausgestanzt und die gesamten
Stanzränder des Schlitzes (3') sind als Gesamtkragen (33) durchgezogen.
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Die von der Zeichnungsseite gesehen links einfahrenden Druckkeile
(34) drücken mit den Druckrollen (35) die U-förmig gebogenen Innenschlangen (27")
durch auseinanderdrücken in die Endlagen der Gesamtkragen (33). Die Druckkeile (34)
können auch längsgeteilt und mit den Schenkeln an der einzuführenden U-förmig gebogenen
Schlange innen anliegend sein. Dabei werden durch die in Pfeilrichtung einlaufenden
Rollen die keilhälften auseinander- und die Innenschlangen dadurch in die Endlagen
der Schlitze gedrückt.
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Die Lamellenwärmetauscher werden, sofern sie aus Stahlband und Stahlrohren
hergestellt sind, nach dem Bandfalten und dem Eindrücken der Rohrschlangen außen,
sowie dem Einpressen der Innenschlangen zumeist einer Korrosionsschutzbehandlung
unterzogen. In vielen Fällen erfolgt eine Behandlung durch Eintauchen in eine Zinkschmelze.
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Beim Ablaufen der Schmelzbadreste verbleiben Reste (36) an den entsprechend
geformten Kontaktstellen zwischen den Lamellenbandausstenzungen und den jeweils
ein- oder angedrückten mediumführenden Rohren.
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Die erkalteten Reste (36) der Metallschmelze füllen etwa vorhandene
Fugen und vergröBern die z.T. bandartigen Berührungaflächen zwischen Lamellenband
und Rohr.
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Als Schmelze können verschiedenartige korrosionstechnisch günstige
Legierungen von Metallen, wie Zinklegierungen oder niedrigechmelzende Kupferlegierungen
oder auch Zinn eingesetzt werden.
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Die Metallbedampfung ist ein weiterhin günstiges, wenn auch kostspieliges
Metellbeschichtungsverfahren. Auch können die Varbindungsetellen Lamellenband-Rohrschlange
und Band- Innenschlange allgemein oder gezielt durch Metallapritzen abgedeckt werden.
Schließlich können im Durchlaufverfahren außen mit Kupfer bzw. Kupferlegierungen
beschichtete Rohre als mediumführende Rohrachlangen eingesetzt und eingedrückt werden.
Bei einer sich anschließenden, speziell gerichteten Wärmebehandlung kann, wie bereits
bekannt, auch hier ein Verfüllen der Fugen und Spalte durch einlaufende Metallschmelze
erreicht werden.
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In Figur 12 ist ein montierter Lamellenwärmetauscher unter Verwendung
von entsprechend Figur 1 vorbereitetem Band in perspektivischer Ansicht dargestellt.
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Es bleibt dabei dem Anwender überlassen die von außen eingedrückten
Rohrschlangen (7 u. 7') in geeignster und bekannter Leise mit den Innenschlangen
(27 u. 27') verbunden anzufordern.
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