DE3610618A1 - Profilroehrchen mit elliptischem oder lanzettfoermigem querschnitt fuer roehrchenwaermetauscher und verfahren zur herstellung - Google Patents
Profilroehrchen mit elliptischem oder lanzettfoermigem querschnitt fuer roehrchenwaermetauscher und verfahren zur herstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Profilröhrchen mit
elliptischem oder lanzettförmigem Querschnitt für Röhr
chenwärmetauscher, hergestellt aus dünnwandigem Blech.
Aus der DE-OS 33 27 660 ist ein Röhrchen dieser Gattung
bekannt, welches durch einen mittig in Richtung der
kleinen Ellipsenachse verlaufenden Quersteg in zwei
Kammern aufgeteilt ist (Zweikammerprofil). Bei aus
dünnwandigem Blech hergestellten Profilröhrchen dient
ein solcher Quersteg sowohl zur Versteifung des Röhrchens,
um eine Ausbeulung der schwach gewölbten Röhrchenwände
zu verhindern als auch einer Erhöhung des Wärmeaustausch
grades. Es hat sich nun gezeigt, daß der Wirkungsgrad
eines Röhrchenwärmetauschers dadurch erhöht werden kann,
daß in der Matrix Profilröhrchen mit besonders schlankem
Lanzettquerschnitt verwendet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein
Profilröhrchen der gattungsgemäßen Art zu schaffen,
welches bei schlanker Kontur in der Lage ist, hohem
Innendruck standzuhalten, einen hohen Wärmeaustausch
grad zuzulassen und dabei auch im Inneren möglichst
geringe Strömungsverluste zu verursachen.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe von einem
gattungsgemäßen Profilröhrchen gelöst, welches wenigstens
zwei in Richtung der kleinen Ellipsenachse den Innenraum
mit Abstand voneinander durchsetzende Querstege aufweist.
Die erfindungsgemäße Unterteilung des Profilröhrchens in
mindestens drei Kammern bringt gegenüber einem Zweikammer
profil eine beträchtliche Verbesserung der Strömungs- und
Wärmetauschbedingungen. Besonders bei Profilröhrchen
größeren Querschnitts für Wärmetauscher großer Abmessun
gen kann aufgrund der Mehrkammerbauweise gleich geringe
Blechstärke verwendet werden wie bei kleinen Profil
röhrchen in Zweikammerbauweise ohne daß dadurch die
Steifigkeit gegen Ausbeulen unzulässig herabgesetzt
würde.
Im weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren
zur Herstellung mit Profilröhrchen mit elliptischem oder
lanzettförmigem Querschnitt für Röhrchenwärmetauscher mit
wenigstens zwei in Richtung der kleinen Ellipsenachse
den Innenraum mit Abstand voneinander durchsetzenden Quer
stegen durch Biegen von endlosem Metallband und nach
folgendes Fügen der freien Kanten. Ein solches Verfahren
ist für ein Zweikammerprofil durch die obengenannte
DE-OS 33 27 660 offenbart.
Ausgehend von dem vorbekannten Herstellungsverfahren ist
es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein für Mehr
kammerprofile geeignetes Verfahren anzugeben, welches
unter Berücksichtigung der zu verarbeitenden sehr ge
ringen Wandstärken sowohl hohe Maßgenauigkeit der her
gestellten Profilröhrchen garantiert als auch im Hin
blick auf die Anzahl der gewünschten Kammern anpassungs
fähig ist und darüber hinaus hohe Ausstoßquoten zuläßt.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch ge
löst, daß zunächst zwei kongruentes Profil aufweisende
Halbzeuge gebogen werden, das etwa die Form eines gleich
schenkligen Dreiecks mit abgerundeter Spitze und mit
einem über die Basis hinaus verlängerten Schenkel auf
weist und diese Halbzeuge dann so aneinander gesetzt
werden, daß die freien Enden der verlängerten Schenkel
jeweils an der Basiskante des anderen Halbzeugs anliegen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die ge
stellten Anforderungen voll erfüllen, und es gewährleistet
darüber hinaus noch geringen vorrichtungstechnischen Auf
wand, da durch den Aufbau aus zwei kongruenten Halbzeugen
erreicht wird, daß nur ein einziges, relativ einfaches
Profil gebogen werden muß.
