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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft eine Rohrverrippungsmaschine gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Montieren von Flächenvergrößerungselementen
(Rippen) an einem oder mehreren Rohren unter Verwendung einer Maschine
gemäß Anspruch
2, und insbesondere eine Maschine, die geeignet ist, mehrere Flächenvergrößerungselemente
(oder Rippen) an einem oder mehreren Rohren gleichzeitig anzubringen,
wobei das montierte verrippte Rohr für Wärmeaustauschanwendungen geeignet
ist. In einem Aspekt ist die vorliegende Erfindung eine Verbesserung
einer Maschine wie beispielsweise derjenigen, die in der Patentanmeldung
WO96/35093 offenbart ist.
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STAND DER
TECHNIK
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In
vielen Fällen
ist es erforderlich, ein Arbeitsfluid zu kühlen, und für diesen Zweck ist die Anwendung
eines Wärmetauschers
bekannt. Wärmetauscher
umfassen oft ein oder mehrere Metallrohre, die zwischen zwei Rohrplatten
aufgehängt
sind. Das zu kühlende
Arbeitsfluid, bei dem es sich beispielsweise um Wasser oder Öl handeln
kann, fließt
durch die Rohre, während
das Kühlmittel
um die und zwischen den Rohren strömt, wobei das Arbeitsfluid
seine latente Wärme
an die Rohre und damit an das Kühlmittel
abgibt.
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Die
Wirkfläche
eines Rohrs kann vergrößert werden,
um damit die Wärmeübertragung
zu vergrößern, beispielsweise
durch Hinzufügen
eines oder mehrerer ringförmiger
Flächenvergrößerungselemente
oder Rippen, die in Wärmekontakt
mit der Außenfläche des
Rohrs stehen. Solche verrippten Rohre sind besonders nützlich,
wenn das Kühlmittel
eine niedrige Viskosität
aufweist und wenn das Kühlmittel ein
Gas ist, wie beispielsweise Luft.
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Wenn
die Rohre den Innendruck des zu kühlenden Fluids aushalten müssen, darf
die Hinzufügung
der Rippen die Berstfestigkeit des Rohrs nicht verringern oder signifikant
verringern. Wenn die Rippen die Wärmeübertragung erhöhen sollen,
dürfen sie
den Kühlmittelfluss
nicht signifikant hemmen und sollten vorzugsweise eine turbulente
Kühlmittelströmung begünstigen.
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Die
für Wärmetauscher
zu verwendenden Rohre müssen
gewisse Normen erfüllen
(in Großbritannien
beispielsweise den British Standard 2871 Part 3), wobei diese Normen
auch für
jene Rohre relevant sind, die mittels Extrusion geformt sind, um ganz
bestimmte innere Ausformungen zu schaffen, die so ausgewählt sind,
dass sie die innere turbulente Strömung begünstigen, also eine laminare
oder stratifizierte Strömung
des zu kühlenden
Arbeitsfluids vermeiden; es ist wünschenswert, dass die Rohrverrippung
diese Normvorgaben nicht beeinträchtigt, beispielsweise
was die Rohrwanddicke und damit die Festigkeit betrifft, oder die
Rohrgleichförmigkeit
und den Rippenverbund und damit die Wärmeübertragung auf die Rippen.
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Die
Rippen müssen
so auf dem Rohr positioniert sein, dass eine maximale Wärmeübertragung auf
das Kühlmittel
begünstigt
wird, die nicht stattfindet, wenn die Rippenabstände unregelmäßig sind oder
wenn die Rippenwinkel unregelmäßig sind
(mit einer ringförmigen
Lücke variierender
axialer Länge zwischen
benachbarten Rippen).
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Wenn
die Rohrwände
verdünnt
werden müssen,
um die Rippen aufzunehmen, können
ein oder mehrere der Rohre im Betrieb bersten und müssen verschlossen
werden; wenn die Rippen unregelmäßig beabstandet
und/oder angewinkelt sind, verringert sich die Leistungsfähigkeit
des Wärmetauschers.
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Es
ist ein bekanntes Designkriterium bei der Konstruktion einer Matrix
oder einer Anordnung verrippter Rohre für einen Wärmetauscher, die Rohre möglichst
eng aneinander anzuordnen (um die Größe des Wärmetauschers zu reduzieren)
und eine maximale Fläche
für die
Wärmeübertragung
zwischen Arbeitsfluid und Kühlmittel
zur Verfügung
zu haben (um den möglichen
Wärmetransfer
zu maximieren). Bei der Verwendung von Rohren, die mit den bekannten
ringförmigen
Rippen in einer solchen Anordnung versehen sind, sind die Abstände zwischen
den Rohren durch den Außendurchmesser
der Rippe(n) begrenzt; wenn – wie üblich – die Rippen
kreisförmige äußere Peripherien
haben, gibt es Bereiche zwischen benachbarten Rohren, die keinen
Beitrag zur Wärmeübertragung
leisten, folglich sind ein Verrippungsverfahren und eine Maschine
wünschenswert, die
eine Anbringung von Rippen erlauben, welche diese Bereiche zu nutzen
vermögen.
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Die
Leistungsfähigkeit
eines Wärmetauschers
ist teilweise von der Anzahl der an einem Rohr befestigten Rippen
abhängig,
und von der Gesamtzahl von Rippen, also von der gesamten für die Wärmeübertragung
verfügbaren
Flächenvergrößerung sowie
von der Positionierung und Stellung dieser Rippen.
