DE69002582T2

DE69002582T2 - Verfahren zur Herstellung von Wärmetauscherrohren.

Info

Publication number: DE69002582T2
Application number: DE90120685T
Authority: DE
Inventors: Nardi Ireneo De; Maurizio Stella
Original assignee: Industrie Zanussi SpA
Current assignee: Industrie Zanussi SpA
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1993-11-25
Anticipated expiration: 2010-10-30
Also published as: IT8945786A1; IT1236293B; DE69002582D1; EP0426061B1; EP0426061A1; IT8945786A0; ES2044367T3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Wärmetauscherrohren, insbesondere auf ein Verfahren für die automatisierte Herstellung von Wärmetauscherrohren unterschiedlicher Abmessungen für Verdampfer von Kühlgeräten und dergleichen.
In der nachfolgenden Beschreibung wird auf Verdampfer für Haushaltskühlgeräte Bezug genommen, der Fachmann hat jedoch keinerlei Schwierigkeiten, die Lehren der vorliegenden Erfindung auf andere Industriezweige anzuwenden.
Es ist hilfreich, die Arbeitsprinzipien von Kühlgeräten zu rekapitulieren: der Kühlkreislauf besteht aus vier Hauptkomponenten, nämlich dem Kompessor, dem Kondensator, der Kapillare und dem Verdampfer mit der zugehörigen Expansionskammer, siehe z.B. US-A-2 956 421.
Die Funktionen dieser vier Hauptkomponenten sind wie folgt:
Ein Elektromotor betreibt den Kompressor, der dazu dient, ein gasförmiges Fluid spezieller Eigenschaften zu verdichten und es zum Kondensator zu fördern.
Im Kondensator, der außerhalb des Kühlgerätes angeordnet ist, nimmt das ihm zugeführte, unter Druck stehende und erwärmte Fluid die sogenannte "Umgebungstemperatur" an oder wird durch Wärmeabgabe an die Umgebung gekühlt.
Die Kühlung bewirkt, daß das gasförmige Fluid kondensiert, d.h. den flüssigen Zustand annimmt (wie jedes Gas, wenn dessen Temperatur unter einen vorbestimmten Wert fällt).
Das Fluid wird dann durch die Kapillare geleitet, die dazu dienen, die Fluidströmung zu regulieren und seine Kompression in der sogenannten "Hochdruckphase" zu begünstigen.
Beim Erreichen der Expansionskammer wird das verflüssigte Fluid in den Verdampfer in Form von kleinen Tröpfchen versprüht.
Im Verdampfer trifft das Fluid eine Expansionskammer an und geht aufgrund der Vergrößerung des verfügbaren Volumens vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über.
Dies führt zu dem bekannten physikalischen Phänomen, gemäß dem, umgekehrt zum obenerläuterten, das Fluid durch Aufnahme von Wärme in den gasförmigen Zustand zuruckkehrt.
Vom Verdampfer gelangt das Fluid (durch Ansaugung) zurück zum Kompressor, um erneut in den oben beschriebenen Kreislauf einzutreten.
Vom Standpunkt des Konstrukteurs her ist es allgemeine Praxis, die vom Kondensator ausgehende Kapillare in mehreren Windungen das Rückführrohr vom Verdampfer zu führen, um dadurch sicherzustellen, daß das Fluid in der Kapillare durch Ausnutzung der im Rückführrohr noch vorherrschenden widrigen Temperatur weiter abgekühlt wird, und schließlich die Kapillare in die Rückführleitung einzuführen, was zu nur einer einzigen Verbindung zwischen dem Verdampfer und dem Rest des Kreislaufs führt, da der Einlaßanschluß der Kapillare koaxial zum Auslaßanschluß der Rückführleitung liegt, siehe z.B. DE-C-36 13 395.
Die Herstellung dieses Abschnitts (des sog. Wärmetauscherrohrs) des Kreislaufs mit einem koaxialen und einem nicht-koaxialen Teil zwischen dem Verdampfer und dem Einlaß des Kompressors ist daher ziemlich schwierig und mühsam unter dem Gesichtspunkt der Herstellungstechnologie.
Es ist aus der EP-A-0 209 418 weiterhin bekannt, die Kapillare in einen doppelt gebogenen Abschnitt des Rohrs einzuführen.
In diesem Zusammenhang sei daran erinnert, daß das Einlaßrohr, das zum Kompressor führt, gewöhnlich aus Kupfer oder kupferplattiertem Stahl besteht, während der Verdampfer normalerweise aus Aluminium hergestellt ist. Um zu ermöglichen, die Enden des Wärmetauscherrohrs mit diesen beiden Komponenten zu verschweißen, besteht es daher vorzugsweise aus Kupfer, d.h. aus einem Metall, das in der Lage ist, sowohl mit dem Kompressor als auch mit dem Verdampfer (Aluminium) verschweißt oder auf elektrischem Wege verbunden zu werden.
Andererseits ist Kupfer jedoch ein Metall, das erheblich teurer als Aluminium ist. Um die hohen Kosten eines vollständig aus Kupfer bestehenden Wärmetauscherrohrs zu vermeiden, ist es allgemeine Praxis, das Wärmetauscherrohr aus zwei Abschnitten herzustellen, einem Kupferabschnitt, der sich vom Kompressor bis über den Punkt erstreckt, wo die Kapillare in das Rückführrohr eintreten, und einem übrigen Abschnitt, der aus einem weniger teuren Material, beispielsweise Aluminium, besteht.
Dies führt zu der zusätzlichen Komplikation, daß das Wärmetauscherrohr an seiner Verbindung mit dem Verdampfer aus Aluminium bestehen muß und an seiner Verbindung mit dem Kompressor aus Kupfer bestehen muß, d.h. daß das Wärmetauscherrohr aus zwei Abschnitten zusammengesetzt werden muß, die aus unterschiedlichen Metallen bestehen, die hermetisch abgedichtet miteinander verbunden werden müssen.
