DE3622266A1 - Verfahren zur herstellung eines waermetauschers aus aluminium und anwendung des waermetauschers als gusskesselglied - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers aus Aluminium und auf die Anwendung des Wärmetauschers als Gußkesselglied gemäß den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche.

Es ist bekannt, als Werkstoff zur Herstellung von Gußkesselgliedern Grauguß zu verwenden. Die Gußkesselglieder stellen hierbei Hohlkörper dar, die etwa prismatischen Schnitt haben. Der Hohlkörper ist mit einem an der einen Ecke liegenden Wasserzulauf und einem an der diagonal gegenüberliegenden Ecke versehenen Wasserablaufanschluß verbunden. Zu- und Ablaufanschluß sind als das Gußkesselglied durchsetzende Rohrstutzen ausgebildet. Die einzelnen Gußkesselglieder werden aneinandergelegt und durch eine Spanneinrichtung miteinander verbunden. Hierbei liegen sämtliche Vor- und Rücklaufanschlüsse aneinander, gegebenenfalls unter Zwischenlage einer Dichtung, so daß ein gemeinsamer Kesselblock-Rücklauf- und -Vorlaufanschluß entsteht, wobei das Wasser vom einen in den anderen über die hydraulische Parallelschaltung aller Innenräume der Gußkesselglieder strömt. Die Außenwände zweier Gußkesselglieder stehen im Abstand, so daß sich ein oben und unten freier Zwischenraum bildet, durch den jeweils die Rauchgase des den Gußkesselblock beheizenden Brenners durchstreichen. Sowohl an den dem Wasser zugewandten als auch an den den Rauchgaszügen zugewandten Seiten sind die Gußkesselglieder mit Rippen oder Noppen versehen, um einen besseren Wärmeübergang zu ermöglichen.

Die Fertigung dieser Gußkesselglieder aus Grauguß ist relativ kostenaufwendig, das Material selbst hat einen nicht sehr guten Wärmeübergang.

Somit gibt es bereits seit langem Bestrebungen, den thermischen Wirkungsgrad des Wärmeaustauschs zwischen Rauchgas und Wasser zu verbessern. Bislang hat man dies über spezielle Gestaltungen der dem Rauchgas beziehungsweise dem Wasser zugewandten Seiten der Gußkesselglieder zu bewerkstelligen versucht.

Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, einerseits ein preiswertes Herstellungsverfahren für solche Gußkesselglieder anzugeben beziehungsweise den Wärmeübergang zwischen den beiden Medien zu verbessern.

Die Lösung der Aufgabe besteht herstellungstechnisch in den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des ersten Anspruchs und in der Übertragung auf einen Heizkessel in den Merkmalen des Anspruchs vier.

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel anhand der Fig. eins bis drei der Zeichnung näher verdeutlicht.

Es zeigen:

Fig. eins eine Ansicht auf ein fertiges Gußkesselglied,

Fig. zwei die beiden Teile des Gußkesselgliedes vor dem Schweißen und Fig. drei den geschweißten Endzustand.

In allen drei Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

Das in der Fig. eins dargestellte Gußkessel-Mittelglied aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung weist eine Unterseite (1) und eine Oberseite (2) sowie eine Vorderseite (3) und eine Rückseite (4) auf. Das Gußkesselglied bildet etwa quaderförmige Gestalt, wobei es einen hohlen Innenraum (5) aufweist, der, abgesehen von der Wandstärke, bis an sämtliche vier Seiten heranreicht. Weiterhin ist das Kesselglied von zwei Wärmetauscherseiten (6 und 7) begrenzt. Der hohle Innenraum (5) ist mit einem Rücklaufanschlußstutzen (8) und mit einem Vorlaufanschlußstutzen (9) für ein aufzuheizendes Medium, hier insbesondere Wasser, verbunden. Über den einen wird Heizungswasser zugeführt, dem Innenraum (5) zugeleitet und erwärmt, aus diesem über den Vorlaufanschlußstutzen (9) abgeführt.

Die Unterseite (1) ist mit Rippen (10), die Wärmetauscherfläche an den Außenseiten des fertigen Kesselgliedes mit kegelstumpfartigen Nocken (11) versehen, zwischen denen sich geschlängelte Pfade für den Rauchgasstrom eines den Kessel erwärmenden Brenners ausbilden. Auf der den Innenraum begrenzenden Wärmetauschfläche sind mehrere große Stege (12) vorhanden.

Das Herstellungsverfahren dieses Gliedes selbst geht aus den Fig. zwei und drei genauer hervor. Mittels eines Druckgieß- oder Schmiedewerkzeuges werden zwei Hälften (13 und 14), die identisch ausgebildet sind und die - nach Umschlagen - entlang einer Mittelberührungslinie (15) zusammengefügt werden. Diese Linie erstreckt sich auf der Unter-, Über-, Vorder- und Rückseite sowie in Rohrstutzen für Vor- und Rücklaufanschluß sowie den Rippen (10) und den Stegen (12). Diese Berührungslinie (15) wird nun zum Schweißen so vorbereitet, daß sie mit Abschrägungen (16) versehen wird. Diese Abschrägung (16) kann, aber muß nicht im Bereich der Stege (12) vorgesehen sein. Die Abschrägung ist in jeder der Hälften (13 und 14) vorgesehen, und zwar in gleicher Richtung, so daß sich der entstehende Spalt bei einer Aneinanderlage nach außen hin vergrößert. Die zusammengefügten Hälften werden nun in einen luftverdünnten beziehungsweise evakuierten Raum gebracht und mit einem Elektronenstrahl oder Laser-Impuls-Verfahren verschweißt.

