DE4343731A1 - Verfahren zum Fügen eines Rohres - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Fügen eines Rohres in einen Lamellenblock gemäß dem Oberbegriff der unab­ hängigen Ansprüche 1 und 5.

Die Verwendung eines ovalen Rohres zum Einfügen in einen Block aus Lamellen ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, abgesehen davon, daß bereits die Herstellung eines Rohres mit ovalem Querschnitt einen erheblichen Aufwand erfordert. So läßt sich ein ovales Rohr, bedingt durch die relativ großen herstellungsbedingten Toleranzen nur sehr schwer in die Durch­ brüche der Lamellen einführen. Aus diesem Grund werden meist aus Kupfer bestehende ovale Rohre für die Herstellung von La­ mellenwärmetauschern verwendet, da diese aufgrund der Weich­ heit und Verformbarkeit des Materials leichter in die Durch­ brüche der Lamellen eingeführt werden können.

Derartige Lamellenwärmetauscher sind Bestandteil vieler Heiz­ geräte, sowohl zur Brauchwassererwärmung als auch zur Heizwas­ sererwärmung. Üblicherweise werden die Rohre mit Lötfolie um­ wickelt, in einen Lamellenblock hineingeschoben und in einem Lötofen mit den Lamellen und mit dem Halterahmen für den La­ mellenblock verlötet. Der Halterahmen kann dabei auch von der Brennkammerwandung gebildet sein. Um einen festen, spielfreien Sitz der Rohre sowie gute Wärmetauscheigenschaften zu errei­ chen, werden die Rohre vor dem Lötvorgang zusätzlich durch Dornung plastisch aufgeweitet. Dieser Aufweitungsprozeß ist technologisch aufwendig und an bestimmte Materialeigenschaften gebunden. Besonders nachteilig ist, daß Rohre aus Edelstahl sich aufgrund ihrer federnden Eigenschaften nicht in hinrei­ chendem Maße aufweiten lassen.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Fügen eines nicht zwangsläufig aus Kupfer bestehenden Rohres in einen Lamellen­ block anzugeben, das sich leicht durchführen läßt.

Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.

Auf diese Weise wird erreicht, daß das aus Edelstahl beste­ hende Rohr vor dem Einführen in den Lamellenblock durch die Umformung auf einen angenähert trochoidförmigen Querschnitt gegenüber dem Querschnitt der Durchbrüche verringert wird und daher leicht in diese eingeschoben werden kann. Danach kann das Rohr in eine dem Querschnitt der Durchbrüche entsprechende Querschnittsform gebracht werden, ohne daß dazu das Rohr ge­ dehnt werden muß. Dadurch sitzt das Rohr relativ fest in dem Lamellenblock und kann sehr einfach mit diesem verlötet wer­ den, um einen guten Wärmeübergang sicherzustellen. Dabei kann das Verlöten sowohl mit einem Lötstab als auch mit einer Löt­ folie erfolgen.

Durch Anspruch 2 ergibt sich der Vorteil, daß ein einfach her­ stellbarer Rohling verwendet werden kann. Die Umformung des runden Querschnitts zu einem angenähert einer Trochoide ent­ sprechenden Querschnitt kann einfach durch Eindrücken des Roh­ res mittels zweier Formwalzen erfolgen.

Die Rohre bestehen vorzugsweise aus Edelstahl. Diese preisgün­ stige Variante ist erst durch das beanspruchte Trochoidverfor­ mungsverfahren beziehungsweise das nebengeordnete Aufschrump­ fungsverfahren möglich, da die Aufweitung der Rohre als Ver­ fahrensschritt entfällt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von zeichnerisch illu­ strierten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Lamellenwärmetauscher in perspektivischer An­ sicht,

Fig. 2 eine Lamelle mit aufgeschobenen Rohren,

Fig. 3 die Lamelle gemäß Fig. 2 in Draufsicht,

Fig. 4 eine zweite Variante einer Lamelle in der Darstel­ lungsweise gemäß Fig. 3,

Fig. 5 einen Horizontalschnitt durch einen Lamellenwärmetau­ scher gemäß Fig. 1 in einer Montagephase und

Fig. 6 bis 9 Querschnitte des Rohres nach verschiedenen Verfahrensschritten des Trochoidverformungsverfahrens.

