DE29517808U1

DE29517808U1 - Gezahntes und geschränktes Stahlblechband zum Anschweißen an Wärmetauscherflächen zur Vergrößerung der Austauschfläche als Rippenheizfläche

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Priority date: 1995-11-10
Filing date: 1995-11-10
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2005-11-11

Description

Gezahntes und geschränktes Stahlband zum Anschweißen an Wärmetauscherflächen zur Vergrößerung der Austauschfläche als Rippenheizfläche insbesondere angewandt im Stahlheizkesselbau

Die Wärmeübertragung von Heizgasen an flüssige Medien, vorwiegend Wasser, ist im wesentlichen abhängig von dem Wärmeübergang vom Heizgas an die Trennwand (Kesselwand) der Wärmeträgermedien. Eine Vergrößerung der heizgasseitigen Oberfläche durch die Anbringung von Rippen ist deshalb vorteilhaft und gehört zum Stand der Technik.

Neben der flächenmäßigen Vergrößerung durch die angeschweißten Rippen hat die geometrische Form der Rippe einen zusätzlichen Einfluß auf den Wärmeübergang. Bekannte Ausführungsformen zeigen die Figuren 12 und 13.

Die Weiterentwicklung im Stahlheizkesselbau wird in hohem Maße beeinflußt durch die Forderung nach höherer Energieausbeute der Brennstoffe. Der Heizkessel als Wärmeaustauscher muß folglich mit größeren und effektiveren Rippenheizflächen ausgelegt werden.

Der erfindungsgemäßen Neuerung ligt nun die Aufgabe zu Grunde, eine Rippenform zu finden, die nachfolgend aufgeführten Forderungskatalog erfüllt.

Die Rippe soll aus einem Stahlband vollautomatisch in beliebigen Längen zu fertigen sein und muß sich vollautomatisch nach dem MAG- Schweißverfahren oder mit Laserschweißen anbringen lassen. Das Stahlband ist durch Stanz- Schneid- und Prägevorgänge so zu gestalten, daß die Rippenoberfläche infolge der Schnittflächen wesentlich vergrößert wird. Prägungen und Schränkungen sind so vorzusehen, daß bezogen auf die Schweißnahtrichtung die Rippe von den Heizgasen sowohl parallel als auch quer angeströmt werden kann. Das Rippenband muß so gestaltet sein, daß es an ebene Wände, an Rohrinnenwänden in axialer und radialer Richtung und an Rohraußenwänden in axialer und radialer Richtung vollautomatisch angeschweißt werden kann. Eine einfache und gründliche mechanische Reinigung mittels Bürsten muß möglich sein.

Bekannte Ausführungsformen von gezahnten Blechbändern als Rip pen zum Anschweißen sind in den Figuren 12 und 13 gezeigt und werden nachfolgend beschrieben. Diese Ausführungsformen erfüllen jedoch nur zu einem geringen Teil die ,Punkte des eingangs aufgestellten Forderungskataloges.

In der Figur 12 ist eine an sich bekannte Zahnrippe in drei Ansichten dargestellt. Ein praktisch endloses Blechband von der Höhe h und der Dicke b wird von der freien Kante 2 her im Abstand s in der Länge hl eingeschnitten, so daß die Zähne 6 von der Breite s entstehen. Gleichzeitig mit dem Schnitt 6a erfolgt die Schränkung des Zahnes 6 um den Winkel oC. Der Steg 3 wird über die durchlaufende Schweißnaht 4 mit der Trennwand 5 verschweißt.

Nachteile dieser Ausführung nach Figur 12: Der Schränkungswinkel muß klein gehalten werden, da am spitzen Auslauf des Schnittes 6a der Steg 3 sehr leicht infolge Kerbwirkung reißt. Die Strömungsrichtung der Heizgase muß praktisch parallel zur Schweißnaht verlaufen. Die Bürstendrähte verklemmen sich beim mechanischen Reinigen im Auslauf des Schnittes 6a am Steg 3. Figur 13 zeigt eine bekannte Ausführungsform die praktisch identisch ist mit der Rippenform nach Figur 12. Anstelle des Schnittes 6a in Figur 12 tritt die Ausklinkung von der Breite si. Die mechanische Reinigungsmöglichkeit wird verbessert, es geht jedoch durch die Ausklinkung Rippenheizfläche verloren. Auch diese Rippenform ist nur geeignet für eine Heizgasströmung parallel zur Schweißnaht.

Mit der erfindungsgemäßen Neuerung können nun auf eine einfache Weise die Bedingungen des Forderungskataloges erfüllt werden. Ausgehend von der Neuerung lassen sich in einzelnen Fertigungsstufen Rippenformen bilden, die in den unterschiedlichsten Anwendungsfällen funktionstechnisch optimale Eigenschaften aufweisen.

Die erfindungsgemäße Neuerung zeigt Figur 1. Das Blechband von der Höhe h und der Dicke b erhält die Lochung 8 vom Durchmesser d Fig. 1. Die Lochungen 8 werden fortlaufend im Abstand s3 angebracht, und zwar so, daß der Steg 3' vom Rand der Lochung 8 die Höhe h2 aufweist.