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Beim
Versuch, den Nachteil der ungenutzten Wärmeaustauschfläche, bedingt
durch die Verwendung von Rippen mit kreisförmigem Außenumfang, zu beheben, wurden
die einzelnen Rippen benachbarter Rohre durch axial beabstandete "Gemeinschaftsrippen" ersetzt, d.h. Rippen,
die in mehrere Rohre eingreifen (und diese verbinden). In der Regel hat
eine Gemeinschaftsrippe die Form einer vergrößerten Platte mit mehreren Öffnungen, wobei die Öffnungen
so ausgeführt
sind, dass sie ein zugehöriges Rohr
aufnehmen, und wobei die plattenförmige Gemeinschaftsrippe in
gleichzeitigem Thermokontakt mit mehreren Rohren steht und geeignet
ist, die Wärme
von allen Rohren über
die gesamte dazwischen liegende Fläche zu übertragen. Eine Rohranordnung, an
der eine Mehrzahl von Gemeinschaftsrippen mit mehreren Öffnungen
montiert ist, wird hier als "Rippenblock" bezeichnet, während die
Bezeichnung hierfür
in anderen Dokumenten vielfach auch "Spulenblock" oder "Blockrippe" lautet.
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Es
versteht sich, dass in einem Rippenblock jede Rippe kontinuierlich
zwischen und rund um jedes Rohr im Block verlaufen kann, so dass
ein Minimum der Wärmeübertragungsfläche verschwendet wird.
Es versteht sich des weiteren, dass die Rohre in den einzelnen Blöcken in
Relation zu den anderen Rohren dieses Blocks mittels der vormontierten,
plattenartigen Gemeinschaftsrippen fixiert sind.
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Ein
bekannter weiterer Vorteil solcher zusammengesetzter Rippenblöcke liegt
in der relativen Leichtigkeit des Einbaus in einen Wärmetauscher. Bei
einem Wärmetauscher,
der beispielsweise zweihundert getrennte verrippte Rohre benötigt, muss
jedes der zweihundert Rohre an beiden Rohrplatten befestigt werden,
und möglicherweise
auch an getrennten Stützplatten,
wie sie möglicherweise
für längere Rohre
benötigt
werden. Wenn aber Rippenblöcke
mit je zwanzig Rohren gefertigt werden, müssen nur zehn solcher Blöcke bearbeitet
und befestigt werden.
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In
einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines Rippenblocks wird
ein Stapel Gemeinschaftsrippen so angeordnet, dass benachbarte Rippen
axial voneinander in einer Distanz beabstandet sind, die den Ansprüchen des
jeweiligen Wärmetauschers
gerecht wird; jede Gemeinschaftsrippe besitzt mehrere Öffnungen,
wobei das Öffnungsmuster
der benötigten
Rohranordnung entspricht. Die Öffnungen sind
etwas größer als
der Außendurchmesser
der Rohre, und die Gemeinschaftsrippen werden so gehalten, dass
ihre jeweiligen Öffnungen
ausgerichtet sind. Die Rohre werden dann einzeln durch die Öffnungen
geführt,
und sobald sie positioniert sind, wird durch jedes Rohr eine "Kugel" gezogen, um die
Rohrwand in mechanischen Kontakt mit den jeweiligen Rippenöffnungen
zu bringen. Ein Verfahren dieses allgemeinen Typs ist in U.S.-Patent
Nr. 3,889,745 offenbart.
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Dieses
Verfahren ist nicht für
extrudierte Rohre mit Innenformationen geeignet (z. B. zur Förderung
einer turbulenten Strömung
der zu kühlenden Flüssigkeit),
weil durch solche Rohre keine Kugel gezogen werden kann.
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Ein
weiterer Nachteil dieser bekannten Kugelzugmethode liegt darin,
dass die Wanddicke der Rohre durch die Notwendigkeit des Streckens
der Wand durch die Kugelzugmethode eingeschränkt ist, so dass dünnerwandige
Rohre verwendet werden müssen
als dies möglicherweise
wünschenswert
ist. Beispielsweise ist es in der Praxis bei einem Rohr aus rostfreiem
Stahl mit einem Außendurchmesser von
19,05 mm (0,75 Inch) selten der Fall, dass ein Rohr kugelgezogen
wird, das dicker als 22 Gauge ("Standard
Wire Gauge") ist.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass der Kugelzugvorgang die
Rohre belastet und deren Korngefüge ändern kann.
Die Spannung wird in der Regel durch Hitzebehandlung nicht entfernt,
weil die Hitzebehandlung auch die Rippen erweichen und den Thermokontakt
zwischen Rippen und Rohren verringern würde. Das heißt, die
vom Kugelzugvorgang eingeführte
Spannung bleibt typischerweise im Rohr und damit im Wärmetauscher
als unerwünschte
Nebenwirkung dieses Produktionsverfahrens. Ein weiterer Nachteil
besteht darin, dass die Materialspezifikation der Rohre durch den
Kugelzugvorgang verändert
werden kann; wenn beispielsweise der Benutzer des Wärmetauschers
die Verwendung getemperter Rohre vorschreibt, kann das Kugelzugverfahren
in einigen Fällen
das getemperte Material in einen nicht-getemperten, gehärteten Zustand
verändern.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass das Rohr aus verformbarem
Material bestehen muss, wodurch die Auswahl nutzbarer Materialien eingeschränkt wird.
