DE2813767A1

DE2813767A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines waermetauschers

Info

Publication number: DE2813767A1
Application number: DE19782813767
Authority: DE
Inventors: Claude Dr Ing Zethraeus
Original assignee: AGA CTC VAERMEVAEXLARE AB
Current assignee: AGA CTC VAERMEVAEXLARE AB
Priority date: 1977-04-01
Filing date: 1978-03-30
Publication date: 1978-10-05
Also published as: FI780744A; DK145578A; SE7703800L; SU799631A3; PL205655A1; GB1575592A; JPS53123364A; NO781145L; ATA229678A; AT357004B; FR2385488A1; SE411714B; US4170055A

Description

PATENTANWALT DIPL. ING. H. STROHSCHÄNK

8000 MÜNCHEN 60 · MUSÄUSSTRASSE 5 · TELEFON (08 1?) 881608

3O.3.1978-SLa(5) 19Of-15O8P

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Wärmetauschers

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das der Gattung des Patentanspruchs 1 entsprechende Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers so zu vervollkommnen, daß sich eine gegenüber den bisher bekannten Verfahren wesentlich einfachere und zumindest in einigen Verfahrensschritten automatisch durchführbare Herstellung ergibt.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 niedergelegte Lehre gelöst.

Ein solches Verfahren ermöglicht eine sehr einfache, weitgehend automatische Herstellung der betroffenen Wärmetauscher, die zugleich zu einer großen Fertigungskapazität entsprechend preiswerter Wärmetauscher führt.

Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und eine besonders geeignete, zum Durchführen des Verfahrens dienende Vorrichtung sind in den ünteranSprüchen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen:

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• S-

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Herstellen der Wärmetauscher in einer schematisch gehaltenen Draufsicht;

Fig. 2 eine einen Bestandteil der Vorrichtung gemäß Fig.

bildende Station zum Zusammenpressen und Zusammenschweißen eines aus nebeneinander verlaufenden Rohren und einem diese umgebenden Gehäusemantel bestehenden Rohrbündelkörpers, der einen Bestandteil des herzustellenden Wärmetauschers bildet (in einer gegenüber Fig. 1 vergrößert dargestellten Stirnansicht);

Fig. 3 den in der Station gemäß Fig. 2 hergestellten und anschließend an seinen beiden Stirnseiten durch Eintauchen in eine Gußmasse mit Abschlußwänden versehenen Rohrbündelkörper in Verbindung mit Vorrichtungen zum Abtrennen jeweils eines äußeren Teiles der vorher gebildeten Abschlußwände (etwa im Maßstab der Fig. 2 und in einem Längsschnitt durch den lediglich wenige Rohre enthaltenden Rohrbündelkörper) ;

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung des nach dem Abtrennen der äußeren Teile der Abschlußwände durch jeweils eine dort aufgesetzte Endkappe zu einem Wärmetauscher vervollständigten Rohrbündelkörpers.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Magazin 1 weist die Form einer Trommel auf, von der ein zuvor in unbestimmter Länge aufgewickelter Rohrstrang 2 abgewickelt werden kann. Der Rohrstrang wird einer Schneidvorrichtung 3 zugeführt, durch die vom Rohrstrang 2 gleichartig abgelängte, nachstehend Rohre 10

(Fig. 3) genannte Rohrstücke abgetrennt werden, die an den Schnittstellen zugleich zusairanengequetscht und damit dicht abgeschlossen werden. Die abgeschnittenen Rohre 10 werden daraufhin in einem offenen, zum Zwecke einer gleichmäßigen Verteilung der aufgenommenen Rohre 10 zum Vibrieren gebrachten

Zylinder 4 gesammelt. Nachdem eine gewünschte geeignete Zahl von Rohren 10 gesammelt ist, wird der Zylinder 4 in Richtung des Pfeiles 5 der Fig. 1 seitlich unter einen Kolben 6 verschoben, der die Rohre 10 daraufhin durch den Zylinder 4 in einen von einem Magazin 8 her zugeführten, mit einem Längs-

schlitz 9 versehenen zylindrischen Gehäusemantel 7' verschiebt.

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Der gefüllte Gehäusemantel T wird daraufhin zu einer Vorrichtung 11 (vgl. auch Fig. 2) weitergefördert, von der aus der Gehäusemantel 7¹ bis zum Schließen des Längsschlitzes 9 mittels Preßsteirpeln 12 und 13 zusammengepreßt und entlang der nach dem Schließen des Längsschlitzes 9 gebildeten Berührungslinie der entsprechenden Längskanten des Gehäusemantels 7 mittels einer Schweißvorrichtung 14 zusammengeschweißt wird.

