DE3310061A1 - Verfahren zur herstellung einer rohrverteileranordnung sowie ein nach diesem verfahren gefertigter waermetauscher-sammelbehaelter - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer rohrverteileranordnung sowie ein nach diesem verfahren gefertigter waermetauscher-sammelbehaelter

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Description

MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH
München, 17. März 1983
Verfahren zur Herstellung einer Rohrverteileranordnung sowie ein nach diesem Verfahren gefertigter Wärmetauscher-
Sanmelbehälter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Rohrverteileranordnung, insbesondere Wärmetauscher-Sammelbehälter mit Anschlußrohren. Ferner betrifft die Erfindung eine nach diesem Verfahren gefertigte Rohrverteileranordnung.
Nach dem Stand der Technik werden Rohrverteilersysteme mit zentralen Sammelbehältern oder Sammelrohren in der Weise gefertigt, daß die Rohre in eine Öffnungen aufweisende Wand des Sammelbehälters oder -rohrs gesteckt und anschließend stoffschJiissig, beispielsweise durch Löten, verbunden werden, so daß ein Durchgang vom Sammelbehälter zum Innern des Rohrs geschaffen wird. Die Durchgangsöffnungen in der Sammelbehälterwand werden vor einem Einfädeln durch Bohren oder Erodieren ausgebildet, was eine aufwendige Belochungsprozedur ist. Die Einzelmontage der Rohre, insbesondere das Einfädeln ist vergleichsweise umständlich, insbesondere deshalb, weil zwischen Rohr
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und Durchgangsöffnung in der Wand ein enges Spiel (verschieblicher Paßsitz) vorhanden ist. Enge Toleranzen von Loch und Rohr müssen im Hinblick auf eine einandfreie Lötung eingehalten werden.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung einer Rohrverteileranordnung der eingangs genannten Art, das vorgenannte Nachteile beseitigt und insbesondere eine einfache, problemlose und schnelle Montage von Anschlußrohren ermöglicht, die an einen Sammelbehälter oder an ein Sammelrohr angeschlossen sind.
Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch, daß mehrere Rohrgruppen, von denen jede aus einer Vielzahl von im wesentlichen in einer Ebene angeordneten Rohren gebildet wird, jeweils schichtartig in vorbestimmter Lage aufeinander mit Abstand angeordnet sind, wobei nach jeder Anordnung einer Rohrgruppe vorprofilierte gerade, gebogene oder ringförmige Elemente im Bereich der einen Rohrenden senkrecht oder unter einem Winkel zu diesen im wesentlichen in formschlüssiger Anordnung aufgesetzt werden, und daß die Elemente mit -den Rohrenden und untereinander fluiddicht verbunden werden.
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn nach dem Aufsetzen einer Rohrgruppe und eines nachfolgenden vorprofilierten Elements die Verbindungsstellen fluiddicht, vorzugsweise stoffschlüssig abgeschlossen werden. Damit entsteht schichtartig ein stabiler Aufbau einer Wand eines Sammelbehälters oder -rohrs.
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In alternativer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß sämtliche Rohrgruppen und vorprofilierten Elemente angeordnet und erst anschließend sämtliche Verbindungsstellen fluiddicht abgeschlossen werden. Damit kann anfangs die Rohrverteileranordnung in ihrer Struktur zusammengesetzt...und gegebenenfalls lagemäßig noch korrigiert werden. Erst anschließend wird mit Hilfe eines geeigneten VerbindungsVerfahrens die unlösbare Zusammenfügung der Einzelteile fluiddicht und statisch fest vorgenommen. Ersichtlich ist mithin bei der Herstellung eines einzigen Rohrverteilersystems nur ein einziger Verbindungsverfahrensschritt erforderlich, was die Herstellung weiter vereinfacht.
Die einzelnen gerade, gebogenen oder ringförmigen Elemente werden in geeigneter Weise durch ein geeignetes Verfahren in einer Weise vorprofiliert, daß mit Hilfe zweier aufeinander angeordneter Elemente Durchgangsöffnungen für die einzelnen Rohre entstehen. Jede einzelne Vorprofilierung weist demnach ein offenes Profil mit Ausnehmungen oder Einbuchtungen entsprechend der Rohraußendurchmesserkonfiguration auf. Geeignete präzise Umformverfahren sind beispielsweise Prägen, Schlagen, Walzen etc.
Alternativ können für das Vorprofilieren der Elemente auch andere Verfahren Anwendung finden, insbesondere spanabhebende Verfahren wie Hobeln, Fräsen, Schleifen. Auch eroxive Verfahren sind erfindungsgemäß denkbar.
