DE3722329C1 - Vorrichtung und Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Sammelrohrabschnitts eines Waermetauscherblocks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur pulvermetallurgischen Her­ stellung eines Sammelrohrabschnittes eines Wärmetauscherblockes und dessen Verbindung mit einer Vielzahl unlösbar daran angeschlossener Profilrohre, sowie ein dazu geeignetes Herstellungsverfahren.

Aus der DE-PS 33 24 915 ist ein Verfahren zur Herstellung eines derar­ tigen Wärmetauscherblockes bekannt. Hierbei werden die Profilrohre in vorgegebene Durchbrüche einer Hohlform gesteckt und letztere mit Sinterpulver gefüllt. Nach dem Sintervorgang bildet dieses einen Wand­ abschnitt des Sammelrohres, wobei die Profilrohre fest und gasdicht mit dem Wandabschnitt verbunden sind.

Nachteilig bei dieser Anordnung wirkt sich aus, daß durch die Hohlform lediglich eine Begrenzungsfläche des zu bildenden Wandabschnittes festgelegt ist. Die Wanddicke ist durch die Schüttmenge vorgegeben, wobei eine Schwierigkeit darin besteht, die Wandstärketoleranzen gering zu halten. Dies wird vor allem durch die enge Anordnung der Vielzahl von Profilrohren erschwert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches zu schaffen, bei der eine unkomlizierte, schnelle und wirtschaftliche Herstellung eines Wärmetauscherblockes ermöglicht wird, wobei gleichzeitig eine genau festgelegte Wandstärke der Sammelrohre erzielbar ist. Ebenso soll ein Verfahren zur Herstellung des Wärmetauscher­ blocks genannt werden.

Gelöst werden diese Aufgaben durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 und 5 aufgeführten Merkmale.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Profilrohre schnell in die entsprechende Position zu bringen und exakt positioniert sind. Die Profilrohre werden dabei auf die Zapfen aufgesteckt und erfahren dadurch eine Stützung von innen, wodurch der in den Hohlraum einzufüllende pulvermetallurgische Werkstoff mit hohem Druck eingefüllt bzw. verdichtet werden kann, ohne daß eine Verformung der Profilrohre zu befürchten ist.

Gleichzeitig ist der Hohlraum in seinen Ausmaßen festgelegt, so daß die Wandstärke des herzustellenden Sammelrohr-Wandabschnittes mit geringen Toleranzen herstellbar ist. Schließlich ist eine schnelle und leichte Öffnung der Vorrichtung und Entnahme des gefertigten Bauteiles ge­ währleistet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ragen die Zapfen bis in die Aussparungen der Halbringe hinein. Hierdurch wird erreicht, daß eine Stützung der Profilrohre von innen im gesamten Bereich des Durchtritts durch den Hohlraum erreicht wird.

In einer weiteren Ausführungsform sind 2 Innenschalen vorgesehen, wobei die Aussparungen der radial inneren Innenschale eine Form und Größe aufweisen, daß die Zapfen, nicht jedoch die Profilrohre, hindurchpas­ sen. Hierdurch läßt sich eine einfache Öffnung der Vorrichtung un­ terstützen und die Profilrohre ragen etwas über den Wandabschnitt hin­ aus, so daß zusätzliche Lötverbindungen zwischen Profilrohr und Wandab­ schnitt vorgenommen werden können.

Vorzugsweise wird der Hohlraum durch ein Spritzverfahren mit sinter­ fähigem Pulver gefüllt, wobei dieses mit Kunststoff ummanteltes Metallpulver ist. Hierdurch wird eine schnelle Füllung und gute Ver­ dichtung des Hohlraumes erreicht.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf der Zeichnung weiter beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Ansicht eines Wärmetauscherblocks,

Fig. 2 eine teilgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Anzahl Halbringe,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht zweier konzentrischer Innenscha­ len,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Halbzylinders,

Fig. 6 eine geschnittene Detailansicht eines Ausschnittes aus Fig. 2.

