DE69614260T2 - Maschine und verfahren zum aufziehen von rippen auf rohre - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Rohrverrippungsmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Verrippen eines Rohres unter Verwendung einer derartigen Maschine.
• Eine derartige Rohrverrippungsmaschine ist aus der US-A-3 292 689 bekannt.
• Die Erfindung ist von besonderem Nutzen im Zusammenhang mit einer Maschine und einem Verfahren zur Herstellung eines Rippenblocks durch gleichzeitiges Verrippen mehrerer Rohre mit einer Gemeinschaftsrippe; sie ist auch von Nutzen im Zusammenhang mit der gleichzeitigen Verrippung mehrerer Rohre mit unabhängigen Rippen. In beiden Fällen ist auch ein Mittel zum Verrippen von Rohren mit wesentlicher Länge offenbart.
• Die Erfindung ermöglicht auch die Verrippung nichtmetallischer Rohre mit nicht verformbaren Rippen.
Hintergrund der Erfindung
• Es ist oft notwendig, eine Arbeitsflüssigkeit zu kühlen, und es ist für diesen Zweck bekannt, einen Wärmeaustauscher zu verwenden. Wärmeaustauscher umfassen üblicherweise ein oder mehrere metallische Rohre, die zwischen zwei Rohrplatten aufgehängt sind. Die zu kühlende Arbeitsflüssigkeit, die beispielsweise Wasser oder Öl sein kann, fliesst durch die Rohre, während das Kühlmittel um die Rohre und zwischen diesen fliesst, wobei die Arbeitsflüssigkeit die latente Wärme an die Rohre und demzufolge an das Kühlmittel abgibt.
• Der effektive Oberflächenbereich eines Rohres kann vergrössert werden, um den Wärmeübergang zu erhöhen, wie beispielsweise durch den Zusatz von einer oder mehreren kreisförmigen Rippen, die in thermischem Kontakt mit der äusseren Oberfläche des Rohres sind. Derartige verrippte Rohre sind insbesondere nützlich, wenn das Kühlmittel eine niedrige Viskosität hat, und wenn das Kühlmittel ein Gas, wie z. B. Luft, ist.
• Wenn die Rohre dem Innendruck der zu kühlenden Flüssigkeit widerstehen müssen, sollte der Zusatz der Rippen die Berstfestigkeit des Rohres nicht oder nicht wesentlich herabsetzen. Wenn die Rippen den Wärmeübergang erhöhen müssen, sollten sie nicht die Strömung der Kühlflüssigkeit verhindern und sollten vorzugsweise eine turbulente Strömung der Kühlflüssigkeit unterstützen.
• Die für Wärmeaustauscher zu verwendenden Rohre sollten gewisse Standards (in Grossbritannien z. B. British Standard 2871 Part 3) erfüllen, wobei diese Standards auch für jene Rohre von Bedeutung sind, welche durch Strangpressen geformt werden, um ausgewählte innere Ausformungen zur Erhöhung der inneren turbulenten Strömung bereitzustellen, d. h. laminare oder geschichtete Strömung der zu kühlenden Flüssigkeit zu vermeiden; nach Möglichkeit sollte die Rohrverrippung die entsprechenden Standards wie z. B. für die Rohrwanddicke und demzufolge für die Festigkeit, oder für die Gleichmässigkeit der Rohre und der Rippenverankerung und demzufolge für den Wärmeübergang zu den Rippen nicht herabsetzen.
• Die Rippen sollten auf dem Rohr so positioniert sein, dass sie das Maximum an Wärmeübergang auf das Kühlmittel unterstützen, was nicht der Fall ist, wenn der Rippenabstand unregelmässig ist, oder wenn die Rippenwinkel unregelmässig sind (mit einem kreisförmigen Spalt von variabler axialer Länge zwischen benachbarten Rippen).
• Wenn die Rohrwände dünn gemacht werden müssen, um die Rippen aufzunehmen, kann eines oder mehrere der Rohre im Betrieb bersten und müssen abgedichtet werden; wenn die Rippen unregelmässig beabstandet und/oder gewinkelt sind, wird die Leistung des Wärmeaustauschers reduziert.
