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Vorrichtung zur Befestigung der NYärmeauatauscherplattea /-lamellen/
auf Tragrohren Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zurXBefestigung der
Wärmeaustauscherplatten /-lamellen/ auf Tragrohren.
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Es ist bekannt, daß in der Industrie, Landwirtschaft, Dienstleistung,
usw. Wärmeaustauscher aus Platten hauptsächlich zu Kühlzwecken in grosser Anzahl
angewandt werden. Die jY#Iärmeaustauscher bestehen im Wesentlichen aus Rohren zum
Transport der wärmetragenden mediums und auf diese aufgezogenen Wärmeaustauscherplatten.
Um sie die Funktion fort dauernd gewähren zu können, ist eine feste Verbindung zwischen
dem Tragrohr und der Wärmeaustauscherplatte auszugestalten. Bei der Anwendung von
Stahlröhren und Wärmeaustauscherplatten aus Stahl werden diese Forderungen durch
Eintauchen in das z.B. Zinn- oder Zinkbad erfüllt. Das Zinn gewährt den Korrosionsschutz
der konstruktiven Elemente und gleichzeitig führt auch die Befestigung der Platten
durch.
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Bei Rohren mit dünner Wand wird die Verbindung zwischen dem Rohrsitz
der Wärmesustauscherplatten und dem Rohr durch mechanische Ausbreitung, z,3. mittels
Kugeln hergestellt.
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In Verbindung mit der Produktion von Wärmeaustauschern richtet sich
das Interesse der Fachleute immer mehr
auf das Aluminium. Nach der
leichten Bearbeitbarkeit, guter Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit läßt
sich das Aluminium für die Herstellung von Wärmeaustauscherplatteti als ein ideales
Material ansehen.
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Trats zeiten ausgezeichneten Eigenschaften konnte sich die Anwendung
vom Aluminium wegen den Problemen bezüglich der Verbindung nicht verbreiten.
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Es ist nämlich bekannt, daß die die Aluminiuiaoberfläche bedeckende
Oxidschicht die Entstehung einer metallischen Verbindung mit anderen Materialien
verhindert Die Fntfernung dieser Oxidschicht und die Vorbereitung dieser OberfläcbF
zur Geeignetheit für metallische Verbindung sind sehr komplizierte und daher sehr
kostspielige Verfahren.
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Aus diesem Grund erfolgte die Verbreitung vom Aluminium nicht.
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Die anderen bekannten Lösungen stellen eine Verbindung zwischen dem
Tragrohr und der Wärmeaustauscherplatte aus Aluminium mechanisch her. Bei Rohren
mit geringer Festigkeit und dünner Wand kommt das vorher schon dargestellte Verfahren
zur Rohrausbreitung zur Anwendung. Dieses Verfahren ist von begrenzter Anwendbarkeit,
da es nur'in solchen Fällen zur Anwendung kommen kann, wo gegenüber den Rohren keine
das Gewicht der Platten übersteigende Belastbarkeitsforderung gestellt wird, Bei
der Anwendung vom Rohr mit dichter Wand, bzw. von hoher Festigkeit gewährt eine
der bekannten Lösungen die Befestigung der Wärmeaustauscherplatten durch Abstandringe,
Bei dieser Lösung umgeben die Abstandringe die Wärmeaustauscherpiatten von zwei
Seiten. Diese gewähren einerseits eine stationäre Lage der Platten, andererseits
aber besti#mmen den Abstand zwischen den Platten.
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Nach einer weiteren Lösung sind die Rohrsitze für die Abstandhaltung,
bzw. für die Erfüllung der Befestigung#-aufgaben geeignet ausgebildet. Diese doppelte
Funktion wird durch die kegelförmige Ausbildung der Rohrsitze erreicht.
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Dadurch nämlich lassen sich die Rohrsitze der auf das Tragrohr aufgesetzten
en Wärmeaustauscherplatten im entsprechend der Kegelförmigkeit festgesetzten tasse
miteinander verbinden.
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Die Mängel dieser Lösungen lassen sich, wie folgt,
zusammenfassen:
für die Produktion ist der manuelle Arbeitsbedarf gross, der Produktionsvorgang
lässt sich schwer automatisieren; - sowohl die Abstandringe, als auch die speziell
ausgebildeuten R#hr##tze ve##indern die Ausbildung von optimalen Wärmeströmungsverhältnissen;
- bei Tiefkühlung entsteht Eis an den Verbindungsstellen der Abstandringe, sowie
der Rohrsitze, das schädliche Spannungen und die Verkürzung der Lebensdauer des
Wärme--austauschers als Folge hat; - das mögliche Mass der Kaltverformbarkeit vom
Aluminium beschränkt die spezielle Ausbildung der Rohrsitze.