Ein in Fig. 1 gezeigter Wärmetauscherblock 1 besteht im wesentlichen aus einem Eintrittssammelrohr 2 und einem achsparallelen Austrittssammelrohr 3, die durch eine Viel­ zahl U-förmig gekrümmter Profilrohre miteinander ver­ bunden sind. Im Betrieb strömt ein Fluid vom Eintritts­ sammelrohr 2 durch die Profilrohre 4 bis zum Austritts­ sammelrohr 3. Gleichzeitig wird ein Gasstrom 15 senkrecht zu den Profilrohren 4 geleitet (Kreuz/Gegenstrom), wobei ein Wärmeaustausch zwischen den beiden Fluiden über die Wände der Profilrohre 4 stattfindet. Die Profilrohre 4 können dabei runde, ellipsenartige, oder sonstige strom­ linienförmige Querschnitte aufweisen. Im Abstand von den Sammelrohren 2 und 3 werden die Profilrohre 4 von Abstands­ haltern 16 positioniert.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der eine Anzahl Halbringe 5 nebeneinander auf ein Fundament 14 ange­ ordnet sind. Dabei sind die Halbringe 5 durch Spannvor­ richtungen 8 a und 8 b gegeneinander verspannt und über Ver­ spannvorrichtungen 7 a und 7 b auf dem Fundament 14 festge­ legt. Radial innerhalb der Halbringe 5 sind durch einen hülsenteilartigen Hohlraum 9 beabstandet, zwei konzentrische Innenschalen 10 a und 10 b angeordnet. Radial innerhalb der Innenschale 10 b ist wiederum ein Halbzylinder 12 vorge­ sehen, welcher nicht am Fundament 14 festgelegt ist, sondern nach unten wegziehbar bleibt.

Der Hohlraum 9 ist beidendig über Deckplatten 20 abge­ schlossen, die mittels der Spannvorrichtungen 8 a, 8 b befestigt sind. Darin sind eine oder mehrere Einfüll­ öffnungen 19 vorgesehen, über die der Hohlraum 9 füllbar ist.

Die Halbringe 5 sind - wie in Fig. 3 zu erkennen - mit eine Anzahl Aussparungen 6 versehen, die jeweils an den Trennfugen zweier benachbarter Halbringe 5 vorgesehen sind. Die Aussparungen 6 haben dabei eine Form, die exakt der äußeren Kontur der Profilrohre 4 entspricht, so daß die Profilrohre 4 durch die Aussparungen 6 hindurch­ gesteckt werden können.

Axial fluchtend mit den Aussparungen 6 der Halbringe 5 sind in den Halbschalen 10 a und 10 b ebenfalls Aussparungen 11 a und 11 b vorgesehen. Dabei weisen die in der radial äußeren Halbschale 10 a befindlichen Aussparungen 11 a die gleiche Form und Größe auf, wie die Aussparungen 6, so daß die Profilrohre 4 auch hier durchzustecken sind. Demgegenüber haben die Aussparungen 11 b die Form der Innenkontur der Profilrohre 4, so daß die Innenschale 10 b als Anschlag für die durchgesteckten Profilrohre 4 dient.

Am Halbzylinder 12 sind Zapfen 13 angebracht, die ebenfalls die Form der Innenkontur der Profilrohre 4 aufweisen. Diese Zapfen 13 sind durch die Aussparungen 11 a und 11 b hindurchgesteckt und ragen bis in die Aussparungen 6 der Halbringe 5 hinein. Ein in der Fig. 2 gezeigtes Profil­ rohr 4 ist durch die Aussparung 6 und 11 a hindurchgesteckt, wobei es gleichzeitig in seinem Endabschnitt einen Zapfen 13 umschließt und an der Innenschale 10 b abgestützt ist.

Fig. 4 zeigt die zwei konzentrischen Innenschalen 10 a und 10 b perspektivisch, wobei beide mit einer Anzahl regel­ mäßig verteilter, koaxialer Bohrungen 11 a und 11 b versehen sind.

Fig. 5 zeigt perspektivisch den Halbzylinder 12 mit den befestigten Zapfen 13, wobei diese der Innenkontur der Profilrohre 4 angepaßt sind.

In Fig. 6 ist ein Axialschnitt durch einen Zapfen 13 gezeigt. Dabei sind ober- und unterhalb der Mittellinie 17 verschiedene Ausführungsformen zu sehen. Oberhalb der Mittellinie 17 ist eine Ausführung mit nur einer Innen­ schale 10 b zu sehen, wobei die Profilrohre 4 mit der Innenfläche des in der Hohlform 9 gebildeten Wandabschnittes abschließen. Die Zapfen 13 sind mittels Schweißver­ bindungen 18 mit dem Halbzylinder 12 verbunden. In anderen Ausführungsformen sind andere Verbindungsarten wie Löten, Schrauben, Kleben oder Sintern denkbar.