• Bei der Konstruktion einer Matrix oder einer Anordnung von verrippten Rohren für einen Wärmeaustauscher ist es ein bekanntes Gestaltungskriterium, die Rohre so nahe wie möglich aneinanderzureihen, (um die Grösse des Wärmeaustauschers zu verringern) und eine maximale Fläche für den thermischen Übergang zwischen der Arbeitsflüssigkeit und dem Kühlmittel zu erzielen (um den möglichen Wärmeaustausch zu maximieren). Wenn man Rohre, die mit den bekannten ringförmigen Rippen in einer derartigen Anordnung ausgestattet sind, verwendet, wird der Abstand zwischen den Röhren durch den äusseren Durchmesser der Rippen begrenzt; wenn die Rippen wie üblich kreisförmige äussere Ränder aufweisen, gibt es Bereiche zwischen benachbarten Rohren, welche nicht zum Wärmeübergang beitragen, und es ist ein Verrippungsverfahren und eine Maschine erwünscht, die es ermöglichen, Rippen zu befestigen, welche diese Bereiche verwenden können.
• Die Leistung eines Wärmeaustauschers hängt teilweise von der Anzahl der befestigten Rippen an einem Rohr ab, und von der totalen Anzahl der Rippen, d. h. von der gesamten für den Wärmeaustausch verfügbaren vergrösserten Fläche, sowie von der Positionierung und Verteilung jener Rippen.
Beschreibung des Standes der Technik
• Ein verripptes Rohr umfassend einzelne ineinandergreifende kreisförmige Rippenelemente, wobei jedes mit einem segmentierten Kragen ausgebildet ist, um die äussere Oberfläche eines Rohres zu greifen, ist in GB 2,110,811 offenbart. Jeder Kragen hat vorzugsweise ein leicht verjüngendes Profil, so dass benachbarte Rippenelemente ineinandergesteckt werden können; unter einer axialen Druckkraft, die am Ende des Zusammensetzvorgangs aufgebracht wird, ziehen sich die Manschettenteile der Elemente radial nach innen zusammen und verkeilen sich gegenseitig.
• Ein Nachteil dieser bekannten Rippe ist der, dass der Rippenabstand und demzufolge die Anzahl der auf dem Rohr montierten Rippen abhängig ist von der Kragenfänge, welche üblicherweise zufällig von Rippe zu Rippe variiert (wegen Herstellungstoleranzen). Da weiter die Rippenpositionen durch die zuvor befestigte Rippe bestimmt werden, sind die Rippenabstände entlang des Rohres wegen einem Aufbau von Toleranzen nicht gleichmässig und führen zu einem ungleichmässigen Wärmeübergang entlang der Rohrlänge. Der durch den Flanschteil eingenommene Winkel einer Rippe ist auch abhängig vom Eingriff zwischen seinem Kragen und demjenigen der vorherigen Rippe, und wenn die Flanschteile von aufeinanderfolgenden Rippen nicht parallel sind, zirkuliert die Arbeitsflüssigkeit nicht gleichmässig zwischen den Rippen.
• Bei dieser bekannten Anordnung sollten die Rippen so montiert werden, dass sich die Segmente des Kragens ausrichten; während dem Aufbringen der Rippen ist es schwierig, eine Drehung einer Rippe relativ zu den anderen Rippen um das Rohr (wie dies eintreten kann, wenn eine Rippe entlang des Rohres vor dem Eingreifen in eine bereits befestigte Rippe manuell aufgesetzt wird) zu verhindern, so dass ein ungewolltes Fehlausrichten der Segmente und demzufolge auch ein reduzierter Wärmeübergang eintreten kann. Ebenso können die Rippen während dem Bestücken entlang des Rohres zerstört werden.
• Die Rippen dieser Offenbarung haben einen kreisförmigen äusseren Rand. Es ist jedoch bekannt, einzelne nicht kreisförmige Rippen, z. B. Rippen mit einem quadratischen oder einem rechteckigen äusseren Rand, auf einem Rohr zu befestigen. Wenn die Rippen in einer Anordnung auf Rohren montiert sind, werden diese eine grössere Fläche zwischen benachbarten Rohren einnehmen als Rippen mit einem kreisförmigen äusseren Rand. Die zusätzlichen Steuerungsmittel, die zur Sicherstellung dienen, dass alle Rippen auf einem Rohr korrekt zueinander ausgerichtet sind (so dass die Rippen auf einem Rohr mit den Rippen auf benachbarten Rohren einen kurzen Abstand aufweisen), führen oft zu einem unökonomischen Anpassen dieser Rippen, so dass eine derartige Ausgestaltung in der Praxis nicht gross eingesetzt wird.