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Das
Kugelziehen kann zudem eine nicht-parallele Verrippung nach sich
ziehen. Wenn die Kugel durch das Rohr gezogen wird, kann die Rohrwand eine
abgewinkelte "Front" bilden, die sich
unmittelbar vor der Kugel als "Welle" das Rohr abwärts bewegt; benachbarte
Rippen, die der "Welle" ausgesetzt sind, werden
wahrscheinlich das Rohr entlang bewegt oder nehmen unterschiedliche
Winkel im Verhältnis zum
Rohr ein, was gelegentlich zur Folge hat, dass Teile benachbarter
Rippen sich berühren
und andere Teil weiter auseinander liegen als dies beabsichtigt ist.
Die von der Kugel verursachte Ausdehnung ist so geartet, dass sobald
die Kugel eine Rippe passiert hat, die Position der Rippe nachträglich nicht
korrigiert oder geändert
werden kann.
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Wenn
es während
der Rohrverrippung zu "Wellenbildungen" kommt, muss die
Kugel in der Regel dennoch vollständig durchgezogen werden, damit
sie wiederverwendet werden kann, auch wenn der Hersteller erkennt,
dass das resultierende verrippte Rohr wahrscheinlich als ungeeignet
für den Wärmetauschergebrauch
abgewiesen wird. Und wenn ein Rohrsatz verrippt wird, während sich
dieser in Position in einer Wärmetauscheranordnung
befindet, können
allfällige
Rippenversetzungen, die an den inneren und damit unsichtbaren Rohren
stattfinden, nicht beobachtet werden, so dass der resultierende
Verlust an Wärmetauscherleistung
möglicherweise
erst festgestellt wird, wenn der Wärmetauscher in Betrieb ist.
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In
U.S.-Patent Nr. 3,733,673 wird eine Maschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 zur Anbringung mehrerer Rippen an einem oder zwei Rohren gleichzeitig
offenbart. Die Rippen sind in einer Kassette angeordnet und an ihren
Ober- und Unterkanten befestigt. Jede Rippe besitzt eine Anzahl von Öffnungen,
die so dimensioniert und geformt sind, dass sie gut zur Außenperipherie
der daran zu befestigenden Rohre passen. Die Maschine wird pneumatisch
betätigt
und kann ein oder zwei Rohre gleichzeitig durch die ausgerichteten Öffnungen
in den Rippen treiben. Nach Einführung
der Rippe oder Rippen kann die Maschine anschließend dazu benützt werden,
ein oder zwei weitere Rohre in die jeweiligen Öffnungen der Rippen einzuführen, bis
alle Rohre darin eingeführt
sind.
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Es
ist ein Nachteil dieser Maschine, dass die Kassette nur beschränkten Halt
für die
Rippen bietet und die Rippen deshalb ausreichend steif sein müssen, um
der Einführung
der Rohre unverformt standzuhalten. Anderseits ist es wünschenswert,
dass zwischen den Rohren und den Rippen ein ausreichender Eingriff
vorhanden ist, um eine gute Wärmeübertragung
zwischen den beiden zu gewährleisten,
und es ist auch wünschenswert,
dass die Rippen so dünn wie
möglich
sind, um das Gewicht des zusammengestellten Rippenblocks zu reduzieren
und ebenfalls die Wärmeübertragung
zu maximieren. Es bedarf mithin eines Kompromisses zwischen der
Reduzierung der Dicke der Rippen zur Maximierung der Wärmeübertragung
und der Erhöhung
der Rippendicke zur Gewährleistung,
dass die Rippen nicht verformt werden, wenn die Rohre durchgedrückt werden.
Ein weiterer Kompromiss ist vonnöten
zwischen der Anordnung der Rippen für einen festen Sitz auf den
Rohren (um die Wärmeübertragung
zwischen diesen zu maximieren) und der Anordnung der Rippen in lockerem
Sitz auf den Rohren, so dass die Rohre leichter und bei geringerer
Verformungswahrscheinlichkeit der Rippen durch diese bewegt werden
können.
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Es
ist ein weiterer Nachteil dieser Maschine, dass immer nur zwei Rohre
gleichzeitig in die Rippen eingeführt werden können, so
dass die Herstellung eines großen
Rippenblocks einen beträchtlichen Zeitaufwand
bedeutet. Die Bereitstellung von maximal zwei Rohren ist in gewissem
Ausmaß auf
die Maximalleistung der Maschine zurück zu führen, doch höhere Relevanz
kommt dem praktischen Nachteil zu, dass beim gleichzeitigen Einführen von
mehr Rohren die Wahrscheinlichkeit einer Verformung von Rippen steigt.
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Eine
Maschine zur Herstellung von Rippenblöcken (die aber auch für die Anbringung
einzelner Rippen an einzelnen Rohren geeignet wäre) ist in WO96/35093 offenbart.
Diese Maschine verwendet einen Linearmotor, um eine Rippe (oder
Gemeinschaftsrippe) auf ein oder mehrere Rohre zu treiben. In einem
Alternativverfahren zur Verwendung der Maschine kann eine erste
Rippe auf das Ende der Rohre und eine zweite Rippe in Eingriff damit
getrieben werden, wobei beide Rippen hintereinander die Rohre entlang
zu ihren vorbestimmten Positionen getrieben werden. Es wird akzeptiert,
dass die Halsringe der zwei Rippen sich unter diesen Umständen verbinden,
und es ist notwendig, dass die Maschine über ausreichend Kraft verfügt, um solche
miteinander verbundenen Rippen voranzutreiben.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung hat die Absicht, die oben beschriebenen Maschinen
nach dem Stand der Technik zu verbessern und die damit verbundenen
Nachteile zu reduzieren oder zu vermeiden.