In der Ausführungsform unterhalb der Mittellinie 17 sind zwei Innenschalen 10 a und 10 b vorgesehen, wobei die Profil, rohre 4 nur durch die radial äußere Innenschale 10 a hindurchragen und sich auf der zweiten Innenschale 10 b abstützen.

Beim Herstellungsverfahren wird ein mit Kunststoff um­ manteltes Metallpulver über die Einfüllöffnungen 19 in den Hohlraum 9 eingeschlämmt, eingerüttelt oder unter hohem Druck eingespritzt. Nachdem eine gewisse Ver­ festigung stattgefunden hat, wird der Halbzylinder 12 mit den befestigten Zapfen 13 nach unten weggezogen. Gleichzeitig werden die Spannvorrichtungen 7 a, 7 b und 8 a, 8 b gelöst. Jetzt läßt sich jeder einzelne Halbring zu­ nächst nach oben wegziehen und anschließend unter elastischer Verformung der Profilrohre 4 ganz entfernen. Bei dem anschließenden Sintervorgang tritt eine gasdichte Verbindung zwischen den Profilrohren 4 und dem gebildeten Wandabschnitt ein.

Die auf diese Weise hergestellten Wandabschnitte mit be­ festigten Profilrohren werden zusammengefügt, wodurch die Sammelrohre 2 und 3 gebildet werden. Die Verbindung kann dabei mittels sintern, löten oder schweißen erfolgen.

Zweckmäßigerweise haben die Wandabschnitte etwa 1/4 der Länge der Sammelrohre 2 bzw. 3, so daß 8 Bauteile zusammen einen Wärmetauscherblock 1 bilden.

Es sei betont, daß die Erfindung für jede denk­ bare Sammelrohrform analog anzuwenden ist. So könnten beispielsweise bei etwa rechteckigem Sammelrohrquer­ schnitt die Innenschalen 10 a, 10 b, die Halbringe 5 und der Halbzylinder 12 in ihrem Mittelabschnitt ebene Form aufweisen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Sammelrohrabschnittes eines Wärmetauscherblocks und dessen Verbindung mit einer Vielzahl unlösbar daran angeschlossener Profilrohre, dadurch gekennzeichnet, daß:

• a) eine Anzahl Halbringe (5) stirnseitig nebeneinander angeordnet sind und diese an den Berührungsflächen Aussparungen (6) aufweisen, die der Außenkontur der Profilrohre (4) angepaßt sind,
• b) die Halbringe (5) durch Spannvorrichtungen (8) zu einer Halbschale zusammengespannt sind,
• c) konzentrisch innerhalb der Halbschale mit Abstand eine oder mehrere halbzylinderförmige Innenschale(n) (10 a, 10 b) vorgesehen sind, die Aussparungen (11 a, 11 b) aufweisen, die wiederum mit den Aussparungen (6) in den Halbringen (5) fluchtend angeordnet sind,
• d) der zwischen der Halbschale und der Innenschale (10 a) gebildete Hohlraum (9) die Negativform eines Wandabschnittes des Sammelrohres (2) darstellt, wobei der Hohlraum (9) über eine oder mehrere Einfüllöffnungen (19) mit sinterfähigem Pulver füllbar ist,
• e) radial innerhalb der Innenschale(n) (10 a, 10 b) ein Halbzylinder (12) vorgesehen ist, an dem Zapfen (13) angebracht sind, welche die Form der Innen­ kontur der Profilrohre (4) aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (13) bis in die Aussparungen (6) der Halbringe (5) hineinragen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Innenschalen (10 a, 10 b) vorgesehen sind, wobei die Aussparungen (11 b) der radial inneren Innenschale (10 b) eine Größe aufweisen, daß die Zapfen (13), nicht jedoch die Profilrohre (4) hindurchpas­ sen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbzylinder (12) nach radial innen entfernbar ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherblocks mit wenigstens einem Sammelrohr und einer Vielzahl unlösbar daran angeschlossener Profilrohre mit Hilfe einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (9) durch Spritzen mit sinterfähigem Pulver gefüllt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als sin­ terfähiges Pulver mit Kunststoff ummanteltes Metallpulver verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Spritzvorgang der Halbzylinder (12) und die Halbringe (5) entfernt werden und das gespritzte Formteil mittels Sinterung ausgehärtet und mit den Profilrohren (4) gasdicht verbunden wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Wandabschnitt des Sammelrohres (2) bildenden gesinterten Formteile zu einem Wärmetauscherblock zusammengefügt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zu­ sammenfügen mittels Sintern, Löten oder Schweißen erfolgt.