Eine erfindungsgemäße Weiterbildung dieses Verfahrens be
steht darin, daß zur Herstellung von Profilröhrchen mit
2+n Querstegen zwischen die beiden Halbzeuge n Zwischen
teile mit Rechtwinkel-Z-Kontur und freien Schenkeln zwi
schengefügt werden. Auf diese Weise lassen sich Mehr
kammerlanzettprofile mit maximal zwei unterschiedlich ge
bogenen Profilhalbzeugen aufbauen, wodurch der fertigungs
technische Aufwand niedrig gehalten werden kann.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform des er
findungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Biegen der Halb
zeuge, indem das anfänglich ebene Metallband zunächst
in eine Rechtwinkel-Z-Kontur mit zwei freien Schenkeln
geformt wird und danach der längere der freien Schenkel
bei etwa halber Schenkellänge um mehr als 90° soweit ge
bogen wird, daß seine Endkante an der vom Z-Steg und dem
anderen freien Schenkel gebildeten Basiskante anliegt.
Vorteilhaft ist diese Art der Biegung des Halbzeugs ins
besondere im Hinblick auf die nachträgliche Fügung, da
die zu fügenden Kanten im Bereich ebener bzw. leicht
konvex gewölbter Oberflächen liegen und somit besonders
leicht zugänglich sind.
Alternativ zum vorstehend aufgezeigten Biegen der Halb
zeuge kann nach einer weiteren Ausführungsform der Er
findung ein Halbzeug in der Weise geformt werden, daß
das anfänglich ebene Metallband zunächst zu einem Recht
winkelprofil mit einem die Länge des Querstegs aufweisen
den kürzeren Schenkel und einem längeren Schenkel ge
bogen wird und dann der längere Schenkel um eine Stelle,
die weniger als die halbe Schenkellänge vom Rechtwinkel
scheitel entfernt liegt um mehr als 90° soweit gebogen
wird, bis er an dem freien Ende des kürzeren Schenkels
anliegt. Diese Art der Biegung des Halbzeugs hat den
Vorteil, daß das ebene Blechband Biegungen nur in einer
Richtung unterzogen wird.
Vorzugsweise soll die Entfernung der Biegestelle vom
Rechtwinkelscheitel etwa 1/3 der Schenkellänge des
längeren Schenkels betragen, was zur Folge hat, daß
die Länge der drei Kammern des fertigen Profilröhrchens
jeweils etwa dieselbe ist.
Besonders im Hinblick auf eine durch Schweißung erfolgen
de Fügung der freien Kanten ist es vorteilhaft, wenn
die freien Schenkel der Halbzeuge und der Zwischenteile
nach außen aufgebogene Endkanten aufweisen.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise durch
geführt werden kann, daß die dreieckförmigen Hohlprofile
der beiden Halbzeuge durch Fügen zuerst verschlossen wer
den und dann die Halbzeuge miteinander bzw. unter Zwi
schenfügung von Zwischenteilen gefügt werden, ist es vor
teilhaft, wenn die Fügung jedes Halbzeugs als auch die
Fügung der Halbzeuge miteinander bzw. mit dem Zwischen
teil in demselben Arbeitsgang erfolgt. Dadurch wird die
Herstellung von Endlosprofilröhrchen erleichtert.
Die erfindungsgemäße Profilform und das erfindungsge
mäße Verfahren werden anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 erfindungsgemäße Profilröhrchen
im Matrixverband im Querschnitt,
Fig. 2 zur Fügung aneinandergesetzte Halbzeuge
für ein Profilröhrchen nach Fig. 1 in
einer ersten Ausführungsform,
Fig. 3 zur Fügung aneinandergesetzte Halbzeuge
für das Profilröhrchen nach Fig. 1 in
einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 4 die Biegung eines dünnwandigen Blechs
zum Halbzeug nach Fig. 2,
Fig. 5 die Biegung eines dünnwandigen Blechs
zum Halbzeug nach Fig. 3,
Fig. 6 die Zusammenstellung von fertig gebogenen
Halbzeugen zu einem Profilröhrchen mit
drei Querstegen und
Fig. 7 eine Anordnung entsprechend Fig. 6 in
einer weiteren Ausführungsform.
In Fig. 1 sind drei Profilröhrchen r einer Röhrchenwärme
tauschermatrix in ihrer gestaffelten Anordnung dargestellt,
eines davon im Querschnitt, die anderen beiden nur im
Umriß. Erfindungsgemäß weist das im Querschnitt darge
stellte elliptische Profilröhrchen zwei in Richtung der
kleinen Ellipsenachse k den Innenraum mit Abstand vonein
ander durchsetzende Querstege q auf. Dadurch entstehen
zwei etwa dreieckförmige Hohlräume zu beiden Stirnseiten
eines etwa rechteckförmigen Hohlraums. Aus Fig. 1 ist er
kennbar, daß das dargestellte sogenannte Dreikammerprofil
bereits die Form einer sehr schlanken Ellipse aufweist,
deren Wandpartien entsprechend geringfügig gewölbt sind.