Die Zähne 7 Fig.l entstehen nun dadurch, daß durch Schnitt 7a das Blechband 1 Fig.l von der freien Kante 2 bis zur Lochung 8 geteilt wird. Die Schnittkanten 7a fluchten mit dem Mittelpunkt der Lochungen 8, so daß die Breite s3 der Zähne 7 dem Lochabstand der Lochungen 8 entspricht. Jeder Zahn 7 ist mit dem durchlaufenden Steg 3¹ Fig.l über den Mindestquerschnitt (s2 &khgr; b) verbunden. Bei dieser Grundform der erfindungsgemässen Zahnrippenausführung sind die Rippenzähne 7 um den kleinsten Winkel cC_o Fig.l geschränkt. Diese Schränkung ergibt sich zwangsläufig beim Schnitt 7a.

Die in Figurl dargestellte und beschriebene Grundform der Neuerung ist die Ausgangsform für verschiedene Endausführungen des Zahnrippenbandes die jeweils an unterschiedlich geformten Wärmetauschergrundflächen zum Einsatz kommen. Endausführungen und ihre jeweiligen Positionen an der Grundfläche zeigen die Figuren 5 bis 11.

Der bei der erfindungsgemäßen Ausführung vorhandene durchlaufende Steg 3' Fig.1-4 bildet mit der Schweißnaht 4' Fig.5 den Rippenfuß, der fest mit der Grundfläche 5' Fig.5 des Wärmetauschers metallisch verschmolzen ist. Der Rippenfuß muß 2 Bedingungen erfüllen: 1. Sichere Wärmeableitung vom Rippenzahn in die Grundfläche . 2. Nach dem Verschweißen von Zahnrippenband und Grundfläche muß eine Kaltverformung der beripp* ten Grundfläche möglich sein.

Figur 2 zeigt die Standardausführung der erfindungsgemäßen Neuerung in drei Ansichten. Die in Figur 1 dargestellte Grundform wird hierbei verformt (geschränkt). Die Zähne 7 des Rippenbandes werden auf der Länge h3 um den Winkel &.&Lgr; verdreht. Hierbei wird die bei der Verdrehung auftretende Materialverformung auf die Zone zl Fig.2 begrenzt. Der Winkel <k< wird in der Standardausführung auf 45° festgelegt. Ohne großen technischen Aufwand kann die Ausführung nach Fig. 2 als Zwillingsrippe hergestellt werden. Das Zwillingspaar ist in Figur 3 und 4 dargestellt. Spiegelbildlich zur Standardrippe nach Fig.2 mit der Spiegelachse Sp-Sp Fig.3 entsteht die Zwillingsrippe. Figur 4 zeigt nun, daß das Zwillingspaar in auf den Steg 3' aufgestellter Position, entsprechend den Ansichten in Richtung X und Xl Fig.3 eine gegen-

läufige Schränkung aufweist.

Figur 5 zeigt die Draufsicht auf eine ebene, berippte Wärmetauscherfläche. Die gezahnten und geschränkten Bandrippen in Standardform nach Fig.2 sind parallel im Abstand s4 durch die Schweißnaht 4' auf die Grundplatte 5' aufgeschweißt. Die Pfeilrichtungen X und Y zeigen hierbei mögliche Strömungsrichtungen der Heizgase. Die Stömungsrichtung &khgr; quer zur Schweißnaht 4' hat erfahrungsgemäß höhere Wärmeübergangszahlen und einen höheren Strömungswiderstand als die Strömungsrichtung Y die parallel zur Schweißnaht 4' und Steg 3' Fig.5 verläuft.

In Fig.6 wird anstelle der Standardausführung nach Fig.2 die Zwillingsausführung nach Fig.4 zur Berippung der ebenen Wärmetauscherwand gewählt. Auch hier kann die Rippenheizfläche in X und Y Richtung angeströmt werden. In beiden Fällen wird durch den laufenden Richtungswechsel der Rippenzähne eine noch größere Turbulenz der Heizgase erreicht und hierdurch bedingt auch höhere Wärmeübergangskoeffizienten. Weitere Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Zahnrippe zeigen die Figuren 7 und 8.

In Figur7 wird das Zahnrippenband in seiner Grundform nach Fig.l endlos, schraubenförmig in der Ganghöhe s5 auf das Rohr aufgeschweißt. Die Strömungsrichtung der Heizgase kann nur quer zum Rohr verlaufen. Die fehlende Schränkung der Zähne über den Winkel C^o Fig.l hinaus erlaubt hier eine geringe Ganghöhe s5 Fig.7, so daß das Flächenverhältnis Gesamtfläche zu Grundfläche sehr groß gewählt werden kann. In Figur 8 tritt anstelle des Zahnrippenbandes in der Grundform nach Fig.l die Standardausführung nach Fig.2 mit der Schränkung der Zähne 7 im Winkel von 45°. Die Ganghöhe s6 muß hier größer gewählt werden als s5 in Fig.7 da die Standardrippe nach Fig.2 eine größere Gesamtbreite b2 Fig.2 gegenüber bl Fig.l aufweist. Die Rippenrohrausführung nach Fig.8 kann von den Heizgasen sowohl quer als auch längs angeströmt werden .