Dies führt zu einer augenscheinlichen Komplizierung des Herstellungsvorgangs, insbesondere im Hinblick auf die Tatsache, daß die Schweißvorgänge mit hoher Präzision und Sauberkeit ausgeführt werden müssen, um die erforderliche hermetische Abdichtung sicherzustellen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die beschriebenen Nachteile zu überwinden und ein Verfahren anzugeben, das in vorteilhafter Weise die Techniken industrieller Automatisierung mit einer Verbindungstechnik für Rohre unterschiedlicher Metalle zur Herstellung eines Wärmetauscherrohrs, das die gewünschten Eigenschaften aufweist, in einem vollständig automatisierten Vorgang kombiniert.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, das beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert werden soll, von denen:
Fig. 1 schematisch den Aufbau eines Wärmetauscherrohrs zeigt, das gemäß der Erfindung hergestellt ist, und
Fig. 2 ein Schema einer bevorzugten Ausführungsform einer Anlage nach der Erfindung zeigt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In Fig. 1 sind die folgenden Elemente dargestellt:
1) Wärmetauscherrohr, Kupferabschnitt,
2) Wärmetauscherrohr, Aluminiumabschnitt,
3) Verbindung der zwei Abschnitte,
4) Verengter Endabschnitt des Rohrs zum Anschluß des Ansaugrohrs des Kompressors,
5) Kapillar
6) Eintrittspunkt der Kapillare in das Wärmetauscherrohr,
7) doppelt gebogener Abschnitt des Wärmetauscherrohrs am Kapillareintrittspunkt,
8) preßgeformter Aluminiumkragen am Endabschnitt des Wärmetauscherrohrs benachbart seinem Anschluß am Verdampfer,
9) Verstärkungseinsatz.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 enthält die dargestellte Anlage die folgenden Komponenten:
11) Aluminiumrohrschneidstation,
12) Pendelschrittübertragung,
13) Kupferrohrschneidstation,
14) Kupferrohrtransferstation,
15) Kupferrohrpreßformstation,
16) Widerstandsschweißstation
17) Rohrkalibrierstation,
18) Rohrreinigungsstation,
19) Verstärkungseinsatz-Anbringstation,
20) Kupferrohrverengungs-Formstation,
21) Förderkette mit Greifern,
22) Kupferrohrbiege- und -bohrstation,
23) Kapillarschneidstation,
24) Kapillarlötstation,
15) Kapillarwindestation.
Zum besseren Verständnis der Erfinung wird auf ein Beispiel Bezug genommen, in dem die Arbeitsstationen nacheinander in zwei Reihen längs der Endabschnitte der Wärmetauscherrohre ausgerichtet sind und die Verbindung der Komponenten durch Verschweißen der zu vereinigenden Oberflächen hergestellt werden, obgleich die Erfindung nicht auf diese Anordnung bzw. diese Technik beschränkt ist, wie der Fachmann auch leicht in der Lage ist, die Lehre der Erfindung in Kombination mit anderen Verbindungstechniken und anderen Förder- und Arbeitseinrichtungen zu verwenden.
Die dargestellte Anlage arbeitet gemäß dem folgenden Verfahren:
Am ersten Platz wickeln die Schneidstationen 11 und 13 die jeweiligen Rohre von Vorratswickeln ab und schneiden sie auf vorbestimmte Längen, um Rohrabschnitte 1 bzw. 2 zu erhalten.
Der Kupferrohrabschnitt 1 wird dann in der Preßformstation 15 preßgeformt, um ihn mit dem verengten Endabschnitt zur Einführung in den Aluminiumrohrabschnitt 2 bei 3 in Fig. 1 zu versehen.
Anschließend überträgt die Transferstation 14 den Rohrabschnitt 1 in die Schweißstation 16, wo er mit dem Aluminiumrohrabschnitt 2 vereinigt und verschweißt wird.
Der Pendelschritttransfermechanismus 12 enthält mehrere im wesentlichen hohle Träger zum Aufnehmen entsprechender Gruppen, die jeweils aus einem Kupferrohrabschnitt und einem Aluminiumrohrabschnitt bestehen. Diese Träger werden synchron und schrittweise quer zu ihrer Längsrichtung bewegt, um die betreffenden Wärmetauscherrohre in aufeinanderfolgende Positionen entsprechend den verschiedenen Arbeitsstationen zur Auführung der verschiedenen Arbeitsschritte dort zu tragen.
In der nachfolgenden Station 17 wird der Kupferrohrabschnitt 1 neu kalibriert, um seine Innen- und Außendurchmesser neu einzurichten, die sich beim Schweißvorgang verändert haben könnten.
In der nachfolgenden Station 18 werden die Rohre innen von Schweiß und Kalibrierrückständen mittels eines kräftigen Preßluftstrahls gereinigt, der in das Endes des Aluminiumrohrabschnitts gerichtet wird, woraufhin die Station 19 einen elastischen Einsatz 9 in das Ende der Rohrbohrung, die mit dem Verdampfer zu verbinden ist, einsetzt.
Dieser elastische Einsatz dient der Verstärkung des Endabschnitts des Wärmetauscherrohres, um zu verhindern, daß das Rohr an der Stelle gebogen wird, an der es mit dem Verdampfer verschweißt wird; das Wärmetauscherrohr wird namlich am Verdampfer bei 8 angeschweißt und anschließend um etwa 90º relativ dazu gebogen.