• Bei einer anderen Ausgestaltung, mit der versucht wird, die Nachteile der durch die Verwendung von Rippen mit kreisförmigem Rand verursachten Verschwendung von Wärmeaustauschfläche zu überwinden, ist es bekannt, die einzelnen Rippen benachbarter Rohre durch axial beabstandete "Gemeinschaftsrippen", d. h. Rippen, die mehrere Rohre miteinander verbinden, zu ersetzen. Typischerweise nimmt eine Gemeinschaftsrippe die Gestalt einer vergrösserten Platte mit mehreren Öffnungen an, wobei jede Öffnung zur Aufnahme eines entsprechenden Rohres angepasst ist, wobei die plattenartige Gemeinschaftsrippe in gleichzeitigem thermischen Kontakt mit mehreren Rohren steht, und zur Übertragung der Wärme von allen Rohren über die vollständige dazwischenliegende Fläche angepasst ist. Eine Anordnung von Rohren, auf welchen eine Vielzahl von Gemeinschaftsrippen mit mehreren Öffnungen montiert sind, wird nachfolgend als "Rippenblock" bezeichnet, obschon in anderen Dokumenten die Bezeichnung "Bandblock" oder "Blockrippe" verwendet wird.
• Es versteht sich von selbst, dass in einem Rippenblock die oder jede Rippe zwischen und um jedes Rohr im Block kontinuierlich ist, so dass ein Minimum an Wärmeübergangsfläche verschwendet wird. Es versteht sich ebenfalls von selbst, dass die Rohre in jedem Block bezüglich der anderen Rohre dieses Blocks durch die vormontierten plattenartigen Gemeinschaftsrippen fixiert sind. Ein bekannter weiterer Vorteil eines derartig zusammengesetzten Rippenblocks ist ein verhältnismässig leichter Einbau in einen Wärmeaustauscher. So muss bei einem Wärmeaustauscher, der beispielsweise zweihundert einzelne verrippte Rohre erfordert, jedes der zweihundert Rohre an beiden Rohrplatten befestigt werden, und gegebenenfalls auch mit separaten Stützplatten, wie diese für längere Rohre erforderlich sein können. Wenn jedoch ein Rippenblock mit zwanzig Rohren vorbereitet ist, dann sind nur zehn solche Blöcke zu handhaben und zu befestigen.
• Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines Rippenblocks ist ein Block von Gemeinschaftsrippen angeordnet, wobei benachbarte Rippen zur Erfüllung der Anforderungen an einen speziellen Wärmeaustauscher axial durch einen entsprechenden Abstand voneinander getrennt sind; jede Gemeinschaftsrippe hat mehrere Öffnungen, die Öffnungen korrespondieren in ihrem Muster der geforderten Rohranordnung (typischerweise eine dreieckförmige Anordnung für Wärmeaustauscheranwendungen). Die Öffnungen sind leicht grösser als der Aussendurchmesser der Rohre, und die Gemeinschaftsrippen werden mit ihren entsprechenden Öffnungen ausgerichtet. Die Rohre werden dann individuell durch die Öffnungen geschoben, und wenn sie in Position sind, wird ein kegelförmiger Aufweitkörper ("Bullet") durch jedes Rohr gezogen, um die Rohrwand bis zum mechanischen Kontakt mit der entsprechenden Rippenöffnung auszudehnen.
• Dieses Verfahren ist nicht geeignet für stranggepresste Rohre mit inneren Ausformungen, z. B. um eine turbulente Strömung der zu kühlenden Flüssigkeit zu erzeugen.
