DE2927626A1

DE2927626A1 - Rohrbuendel fuer waermetauscher sowie verfahren und vorrichtung zum aufweiten der rohre eines solchen rohrbuendels

Info

Publication number: DE2927626A1
Application number: DE19792927626
Authority: DE
Inventors: Constantino Vinciguerra
Original assignee: Nuovo Pignone SpA
Current assignee: Nuovo Pignone SpA
Priority date: 1978-07-11
Filing date: 1979-07-09
Publication date: 1980-01-24
Also published as: IT1097014B; CA1124627A; GB2024681A; ZA793314B; NL7905216A; JPS5514500A; GB2024681B; DE2927626C2; FR2430805A1; SE7906016L; IT7825548A0; BE877639A; BR7904476A; AR217170A1

Description

PATENTANWÄLTE

WUESTHOFF - ν. PECHMAN N - BEHRENS - GOETZ

PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE MANDATAiRES agrees pres l'office europeen des brevets

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9. JuIi 1979

DR.-ING. FRANZ VUESTHOFF DR. PHIL. FREDA VUESTHOFF (1927-I9J6) DIPL.-ING. GERHARD PULS (19J2-I971) DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING. DIETER. BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL.--WIRTSCH.-ING. RUPERT GOBTZ

D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2 telefon: (089) 66 20 ji telegramm: protectpatent telex: 524070

Anmelder:

Nuovo Pignone S.p.A. Via F. Matteucci 2 Florenz / Italien

Titel

Rohrbündel für Wärmetauscher sowie Verfahren und Vorrichtung zum Aufweiten der Rohre eines solchen Rohrbündels

909884/0797

DR.-ING. FRANZ VUESTHOFF

PATENTANWÄLTE ι ' _Λ

DR. PHIL. FREDA VUESTHOFF (1927-1956)

WESTHOFF-v.PECHMANN-BEHRENS-GOETZ _DIWrflle. _GEr_Hard puls

DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE DR.-ING. DIETER BEHRENS

MANDATAIRES AGREES PRES l'oFFICE EUROPEEN DES BREVETS DIPL.-ING.; DIPL₁-VIRTSCH^NG₁RnP₁ERT GOBTZ

-VIRTSCH^NG₁RnP₁E

D-8000 MÜNCHEN 90

1A-52 534 SCHWEIGERSTRASSE 2

9. Juli 1979 telefon: (085)66

TELEGRAMM: PROTECTPATENT

telex: j 24070

Beschreibung

Die Erfindung betrifft das Problem des dichten Befestigens eines Rohres in einem Rohrboden durch Aufweiten des Rohres, insbesondere bei der Herstellung von Wärmetauschern großer Abmessungen, z. B. aus rostfreiem Stahl, Aluminium oder Bronze.

Die Rohrbündel bekannter Wärmetauscher sind an ihren Enden durch zwei Rohrboden abgestützt, die Bohrungen aufweisen, in denen die jedes einzelne Rohr des Rohrbündels abdichtend befestigt sein muß.

Für das abdichtende Befestigen der Rohre eines Rohrbündels in den Bohrungen der Rohrboden ist es bekannt, jedes Rohr in den Rohrboden einzuschweißen. Außer beträchtlichen Gestehun^losten und einer langen Bearbeitungszeit hat ein solches Verfahren den Nachteil, daß es nicht allgemein anwendbar ist, da es bei den Rohren und den Rohrboden Werkstoffpaarungen gibt, die nicht miteinander verschweißt werden können.

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Es ist ferner bekannt, dicke Rohrboden zu verwenden, in deren Bohrungen die Rohre des Rohrbündels durch Aufweiten befestigt werden, wobei aber zwischen Rohr und Rohrboden nicht immer eine zufriedenstellende Abdichtung erreicht wird. Das Aufweiten der Rohre schafft eine ausreichende Abdichtung nur dann, wenn Rohre von großer Dicke und kleinem Durchmesser verwendet werden, also Rohre, die ausreichend steif sind, um die durch das Aufweiten erzielte Verformung unverändert beizubehalten. Wenn dagegen Rohre von kleiner Dicke und großem Durchmesser verwendet werden, bei denen nach dem Aufweiten stets eine elastische Rückstellung eintritt, ist es in der Regel nicht möglich, eine zufriedenstellende Abdichtung zu erreichen.