Die in bezug auf den mit den Rohren 10 gefüllten Gehäusemantel T diametral gegenüberliegenden Preßstempel 12 und 13 können von der Vorrichtung 11 her beispielsweise hydraulisch in Richtung der Pfeile der Fig. 2 gegan den Gehäusemantel 7' vorgeschoben v/erden und der nach dem Zusammenpressen des Gehäusemantels 7¹ und dem Zusammenschweißen der sich daraufhin berührenden beiden Längskanten gebildete, durch die vorherige Zusammenpressung auch die Rohre 10 in einem festen Verbund tragende Körper wird weiterhin als ein "Rohrbündelkörper 7" bezeichnet.

Wie wiederum aus Fig. 1 hervorgeht, wird der vorgenannte Rohrbündelkörper 7 anschließend von einem Greifarm 15 aus über einen Drehtisch 16 angehoben und zugleich um 90 in eine Lage mit lotrecht verlaufender Längsachse geschwenkt. Der Drehtisch 16 ist entlang seinem Umfang in gleichmäßigem Abstand mit nachstehend als Näpfe 17 bezeichneten Ausnehmungen versehen, von denen in der dargestellten Lage des Drehtisches der eine sich gerade vor dem Greifarm 15 und der in Drnhrichtung nachfolgende Napf 17a gerade vor einer Vorrichtung 18 zum Zuführen einor anschließend selbsthärtenden Gußmasse befindet, durch welche die Gußn'asse, gemäß dom Ausführungsbeispiel· eine selbsthärtende Kunststoffmasse, in den Napf 17a in einer ancfeniessenen Menge gefüllt wird. Im vorliegenden Fall ist davon ausgegangen, daß der Drehtisch 16 schrittweise um jeweils den Winkelabstand zwischen zwei aufeinanderfolaenden Näpfen 17 verdrehbar ist und auf diese Weise auch der in Fig. 1 an oberster Stelle unter einem gerade hochgeschwenkten Rohrbündel-

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körper 7 befindliche Napf mit der Gußmasse gefüllt ist.

Wie aus Fig. 1 weiterhin hervorgeht, befindet sich auf dem Drehtisch 16 eine weitere Greifvorrichtung 19, an die der Rohrbündelkörper 7 in der letztgenannten Lage abgegeben wird, woraufhin sich der Greifarm 15 wieder vom Drehtisch 16 zurückbewegt. Die Greifvorrichtung 19 bewegt den Rohrbündelkörper 7 daraufhin so weit nach unten, bis er mit seiner dortigen Stirnseite in die noch flüssige Gußmasse eintaucht. Daraufhin wird der Drehtisch 16 um einen gleichen weiteren Drehschritt, gemaß dem Pfeil in Fig. 1 im Uhrzeigersinn gedreht, so daß nunmehr der in Fig. 1 mit 17a bezeichnete Napf an die oberste Stelle gelangt. Wenn auf dem Drehtisch 16 der Einfachheit halber auch nur eine Greifvorrichtung 19 dargestellt ist, so ist doch davon auszugehen, daß jedem Napf 17 eine solche Greifvorrichtung 19 in entsprechend gleicher Anordnung zugeordnet ist. Jeder in die Gußmasse eingetauchte Rohrbündelkörper 7 verbleibt daraufhin noch vier weitere Drehschritte in der eingetauchten Lage, d.h. so lange bis er die in Fig. 1 unterste Stellung 17b am Drehtisch 16 erreicht hat, wo zugleich vorausgesetzt wird, daß die Gußmasse am eingetauchten Ende des Rohrbündelkörpers 7 erhärtete und eine dortige dichte Abschlußwand 36 (vgl. Fig. 3) gebildet hat. Gewünschtenfalls kann die Selbsthärtung der Kunststoffmasse auch noch durch eine unter dem Drehtisch 16 entlang den Näpfen 17 vorgesehene (nicht dargestellte) Heizvorrichtung beschleunigt werden.