In die Vorprofilierungen der Elemente können zweckmäßigerweise Stege, Noppen, zentrierende oder ausrichtende Oberflächenstrukturen eingebracht werden. Auch können die Technik des Zusammenfügens begünstigende Oberflächenstrukturen ausgebildet sein.
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In die Elemente können insbesondere hintere Ausnehmungen eingebracht werden, die außerhalb der profilierten Oberfläche liegen. Derartige Ausnehmungen schaffen nach einem Zusammenfügen der Teile Regionen angepaßter Steifigkeit und/oder Wärmeausdehnung.
Derartige Ausnehmungen können sowohl im die Rohrgruppen einschließenden Bereich der Elemente als auch in außerhalb dieses Bereiches liegenden Teilen der Elemente vorgesehen werden, um die strukturelle Steifigkeit des aus den Elementen gebildeten Sammelbehälters den Notwendigkeiten der Betriebsbeanspruchungen generell und lokal anzupassen.
Das Fügen und stoffschlüssige Verbinden der vorprofilierten Elemente beim Aufbau der Baugruppe kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Insbesondere erfolgt das fluiddichte Verbinden der Teile durch Preßschweißen mit oder ohne Zusatzmaterial. Dazu können Oberflächenprofilierungen zentrierend wirksam sein, die auch bei elektrischer Widerstandsschweißung den Ablauf des Schweissens günstig beeinflussen. Die einzelnen Rohre können auch durch die vorprofilierten Elemente durch Klemmwirkung vor einem fluiddichten Verbinden der Einzelteile in Position gehalten werden.
Ein anderes Verbindungsverfahren ist insbesondere Diffusionsschweißen oder Löten.
Um die einzelnen Rohrgruppen in gewünschter stabiler Weise anzuordnen, sind vorteilhafterweise zusätzliche Distanzhalteelemente im Bereich oder im Abstand der einen Rohrenden einer Rohrgruppe vorgesehen. Die Distanzhalteelemente sorgen mithin dafür, daß zwei aufeinanderliegende Rohrgruppen in einem bestimmten Abstand liegen.
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Das Anordnen der einzelnen Rohrgruppen, der vorprofilierten Elemente und gegebenenfalls der Distanzhalteelemente kann automatisch vollzogen werden, wie auch der Verbindevorgang für das fluiddichte Verbinden der, einzelnen Rohrgruppen mit den vorprofilierten Elementen automatisiert werden kann. Damit wird der Herstellungsvorgang eines Rohrverteilersystems weiter vereinfacht und verbilligt.
Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigte Rohrverteileranordnung, insbesondere ein Wärmetauscher-Sammelbehälter, kennzeichnet sich dadurch, daß die Wand des Sammelbehälters oder -rohrs durch Rohrendquerschnitte von Rohrgruppen und durch die Rohrenden umschließende gerade, gebogene oder ringförmige Elemente mit offener Vorprofilierung gebildet ist, wobei die Verbindungsstellen fluiddicht abgeschlossen sind.
Nach der Erfindung wird demnach ein Feld von Rohren in den Boden eines Sammelbehälters oder -rohrs in der Weise eingebracht, daß der Aufbau schichtweise durch Hinzufügen von streifen- oder ringförmigen Elementen ergänzt, wobei die der jeweiligen Schicht zugehörigen Rohre bei jedem folgenden Schritt gleichzeitig mit eingefügt werden. Dadurch entsteht eine im wesentlichen geschlossene Behälterwand. Die Verbindungsstellen werden in Abschnitten oder nach einem Zusammenbau des gesamten Rohrverteilersystems fluiddicht und statisch fest
/abgeschlossen. Die umständliche Einzelmontage und das Einfädeln der Rohre wie nach dem Stand der Technik werden erfindungsgemäß überwunden, da die Vorprofilierung eines jeden Elements offene Ausnehmungen oder Ausbuchtungen aufweist, in· die eine Rohrgruppe —- eingesetzt werden
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kann, während erst die Vorprofilierung eines nachfolgenden Elements die angeordnete Rohrgrupre einschließt. Die Schichten können senkrecht oder auch unter einem schrägen Winkel zur Erstreckung des Sammelbehälters liegen. Die Aufnahme der Kräfte aus Innendruck und Temperatur erfolgt bevorzugterweise in Richtung der ErStreckung der Schichten. Je nach ihrer Gestalt (eben oder der Krümmung einer gewölbten Mantelfläche des Sammelrohrs folgend) können die Streifen oder Elemente die Last über Biegung und/oder Tangentialkräfte abtragen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht vom Innern eines Sammelbehälters auf eine Sammelbehäiterwand mit Anschlufi-. rohren in einem Schichtaufbau,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf einen halbfertigen im wesentlichen kreisrunden Sammelbehälter mit Anschlußrohren in diametral gegenüberliegender Erstreckung,
Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht eines halbfertigen im wesentlichen im Querschnitt rechteckigen Sammelbehälters,
Fig. 4- eine der Fig. i ähnliche schematische Seitenansicht, wobei die einzelnen vorprofilierten Elemente zusätzliche Ausnehmungen außerhalb der eigentlichen Vorprofilierung aufweisen, um geeignete Steifigkeitsverhältnisse der Anordnung zu schaffen,
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-11-Fiq. 5 eine Draufsicht auf ein Element nach Fig. 4,
Fig. 6 Möglichkeiten von Querschnittsprofilierungen aufeinanderfolgender vorprofilierter Elemente zwecks Schaffung günstiger Fügeverbindungen und Zentrierungen , und
Fig. 7 zwei aufeinanderzusetzende Elemente mit einer alternativen Fügeverbindung und Zentrierung zwischen Rohr und Element, durch die das Rohr einer Rohrgruppe vor einer festen fluiddichten Verbindung der Elenente in Position gehalten wird,
Fig. 8 einen Schnitt entsprechend VIII-VIII in Fig. 7, Fig. 9 einen Schnitt entsprechend IX-IX in Fig. 7.