Das Befestigen der Rohre durch Aufweiten war deshalb bisher nicht anv/endbar auf die Herstellung von Wärmetauschern großer Abmessungen, bei denen für das Rohrbündel Rohre von großem Durchmesser und, vor allem wenn sie aus Spezialwerkstoff und somit teuer sind, kleiner Dicke verwendet werden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu überwinden und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der sich ein Rohr in der entsprechenden Bohrung eines Rohrbodens ungeachtet des Durchmessers und der Dicke des Rohres und unabhängig von den für das Rohr und den Rohrboden verwendeten Werkstoffenunter Abdichtung rasch, wirtschaftlich und zuverlässig fixieren läßt.

Diese Aufgabe ist nach einem Merkmal der Erfindung dadurch gelöst, daß als Rohrboden zwei dünne gestanzte Platten aus Blech verwendet werden, die, parallel im Abstand voneinander angeordnet, an ihren sich gegenüberliegenden Löchern kreisringförmige Kragen aufweisen, und daß die Rohre mittels eines Stopfens von kreisringförmigem Querschnitt aus zähem bzw. hartem Kautschuk aufweitbar sind, der in das Rohr bis zu der Stelle eingeführt wird, die den genannten, den Rohrboden bildenden gestanzten Platten aus Blech entspricht, und an einer Kolbenstange einer doppeltwirkenden hydraulischen und pneumatischen Presse lose und gleichachsig dazu angeordnet ist und dadurch zwischen zwei nichtverformbaren Ringen aus Polyamid axial zusammendrückbar ist, die an seinen vorderen und hinteren Enden angeordnet sind und von denen ein Ring am freien Ende der genannten Stange durch einen Schulterring fixiert und somit zusammen mit der genannten Stange axial beweglich ist, wogegen der andere Ring aus Polyamid an der genannten Stange lose abgestützt und durch das Außengehäuse der doppeltwirkenden hydraulischen und pneumatischen Presse stellungsunveränderlich gehalten ist.

Dadurch führt die axiale Kompression des Stopfens aus Kautschuk, die durch das Gegeneinanderbewegen der beiden nichtverformbaren Ringe aLB PdLyamLd hervorgerufen wird, zu einer elastischen Verformung des Stopfens in radialer Richtung; aus dieser Verformung ergeben sich Druckkräfte, die radial auf das Rohr wirken, wodurch das Rohr an den Stellen aufgeweitet wird, die den äußeren Rändern der sich gegenüberliegenden Bohrungen in den beiden die Rohrboden bildenden

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Platten aus Blech und dem inneren Zwischenbereich der beiden Platten zwischen den kreisringförmigen Kragen entsprechen, so daß das Rohr mit den Platten unter Abdichtung dauerhaft verblockt ist. In den kreisringf örmigen Kragen wird eine elastische Verformung erzeugt, die somit die Erzielung einer zuverlässigen Abdichtung gewährleistet.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung hat der Stopfen je ein vorderes und ein hinteres, über dem ganzen Umfang konisches Endstück, das in einer entsprechenden, in Umfangsrichtung sich erstreckenden V-förmigen Vertiefung an der dem Stopfen gegenüberliegenden Fläche jedes Ringes aus Polyamid aufgenommen ist.

Da der Stopfen während seiner Zusammendrückung geführt ist, ist somit sichergestellt, daß die Kompression in der bestmöglichen Weise zustande kommt und ohne daß eine Extrusion (Herausquellen) stattfinden kann.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Außengehäuse der hydraulischen und pneumatischen Presse mit einer pistolengriffähnlichen Handhabe für die Steuerung des Arbeitsmittelzuflusses zur Presse versehen.