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Gemäß der Erfindung
wird eine Rohrverrippungsmaschine zum Montieren von Flächenvergrößerungselementen
oder Rippen auf einem oder mehreren Rohren geschaffen, wobei die
Maschine ein Unterteil, ein in Relation zum Unterteil bewegliches Trägermittel,
ein Antriebsmittel zum Bewegen des Trägermittels in einer Längsrichtung
und ein Kassettenmittel zum Anordnen einer Mehrzahl von Flächenvergrößerungselementen,
wobei das Kassettenmittel jeweilige Stützmittel für jedes Flächenvergrößerungselement aufweist und
wenigstens einige der Stützmittel
relativ zu der Kassette beweglich sind. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
werden in den abhängigen
Ansprüchen
dargestellt.
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Die
Maschine gemäß der Erfindung
unterscheidet sich von jener in U.S.-Patent Nr. 3,733,673 dadurch,
dass die Rippen geeignet sind, sich auf dem Rohr zu "verschachteln". Es ist demgemäß bekannt, dass
die Rippen mit Halsringen um die rohraufnehmenden Öffnungen
versehen sind, wobei ein Zweck dieser Halsringe darin besteht, die
Kontaktfläche
zwischen dem Rohr und der Rippe zu vergrößern. In zahlreichen Anwendungen
ist es jedoch wünschenswert,
dass die Rippen ausreichend eng beabstandet sind, dass der Halsring
einer Rippe in den Halsring der angrenzenden Rippe eingreifen kann.
Wenn die Rippen zusammengedrückt
werden, können
sich die Halsringe ineinander verriegeln und damit die Rippen zusätzlich in
ihrer Position auf dem Rohr sichern. Wenn die Rippen jedoch während des
Verrippungsvorgangs in Relation zu dem Rohr/den Rohren bewegt werden
sollen, ist es nicht erwünscht,
dass sich die Halsringe verriegeln, da dies den Reibungswiderstand
gegen die Bewegung erhöht,
weswegen die Rippen absichtlich von der Kassette auseinander gehalten
werden. Mit einer Maschine gemäß der Erfindung
kann jede Rippe auf eine bestimmte Position auf dem Rohr/den Rohren
bewegt werden, unabhängig
davon, ob die Rippen Halsringe besitzen und ob diese Halsringe sich
ineinander verriegeln sollen oder nicht. Vorzugsweise erstreckt
sich jedes Stützmittel über einen
erheblichen Teil des Flächenvergrößerungselements.
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Vorzugsweise
liegt die Peripherie der Rippen innerhalb der Peripherie des Stützmittels,
so dass das Stützmittel
im Wesentlichen die gesamte Rippe stützen kann. In einer derartigen
Anordnung ist es jedoch erforderlich, dass das Stützmittel
so mit Öffnungen
versehen ist, dass das Rohr/die Rohre durchgehen können. Es
ist wünschenswert,
dass das Stützmittel
keine Verbindung mit dem Rohr/den Rohren eingeht, wohingegen wünschenswert
ist, dass die Rippen sehr wohl eine Verbindung mit dem Rohr/den Rohren
eingehen.
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Vorzugsweise
sind wenigstens einige der Stützmittel
in Relation zu dem Kassettenmittel in Längsrichtung beweglich. In einer
derartigen Anordnung kann das Stützmittel
während
dem Laden der Rippen in die Kassette relativ weit beabstandete Positionen
einnehmen und eng beabstandete Positionen während der Befestigung der Rippen
auf dem Rohr/den Rohren. Die eng beabstandeten Positionen können den
erwünschten
Abständen
zwischen den Rippen auf dem Rohr entsprechen.
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Vorzugsweise
werden die Stützmittel
von elastischen Vorspannmitteln auseinander gedrückt. Eine derartige Anordnung
bringt es mit sich, dass die Stützmittel
vor dem Laden der Rippen in die Kassette automatisch ihre weit beabstandeten
Positionen einnehmen. Die Stützmittel
können
im Verrippungsverfahren (möglicherweise
von dem Trägermittel)
in ihre eng beabstandeten Positionen gedrückt werden.
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In
Anordnungen, in denen die Stützmittel
mit Öffnungen
versehen sind, durch die das/die Rohr(e) geführt werden kann/können, sind
die Stützmittel
vorzugsweise in getrennten Teilen ausgebildet, so dass sie von den
Rippen getrennt werden können,
nachdem die Rippen an den Rohren angebracht sind. Auf jeden Fall
muss die Kassette (und das davon getragene Stützmittel) in der Lage sein,
sich nach Anbringung der Rippen im Verhältnis zur Längsachse der Rohre seitlich
zu bewegen, da die Anwesenheit der Rippen einen Längsrückzug der
Kassette verhindert. Vorzugsweise ist die Kassette vom verrippten Rohr/von
den verrippten Rohren trennbar, während das Rohr/die Rohre durch
die Klemmmittel festgeklemmt bleibt, so dass z. B. die Kassette
mit Rippen neu befüllt
werden kann, um anschließend
auf dem Rohr/den Rohren platziert zu werden. Alternativ dazu müssen die
Rohre vom Klemmmittel entfernt werden, bevor die Kassette vom verrippten
Rohr getrennt werden kann, wobei die Anordnung so erfolgt, dass aufeinander
folgende Kassetten verwendet werden können, wenn am Rohr/an den Rohren
eine große Zahl
von Rippen angebracht werden soll.