Ein in Fig. 1 perspektivisch dargestellter Lamellenwärmetau­ scher besteht im wesentlichen aus einem im Horizontalschnitt im wesentlichen rechteckigen Halterahmen 1 mit an gegenüber­ liegenden Seiten angeordneten Durchbrüchen 2 und wärmeträger­ durchflossenen, insbesondere wasserdurchflossenen Rohren 3, die die Durchbrüche 2 durchsetzen und mit Lamellen 4 besetzt sind.

Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Lamellen 4 mit ersten Manschetten 5 zur Anlage an die mit Lötfolie 6 umwickelten Rohre 3 versehen sind. Außerdem weisen die Lamellen 4 Struktu­ rierungen in Form von nach oben beziehungsweise unten aufbau­ chenden brückenartigen Ausbiegungen 7 und 8 auf. Die Ausbie­ gungen 7 und 8 verbessern den Wärmetausch, aber auch die Ela­ stizität der starken Temperaturschwankungen ausgesetzten La­ mellen 4.

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen zwei verschiedene Lamel­ lenausführungen in der gleichen Darstellungsweise. Beide La­ mellen sind mit den ersten Manschetten 5 sowie mit den Ausbie­ gungen 7 und 8 versehen. Gemäß Fig. 4 ist die erste Man­ schette 5 jedoch von mehreren randoffenen Radialschlitzen 9 in einzelne Segmente 10 zerteilt. Die Schlitze 9 sind so tief in das Lamellenblech eingeschnitten, daß die Segmente 10 während einer Erwärmungsphase vor dem Durchschieben der Rohre 3 eine Erweiterung der Einschieböffnung und damit ein leichteres Ein­ schieben der Rohre 3 ermöglichen.

Die Schnittdarstellung gemäß Fig. 5 zeigt eine Montagephase. Die Rohre 3 wurden bereits in die Durchbrüche 2 des Halterah­ mens 1 eingeschoben. Es ist ersichtlich, daß die Durchbrüche 2 mit den ersten Manschetten der Lamellen 4 ähnlichen zweiten Manschetten 11 versehen sind. Dargestellt ist weiterhin eine erste Lamelle 4. Ein Aufschrumpfungsverfahren zur Herstellung eines in den Figuren, zumindest teilweise dargestellten Lamel­ lenwärmetauschers basiert darauf, daß zunächst die Lamellen 4 im Bereich ihrer Manschetten 5 und die Durchbrüche 2 der Hal­ terahmen 1 im Bereich ihrer Manschetten 11 erwärmt werden, wo­ nach die Rohre 3 mit umwickelter Lötfolie 6 aufgeschoben wer­ den und danach die Lötung und ein Aufschrumpfprozeß der La­ melle 4 beziehungsweise des Halterahmens 1 auf die Rohre 3 stattfindet. Ein anschließendes Aufweiten der Rohre 3 ist nicht notwendig, dadurch daß durch das Aufschrumpfen bereits ein fester, wärmetauschintensiver Sitz der Einzelteile er­ reicht wird. Aus diesem Grunde können auch Rohre 3 aus Edel­ stahl, die sich zur Aufweitung nicht eigenen, verwendet wer­ den.

Die andere Variante der Erfindung, nämlich das Trochoidverfor­ mungsverfahren, wird nun anhand der Fig. 6 bis 9, die Quer­ schnitte des Rohres nach verschiedenen Verfahrensschritten zeigen, näher erläutert.

Fig. 6 zeigt ein Rohr 21 mit einem kreisrunden Querschnitt. Diese Rohr 21 wird in einem ersten Verfahrensschritt mittels zweier Formwalzen 22 verformt, so daß das Rohr 21 einen im we­ sentlichen einer Trochoide entsprechenden Querschnitt annimmt (Fig. 7). Dabei können Kerne 23 in das Rohr 21 eingelegt sein, um ein Knicken des Rohres 21 während der Umformung zu vermeiden.

Im zu einem trochoidförmigen Querschnitt verformten Zustand wird das Rohr 21 in einem Lamellenblock 24 eingeschoben, wobei ein Fügespiel 25 eingehalten ist (Fig. 8).

Anschließend wird das Rohr 21 auf einen ovalen Querschnitt, der jenem der Durchbrüche 26 der Lamellen des Lamellenblockes 24 entspricht, gebracht (Fig. 9). Dies erfolgt durch Ein­ schieben eines entsprechend geformten Kernes in das einen an­ genähert trochoidförmigen Querschnitt aufweisende Rohr 21. Das auf einen ovalen Querschnitt gebrachte Rohr 21 kann danach mit den Lamellenkrägen 27 des Lamellenblockes 24 verlötet werden.

