DE4421136A1 - Verfahren zum Fügen eines Rohres in einen Lamellenblock - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Fügen eines Rohres in einen Lamellenblock gemäß den Oberbe­ griffen der unabhängigen Patentansprüche.

Solche Verfahren sind Gegenstand der älteren Patentanmeldung P 43 43 731.1. Bei der Umsetzung des Verfahrens in die ferti­ gungstechnische Praxis hat sich gezeigt, daß das Verfahren ge­ mäß der älteren Anmeldung zwar durchaus funktioniert, daß es aber Möglichkeiten gibt, auch mit anderen Verformungsarten des Edelstahlrohres in gleicher Weise zum Ziel zu kommen bezie­ hungsweise daß das Verfahren bezüglich seiner Durchführung noch vereinfacht werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das Verfahren gemäß dem älteren Patent zu verbessern und zu vereinfachen.

Die Lösung der Aufgabe liegt erfindungsgemäß in den Merkmalen der unabhängigen Verfahrensansprüche.

Hierdurch erzielt man den Vorteil der einfacheren Gestaltung des verformten Querschnittes des Edelstahlrohres mit einem einfachen Werkzeug, bevor es in die Lamellen eingeschoben wird. Hieran schließt sich die Zurückverformungsverfahrens­ stufe an, um den fertigen Wärmetauscher zu erhalten.

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbil­ dungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patent­ ansprüche.

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.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß das aus Edelstahl be­ stehende Rohr vor dem Einführen in den Lamellenblock durch die Umformung auf einen mit einer oder zwei nach innen verformter Dellen versehenen Querschnitt gegenüber dem Querschnitt der Durchbrüche verringert wird und daher leicht in diese einge­ schoben werden kann.

Danach kann das Rohr in eine dem Querschnitt der Durchbrüche entsprechende Querschnittsform gebracht werden, ohne daß dazu das Rohr gedehnt werden muß. Dadurch sitzt das Rohr relativ fest in dem Lamellenblock und kann sehr einfach mit diesem verlötet werden, um einen guten Wärmeübergang sicherzustellen. Dabei kann das Verlöten sowohl mit einem Lötstab als auch mit einer Lötfolie erfolgen.

Im folgenden werden anhand der Fig. 1 bis 12 der Zeichnun­ gen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung 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,

Fig. 6 den Ausgangsquerschnitt des unverformten Edelstahlroh­ res,

Fig. 7 das Werkzeug, mit dem die Verformung durchgeführt wird,

Fig. 8 das eingeschobene noch verformte Rohr in einem Durch­ bruch einer Lamelle,

Fig. 9 den Endzustand nach dem Rückverformen und die

Fig. 10 bis 12 eine Variante der Erfindung mit den gleichen Verfahrensschritten wie denen nach Fig. 7 bis 9.

In allen Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

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. Die Rohre 3 mit den Lamellen 4 bilden einen Lamellen­ block 38.

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.

Aus der Fig. 6 geht der kreisrunde Ausgangsquerschnitts des unverformten zylindrischen Edelstahlrohres 21. Diese Rohre werden lediglich auf Länge geschnitten. Sie werden dann mit einem stempelartigen Werkzeug 22 auf einen Querschnitt ver­ formt, der kleiner als der Durchlaßquerschnitt 23 des ovalen Durchbruchs 24 in der Lamelle 25 ist. Das stempelartige Werk­ zeug besteht aus einer Matrize 26 und dem eigentlichen Stempel 27, wobei Stangen 28 eingelegt werden, und zwar in den Innen­ raum 29 des Rohres 21. Beim Niederfahren des Stempels 27 auf die Matrize 26 verformt sich das Rohr 21 in der in der Fig. 7 dargestellten Weise. Bedingt durch die eingelegten Stäbe 28 ist der Erhalt der Formkontur an den stark gekrümmten Berei­ chen des Ovals sichergestellt.