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Infolge der bekannten Mängel, besonders in Anbetracht der schnellen
Verbreitung der Anwendung von den tfärmeaustauschern, ergibt sich der Bedarf an
Ausbildung von solchen Verbindungsweisen, die sowohl die wärmetechnische, als auch
die lebensdauermässige, bzw. produktivitätsmässige Forderung erfüllt.
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Unsere darzustellende Erfindung tut all diesen drei Zielsetzungen
genug.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es durch den auf
die Rohrsitze ausgeübten mechanischen Druck im Falle der angemessenen Wahl der Parameter
mittels Lotes eine Verbindung von zu der vorher erwähnten ähnlichen Qualität erzeugt
werden kann.
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Die Grundbedingung zur Erzeugung dieser Verbindung ist, daß die Festigkeitseigenschaften
des Rohres die Festigkeitseioenschaften der Wärmeaustauscherplatte bedeutend übersteigen,
Die Parameter dieser Elemente sind praktisch so zu wählen, daß das Rohr an dem Druckwert,
wobei das Material des Rohrsitzes schon bleibende Formänderung erleidet, d.h. fliesst,
innerhalb den Grenzen-der elatischen Formänderung bleibt.
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Gewährt man all darüber hinaus auch das, daß der Vorgang des auf den
Rohrsitz ausgeübten mechanischen Druckes in irgendeinen automatisierten Produktionsprozess
des Wärmeaustauschers eingesetzt wird, so werden die drei Zielsetzungen erfüllt.
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Besondere Schwierigkeit bei der praktischen Lösung der Zielsetzung
wird dadurch gebildet, daß der mechanische Druck auf -einen
ringförmigen
Rohrsitz auszuüben ist, wobei gleichzeitig der angewandte Wärmeaustauscher 4, 8,
16, usw. enthält Die Rohre sind aneinander sehr nahe, in mehreren Reihen angeordnet
#~e gesetzte Aufgabe wird durch die Erfindung auf die unten angeführte Weise gelöst.
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Der Rohr sitz der Wärmeaustauscherplatte wird von einer gespalteten
Hülse mit Aussenkegel umgeben. Ubt man einen axialen Druck durch eine Hülse mit
Innenkegel auf die Hülse mit Aussenkegel aus und verhindert man gleichzeitig sie
iLl axialer Bewegung, so verschieben sich die durch die ÅuSspaltunv entstandenen
Segmente radial und üben Kraft auf den Rohrsitz aus.
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Durch die angemessene Dimensionierung der Buchse und der Hülse, sowie
der Schubkraft lässt es sich erreichen, daß der Rohrsitz infolge der darauf ausgeübten
Kraftwirkung fliesst und mit dem Tragrohr feste, mechanische Verbindung erzeugt.
Schliesst man die Anlage einem Automat für Wärmeaustauscherproduktion an, sowie
setzt man die zwecks durch die Segmente der gespalteten Hülse mit Aussenkegel ausgeüb
ten Beschlagen notwendigen Bewegungen in das Program des Automates ein, so lässt
sich die Produktion vollautomatisieren.
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Eine mögliche Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt.
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Zwecks leichteren Erklärlichkeit sind die meist wichtigsten Elemente
der Erfindung in Fig. 2 vergrössert worden.
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Die Vorrichtung ist in dem zum Beispiel genommenen Fall zu dem Aufsetztkopf
des in HU-PS 158 058 dargelegten Automates für Kühlblockherstellung durch Zapfen
8 mit Gewinde angeschlossen.
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Die Vorrichtung funktioniert, wie folgt.
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Die Wärmeaustauscherplatte 2 wird auf die übliche Weise auf das Tragrohr
1 heraufgesetzt.
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Bevor die Platte die Befestigungsstelle erreicht, setzt sich der
hydraulische Zylinder 14 in Bewegung, dessen Kolbenstange die Pressplatte 9 vor
sich schiebt. Der hydraulische Zylinder 14 ist zu den Zapfen 8 durch die Tragplatte
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befestigt. Die Ölversorgung des hydraulischen Zylinders wird durch die Leitung 15
gewährt.