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Wenn
das Kassettenmittel ein bewegliches Stützmittel besitzt, kann das
Stützmittel
wünschenswerter
Weise Abstandsmittel aufweisen. Der Zweck des Abstandsmittels besteht
darin, die Mindesttrennung zwischen benachbarten Stützmitteln
zu definieren, und solche können
in Anwendungen wünschenswert
sein, die Rippen mit Halsringen verwenden. So kann das Abstandsmittel
bei Bedarf sicherstellen, dass das Stützmittel (und damit die angebrachten
Rippen) um eine Distanz beabstandet sind, die größer ist als die Länge der
Halsringe, so dass das Stützmittel
von der Stelle zwischen den angebrachten Rippen entfernt werden
kann, ohne die Halsringe zu beeinträchtigen. Alternativanordnungen sind
möglich,
bei denen die Halsringe während
der Rippenbefestigung in die Ebene des Stützmittels vorspringen, doch
in diesen Anordnungen ist wünschenswert,
dass das Abstandsmittel und das Stützmittel gemeinsam sicherstellen,
dass der Halsring einer Rippe nicht in den Halsring einer benachbarten Rippe
eingreift.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nun in einem Beispiel unter Bezugnahme auf die begleitenden
schematischen Zeichnungen beschrieben:
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1 zeigt
eine Rohrverrippungsmaschine gemäß der Erfindung
vor der Anbringung mehrerer Gemeinschaftsrippen an zwei Rohren;
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2 zeigt
eine Draufsicht, teilweise im Querschnitt, eines Kassettenmittels ähnlich jenem der
Maschine der 1;
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3 zeigt
eine Darstellung eines alternativen Kassettenmittels ähnlich jener
in 2 vor dem Laden der Rippen;
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4 zeigt
die Kassette der 3 während der Rohrverrippung;
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5 ist
eine Querschnittansicht entlang der Linie V-V der 4;
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6 ist
eine Querschnittansicht entlang der Linie VI-VI der 4;
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7 ist
eine Ansicht eines Wandelements eines anderen alternativen Kassettenmittels;
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8 ist
eine Karussellanordnung für
das Klemmmittel; und
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9 ist
eine Seitenansicht eines Teils eines weiteren alternativen Kasettenmittels.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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In
dieser Beschreibung beziehen sich Richtungsangeben wie "oben", "unten", "ober", "unter" usw. auf die Ausrichtung
der Maschine und deren Komponenten, so wie in 1 gezeichnet,
die als normale Nutzungsausrichtung vorgesehen ist. Jedoch ist die
Nutzung einer Maschine in anderen Ausrichtungen (z. B. mit im Wesentlichen
senkrecht stehenden oder aufgehängten
Rohren) nicht ausgeschlossen, und die relativen Richtungsangaben
lassen sich entsprechend anpassen.
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Die
Maschine 10 umfasst ein im Wesentlichen starres Unterteil 12,
an dessen einem Ende ein fest montiertes Klemmmittel 14 angebracht
ist. Das Unterteil besitzt ein Paar Führungsstäbe 16, auf denen das
Trägermittel 18 gleiten
kann. Das Antriebsmittel zum bewegen des Trägermittels 18 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
ein Linearmotor bekannter Ausführung,
der eine am Unterteil 12 montierte erste Wicklung 20 aufweist
und im Wesentlichen parallel zur Längsachse A-A des Unterteils 12 angeordnet
ist, und eine zweite (nicht dargestellte) Wicklung innerhalb des
Trägermittels 18;
die zweite Wicklung gleitet mit dem Trägermittel 18 nahe
angrenzend an die erste Wicklung 20. Die zu den ersten
und zweiten Wicklungen führenden
Stromleiter sind von bekannter Ausführung und nicht dargestellt.
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Als
Alternative könnten
auch andere Antriebsmittel verwendet werden, wie hydraulische, pneumatische
oder Schneckenantriebe, wie sie für die jeweilige Anwendung wünschenswert
sind.
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Das
Klemmmittel 14 ist so ausgeführt, dass es die Enden der
zwei Rohre 22 so sichert, dass die Rohre im Wesentlichen
starr im Verhältnis
zum Unterteil 12 gehalten werden. Das Festklemmen der Rohrenden
kann mit jedem beliebigen Mittel erfolgen (von denen einige beispielsweise
in WO96/35093 beschrieben sind).
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Auf
dem Trägermittel
befindet sich ein Kassettenmittel 24, in das mehrere Flächenvergrößerungselemente
oder Rippen 26 geladen wurden. In diesem Ausführungsbeispiel
sind neun Rippen 26 vorgesehen, wobei benachbarte Rippen
durch entsprechende Stützmittel
oder Wandelemente 30 getrennt sind (vgl. auch die Wandelemente 130 der 2).
Die Endwände
des Kassettenmittels 24 sind mit Öffnungen 32 versehen,
und die Wandelemente 30 besitzen ähnliche Öffnungen, so dass die Rohre 22 durchgehen
können,
vorzugsweise ohne die Peripherie der Öffnungen zu berühren.
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Wie
besser in 2 ersichtlich, sind die Rippen 26, 126 der
hier beschriebenen Anordnung Gemeinschaftsrippen, d. h. jede Rippe 26, 126 hat
zwei Öffnungen 34,
so dass jede mit beiden Rohren 22 verbunden werden kann.
Es wird erwartet, dass die vorliegende Erfindung beinahe ausnahmslos
Gemeinschaftsrippen verwendet, sie könnte aber ohne Zweifel auch
für die
Anbringung separater, einzelner Rippen an einem oder mehreren Rohre(n)
gleichzeitig verwendet werden, je nach der Anwendung, für die das
verrippte Rohr vorgesehen ist.