Aus der Stellung 17b wird der Rohrbündelkörper 7 mittels eines weiteren Greifarmes 20 nach oben und außen abgenommen und dabei um 180 bis über einen dortigen weiteren Drehtisch 21 geschwenkt. Auch diesem in gleicher Weise mit Näpfen 17 versehenen Drehtisch 21 ist ein Drehschritt vor dem Greifarm 20 eine Vorrichtung 22 zum Zuführen selbsthärtender Kunststoffmasse zugeordnet, so daß auch der gerade unterhalb des übernommenen Rohrbündelkörpers 7 befindliche Napf 17 mit Kunststoffmasse gefüllt ist. Durch anschließendes Eintauchen des

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nunmehr unteren (anderen) Endes des Rohrbündelkörpers 7 in die Kunststoffmasse wird auch dessen anderes Ende mit einer Abschlußwand 36 versehen, die nach vier weiteren Drehschritten des Drehtisches 21 erhärtet ist. Da die Enden der Rohre 10 hierbei in der bereits vorher beschriebenen Weise verschlossen sind, kann keine Kunststoffmasse in die Rohre 10 eindringen .

Nunmehr wird der beiderseits geschlossene Rohrbündelkörper 7 durch einen weiteren Greifarm 23 vom Drehtisch 21 abgenommen und einer Schneidvorrichtung 24 zugeführt, wo in der in Fig. angedeuteten Weise die jeweils äußeren Teile der Abschlußwände 36 mittels Sägeblättern 25 und 26 vom Rohrbündelkörper 7 abgetrennt werden. Dabei verlaufen die in Fig. 3 gestrichelten Trennlinien zugleich durch die äußeren Enden der Rohre 10, so daß die an ihren Enden trotzdem noch in der Gußmasse der verbleibenden Abschlußwände 36 abgedichtet festgehaltenen Rohre 10 nunmehr an ihren beiden Enden wieder offen und zugänglich sind.

Gewünschtenfalls kann der damit gebildete Rohrbündelkörper daraufhin auf Dichtheit abgepreßt werden. Er gelangt anschliessend zu einer weiteren Station 27 (Fig. 1), in der auf die durch die Abschlußwände 36 gebildeten beiden Enden des Rohrbündelkörpers 7 die auch aus Fig. 4 ersichtlichen Endkappen und 29 aufgesetzt und durch Schweißvorrichtungen 30 und 31 an den Gehäusemantel angeschweißt werden. Wie aus Fig. 4 weiterhin ersichtlich ist, können die beiden Endkappen 28 und 29 zweckmäßig schon vorher mit je einem Anschlußstutzen 32 bzw. 33 zum Zu- und Abführen des einen, durch die Rohre zu fördernden Mediums versehen worden sein. Auch der Gehäusemantel des Rohrbündelkörpers 7 kann gemäß Fig. 4 in geeigneter Weise - diametral gegenüberliegend und seitlich versetzt mit Anschlußstutzen 34 und 35 zum Zu- und Abführen des zweiten, zwischen den Abschlußwänden 36 außen um die Rohre 10 herumströmenden Mediums versehen sein.

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Als Gußmasse könnte statt der vorstehend genannten Kunststoffmasse auch ein geschmolzenes Metall oder eine geschmolzene Metallegierung, beispielsweise Kupfer oder eine Blei-Antimonlegierung, dienen. Auch keramisches Material ist zur Bildung der Abschlußwände 36 geeignet.

Da geschmolzenes Metall oder eine geschmolzene Metallegierung wesentlich schneller als Kunststoff erhärtet, erübrigen sich bei Verwendung einer solchen metallischen Gußmasse die Drehtische 16 und 21. Sie können dann durch eine einzige Vorrichtung ersetzt werden, durch welche die vom Greifarm 15 abgenommenen Rohrbündelkörper 7 zunächst mit ihrem einen Ende in einen die metallische Gußmasse aufnehmenden Napf und daraufhin mit ihrem anderen Ende in einen weiteren, metallische Gußmasse aufnehmenden Napf getaucht und daraufhin schließlich an den Greifarm 23 abgegeben werden. Die Gußmasse erstarrt dabei so schnell, daß sich die Drehtische 16 und 21 erübrigen.

Wählt man das Material für die Rohre 10 einerseits und für die Gußmasse der Abschlußwände 36 anderseits so aus, daß der Ausdehnungskoeffizient der Gußmasse größer als derjenige der Rohre ist, kann die zwischen der erstarrten Gußmasse bzw. zwischen den Abschlußwänden 36 und den Rohren 10 vorhandene Abdichtung mit zunehmender Erwärmung des Wärmetauschers verbessert werden. In ähnlicher Weise ergibt sich eine mit zunehmender Temperatur des Wärmetauschers wirksamere Abdichtung zwischen den Abschlußwänden 36 und dem Gehäusemantel 10 des Wärmetauschers.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispxel wurde davon ausgegangen, daß die Rohre 10 alle geradlinig und gleicher Länge sind. Es ist aber auch denkbar, daß jedes Rohr die Gestalt einer Schraubenwendel, einer Doppelspirale od.dgl. aufweist, um den Wärmetauscher dadurch unterschiedlichen Wärmeübertragungsbedingungen anzupassen. Wesentlich ist nur, daß die einen Enden der Rohre alle in der einen durch die Gußmasse gebildeten Abschlußwand und die anderen Enden der

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Rohre alle in der anderen, durch die Gußmasse gebildeten Abschlußwand enden.