Die erfindungsgemäße Standardausführung nach Fig.2 hat die konstante Schränkung mit dem Winkel⁰^ = 45° über die Zahnlänge h3 .

Zwei weitere Varianten mit sich änderndem"Schränkungswinkel 0v der Zähne über ihre Länge h3 sind in Fig.9 dargestellt. Es werden zwei einzelne Rippenzähne in jeweils zwei Ansichten und Schnitten gezeigt. An dem Einzelzahn 71 Fig.9 nimmt der Schränkungswinkel vom freien Rippenende 2 aus über die Länge h3 linear zu vom Winkel cd in der Schnittebene El auf <£-j in der Schnittebene E2. In der zweiten Variante nimmt der Schränkungswinkel am Rippenzahn 72 vom freien Rippenende 2 aus über die Zahnlänge h3 linear ab vom Winkel o^</ in der Schnittebene El auf &agr;[&zgr; in der Schnittebene E2 · Das gezahnte Rippenband in erfindungsgemäßer Ausführung, bei dem der Schränkungswinkel t£ der Zähne 71 von Uz auf 0uj zunimmt, eignet sich speziell für den Einsatz an der Innenseite von Zylindern bei axialer Schweißnahtführung wie es in Fig.11 dargestellt ist.

Dagegen werden gezahnte Rippenbänder bei denen der Schränkungswinkel ti der einzelnen Zähne 72 von Hi/ auf XJ abnimmt in Längsrichtung auf Rohre und Zylinder aufgeschweißt, wie es Figur 10 zeigt.

Claims

Schutzansprüche

Anspruch 1

Gezahntes und geschränktes Blechband zum Anschweißen an Wärmetauscherflächen zur Bildung einer berippten Heizfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (7a Fig.l) zur Bildung der Rippenzähne (7 Fig.l) vom freien Ende (2 Fig.l) des Blechbandes aus jeweils in Lochungen (8 Fig.l) enden, wobei der Abstand der Lochmittelpunkte der Länge (s3 Fig.l) der Zähne entspricht.
Anspruch 2

Gezahntes und geschränktes Blechband nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Lochungen (8 Fig.l) kreisrund sind, ihr Durchmesser (d Fig.l) nicht kleiner als die Blechdicke (b Fig.l) des Blechbandes und nicht größer als die halbe Zahnlänge (s3 Fig.l) ist.
Anspruch 3

Gezahntes und geschränktes Blechband nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (h2 Fig.l) des Lochrandes von der Anschweißkante des Blechbandes mindestens der Blechdicke des Blechbandes entspricht. Anspruch 4

Gezahntes und geschränktes Blechband nach den Ansprüchen 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß die Schränkung der Zähne derart erfolgt, daß die Materialverformung die bei der Schränkung eintritt, in der (schraffierten) Zone (zl Fig.2) stattfindet, die bemessen ist in der Höhe gleich dem Lochdurchmesser und in der Breite zwischen zwei Lochungen liegt. Anspruch 5

Gezahntes und geschränktes Blechband nach den Ansprüchen 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (Pl Fig.2) bei der Schränkung des Zahnes im Mittelpunkt des Zahnquerschnittes (s3 &khgr; b,Fig.2) liegt.

- 2 Schutzansprüche

Anspruch 6

Gezahntes und geschränktes Blechband nach den Ansprüchen 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß der Schränkungswinkel o( über die Höhe (h3 Fig.2) des Zahnes (7 Fig.2) konstant cCfist und daß

g(si in der Standardausführung 45° beträgt. Anspruch 7

Gezahntes und geschränktes Blechband nach den Ansprüchen 1-6 dadurch gekennzeichnet, daß der Schränkungswinkel· 5s über die Höhe (h3 Fig.9) des Zahnes (71 Fig.9) vom freien Zahnende (2 Fig.9) aus linear (von c( auf 0{ Fig. 9) zunimmt. Anspruch 8

Gezahntes und geschränktes Blechband nach den Ansprüchen 1-7 dadurch gekennzeichnet, daß der Schränkungswinkel c( über die Höhe (h3 Fig.9) des Zahnes (72 Fig.9) vom freien Zahnende (2 Fig.9) aus linear (vona^auf 6( Fig.9) abnimmt. Anspruch 9

Gezahntes und geschränktes Blechband nach den Ansprüchen 1-8 dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwillingsrippe zu den erfindungsgemäßen Ausführungen gebildet wird, die jeweiis die Spiegelbildausführung darstellt, wobei die Spiegelachse (Sp-Sp Fig3) parallel zum Steg (3' Fig3) des gezahnten Blechbandes verläuft.