Nach Abschluß des Schweißvorgangs ergibt sich das fertige Kesselmittelglied, wie es in der Fig. drei dargestellt ist, das nur noch an den bestehenden Schweißnähten (17) erkennbar ist.

Aus Gründen der Druckfestigkeit ist es notwendig, daß die Schweißnaht (17) durchgeschweißt ist.

Es ist möglich, die beiden Hälften (13 und 14) so auszubilden, daß sie das Schweißgut in Form eines Ansatzes bei der Herstellung mit aufweisen. Es kann aber auch mit extern zugeführtem Schweißmaterial gearbeitet werden.

Es ist auch möglich, in Abweichung des eben beschriebenen Ausführungsbeispiels nicht von identischem Hälftenmaterial auszugehen, sondern die Teilungsfuge entlang der Berührungslinie (15) anders zu legen, so daß demgemäß die den Wasserraum begrenzenden Innenfläche (18 beziehungsweise 19) einer der besten Teilschalen (6 oder 7) so verläuft, daß sie mit der Projektion der Fläche (18 oder 19) zusammenfällt. Das würde bedeuten, daß nur die eine Teilschale die Stege (12) aufweist, während die andere Wärmetauschfläche (18 oder 19) plan wäre. Sind die Stege auf beiden Seiten der Flächen (18 oder 19) vorhanden, können sie einander im Zuge der Berührungslinie (15) berühren, müssen dies aber nicht. Das gleiche gilt bei einseitig angeformten Stegen (12), daß sie nicht die gegenüberliegende Fläche (18 oder 19) berühren müssen.

Durch die Erfindung ergibt sich der besondere Vorteil, daß man bei nahezu gleicher Außenfigurierung des Endproduktes Kesselgußglieder erhält, die aus einfachen Machinenguß- oder Schmiedeteilen durch umschlagendes Zusammenfügen zu einem Hohlglied verarbeitet werden können, ohne daß man die bei Grauguß erforderliche umständliche Formgebung mit verlorenem Kern mit übernehmen muß und daß man andererseits aufgrund der Wahl von Aluminium als Herstellungsmaterial einen sehr viel besseren Wärmeübergang bei gleichzeitiger Reduzierung des Gewichtes erhält.

Falls es sich als zweckmäßig erweist, ist es möglich, an den dem Wasser zugewandten Seiten (18 beziehungsweise 19) Haken (20 und 21) anzubringen, die identisch ausgebildet sein können. Beim Aufeinanderlegen der beiden Hälften gleiten die beiden Haken ineinander und halten die beiden Teile aneinander fest. Hiermit kann einerseits erreicht werden, daß die beiden Hälften beim Schweißvorgang besser aneinander gehalten werden können, zum anderen ist bei auftretenden hohen Drücken im Heizungskreis ein Aufbeulen der Mittelkesselglieder erheblich erschwert.

Für die Fertigung der Kesselendglieder gilt dies analog, hierbei wird eine Hälfte (13 oder 14) mit einer abweichend gestalteten anderen Hälfte zusammengeschweißt.

Als Material für die Kesselglieder eignen sich aluminiumhaltige Druckgußlegierungen nach DIN 1725, insbesondere kupferarme Legierungen des Typs AlSi 10, AlSi 12 und AlSi 10 MG. Die Kupferarmut der Legierung ist wichtig für die Korrosionsbeständigkeit. Falls die Kesselglieder im Schmiedeverfahren hergestellt werden, eignen sich alle aus Korrosionsgründen kupferarmen Knetlegierungen auf Aluminiumbasis. Bevorzugt werden hier die Legierungen des Typs AlMg und AlMgMn verwendet.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen eines Wärmeaustauschers aus einer Aluminiumlegierung im Druckgußverfahren, wobei, ausgehend von einen Hohlraum begrenzenden Teilschalen, diese aneinandergelegt und anschließend verschweißt werden.

2. Verfahren nach Anspruch eins, bei dem die Teilschalen im luftverdünnten Raum mittels eines Elektronenstrahls oder Laser-Impuls-Verfahrens verschweißt werden.

3. Verfahren nach Anspruch eins oder zwei, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial untereinander gleiche Teilschalen in Form von Hälften verwendet werden.

4. Die Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche eins bis drei für Gußkesselglieder in der Heizungstechnik.

5. Gußkesselglied nach Anspruch vier, dadurch gekennzeichnet, daß auf den den Wasserraum (5) begrenzenden Seiten (18, 19) Haken (20) vorgesehen sind.