Man kann die Rohre 10 bei ihrer Ablängung vom Rohrstrang 2 auch mit einer Nute, insbesondere Ringnute, versehen, was insbesondere bei Wärmetauschern mit geradlinig gestreckten Rohren vorteilhaft ist. Solch eine Nute kann einerseits eine Turbulenz des durchströmenden Mediums - und damit eine Verbesserung des Wärmeüberganges - hervorrufen und anderseits in ihren quer zum Rohr verlaufenden ringförmigen Seitenwänden axial zum Rohr nachgeben, wenn das Rohr beim Erwärmen des Wärmetauschers eine stärkere Längsausdehnung als der Gehäusemantel erfahren sollte. Wenn keine solchen Möglichkeiten zum Kompensieren von Wärmeausdehnungen des Rohres bestehen, können bei stärker erhitzten Wärmetauschern in den Abschlußwänden 36 ganz erhebliche mechanische Druckkräfte entstehen.

Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, kann der Gehäusemantel 7¹ des Rohrbündelkörpers 7 an der Stelle der Abschlußwände 36 je eine Ausbördelung 37 aufweisen, in welche die Gußmasse eindringen und die zugeordnete Abschlußwand 36 dadurch an einer Längsverschiebung gegenüber dem Gehäusemantel 7¹ hindern kann. Es kann aber auch zweckmäßig sein, eine solche Ausbördelung 37 nur an der einen Abschlußwand 36 vorzunehmen, damit die andere Abschlußwand beim Auftreten größerer axialer Verschiebungskräfte seitens der Rohre 10 gegenüber dem Gehäusemantel T nachgeben kann. Es hat sich gezeigt, daß trotzdem eine einwandfreie Abdichtung zwischen der Abschlußwand 36 und dem Gehäusemantel 7¹ gewährleistet bleibt.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, daß die Endkappen 28 und 29 an den Gehäusemantel 7' mittels der Schweißvorrichtungen 30 und 31 angeschweißt werden. Wenn das rlaterial der die Rohre 10 halternden ALschlußwände 36 jedoch wärmeempfindlich ist, kann es zweckmäßig sein, den Gehäusemantel 7¹ an seinen beiden Enden mit

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(nicht dargestellten) Außenflansehen zu versehen, an die die Endkappen 28 und 29 dann mit entsprechenden (ebenfalls nicht dargestellten) Außenflanschen dicht angeschraubt werden können. Die Außenflansche können an den Gehäusemantel 7' zweckmäßig im Anschluß an die Anbringung der den ursprünglichen Längsschlitz 9 schließenden Schweißnaht durch die Schweißvorrichtung 14 angeschweißt werden, so daß alle Schweißarbeiten vor dem Eintauchen der Rohrbündelkörper 7 in die Gußmasse beendet sind. In Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde auch davon ausgegangen, daß die Rohre 10 vor ihrer Einführung in die Gehäusemäntel 7' in einem Zylinder 4 gesammelt werden, von dem aus sie in ihrer Längsrichtung zugleich axial in jeweils einen Gehäusemantel 7' verschoben werden. Es ist aber auch möglich, die Rohre 10 in die Gehäusemantel 7¹ jeweils durch deren Längsschlitze 9 hineinfallen zu lassen, in welchem Falle die Gehäusemäntel 7* hierbei zweckmäßig etwas geschüttelt werden, damit die Rohre 10 sich im Gehäusemantel 7' alle gleichartig ausrichten.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich weiterhin, daß das Abtrennen der äußeren Teile der beiden Abschlußwände 36 deshalb erfolgt, damit das Innere der Rohre 10 daraufhin von den Außenseiten der Abschlußwände 36 her zugänglich wird. Es ist deshalb nicht erforderlich, das Durchschneiden der Abschlußwände 36 gemäß Fig. 3 zugleich durchzuführen. Es kann vielmehr auch zweckmäßig sein, schon nach dem Eintauchen des einen Endes des Rohrbündelkörpers 7 in die Gußmasse die dadurch gebildete Abschlußwand 36 durchzuschneiden, bevor das andere Ende des Rohrbündelkörpers 7 in die Gußmasse eingetaucht wird. Auch eine solche Abwandlung des beschriebenen Verfahrens fällt in den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche .

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L· ι as. · . eerseite

Claims

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1. Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers mit ein Ge-

häuse nebeneinander durchsetzenden Rohren, die von dem einen, über an den beiden Gehäuseenden befindliche Sammelkästen verteilten und gesammelten Medium durchströmt und von dem anderen Medium umströmt werden, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohre (10) aus einem Magazin (1) entnommen und in einen an einer Stelle längsgeschlitzten Gehäusemantel (7¹) bis zur Bildung eines entlang demselben verlaufenden Rohrbündels eingeführt werden, daß der die Rohre

(10) aufnehmende Gehäusemantel (7¹) daraufhin bis zum Schliessen seines Längsschlitzes (9) zusammengedrückt, entlang der Berührungskante zusammengeschweißt und mit seinen beiden Enden aufeinanderfolgend in eine anschließend selbsthärtende Gußmasse eingetaucht wird, die damit an beiden Gehäuseenden je eine die Rohre (10) umgebende dichte Abschlußwand (36) bildet, daß der dadurch gebildete Rohrbündelkörper (7) entlang jeder der beiden Abschlußwände (36) zur Freilegung dortiger, nach außen offener Rohröffnungen durchschnitten wird und schließlich auf beide Enden des verbleibenden Rohrbündelkörpers (7) je eine einen dortigen Sammelkasten bildende Endkappe (28 bzw. 29) aufgesetzt und daran dicht festgelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden jedes Rohres (10) vor dessen Einführung in den Gehäusemantel (7¹) beispielsweise durch Zusammenquetschen abgeschlossen werden.

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OFHGfNAL INSPECTED

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß entlang den beiden Öffnungsrändern des zusammengeschweißten Gehäusemantels (7¹) noch vor den Tauchbehandlungen je ein äußerer Flansch angeschweißt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Gußmasse geschmolzenes Kunststoffmaterial verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Gußmasse ein geschmolzenes Metall oder eine geschmolzena Metallegierung verwendet wird.

6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Zuführen der Rohre (10) aus einem Magazin (1), durch ein die geschlitzten Gehäusamäntel (V) aufnehmendes Magazin (3), durch Vorrichtungen (1; 11; 14; 19; 25, 26; 27) zum Einführen der Rohre (10) in die Gehäusemäntel (7¹)» zum Zusammendrücken der Gehäusemäntel (7¹) bis zum Schließen ihrer Längsschlitze (9), zum Zusammenschweißen der aneinanderliegenden Schlitzränder, zum Eintauchen der beiden Enden der dadurch gebildeten Rohrbündelkörper (7) in eine Gußmasse, zum Durchschneiden der beiden Enden jedes Rohrbündelkörpers (7) durch die jeweilige erhärtete Gußmasse und die Rohrenden an noch offenen Stellen derselben, und zum dichten Anbringen von mit Anschlußstutzen (32, 33) versehenen Endkappen (28, 29) an den beiden Enden jedes Rohrbündelkörpers (7).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Ablängen eines Rohrstranges (2) in die einzelnen Rohre (10) und zum Verschließen von deren Enden, beispielsweise durch Zusammenquetschen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführten Gehäusemäntel (7¹) jeweils zwei etwa dia-

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metral gegenüberliegend, jedoch seitlich zueinander versetzt angeordnete Anschlußstutzen (34, 35) aufweisen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Abschließen der beiden Lnden jedes Rohrbündelkörpers (7) mit Gußmasse aus zwei mit entlang ihren Umfangen verteilt angeordneten ITäpfen (17) versehenen und schrittweise gegenüber ortsfesten Stationen um jeweils einen Napf abstand drehbaren Drehtischen (IG und 21) sowie aus je Drehtisch an unterschiedlichen Umfangsstellen ortsfest angeordneten Vorrichtungen (18, 15, 20 bzw. 22, 20, 23) zum Zuteilen flüssiger Gußmasse in den jeweils zugeordneten Napf (17), zum Aufgeben der noch ungetauchten Rohrbündelkörper (7) und zum Abnehmen der getauchten Rohrbündelkörper (7) und schließlich aus einer auf dem Drehtisch (16 bzw. 21) vor einem Napf (17) angeordneten Vorrichtung (19) zum Aufnehmen und Eintauchen der ungetauchten Rohrbündelkörper (7) in den zugeordneten, mit der Gußmasse gefüllten Napf (17) sowie zum Abgeben der getauchten Rohrbündelkörper (7) an die Abnahmevorrichtung (20 bzw. 23) besteht.

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