Zur Umformung des Rohres auf einen ovalen Querschnitt kann in dieses ein entsprechend geformter Kern eingeschoben werden.

Die erste Umformung des Rohres kann dabei vor oder nach dem Ablängen desselben erfolgen.

Gemäß einer anderen Variante wird die Aufgabe auch durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruchs 5 gelöst. Durch das Aufschrumpfen läßt sich ein sehr fester und gasdich­ ter Sitz der Rohre innerhalb des Lamellenblockes beziehungs­ weise des Wärmetauschers erreichen. Für die Rohre kann jedes geeignete Material verwendet werden, da eine nachträgliche Aufweitung nicht mehr erforderlich ist. Insbesondere können die Rohre auch aus Edelstahl bestehen.

Das Aufschrumpfen erfolgt vorzugsweise dadurch, daß die aufzu­ schrumpfenden Teile an ihren rohrnahen Bereichen erwärmt und die mit Lötfolie umwickelten Rohre eingeschoben werden. Die erwärmten Bereiche, das heißt die Ränder der Durchbrüche, durch die die Rohre hindurchgeschoben werden, weiten sich auf, so daß die Rohteile relativ großzügige Toleranzen aufweisen können. Das Einschieben der Rohre ist sehr leicht und ohne Reibungsprobleme möglich.

Bevorzugt weisen die Lamellen die Rohre eng umschließende er­ ste Manschetten auf. Auch die Brennkammerwandung beziehungs­ weise der Halterahmen kann die Rohre eng umschließende zweite Manschetten aufweisen. Dadurch wird ein flächiges Aufschrump­ fen und Verlöten erreicht. Die ersten und zweiten Manschetten dienen darüber hinaus als Abstandshalter zwischen den aufzu­ schrumpfenden Teilen untereinander.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung sind die ersten und/oder zweiten Manschetten mit im wesentlichen radialen, randoffenen Schlitzen versehen. Auf diese Weise wird die Auf­ schrumpfung noch weiter erleichtert.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend angege­ benen Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Vari­ anten denkbar, die auch bei grundsätzlich anders geartetem Aufbau von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Fügen eines Rohres in einen La­ mellenblock, dessen Lamellen fluchtende und kongruente ovale Durchbrüche, die dem Umfang der Rohre entsprechen, aufweisen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das aus Edelstahl beste­ hende Rohr (21) auf einen im wesentlichen ei­ ner Trochoide entsprechenden Querschnitt ver­ formt, in den Lamellenblock (24) eingeführt und danach auf den ovalen Querschnitt der Durchbrüche (26) der Lamellen verformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Rohr (21) mit an sich be­ kanntem kreisrundem Querschnitt verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rohr (21) durch Walzen (22) auf einen im wesentlichen einer Tro­ choide entsprechenden Querschnitt, gegebenen­ falls in mehreren Schritten, verformt wird, wobei gegebenenfalls ein entsprechend geform­ ter Kern (23) in das zu verformende Rohr (21) eingelegt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung des in den Lamellenblock (24) eingeschobenen Roh­ res (21) auf einen ovalen Querschnitt durch Einschieben eines Kernes in das Rohr (21) er­ folgt.

5. Verfahren zum Fügen eines Rohres in einen La­ mellenblock, dessen Lamellen fluchtende und kongruente ovale Durchbrüche, die dem Umfang der Rohre entsprechen, aufweisen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lamellen (4) und/oder eine den Lamellenblock aufnehmende Brennkam­ merwandung beziehungsweise ein den Lamellen­ block begrenzender Halterahmen (1) auf die Rohre (3) aufgeschrumpft werden beziehungs­ weise wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die aufzuschrumpfenden Teile (4 und/oder 1) an ihren rohrnahen Bereichen er­ wärmt und die mit Lötfolie (6) umwickelten Rohre (3) eingeschoben werden.

7. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (4) die Rohre (3) eng umschließende erste Manschetten (5) aufweisen.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkam­ merwandung beziehungsweise der Halterahmen (1) die Rohre (3) eng umschließende zweite Manschetten (11) aufweist.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 7 und/oder 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die ersten und/oder zweiten Manschetten (5 und/oder 11) mit im wesentlichen radialen, randoffenen Schlitzen (9) versehen sind.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (3) aus Edelstahl bestehen.