Im Hinblick auf die Tatsache, daß Aluminium ein höchst verformbares Metall ist, würde das Biegen des Rohrabschnitts benachbart der Schweißstelle ansonsten häufig zur Ausbildung von Rissen in der Schweißnaht oder zu einem Verwerfen der Wände des Rohrabschnitts führen, wodurch der Durchgang des gasförmgien Fluides unzulässig eingeschränkt würde.
Diese nachteiligen Möglichkeiten werden durch die Einfügung des elastischen Einsatzes 9 in das Rohrende beseitigt.
In Fortführung des Betriebszyklus wird das vormontierte Wärmetauscherrohr zur Station 20 getragen, wo eine geeignete Vorrichtung das Rohr mit einem verengten Endabschnitt 4 zum Einsetzen in das Ansaugrohr des Kompressors versieht.
Die Überführung der Rohre mittels des Pendeltransferförderers 12 ist dann beendet, und die Rohre werden in gleicher Ausrichtung wie zuvor auf einen Kettenförderer 21 überführt, der mit Greifern versehen ist und in der gleichen Weise wirkt, wie der Förderer 12. Der Grund für diese Überführung besteht darin, daß von diesem Punkt an die Rohre gebogen, gebohrt und mit hoher Maßgenauigkeit geschweißt werden müssen. Zu diesem Zweck müssen die Rohre in genau festgelegten Positionen unbeweglich gemacht werden, was nur sichergestellt werden kann, wenn man sie in geeigneten Greifvorrichtungen festklemmt.
Die Rohre werden anschließend in der Staton 22 gebogen und gebohrt. Diese Station spielt eine bestimmende Rolle bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung. Dieses hat seinen Grund darin, daß zur vollständigen Herstellung des Wärmetauscherrohrs in einem vollkommen automatisierten Vorgang es notwendig ist, daß die Einführung der Kapillare 5 in das Rohr ebenfalls automatisch ausgeführt wird. Dieses wäre nicht möglich oder wäre nur unter erheblichen Schwierigkeiten möglich, wenn das Wärmetauscherrohr eine geradlinige Gestalt hätte, wie es bei der konventionellen Konstruktion der Fall ist, weil die Kapillare dann in schräger Richtung eingeführt werden müßten und das durch Schweißung zu verschließende Einführloch asymmetrisch sein müßte.
Wenn im Gegensatz hierzu das Rohr mit einer Doppelbewegung in der Gestalt einer Kurbel versehen ist, wie bei 7 in Fig. 1 angegeben ist, dann kann das Loch 6 für die Einführung der Kapillare in Längsrichtung in den so gebildeten schrägen Wandabschnitt gebohrt werden, so daß die Einführung der Kapillare und das Verschließen des Einführlochs durch Hartlöten ohne jede Schwierigkeit ausgeführt werden kann, weil diese Elemente parallel und koaxial angeordnet sind.
In der nachfolgenden Station 23 wird die Kapillare automatisch von ihrem Vorratswickel abgewickelt, auf die erforderliche Länge geschnitten und sogleich durch das Loch 6 in der schrägen Wand des Wärmetauscherrohrs eingeführt. Das Einführloch 6 wird dann in der nächsten Station 24 durch einen im wesentlichen bekannten automatischen Hartlötvorgang verschlossen. An diesem Punkt der Anlage ist das Wärmetauscherrohr im wesentlichen fertiggestellt; der einzige verbleibende Schritt, das Wickeln der Kapillare um das Rückführrohr, wird in der Station 25 am stromabwärtigen Ende der automatischen Herstellungsanlage ausgeführt.
Die Eigenschaften der Erfindung werden somit für den Fachmann sogleich verständlich: während die konventionelle Technik zur Herstellung von Wärmetauscherrohren die manuelle oder halbautomatische Ausführung der verschiedenen Vorgänge aufgrund der Schwierigkeiten verlangte, die dem automatischen Einführen und Schweißversiegeln der Kapillare in einem Rohrabschnitt streng zylindrischer Wände entgegenstehen, sieht die vorliegende Erfindung die Ausbildung einer Doppelbiegung in einem Abschnitt des Wärmetauscherrohres vor, was zu einem schräggenannten Wandabschnitt führt, der einem hochgenauen Bearbeitungsvorgang in Längsrichtung zugänglich ist, bei dem keine speziellen Hilfsvorrichtungen oder speziellen Vorkehrungen an der betreffenden Station in bezug auf die anderen Stationen notwendig sind, die sämtlich für Bearbeitungsvorgänge gestaltet und angeordnet sind, bei denen zwei Enden einander gegenüberstehen.
Der Fachmann wird auch einen weiteren wesentlichen Vorteil der vorliegenden Erfindung bemerken: im Hinblick auf die Tatsache, daß alle Bearbeitungsschritte voll automatisch ausgeführt werden, ist es leicht möglich, ein und dieselbe Anlage zur Herstellung von Wärmetauscherrohren unterschiedlicher Abmessungen zu verwenden. Für diesen Zweck ist lediglich erforderlich, daß die verschiedenen Bearbeitungsstationen mit ihren entsprechenden Werkzeugen in Längsrichtung der Wärmetauscherrohre verstell- oder einstellbar sind und durch ein einheitliches Steuersystem mit möglicher Unterstützung durch geeignete Servosysteme gesteuert werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Wärmetauscherrohren insbesondere für Haushaltskühlgeräte, enthaltend die folgenden Schritte:

Abschneiden eines Aluminiumrohrabschnitts von einem entsprechenden Aluminiumrohrvorrat;

Abschneiden eines Kupferrohrschnitts von einem entsprechenden Kupferrohrvorrat;

Versehen des Kupferrohrs mit einem verengten Endabschnitt durch Preßformen;

Vereinigen der abgeschnittenen Abschnitte durch Einsetzen des verengten Endabschnitts des Kupferrohrs in ein Ende des Aluminiumrohrs und Verschweißen derselben an ihrer Verbindung;

Kalibrieren des Kupferrohrabschnitts der vereinigten Rohre;

internes Reinigen der vereinigten Rohre von Schweiß- und Kalibrierresten;

Einführen eines elastischen Einsatzes in das freie Ende des Aluminiumrohrabschnittes;

Verengen des freien Endabschnitts des Kupferrohrabschnitts;

doppeltes Biegen des Kupferrohrabschnitts zur Ausbildung einer Kurbel;

Bohren eines Lochs in den gebogenen Abschnitt des Kupferrohrabschntts nächst der Verbindung in axialer Richtung des Aluminiumrohrabschnitts;

Abschneiden des Längenabschnitts des Kapillarrohrs von einem entsprechenden Kapillarrohrvorrat;

Einsetzen des abgeschnittenen Kapillarrohrabschnitts in das gebohrte Loch, so daß ein Ende des Kapillarrohrs vom freien Ende des Aluminiumrohrabschnitts vorsteht;

Verbindungen des Kapillarrohrs mit dem Kupferrohrabschnitt durch Hartlöten, um das gebohrte Loch abzudichten; und

Wickeln des freien Endes des Kapillarrohrs um den Kupferrohrabschnitt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten aufeinanderfolgenden Vorgänge an mehreren Arbeitsstationen ausgeführt werden, die miteinander durch eine automatische Transfereinrichtung verbunden sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transfereinrichtung Pendelschritttransfermechanismen und/oder mit Greifern versehene Kettenfördereinrichtungen enthält.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsstationen einstellbar sind, um zu unterschiedlichen Längen der Wärmetauscherrohre zu passen, und daß die Folge der verchiedenen Vorgänge sowie die variable Einstellung der Bearbeitungsstationen durch ein einheitliches Steuersystem gesteuert werden.