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Die
Wände 30, 130 sind
ein integrierter Teil des Kassettenmittels 24, 124,
und wie in 1 und 2 dargestellt,
unbeweglich in Relation zum Rest des Kassettenmittels. Die Trennung
S zwischen den benachbarten Wandelementen bestimmt die Trennung
zwischen den Rippen im zusammengesetzten Rippenblock. Es ist deshalb
zu verstehen, dass wenn das Kassettenmittel gegen die und um die
Rohre 22 bewegt wird, die Rohre 22 in die Halsringe 36 der Rippen 126 eingreifen.
Es ist wünschenswert,
dass die Halsringe 36 in die Richtung der relativen Bewegung
der Rohre weist, d. h. in der Anordnung der 2 weisen
die Halsringe nach rechts, und die Rohre bewegen sich relativ nach
rechts, wenn die Rippen in sie eingeführt werden. Da die Halsringe 36 für einen
Reibungshalt um die Rohre 22 ausgelegt sind, drücken die
Rohre die einzelnen Rippen nach rechts, bis diese in ihre angrenzenden
Wandelemente 130 eingreifen. Es ist festzuhalten, dass
während der
Anbringung der Rippen 126 diese im Wesentlichen von den
entsprechenden Wandelementen 130 voll unterstützt werden,
so dass eine Verformung derselben unwahrscheinlich ist, auch wenn
sie relativ dünn
sind und/oder die Reibung zwischen dem Rohr und dem Halsring beträchtlich
ist.
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Es
ist festzustellen, dass wenn die Rippen an den Rohren befestigt
wurden, ein Rückzug
des Kassettenmittels 24, 124 in Längsrichtung
relative zu den Rohren nicht möglich
ist, also in Richtung der Achse A-A. Es ist deshalb erforderlich,
dass das Kassettenmittel 24, 124 seitlich entfernt
wird, und zu diesem Zweck ist das Kassettenmittel 24, 124 in
Längsrichtung
im Wesentlichen entlang seiner Mittellinie 38 geteilt (1),
so dass sich die obere Hälfte
aufwärts und
die untere Hälfte
abwärts
bewegen kann.
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In
der Anordnung der 3 und 4 sind die
Wandelemente 230 beweglich innerhalb der Kassettenmittel 224 montiert
und werden von entsprechenden Komprimierungsfedern 40 auseinander
gedrückt.
An der Kassette 224 montiert sind die Führungsstäbe 42. Die Wandelemente 230 sind
gleitfähig
an den Führungsstäben 42 montiert,
und die Druckfedern 40 sind an den Führungsstäben 42 angebracht.
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Die
Wandelemente 230 sind jeweils mit Abstandhaltern 44 versehen,
welche dazu dienen, den Mindestabstand zwischen den Wandelementen 230 festzulegen,
und damit die Trennung s zwischen den angebrachten Rippen (4).
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In 3 ist
das Kassettenmittel 224 vor dem Laden der Rippen dargestellt.
In 4 ist das Kassettenmittel 234 nach dem
Laden der Rippen 226 und während dem Anbringen auf den
Rohren 22 dargestellt. Es ist festzustellen, dass die Kassette
eine Öffnung 46 besitzt,
die einen Anschlag 50 des Trägermittels aufzunehmen vermag,
so dass nach dem Laden der Rippen 226 der Anschlag 50 von
einer in Punktlinie dargestellten Position in eine in durchgezogener
Linie dargestellte Position bewegt werden kann, während welcher
Bewegung die Federn 40 komprimiert werden und die Trennung
zwischen benachbarten Rippen 226 auf den gewünschte Rippenabstand
s reduziert wird.
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Der
Punkt, an dem die Komprimierung der Federn 40 stattfindet,
ist von der Federrate und vom Widerstand gegen die Bewegung der
Rippen 226 entlang der Rohre 22 abhängig. Das
Antriebsmittel wirkt somit durch den Anschlag 50 direkt
auf (und in diesem Ausführungsbeispiel
nur auf) das Wandelement 230a, und dieses Wandelement 230a treibt
die gesamte Kassette 224 an, bis der Reibungswiderstand
gegen eine solche Bewegung (möglicherweise verursacht
durch die erste Rippe oder Rippen 226, welche in die Rohre 22 eingreifen)
die Federrate der Federn 40 übersteigt, woraufhin die Federn 40 nacheinander
komprimiert werden. Es ist natürlich
erforderlich, dafür
Sorge zu tragen, dass die kombinierte Federrate niedriger ist als
die Gesamtleistung der Maschine, so dass alle Federn voll komprimiert
werden, nachdem die erste Rippe in ihre festgelegte Position auf
den Rohren gedrückt
wurde und damit sichergestellt wird, dass alle anderen Rippen in
ihren jeweils festgelegten Positionen ähnlich angeordnet sind. Die
Federrate der Federn 40 ist in der Regel klein, da diese
nur die Wandelemente 230 auseinander drücken müssen, um das Laden der Rippen
zu erleichtern.
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Es
ist zu sehen, dass in der Anordnung der 3 und 4 die
Abstandhalter 44 (gemäß Zeichnung)
von ihren jeweiligen Wandelementen nach links vorspringen. Dies
hat zur Folge, dass die Halsringe 36 der Rippen von den Öffnungen 52 der
Wandelemente 230 entfernt gehalten werden. Es hat aber auch
eine unvollständige
Unterstützung
der Rippen während
der Anbringung an den Rohren zur Folge. Es könnte wünschenswert sein, die Fläche der
Abstandhalter zu vergrößern, um
die Unterstützung
der Rippen zu steigern.