Die in Fig. 1 schematisch veranschaulichte Sammelbehälter-■'and weist einen im wesentlichen horizontal sich erstreckenden Anschlußstreifen 10 auf, der, wie die Ausführung nach Fig. 2 zeigt, kreisrund oder wie bei der Ausführung nach Fig.. 3 im wesentlichen rechteckig ausgebildet sein kann.
Der Anschlußstreifen 10 ist längs seiner Oberseite mit Ausnehmungen vorprofiliert, in die die Rohrenden einer ersten im wesentlichen horizontal sich erstreckenden Rohrgruppe gleichzeitig von oben eingesetzt werden. Nach einem Einsetzen der ersten Rohrgruppe 1 wird das erste vorprofilierte Element 5 aufgesetzt, das ebenfalls kreisrund entsprechend dem Durchmesser des Anschlußstücks 10 ist.
Anschließend werden in gleicher Weise die Rohrgruppen 2,.2', 3, 3' und 4 eingebracht, woboijvor Einbringen der Rohrqruppe
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OO IUUU I
2, 21, 3, 31 bzw. 4 das vorprofilierte kreisförmige Element 5, 6, 7, 8 bzw. 9 angeordnet wird. Ersichtlich entsteht mithin eine im wesentlichen geschlossene Sammelbehälter-Innenwand. Die Verbindungsstellen zwischen den Rohren und den Elementen werden in geeigneter Weise fluiddicht und statisch fest schlossen, beispielsweise durch Preßschweißen mit oder ohne Zusatzmaterial, Diffusionsschweißen oder Löten.
Das Zusammenfügen der Baugruppen erfolgt somit paketartig und ist automatisierbar, wobei eventuell notwendige Distanzhalterungen in ähnlicher Weise zwischen den Schichten beigelegt werden können.
In den Fig. 2 und 3 sind in schematischer Draufsicht halbfertige Sammelbehälter oder -rohre 21 gezeigt. Die Wand 20 des Sammelbehälters 21 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 kreisrund, im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 rechteckig ausgebildet.
Die im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 gezeigte Sammelbehälter-Innenwand entspricht im wesentlichen der Struktur einer Wand nach Fig. 1. Zusätzlich sind jedoch außerhalb der eigentlichen Vorprofilierung der Elemente für die Aufnahme der einzelnen Rohre einer Rohrgruppe hintere Ausnehmungen 11 vorgesehen, durch die Regionen angepaßter Steifigkeit entstehen und dennoch eine geschlossene Sammelbehälter-Innenwand gegeben ist. Die hinteren Ausnehmungen 11 sind am deutlichsten in der Fig. 5 gezeigt.
Die einzelnen vorprofilierten Elemente können im Querschnitt unterschiedlich konfiguriert sein, um günstige Fügestellen zwischen den Montageteilen zu schaffen. Wie"
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BAD
Fiq. 6 zeigt, können die Fügestellen im einzelnen durch zentrierende Oberflächenstruktur 12, 13 begünstigt sein.