Gemäß einem noch anderen Merkmal der Erfindung ist der Kolbenhub der doppeltwirkenden hydraulischen und pneumatischen Presse durch eine Vorrichtung einstellbar, die ein abdichtendes und hubbegrenzendes Anlageglied für den Kolben aufweist, das mittels kreisringförmiger Zwischenscheiben, die durch eine Blockiermuffe in Stellung gehalten sind, axial einstellbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

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Fig. 1 eine geschnittene Teilseitenansicht eines Rohrbodens nach der Erfindung und

Pig. 2 einen Querschnitt durch die Rohraufweitevorrichtung nach der Erfindung.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel bilden zwei gestanzte Platten 1 und 2 aus Blech von geringer Dicke einen Rohrboden. In sich gegenüberliegenden Bohrungen 3, 4, 5 und 6 des Rohrbodens sollen Rohre 7, 8, 9 und 10 durch Aufweiten dicht befestigt werden. Die Rohre 7, 8, 9 und 10 sind in aufeinanderfolgenden Phasen der Aufweitung dargestellt.

Die Platten 1 und 2 sind mit ihren entsprechenden Enden an Seitenwände 11 des Wärmeaustauschers so angeschweißt, daß sie parallel im Abstand voneinander angeordnet sind, und weisen an jedem ihrer entsprechenden Löcher 3, 4, 5 und 6 einendurch Stanzen oder Prägen gebildeten, kreisringförmigen Kragen 12, 13, 14 bzw. 15 auf.

Das dichte Fixieren der Rohre 7, 8, 9 und 10 in den entsprechenden Bohrungen 3, 4, 5 und 6 der Platten 1 und 2 geschieht mit einer Aufweitevorrichtung 16.

Wie am deutlichsten in Fig. 2 zu erkennen, hat die Aufweitevorrichtung 16 im wesentlichen ein zylindrisches Hauptteil 17, welches das Außengehäuse einer doppeltwirkenden hydraulischen und pneumatischen Presse ist und in dem ein Kolben 18, an dem ein Dichtring 19 angeordnet ist, eine aktive vordere Arbeitskammer 20 von einer aktiven hinteren Kammer 21 trennt. Die Kammern 20 und 21 stehen mit den nicht gezeichneten Quellen für hydraulisches und pneumatisches Fluid über entsprechende Leitungen 22 und 23 in Verbindung, die durch eine mit dem Hauptteil 17 einstückige pistolengriffähnliche Handhabe 24 abgestützt und an Schläuche 25 und 26 angeschlossen sind.

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Die Handhabe 24 hat einen Betätigungshebel 27 zum Betätigen eines Schalters 28 eines nicht gezeichneten, als Dreiwegeventil ausgebildeten Elektromagnet-Ventils, welches dazu dient, das zuströmende fließfähige Arbeitsmittel zu einer der aktiven Kammern 20 und 21 der doppeltwirkenden hydraulischen und pneumatischen Presse zu leiten.

An der Vorderfläche 29 des Kolbens 18 ist eine Stange 30 befestigt, die aus dem Hauptteil 17 herausragt. Zur Abdichtung dient ein Dichtglied 31·

Die Stange 30 trägt an ihrem in bezug auf das Hauptteil 17 äußeren Abschnitt einen mit ihr gleichachsig angeordneten Stopfen 32 von kreisringförmigem Querschnitt aus zähem bzw. hartem Kautschuk. Der Stopfen 32 hat je ein vorderes und ein hinteres, über dem ganzen Umfang konisches Endstück 33· Die Endstücke 33 sind in in Umfangsrichtung sich erstreckenden V-förmigen Nuten 34 und 35 aufgenommen, die an den sich gegenüberliegenden Vorderflächen von zwei nicht— verformbaren Ringen 36 und 37 aus Polyamid ausgebildet sind. Die Ringe 36 und 37 sind an der Stange 30 lose angeordnet.