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Alternativ
dazu können
die Abstandhalter aber auch von den entsprechenden Wandelementen nach
rechts vorspringen (wie gezeichnet), so dass während der Anbringung die Rippen
im Wesentlichen vollständig
von den entsprechenden Wandelementen getragen werden. In weiteren
Alternativanordnungen sind die Abstandhalter weggelassen, und die
angebrachten Rippen sind durch einen Abstand in Entsprechung zu
der Dicke der Wandelemente 230 getrennt. Ein solcher Abstand
könnte
nahe an der Dimension des Halsrings sein, es ist jedoch in bestimmten
Ausführungsbeispielen
wünschenswert,
dass das Kassettenmittel die Rippen um einen ausreichenden Abstand
trennt, um ein Ineinandergreifen benachbarter Halsringe zu verhindern,
welches Ineinandergreifen den Reibungswiderstand gegen eine Bewegung der
Rippen entlang der Rohre signifikant erhöht.
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Wie
in 5 und 6 dargestellt, ist das Kassettenmittel 224 so
montiert, dass es das Unterteil entlang gleitet, insbesondere die
Führungen 52 entlang,
die parallel zur Längsachse
A-A liegen. Das Trägermittel 18 ist
ebenfalls so montiert, dass es das Unterteil entlang gleitet, insbesondere
die Führungen 54 entlang.
Es versteht sich, dass die Form der Führungen 52, 54 nach
Wunsch ausgewählt
werden kann und die Form der Führungen
für das
Kassettenmittel 224 im Wesentlichen identisch mit der Form der
Führungen
beispielsweise für
das Kassettenmittel 18 sein könnte. Das Kassettenmittel 224 kann
einfach in den Führungen 52 platziert
werden, doch als Alternative dazu kann das Kassettenmittel sicherer am
Unterteil befestigt werden, beispielsweise könnte es an den am Unterteil
montierten Führungselementen
permanent (aber gleitbar) fixierbar sein.
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Wie
in 3-6 dargestellt, weist das Kassettenmittel
eine Teilung 238 entlang seiner Mittellinie auf, so dass
die obere "Hälfte" des Kassettenmittels
aufwärts
bewegt werden kann, um es vom verrippten Rohr zu trennen, während die
untere "Hälfte" abwärts bewegt
werden kann. Die beiden "Hälften" können aneinander
mit geeigneten lösbaren
Befestigungsmitteln befestigt werden. Da die Teilung 238 notwendigerweise
auch die Wandelemente 230 quert, sind vier Führungsstäbe 42 vorgesehen,
je einer zu beiden Seiten der Wandelemente 230 oberhalb
und unterhalb der Teilung 238.
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Alternativ
dazu ist das Kassettenmittel 324 – wie in 7 dargestellt – nicht
geteilt, sondern so ausgelegt, dass es als Einzelkomponente aufwärts entfernbar
ist, nachdem die Rippen an den Rohren angebracht worden sind. Deshalb
besitzen die Endwände
des (nicht dargestellten) Kassettenmittels und der Wandelemente 330 sämtlich offenseitige Öffnungen 60,
wobei die Öffnungen
das Durchführen
der Rohre 22 durch sie hindurch gestatten, aber auch in der
Folge die Trennung des Kassettenmittels vom verrippten Rohr. Es
ist zu beachten, dass Vorkehrungen getroffen werden müssen, die
Rippen am Herausfallen aus der Kassette nach deren Laden in dieser
zu hindern, und in diesem Ausführungsbeispiel wird
dies dadurch erreicht, dass die Kassette unmittelbar auf dem Trägermittel 18 liegt
und die Rippen in die Kassette geladen werden, nachdem die Kassette auf
dem Trägermittel 18 angebracht
worden ist. In alternativen Anordnungen, in denen erwünscht ist, dass
die Kassette entfernt von der Maschine geladen wird (um die "Ausfallzeit" der Maschine zu
verkürzen),
können
auch andere geeignete Mittel zum Hindern der Rippen am Herausfallen
aus der Kassette vorgesehen sein; diese Mittel können entfernt werden, nachdem
die Kassette an der Maschine montiert wurde und die Rippen vom Trägermittel
gestützt
werden (oder während
des Verrippens von den Rohren unterstützt werden). In einer weiteren
Anordnung können
die Leisten 62, die an den Seitenwänden 64 des Kassettenmittels 324 befestigt
sind, bewegliche Vorsprünge
aufweisen, die die Rippen unterstützen können, wenn diese darin geladen
werden, und während
der Anbringung auf den Rohren 22, die aber bewegt werden
können,
um dem Kassettenmittel 324 die Trennung von den verrippten
Rohren zu erlauben.
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Wie
aus 7 ersichtlich, sind die Wandelemente 330 beweglich,
und das Kassettenmittel hat zwei Führungsstäbe 342, auf denen
die Wandelemente in ähnlicher
Weise wie im Ausführungsbeispiel der 3-6 montiert
sind. In einer alternativen Anordnung können die Wandelemente in festen
Positionen in Relation zu den Seitenwänden befestigt werden.
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In 8 ist
ein Karussell-Klemmmittel 66 für die Rohrenden dargestellt.