Die in Fig. 7 veranschaulichte Fügeverbindung eines Rohrs mit einem vorprofilierten Element 6 sieht nasenartig über die Teilfuge 26 des Elements 6 herausragende Führungsleisten 16 vor, durch die die Rohre der Rohrgruppe 2' sicher in den vorprofilierten Ausnehmungen des Elements positioniert sind, bevor von oben das nächstfolgende Element 7 aufgesetzt wird. Auf diese Weise ist eine Beschädigung der Profilrohre 21 durch Einquetschen zwischen der Teilfuge 26 ausgeschlossen. Die Kontur der nasenartigen Führungsleisten 16 bzw. entsprechender Führungsleisten 17 des Elements 7 ergeben sich aus den Querschnitten gemäß Fig. 8 und Fia. 9. Die Stirnkanten 36 der nasenartigen
-. · , ,^1- , ,,oder auch konisch Führunasleisten 16 können ballig/ausgeruhrt sein, so daß das Profilrohr 2' mittels einer gepaßten Schnappwirkuncr in die vorprofilierte Ausnehmung des Elements 6 eingesetzt werden kann.
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Claims (15)

  1. MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
    MÜNCHEN GMBH
    München, 17. März 1983
    P at e η t a ns ρ r ü c h e
    .) Verfahren zur Herstellung einer Rohrverteileranordnung, insbesondere eines Wärmetauscher-Sammelbehälters mit Anschlußrohren, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rohrgruppen (1, '2, 3, 4), von denen jede aus einer Vielzahl von im wesentlichen in einer Ebene angeordneten Rohren gebildet wird, jeweils schichtartig in vorbestimmter Lage aufeinander mit Abstand angeordnet sind, wobei nach jeder Anordnung einer Rohrgruppe (1 bis 4) vorprofilierte, gerade, gebogene oder ringförmige Elemente (5 bis 9) im Bereich der einen Rohrenden senkrecht oder unter einem Winkel zu diesen im wesentlichen in formschlüssiger Anordnung aufgesetzt werden, und daß die Elemente (5 bis 9) mit den Rohrenden und untereinander fluiddicht verbunden werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufsetzen einer Rohrgruppe (1, 2, 3 bzw. 4) und eines nachfolgenden vorprofilieften Elements (5, 6, 7, 8 bzw. 9) die Verbindungsstellen fluiddicht, vorzugsweise stoffschlüssig abgeschlossen werden.
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    ■ - . . JJ)UUDI
  3. 3. Verfahren nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sämtliche Rohrgruppen und vorprofilierten Elemente angeordnet und anschließend sämtliche Verbindungsstellen fluiddicht abgeschlossen werden.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß' die Elemente durch ein Umformverfahren entsprechend der zugehörigen Eohrhalbquerschnittskonfigurationen vorprofiliert werden.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Elemente durch ein spanabhebendes Verfahren entsprechend der zugehörigen Rohrhalbquerschnittskonfiguration vorprofiliert werden.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente durch ein erosives Verfahren entsprechend der zugehörigen Rohrhalbquerschnittskonfiguration vorprofiliert werden.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß in die Vorprofilierung der Elemente Stege, Noppen, zentrierende oder ausrichtende Oberflächenstrukturen (12,13)eingebracht werden.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet , daß in die Vorprofilierung der Elemente die Technik des Zusammenfügens begünstigende Oberflächenstrukturen (16,17)eingebracht werden.
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  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß in die Elemente hintere Ausnehmungen (11) außerhalb der profilierten Oberfläche eingebracht werden, die nach einem Zusammenfügen der Teile Regionen angepaßter Steifigkeit und/oder Wärmeausdehnung schaffen.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9? dadurch gekennzeichnet , daß das fluiddichte Verbinden der Teile durch Preßschweißen mit oder ohne Zusatzmaterial erfolgt.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das fluiddichte Verbinden der Teile durch Diffusionsschweißen oder Löten erfolgt.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß zusätzliche Distanzhalteelemente im Bereich oder im Abstand der einen Rohrenden zwischen zwei Rohrgruppen angeordnet werden.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch -gekennzeichnet , daß das Anordnen von Rohrgruppen, vorprofilierten Elementen und gegebenenfalls Distanzhalteelementen automatisiert erfolgt.
  14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das fluiddichte Verbinden der Rohrgruppen mit den Elementen automatisiert erfolgt.
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  15. 15. Rohrverteileranordnung, insbesondere Wärmetauscher-Sammelbehälter oder -Sammelrohr mit Anschlußrohren, gefertigt nach einem der vorhergehenden Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (20) des Sammelbehälters oder -rohrs (21) durch Rohrendquerschnitte von Rohrgruppen (1 bis 4) und durch die Rohrenden umschließende gerade, gebogene oder ringförmige Elemente (5 bis 9) mit offener Vorprofilierung gebildet ist, wobei die Verbindungsstellen fluiddicht abgeschlossen sind.
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