• Ein Nachteil dieses bekannten Aufweitungsverfahrens ist, dass die Wanddicke der Rohre begrenzt ist, da die Wand durch den Aufweitvorgang gedehnt werden muss, so dass Rohre mit dünneren Wänden als gewünscht verwendet werden müssen; beispielsweise ist es in der Praxis bei einem Rohr aus nicht rostendem Stahl mit einem Aussendurchmesser von 0.75" (19.05 mm) selten, dass dickere Rohre mit einem Ringmass (gauge) von mehr als 22 ("Standard Wire Gauge") aufgeweitet werden. Ein zweiter Nachteil ist, dass der Aufweitvorgang Spannung in die Rohre einbringt und die Kornstruktur verändern kann; die Spannung wird typischerweise nicht durch eine Wärmebehandlung entfernt, da die Wärmebehandlung auch das Erweichen der Rippen bewirken und den thermischen Kontakt zwischen den Rippen und den Rohren reduzieren würde, d. h. die Spannung, die durch den Aufweitvorgang aufgebaut wird, bleibt typischerweise im Rohr und demzufolge im Wärmeaustauscher als ungewollter Nebeneffekt dieses Herstellungsverfahrens. Ein dritter Nachteil ist, dass sich die Materialeigenschaften der Rohre während dem Aufweitvorgang ändern können; beispielsweise, wenn der Anwender des Wärmeaustauschers verlangt, dass geglühte Rohre verwendet werden sollen, kann der Aufweitvorgang unter gewissen Umständen das geglühte Material zu einem nicht geglühten gehärteten Zustand ändern. Ein vierter Nachteil ist, dass das Rohr aus einem verformbaren Material sein muss, wodurch das einzusetzende Material begrenzt ist.
• Das Aufweiten führt auch zu einer nicht parallelen Verrippung. Wenn der Aufweitkörper durch das Rohr gezogen wird, kann die Rohrwand eine gewinkelte "Front" bilden, die sich dem Rohr entlang unmittelbar vor dem Aufweitkörper als kleine "Welle" fortbewegt; von der Welle abhängige benachbarte Rippen werden voraussichtlich entweder entlang des Rohres verschoben, oder sie nehmen verschiedene Winkel relativ zum Rohr an, was gelegentlich dazu führt, dass Teile benachbarter Rippen sich berühren und andere Teile eine grössere Distanz zueinander aufweisen, als dies beabsichtigt ist. Die durch den Aufweitkörper verursachte Dehnung ist derart, dass, wenn der Aufweltkörper die Rippe passiert hat, die Position der Rippe nachher nicht mehr korrigiert oder verändert werden kann.
• Wenn normalerweise während der Verrippung von Rohren die Bildung von "Wellen" beobachtet wird, muss der Aufweltkörper dennoch vollständig durch das Rohr gezogen werden, so dass er wieder verwendet werden kann, sogar wenn der Hersteller erkennt, dass das resultierende verrippte Rohr voraussichtlich zur Verwendung in einem Wärmeaustauscher als ungeeignet ausgeschieden werden muss. Auch wenn ein Satz von Rohren verrippt wird, während dieser sich in Position in einer Wärmeaustauscheranordnung befindet, kann jede Verschiebung von Rippen, die bei inneren und daher nicht sichtbaren Rohren erfolgt, nicht beobachtet werden, so dass der resultierende Leistungsverlust des Wärmeaustauschers nicht erkannt wird, bis der Wärmeaustauscher überholt wird.
• Eine Maschine zum Aufbringen einer vergrösserten Oberfläche in der Form von "add-on" Elementen auf die Rohre eines Wärmeaustauschers ist in GB 527,615 offenbart. Diese Maschine ist jedoch nicht geeignet zum Befestigen von Rippen auf dem Rohr in vorbestimmten axialen Positionen; sie ist auch nicht geeignet zur gleichzeitigen Bestückung mehrerer Rohre und ebenso wenig zum Stützen von Rohren (zum Bestücken mit Rippen) von grösserer Länge, die sich an ihrem freien Ende leicht verbiegen oder durchhängen, d. h. wenn sie freitragend am anderen Ende montiert sind, und ebenso wenig zur Überführung von Rippen auf einen zum Aufbringen von Rippen auf eines oder mehrere Rohre bereitstehenden Träger, und ebenso wenig, um den Winkel der Platte während der Befestigung auf einem vorbestimmten Wert zu halten, d. h. auf dem gleichen oder ähnlichen Wert wie derjenige der anderen Rippen.