Entsprechend läßt sich mit einem Mehrkammerprofil, wel
ches 2+n Querstege aufweist, eine noch schlankere
Röhrchenkontur darstellen.
Die Darstellung nach Fig. 2 veranschaulicht eine erste
erfindungsgemäße Herstellungsart eines Profilröhrchens
gemäß Fig. 1. Demnach werden durch Biegen von endlosem
Metallband die beiden kongruentes Profil aufweisenden
Halbzeuge 2, 3 geformt, von denen jedes etwa die Form
eines gleichschenkeligen Dreiecks mit abgerundeter Spitze
und mit einem über die Basis 20, 30 hinaus verlängerten
Schenkel 23 bzw. 33 aufweist. Diese Halbzeuge 2, 3 sind
so aneinandergesetzt, daß die freien Enden 22, 32 der
verlängerten Schenkel 23, 33 jeweils an der Basiskante
25, 35 des anderen Halbzeugs anliegen. Die in Fig. 2
noch als offene Spalte dargestellten Stoßstellen an
den Kanten 25, 26, 35, 36 werden durch Schweißung oder
Lötung verschlossen.
Die Biegung der in Fig. 2 dargestellten Halbzeuge 2, 3
erfolgt, wie aus Fig. 4 hervorgeht, in der Weise, daß das
anfänglich ebene Metallband zunächst in eine Rechtwinkel-
Z-Kontur mit den freien Schenkeln 21, 23 geformt wird und
danach der längere der freien Schenkel bei etwa halber
Schenkellänge soweit gebogen wird, daß seine Endkante 24
an der Basiskante 26 anliegt. In voll ausgezogenen Linien
ist die Rechtwinkel-Z-Kontur dargestellt, die Biegung des
längeren Schenkels 21 ist strichliert angedeutet.
Aus den Fig. 3 und 5 ergibt sich eine zweite Herstellungs
art eines elliptischen Profilröhrchens gemäß Fig. 1. Wie
bei der ersten Herstellungsart nach Fig. 2 werden wiederum
zwei kongruentes Profil aufweisende Halbzeuge 2, 3 ge
bogen und so zusammengesetzt, daß das Gesamtprofil des
Röhrchens nach Fig. 1 entsteht. Anders als bei der Her
stellungsart nach Fig. 2 bzw. Fig. 4 wird ein Halbzeug
jedoch in der Weise geformt, daß das anfänglich ebene
Metallband zunächst zu einem Rechtwinkelprofil mit einem
die Länge des Querstegs q des Profilröhrchens aufweisen
den kürzeren Schenkel 20 und einem längeren Schenkel 21
gebogen wird. Der längere Schenkel 21 wird dann um eine
Stelle, die weniger als die halbe Schenkellänge vom Recht
winkelscheitel 25 entfernt liegt, soweit gebogen, bis er
an dem freien Ende des kürzeren Schenkels 20 anstößt.
Die Wanderung der Endkante des längeren Schenkels 21 ist
in Fig. 5 mit einer strichlierten Linie und Pfeil ange
deutet. Vorzugsweise liegt die Stelle, an der der länge
re Schenkel 21 abgebogen wird, etwa bei 1/3 der gesamten
Schenkellänge. Dadurch wird dann beim fertigen Profil
röhrchen die mittlere rechteckige Kammer etwa gleich lang
wie die beiden äußeren dreieckigen Kammern.