Der Ring 36 liegt mit seiner glatten Rückenfläche an der Vorderfläche des Hauptteils 17 an und ist dadurch stellungsunveränderlich gehalten, wogegen die entsprechende glatte Vorderfläche des Ringes 37 sich an einem Schulterring 38 abstützt, der mit der Stange 30 durch eine Blockiermuffe 39 fest verbunden ist, welche auf das Ende der Stange 30 aufgeschraubt ist und den Schulterring 38 an Vorsprünge 40 der Stange 30 anpreßt.

Die aktive hintere Kammer 21 ist in ihrem dem Kolben 18 abgewandten Abschnitt mit einem hubbegrenzenden Anlageglied 41 für den Kolben 18 verschlossen, das mit einem Dichtglied 42 und einer mit Gewinde versehenen Nabe 43 ausgestattet ist. Das Anlageglied 41 ist zur Veränderung des Hubes des Kolbens 18 und damit des Grades der Zusammendrückung

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des Stopfens 32 mittels kreisringförmiger Zwischenscheiben 44 axial einstellbar. Die Zwischenscheiben 44 sind auf die Nabe 43 aufgeschoben und durch eine Blockier— muffe 45 in Stellung gehalten, mit der die Habe 43 des Anlagegliedes 41 mittels einer Mutter 46 verblockt ist.

An der Oberseite des zylindrischen Hauptteils 17 ist ein Tragring 47 angeordnet, der es über ein mit einem Gegengewicht versehenes Seil ermöglicht, zum bequemeren Arbeiten mit der Aufweitevorrichtung 16 deren Gewicht auszugleichen.

Die Arbeitsweise der Aufweitevorrichtung 16 ist folgende: Nachdem die beiden, den Rohrboden bildenden Platten 1 und in Stellung gebracht worden, sind, wird in jedes der Löcher 3, 4, 5 und 6, welche die sich gegenüberliegenden kreisringförmigen Kragen 12, 13f 14 bzw. 15 aufweisen, das Ende eines unter Abdichtung zu fixierenden Rohres eingesetzt, wie am Beispiel des Rohres 10 in Fig. 1 dargestellt. Wie für das Rohr 9 in Fig. 1 gezeigt, wird danach in das Rohrende die Aufweitevorrichtung 16 eingeführt.

In dieser Phase wird durch Drücken und Gedrückthalten des Betätigungshebels 27 der Aufweitevorrichtung 16 unter Druck stehendes Öl in die vordere Arbeitskammer 20 eingeleitet, so daß der Kolben 18 und mit ihm die Stange 30 rasch nach links gedrängt werden.

Dadurch wird der Stopfen 32 zwischen den Ringen 36 und 37 zusammengedrückt; da sich der Stopfen 32 radial vergrößert, weitet er, wie am Beispiel des Rohres 8 in Fig. 1 dargestellt, das betreffende Rohr gegen die Ränder der sich in den Platten 1 und 2 gegenüberliegenden Löcher mit den kreisringförmigen Kragen so auf, daß im Rohr aufgeweitete Bereiche 48, 49 und 50 entstehen und das Rohr dauerhaft fixiert wird. Durch die elastische Verformung der kreisringförmigen Kragen, beim betrachteten Beispiel die Kragen 13, wird eine zuverlässige Abdichtung erzielt.

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Wie am deutlichsten in Fig. 2 zu erkennen, ist der Betätigungshebel 27 durch eine Feder 51 vorgespannt; wenn daher der Betätigungshebel 27 losgelassen wird, wird er in seine Ruhestellung zurückgestellt, wodurch die andere aktive Kammer 21 das zuströmende Öl erhält, so daß die Stange 30 nach rechts verstellt wird und der Stopfen 32 wieder seine Ausgangsgestalt annehmen kann.

Die Aufweitevorrichtung 16 kann dadurch aus dem Rohr herausgenommen werden, das, wie am Beispiel des Rohres 7 in Fig. gezeigt, in den entsprechenden Löchern 3 der Platten 1 und 2 starr und abgedichtet fixiert bleibt.