• Die FR.A-2,395,687 und die US-A-3,889,745 offenbaren Rippenblöcke zur Verwendung in einem Wärmeaustauscher, bei dem die Rippen Kragen aufweisen, wobei die Kragen jeder Rippe in die Kragen einer benachbarten Rippe eingreifen, um den Abstand zwischen benachbarten Rippen zu bestimmen.
• Die US-A-2,156,538 offenbart eine Maschine zur Herstellung eines Rippenblocks, bei dem die Rippen stationär in einer Anordnung gehalten werden, wobei die Anzahl der Rippen in der Anordnung der Anzahl der Rippen im zusammengesetzten Rippenblock entspricht. Die Rohre werden durch die Rippen getrieben. Die Rippen haben keine vorgeformten Öffnungen, und die Rohre tragen einen Durchbohrkopf, um eine Öffnung in jeder Rippe zu erzeugen.
• Die US-A-3,292,689 offenbart eine Maschine zur Herstellung eines Rippenblocks, bei dem die Rippen gleichzeitig entlang der Rohre geführt werden. Der Träger für die Rippen verschiebt sich um dieselbe Distanz wie jede Rippe, und die Rohre verschieben sich nach und nach vom Träger weg, wenn die Rippen auf diese geführt werden, so dass benachbarte Rippen entlang der Rohre beabstandet sind.
• Die bekannten Maschinen und Verfahren sind überhaupt nicht geeignet zum Verrippen von korrosionsfesten nichtmetallischen Rohren mit nichtmetallischen Rippen, die im wesentlichen nicht verformbar sind, und welche brechen oder reissen können, wenn sie mit den traditionellen "mutual impact" Verfahren positioniert werden.
Darlegung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung ist auf eine Verrippungsmaschine und ein Verfahren gerichtet, mit welchem die vorstehend beschriebenen Nachteile vermindert oder vermieden werden. Obschon die Maschine besonders nützlich ist zum Zuführen von Rippen in eine vorbestimmte Position, könnte die Anordnung zur Befestigung von Rippen mit ihren parallel ausgerichteten Teilen (trotz unregelmässigem Rippenabstand der durch den Krageneingriff bestimmt ist) für einige Anwender annehmbar sein.
• Die Erfindung wird in den zugehörigen Ansprüchen ausführlicher dargelegt.
• Gemäss einem Aspekt schafft die Erfindung eine Rohrverrippungsmaschine zur Herstellung einer Wärmeaustauscheinheit umfassend wenigstens ein Rohr mit einer Längsachse und einer äusseren Oberfläche, und vergrösserte Oberflächenteile, die an axial beabstandeten Positionen entlang der äusseren Oberfläche angeordnet sind, wobei die Teile jeweils eine Rohrberührungsfläche haben, wobei die Maschine ein Unterteil, ein am Unterteil montiertes Spannmittel zum Einspannen eines Teils des Rohres, ein relativ zum Unterteil verschiebbares Trägermittel zum Transportieren wenigstens eines vergrösserten Oberflächenteils auf eine axial vorbestimmte Position auf dem/den Rohr(en) und ein Antriebsmittel zum Verschieben des Trägermittels umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel ein Linearmotor mit einer ersten und einer zweiten Wicklung ist, dass die erste Wicklung des Linearmotors am Unterteil fixiert und die zweite Wicklung gleitend verschiebbar am Unterteil montiert ist, und dass das Trägermittel mit der zweiten Wicklung verbunden ist.
• Vorzugsweise ist die erste Wicklung eine "Käfigwicklung" und die zweite Wicklung eine Mehrphasenwicklung, vorzugsweise eine Dreiphasenwicklung. Ein Messmittel kann bereitgestellt sein, um die Position des Trägermittels relativ zum Unterteil zu bestimmen, wobei das Messmittel mit einem Steuermittel für das Antriebsmittel verbunden ist, um die Verschiebung des Trägers auf eine vorbestimmte Position relativ zum Unterteil zu bewirken.
• Vorzugsweise ist das Spannmittel fest am Unterteil montiert.