In Fig. 6 ist die Herstellung eines elliptischen Profil
röhrchens mit vier Kammern dargestellt. Die Gesamt
kontur dieses Profilröhrchens wird dabei aus zwei oben
beschriebenen kongruenten Halbzeugen 2, 3 und einem Zwi
schenteil 1 gebildet, welches Rechtwinkel-Z-Kontur mit
freien Schenkeln 11, 13 aufweist. Der Z-Steg des Zwi
schenteils 1 ist mit 10 bezeichnet. Die übrigen Bezugs
zeichen sind wie in Fig. 2 gewählt. Das fertige Profil
röhrchen entsteht,wie oben ausgeführt, durch Schweißen
oder Löten der Stoßspalte. Profilröhrchen mit noch größe
rer Länge in Richtung der großen Ellipsenachse g können
dadurch erzeugt werden, daß mehrere Zwischenteile 1 in
analoger Weise zwischen die beiden Halbzeuge 2, 3 einge
setzt werden. Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform
der zur Röhrchenkontur zusammengesetzten Halbzeuge unter
scheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 6 ledig
lich dadurch, daß die zu fügenden freien Schenkel der
Halbzeuge 2, 3 und des Zwischenteils 1 nach außen aufge
bogene Endkanten 27 aufweisen. Eine solche Konturierung
erweist sich als besonders vorteilhaft für die Durch
führung der Schweißverbindungen.
Abschließend sei darauf hingewiesen, daß die Figuren je
weils stark vergrößerte Darstellungen der herzustellen
den Profilröhrchen enthalten. Die Erstreckung der
elliptischen Querschnittskontur beträgt in Richtung der
großen Ellipsenachse etwa 10 mm, in Richtung der kleinen
Ellipsenachse etwa 3 mm und die Wandstärke der verwende
ten Bleche liegt im Bereich zwischen 0,2 und 0,4 mm.
Claims (8)
1. Profilröhrchen mit elliptischem oder lanzettförmigem
Querschnitt für Röhrchenwärmetauscher, hergestellt
aus dünnwandigem Blech, gekennzeichnet durch wenigstens
zwei in Richtung der kleinen Ellipsenachse (k) den
Innenraum mit Abstand voneinander durchsetzenden Quer
stegen (q).
2. Verfahren zur Herstellung von Profilröhrchen mit
elliptischem oder lanzettförmigem Querschnitt für
Röhrchenwärmetauscher mit wenigstens zwei in Rich
tung der kleinen Ellipsenachse den Innenraum mit
Abstand voneinander durchsetzenden Querstegen durch
Biegen von endlosem Metallband und nachfolgendes
Fügen der freien Kanten, dadurch gekennzeichnet,
daß zunächst zwei kongruentes Profil aufweisende Halb
zeuge (2, 3) gebogen werden, das etwa die Form eines
gleichschenkeligen Dreieckes mit abgerundeter Spitze
und mit einem über die Basis hinaus verlängerten
Schenkel (23, 33) aufweist und diese Halbzeuge dann
so aneinandergesetzt werden, daß die freien Enden
(22, 32) der verlängerten Schenkel (23, 33) jeweils
an der Basiskante (25, 35) des anderen Halbzeugs an
liegen.
3. Verfahren zur Herstellung eines Profilröhrchens nach
Anspruch 2 mit 2+n Querstegen, dadurch gekennzeich
net, daß zwischen die beiden Halbzeuge (2, 3) n Zwi
schenteile (1) mit Rechtwinkel-Z-Kontur und freien
Schenkeln (11, 13) zwischengefügt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Biegen der Halbzeuge (2, 3)
erfolgt, indem das anfänglich ebene Metallband zu
nächst in eine Rechtwinkel-Z-Kontur mit zwei freien
Schenkeln (21, 23) geformt wird und danach der länge
re (21) der freien Schenkel bei etwa halber Schenkel
länge um mehr als 90° soweit gebogen wird, daß seine
Endkante (24) an der vom Z-Steg (20, 30) und dem ande
ren freien Schenkel (23, 33) gebildeten Basiskante
(26, 36) anliegt.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Halbzeug in der Weise ge
formt wird, daß das anfänglich ebene Metallband zu
nächst zu einem Rechtwinkelprofil mit einem die Länge
eines Quersteges (q) aufweisenden kürzeren Schenkel
(20) und einem längeren Schenkel (21) gebogen wird
und dann der längere Schenkel um eine Stelle, die
weniger als die halbe Schenkellänge vom Rechtwinkel
scheitel (25) entfernt liegt, soweit gebogen wird, bis
er an dem freien Ende des kürzeren Schenkels (20)
anliegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Entfernung der Biegestelle vom Rechtwinkel
scheitel (25) etwa 1/3 der Schenkellänge beträgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die zu fügenden freien
Schenkel der Halbzeuge und der Zwischenteile nach
außen aufgebogene Endkanten (27) aufweisen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fügung jedes Halbzeugs
(2, 3) als auch die Fügung der Halbzeuge miteinander
bzw. mit dem Zwischenteil (1) in demselben Arbeits
gang erfolgt.
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