In dieser Anordnung wird das Rohr 68 zu einem "U" gebogen, was in Wärmetauscheranwendungen nicht
ungewöhnlich
ist. Die Basis des "U" wird zwischen der
Backe 70 und dem Gehäuse 72 eingeklemmt
(was beispielsweise mit hydraulischem oder pneumatischem Druck erfolgen kann,
oder nach Wunsch auch mit Schraube und Mutter). Nur ein U-förmiges Rohr 68 ist
dargestellt, obwohl in der Praxis bis zu sechs Rohre 68 am
Karussell befestigt werden könnten,
so dass im Gelbrauch ein U-förmiges
Rohr dem Trägermittel
in der Verrippungsstellung zugewandt sein könnte, während die anderen Rohre in
einer Position sein könnten,
in der sie nach der Verrippung vom Karussell entfernt werden, und
weitere Rohre könnten
in Position sein oder vorbereitet, um in Position bereit zum Verrippen
versetzt zu werden.
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Die
Karussellanordnung kann die Anwendbarkeit der Maschine erhöhen, indem
die mit dem Festklemmen des Rohrs/der Rohre in Position vor dem
Verrippen und der anschließenden
Entfernung der verrippten Rohre verbundene Ausfallzeit verkürzt wird.
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In
der Anordnung der 9 sind die Wandelemente 430 an
festen Längspositionen
im Kassettenmittel platziert (d. h. sie können sich nicht zusammen und
auseinander bewegen, wie in den Ausführungsbeispielen der 3-7).
Die Wandelemente sind jeweils an ihrer Mittellinie 438 geteilt,
so dass der obere Teil des Wandelements aufwärts bewegt werden kann, um
ihn von einer angebrachten Rippe zu trennen, während der untere Teil abwärts bewegt werden
kann, um ihn von der angebrachten Rippe zu trennen. In dieser Anordnung
können
die Teile der einzelnen Wandelemente 430 jedoch unabhängig von
den anderen Wandelementen und der restlichen Kassette bewegt werden,
und in 9 sind die Teile des ersten Wandelements 430a bewegt
worden, um sie von der ersten Rippe 426a zu trennen.
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Nach
der Trennung des Wandelements 430a kann die Kassette weiter
nach links als gezeichnet bewegt werden, wobei das Wandelement 430b die nächste Rippe 426b nach
links und in Eingriff mit dem Halsring 436 der Rippe 426a verschiebt
(auf Wunsch kann der Eingriff so sein, dass die zwei Rippen 426a, b
miteinander verbunden werden, um die Vorteile einer solchen Verbindung
zu erreichen).
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Wenn
die Rippe 426b in Eingriff mit der Rippe 426a bewegt
worden ist, kann das Wandelement 430b getrennt und die
nächste
Rippe exponiert werden, die anschließend in Eingriff mit dem Halsring
der Rippe 426b gebracht werden kann, und so weiter.
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Es
kann vorgesehen sein, dass das Kassettenmittel links von der ersten
Rippe 426a keine erste Endwand aufweist, so dass die erste
Rippe in Eingriff mit dem Halsring einer vorhandenen Rippe gebracht werden
kann, also einer Rippe, die zuvor auf dem Rohr 422 positioniert
wurde, möglicherweise
durch die Bewegung eines vorherigen Kassettenmittels.
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In 9 ist
die Rippe 426b in geringer Distanz vom Wandelement 430b dargestellt,
dies allerdings nur aus Deutlichkeitsgründen. In der Praxis drückt das
Wandelement 430b die Rippe 426b nach links, wenn
die Kassette selbst vom Trägermittel nach
links gedrückt
wird, und so geht jedes Rippenelement in Eingriff mit seinem entsprechenden
Wandelement.
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Es
ist zu beachten, dass die Rippenelemente 426 innerhalb
des Kassettenmittels der 9 um jede gewünschte Distanz
beabstandet sein könnten, und
die Wandelemente 430 könnten
so dick wie nötig sein,
um sicherzustellen, dass weder sie noch die Rippen bei der Anbringung
an den Rohren deformiert werden.
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Die
Trennung der Teile der Wandelemente kann durch jedes geeignete Mittel
erfolgen, wie beispielsweise pneumatische Betätigungselemente. Die Teile
der Wandelemente 430 können
so angeordnet werden, dass sie in linearen Führungen gleiten, die in den
Seitenwänden
des Kassettenmittels angeordnet sind. Nach der Trennung sämtlicher
Wandelemente (damit alle Rippen, die in das Kassettenmittel geladen
wurden, an ihren festgelegten Positionen auf den Rohren befestigt
wurden), kann das Kassettenmittel in Längsrichtung relativ zu dem
Rohr/den Rohren 422 zurückgezogen
werden, wobei die Teile der Wandelemente 430 wieder zusammen
gebracht werden, wenn das Kassettenmittel das Ende des Rohrs/der Rohre
verlassen hat.
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In
der beschriebenen Maschine sind die Rohre (im Wesentlichen) als
in Relation zum Unterteil der Maschine fixiert beschrieben, und
die Rippen sind in Relation hierzu beweglich; diese Anordnung hat
beträchtliche
Vorteile, wie oben ausgeführt.
Dennoch sind Anordnungen, bei denen die Rippen im Wesentlichen in
Relation zum Unterteil fixiert und die Rohre in Relation zum Unterteil
beweglich sind, und bei denen sowohl die Rippen wie auch die Rohre
in Relation zum Unterteil beweglich sind, vom Geltungsbereich der
Erfindung gemäß den Ansprüchen nicht
notwendigerweise ausgenommen.