Die einzelnen Rohrteile werden nach Hochfahren des Stempels 27 aus dem stempelartigen Werkzeug 22 seitlich herausgezogen und die Einlagen 28 entfernt. Danach kann das Rohr gemäß Fig. 8 in den Durchbruch 24 mit Spiel eingeschoben werden. Fig. 9 zeigt den Endzustand des in der Lamelle 25 befestigten Rohres 21 nach dem Rückverformen, wobei das Rückverformen durch Auf­ weiten der im stempelartigen Werkzeug eingezogenen Delle 30 geschieht. Die Delle ist Teil einer entsprechenden Formgebung der Matrize 26 in Form einer Erhebung 31. Diese Delle kann einseitig an der breiten Stelle des Ovals des verformten Roh­ res gelegen sein, sie kann auch beidseitig an gegenüberliegen­ den wenig gekrümmten Seiten 32, 33 des Ovalrohres vorgesehen sein. Die Lamellen können die Öffnungen 24 beziehungsweise die freien Querschnitte 23 mit einem umgelegten Kragen 34 begren­ zen, der sich an die Außenwandung des Ovalrohres anlegt.

Die Fig. 10 bis 12 zeigen eine Alternative zum eben ge­ schilderten Verfahren, bei dem das stempelartige Werkzeug 22 so ausgestaltet ist, daß zwei gegeneinander versetzte Erhebun­ gen 32 sowohl am Stempel wie auch an der Matrize vorgesehen sind. Dies führt zu je einer Eindellung an jeder der beiden wenig gekrümmten gegenüberliegenden Seiten des Rohres 24. Die Einlagen 28 können bei diesem Verfahren einen ovalen Quer­ schnitt aufweisen. Hierbei ist es dann sinnvoll, die weniger gekrümmte Seite des Ovals der Einlagen 28 zu den einander zu­ gewandten Oberflächen 35 und 36 von Stempel und Matrize auszu­ richten. Die Fig. 10 zeigt hier das stempelartige Werkzeug nach Beendigung der Erstverformung des Rohres 21 zum einge­ dellten Querschnitt, die Fig. 11 das so eingelegte Rohr 21 in den Durchbruch der mit einem umlaufenden Kragen 37 versehenen Lamelle und die Fig. 12 das wieder aufgeweitete Edelstahlrohr im Endzustand festsitzend in der Lamelle 25.

Claims (8)

1. Verfahren zum Fügen eines Rohres (3, 21) in einen Lamellenblock (38), dessen Lamellen (25) fluchtende und kongruente ovale Durch­ brüche (24), die dem Umfang der Rohre (21) entsprechen, aufweisen, entsprechend den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprü­ che des Patentes 4 343 731, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das aus Edelstahl bestehende Rohr (21) mit einer Delle (33) versehen wird, in den Lamellenblock (38) eingeführt und da­ nach auf den ovalen Querschnitt der Durchbrü­ che (24) der Lamellen (25) verformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rohr (21) auf gegenüberlie­ genden weniger gekrümmten Flächen (32, 33) mit je einer Delle (31) versehen wird.

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

4. 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 (28) in das zu verformende Rohr (21) eingelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rohr (21) mittels eines Stempelwerkzeuges (35, 36) eingedrückt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung des in den Lamellenblock eingeschobenen Rohres (21) auf einen ovalen Querschnitt durch Ein­ schieben eines Kernes in das Rohr (21) er­ folgt.

7. Verfahren zum Fügen eines Rohres (21) in einen Lamellenblock (38), dessen Lamellen (25) fluchtende und kongruente ovale Durch­ brüche (24), die dem Umfang der Rohre (21) entsprechen, aufweisen, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lamellen (4) und/oder eine den Lamellenblock (38) aufnehmende Brennkammer­ wandung beziehungsweise ein den Lamellenblock begrenzender Halterahmen (1) auf die Rohre (3) aufgeschrumpft werden beziehungsweise wird.

8. 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 (21) eingeschoben werden.