• Die Rohrverrippungsmaschine kann auch ein Spannmittel zum gleichzeitigen Einspannen einer Anzahl von Rohren in einer vorgewählten Anordnung aufweisen, wobei wenigstens ein Rohrstützteil, das so montiert ist, dass es relativ zum Unterteil schwenkbar ist, und eine erste Position, in der es einen Teil jedes entsprechenden Rohres stützen kann, und eine zweite Position, in der es jenen Teil nicht stützen kann, aufweist, wobei das Stützteil durch die Verschiebung des Trägermittels zwischen seiner ersten und seiner zweiten Position verschoben werden kann, durch ein von der Maschine getragenes Überführungsmittel zum Überführen wenigstens einer Rippe an eine ausgewählte Position relativ zum Trägermittel und durch ein Haltemittel zum Stützen jeder überführten Rippe in Anschlag mit dem Trägermittel.
• Gemäss einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Verrippen eines Rohres unter Verwendung einer hierin definierten Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Schritte: {i} Stützen jedes Rohres, so dass es ein freies Ende hat, {ii} Positionieren des Trägermittels an einer Startposition, {iii} Überführen eines vergrösserten Oberflächenteils mit einer voreingestellten Winkelausrichtung an das Trägermittel, {iv} Aufsetzen des vergrösserten Oberflächenteils auf das Trägermittel, während sich das Trägermittel an der Startposition befindet, {v} Verschieben des Trägermittels, um das vergrösserte Oberflächenteil über das freie Ende des Rohres und anschliessend über eine vorbestimmte Distanz dem Rohr entlang zu treiben, {vi} Zurückführen des Trägermittels ohne das vergrösserte Oberflächenteil zu jener Startposition und {vii} Wiederholen des Zyklus durch Überführen eines weiteren vergrösserten Oberflächenteils mit einer vorbestimmten Winkelausrichtung an jenes Trägermittel, wobei das Trägermittel jedoch eine kleinere vorbestimmte Distanz hat.
• Vorzugsweise kann das Verfahren zum gleichzeitigen Verrippen einer Mehrzahl von Rohren zum Bilden eines Rippenblocks verwendet werden, mit den Schritten: {i} Stützen der Mehrzahl von Rohren in im wesentlichen festen relativen Positionen, wobei die gestützten Rohre jeweils ein freies Ende haben, {ii} Halten eines vergrösserten Oberflächenteils auf dem Trägermittel angrenzend an die freien Endender Rohre, wobei die vergrösserten Oberflächenteile den Positionen der Rohre entsprechende Öffnungen haben, {iii} Verschieben des vergrösserten Oberflächenteils auf die Rohre und {iv} Zurückführen des Trägermittels zum Aufsetzen eines weiteren vergrösserten Oberflächenteils.
• Die vergrösserten Oberflächenteile können jeweils einen integralen Kragen aufweisen, wobei der Kragen wenigstens eines vergrösserten Oberflächenteils mit den Kragen der beiden benachbarten vergrösserten Oberflächenteile in Eingriff sein kann. Die vergrösserten Oberflächenteile und das Rohr können aus dem gleichen oder einem unterschiedlichen Material bestehen; die Teile können von einander beabstandet sein.
• Die Erfindung schafft auch einen Rippenblock, welcher eine Wärmeaustauscheinheit mit einem zweiten Rohr, welches mit dem ersten Rohr durch die vergrösserten Oberflächenteile verbunden ist, umfasst, wobei die vergrösserten Oberflächenteile axial beabstandete Rohrrippen sind.
• Bevorzugt weist das Trägermittel eine Anzahl Öffnungen auf, die gleich oder grösser sind als die Anzahl der Rohre in der Anordnung, wobei jede Öffnung eine Grösse aufweist, die leicht grösser ist als der Aussendurchmesser der Rohre.
• Wie dies für einen Rippenblock erwünscht ist, ist die Rippe plattenförmig und weist eine Anzahl von Öffnungen auf, die gleich der Anzahl der Rohre in der Anordnung ist, wobei die Öffnung (z. B. aus metallischen oder anderen verformbaren Rippenmaterialien) wenig kleiner sind als der Aussendurchmesser der Rohre, so dass jede Rippe reibschlüssig auf den Rohren sitzt, wo sie durch ihren Reibschluss gegen axiale Verschiebung oder Rotationsbewegung gehalten wird, jedoch in einem durch seine Verbindung mit dem Trägermittel vorbestimmten Winkel. Ebenso erwünscht ist, dass einige oder alle Öffnungen einen Kragen aufweisen, der angepasst ist, um die Rippe von einer benachbarten Rippe zu beabstanden und in diese einzugreifen. Die Rippe kann gewellt sein, so dass benachbarte Rippen einen teilweise sinusförmigen Weg quer zur Strömungsrichtung des auf das Rohr auftreffenden Kühlmittels bilden, um die turbulente Kühlmittelströmung für einen besseren Wärmeübergang zu erhöhen.