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Claims

DR.-ING. FRANZ TUESTHOFF

WUESTHOFF-v.PECHMANN-BEHRENS-GOETZ _DIPL-_ING._GERHa_Rd puls

DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE DR.-ING. DIETER BEHRENS

MANDATAIRES AGREES PRiS l'oFFICE EUROPEEN DES BREVETS DIPL.-ING.; DIPL.-WIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN 90

SCHWEIGERSTRASSE 2 1 Δ—*5?

telefon: (089)662051

9. JUli I979 TELEGRAMM: PROTECTPATENT

telex: j 24 070

Patentansprüche :

1. Rohrbündel für Wärmetauscher, dessen Rohre an ^-irfindestens einem gelochten Rohrboden durch Aufweiten dicht befestigt sind,

dadurch gekennzeichnet , daß der Rohrboden aus zwei mit Abstand parallel .zueinander angeordneten, im Verhältnis zur Gesamtdicke des Rohrbodens dünnen Platten (1,2) zusammengesetzt ist, deren vorzugsweise gestanzte Löcher (3,4, 5,6) paarweise miteinander fluchten und je einen ringförmigen Kragen (12,13,14,15) aufweisen, der an einem aufgeweiteten Bereich (50) des zugehörigen Rohrs (7,8,9,10) anliegt und ebenfalls aufgeweitet ist.

2. Rohrbündel nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Kragen (12,13,14,15) der beiden Platten (1,2) einander zugewandt sind.

3. Rohrbündel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet , daß zusätzlich zu dem von Kragen (12,13,14,15) umschlossenen Bereich (50) jedes Rohrs (7,8,9,10) auch Bereiche (48,49) des Rohrs aufgeweitet sind, die an die kragenlose Seite je einer der Platten (1,2) angrenzen.

4. Verfahren zum Aufweiten der Rohre in einem Rohrboden eines Rohrbündels nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein begrenzter Raum innerhalb jedes Rohrs (7,8,9,10) zwischen den und/oder

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beiderseits der Ebenen der beiden Platten (1,2) einem inneren Überdruck ausgesetzt wird, bis die Kragen (12,13, 14,15) durch das Rohr aufgewatet werden.

5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet , daß sie zum Aufweiten ,jeweils eines Rohres (7,8,9,10) einen Stopfen (32) aus einem Elastomer, insbesondere hartem Kautschuk, von ringförmigem Querschnitt aufweist, der Stopfen an einer Stange (30) einer Presse, insbesondere an der Kolbenstange einer doppeltwirkenden hydraulischen und/oder pneumatischen Kolben-Zylindereinheit, gleichachsig und verschiebbar angeordnet und durch diese zwischen zwei nichtverformbaren Ringen (36,37) axial zusammendrückbar ist, von denen ein Ring (37) am freien Ende der Stange (30) befestigt ist, wogegen der andere Ring (36) an der Stange (30) verschiebbar geführt und an einem Gehäuse (17) der Presse abgestützt ist,

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Kolbenhub der Presse einstellbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (32) je ein vorderes und ein hinteres, über dem ganzen Umfang konisches Endstück (33) hat, das.in einer entsprechenden, in Umfangsrichtung sich erstreckenden V-förmigen Nut (34,35) an der dem Stopfen (32) gegenüberliegenden Fläche jedes Ringes (36,37) aufgenommen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch!?, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (17) der Presse mit einer pistolengriffähnlxchen Handhabe (24) versehen ist, die zum Steuern des Zuflusses von fließfähigem Arbeitsmittel zur Presse einen Betätigungshebel (27) aufweist.

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9 . Vorrichtung nach. Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Einstellen des Kolbenhubes der Presse ein abdichtendes, einstellbares Anlageglied (41) für den Kolben (18) aufweist, das mittels kreisringförmiger Zwischenscheiben (44), die durch eine Blockiermuffe (45) in Stellung gehalten sind, axial einstellbar ist.