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Durch die Pressplatte wird die Schubkraft auf die Hülse 4 mit Innenkegel
übergeben, deren Anzahl der Anzahl dei Trägrohre yricht, Die gespaltete Hülse 4
mit Innenkegel drückt die Segmente der durch Befestigungsbolzen 5 an den Aufsetzkopf
7 befestigten gespalteten Hülse 3 mit Aussenkegel radial zusammen. Die sich zusammendrückenden
Segmente beschlagen den zylindrischen Rohrsitz der Wärmeaustauscherplatte 2 auf
den äusseren Mantel des Rohr#s. Das Beschlagen lässt sich sowohl in der bewegten,
als auch in der ruhenden Lage des Aufseztkopfes durchführen. Beim Rück*<hr der
Kolbenstange in die Ausgangslage nimmt die Druckplatte 9 die Hülse 4 mit Innenkegel
durch die Achsenmutter 12 mit, während die gespaltete Hülse 3 mit Aussenkegel vom
Druck befreit wird und ihre ursprüngliche Form aufnimmt. Wenn der Auf setzt kopf
nochmals in die Ausgangslage zwecks Durchführung eines Aufsetzvorganges zurückzukehren
beginnt, so nimmt er die Vorrichtung zur Plattenbefestigung auch mit.
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Im Falle eines Wärmeaustauschers aus mehreren, bzw.
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vielen Tragrohren übten sich Kräfte von unterschiedlicher Grösse auf
die einzelnen Rohrsitze infolge der innerhalb des Toleranzfeldes der Rohre mit theoretisch
gleichem Durchmesser abweichenden tasse aus, da nämlich der grösste Rohrdurchmesser
das Zusammendrücken steuern würde. So könnte es sich ergeben, daß bei arosser Streuung
der Rohrdurchmesser der Rohrsitz der Platte bei dem Rohr mit kleinstem Durchmesser
nicht genügend beschlagen werden könnte. Zu dessen Vermeidung ist es zu gewähren,
daß die Hülsen mit Innenkegel in Abhängigkeit von dem Rohrdurchmesser unterschiedlichen
VJeg ausführen können.
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Zu diesem Zweck dient der vor die Druckplatte 9 angeordnete elastische
Ring 11. Zwischen dem elastischen Ring und der Hülse mit Innenkegel ist eine Unterlage
10 angeordnet.
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Falls sich nämlich das Beschlagen infolge eines grösseren Rohrdurchmessers
auf irgendeinem Rohr abgeschlossen hat, d.h. sich die Hülse 4 mit Innenkegel nicht
mehr weiter
fortbewegen kann, so wird die Schubkraft von der Deformation
des elastischen Ringes 11 übernommen. Dadurch kann der hydraulische Zylinder die
Druckplatte weiter voranschieben und nun kann sich das Beschlagen auch auf Hen anderen
Rohren abschliessen.
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Nach dem Beschlagen erhält man eine bewegungsfreie feste Verbindung.
Infolge der abweichenden Rohrgrösse, bzw. der Ungleichmässi#keit der Rohre könnte
es vorkommen, daß sich die Druckplatte 9 aus der theoretischen Ebene hinausversetzt,
Die hierbei entstehenden schädlichen Kraftwirkungen können durch die Lagerung der
Leitachse mittels Kugelsitzes beseitigt werden, Die Vorteile der erfindungsgemässen
Vorrichtung lassen sich in folgenden zusammenfassen: - mechanisch kann so eine Verbindung
hergestellt werden, die sowohl die Festigkeits-, als auch die thermotechnischen
Forderungen erfüllt; - die mit speziell ausgebildeten Rohrsitzen versehenen Wärmeaustauscherplatten,
bzw. Hilfsplatten /Abstandringe/, die produktionsmässige, wärmeströmungsmässige
und beständigkeitsmässige Probleme verursachen, sind nicht notwendig; - der erfindungsgemässe
Befestigungsvorgang lässt sich in den automatisierten Produktionsvorgang einfach
einsetzen und so setzt der Übergang auf die Anwendung vom Aluminium die Produktion
nicht herab, Die erfindungsgemässe Vorrichtung beschränkt sich auf die Anwendung
von Wärmeaustauscherplatten aus Aluminium nicht, da sich sie für das Beschlagen
von aus anderen lletallen hergestellten Platten ausgezeichnet eignet.
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So kann sie beispielsweise auch für die Herstellung von Ylärmeaustauschern
aus Rotkupfer benutzt werden, wobei gegenwärtig die Befestigung der Wärmeaustauscherplatten
zu den Rohren durch Rohrausbreitung erfolgt.
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Die erfindungsgemässe# Vorrichtung darf nicht nur zu dem als Beispiel
dargestellten Automat für Kühlblockproduktion angeschlossen zur Anwendung kommen.
Da sich mittels ihr auch dann eine perfekte Verbindung herstellen lässt, wenn der
Durchmesser
des Rohrsitzes den Durchmesser des Tragrohres in dem Masse übersteigt, daß sich
so ein namuelles Aufsetzen der Teile ermöglichen lässt, d.h, sich die Vorrinhtung
auch für das manuelle Aufsetzen ausbilden lässt.