• Zweckmässigerweise umfassen die Rippen einen integralen Kragen, wobei der an die Rippe angrenzende Krümmungsrand des Kragens einen grösseren Durchmesser aufweist als das Rohr, während das freie Ende des Kragens (die Kragenspitze) einen kleineren Durchmesser aufweist, d. h. der Kragen ist im allgemeinen vor der Anordnung auf dem Rohr konisch zulaufend.
• Das Trägermittel umfasst eine Trägerplatte mit einer Anlagefläche entsprechend der Rippenplattenoberfläche, um den Plattenwinkel vorzubestimmen, unabhängig von demjenigen des gegebenenfalls vorhandenen Kragens. Die Anlagefläche hat zweckmässigerweise kleine Öffnungen, die mit einer Vakuumquelle verbunden sind, um ein Ansaugen der Rippe an die Anlagefläche zu ermöglichen, während der Träger bei der Startposition ist. Wenn die Rippe während der anfänglichen Trägerverschiebung über das freie Ende des Rohres geschoben worden ist, ist der Auslauf des Kragens in engem Kontakt mit dem Rohr. Wenn die Rippe entlang dem Rohr gegen den Reibungswiderstand des Kontaktes zwischen Kragen und Rohr entlang dem Rohr getrieben wird, hinkt die Rippe nach, worauf die Rippenplatte eng an der Anlagefläche anliegt und den Winkel der Anlagefläche annimmt, so dass sichergestellt ist, dass nachfolgende Rippen parallel zueinander angeordnet werden. Normalerweise ist der Winkel der Anlagefläche senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zur Rohrachse.
• Die Trägerplatte ist zweckmässigerweise auswechselbar, so dass Rippenplatten unterschiedlicher Gestalt (z. B. geriffelt, oder nicht senkrecht zum Kragen) alternativ in paralleler Anordnung mit vorbestimmtem (gewöhnlich gleichem) Rippenabstand zusammengestellt werden können, wie bei der Verwendung einer Trägerplatte mit einer entsprechend geriffelten oder gewinkelten Anlagefläche. Bei einer geeigneten Ausführungsform ist die Anlagefläche zur Aufnahme des Rippenkragens geöffnet, wobei der Kragen dann im Schleppzustand ist, währenddem er dem Rohr entlang getrieben wird, um ein Bremsen des Kragenauslaufes zu vermeiden.
• Zweckmässigerweise kann ein Überführungsmittel eine Rippe aus einem durch die Maschine getragenen Magazin auswählen, jedoch kann das Magazin bei einer alternativen Anordnung an die Maschine angrenzend, jedoch von dieser getrennt sein.
• Das Überführungsmittel kann so angeordnet sein, dass es gleichzeitig eine oder mehrere Rippen und im letzteren Fall entweder eine Vielzahl von unabhängigen Rippen oder eine Gemeinschaftsrippe (vorzugsweise eine Längsrippe mit ihren Öffnungen in einer Reihe) auswählen kann. Ein Überführungsmittel kann die ausgewählte Rippe bei der ausgewählten Orientierung an das Trägermittel übergeben, während ein alternatives Übertragungsmittel die ausgewählten Rippen in einer unterschiedlichen Richtung übergeben kann, z. B. 90º zur Ausrichtung der Rippen im Magazin.
• Da die Rippenausrichtung relativ zum entsprechenden Rohr beim Träger festgelegt wird, können nicht standardisierte Rohre mit einem nichtkreisförmigen äusseren Rand nicht verrippt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Hierbei zeigen:
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemässen Verrippungsmaschine;
• Fig. 2 eine teilweise linksseitige Endansicht der Verrippungsmaschine von Fig. 1;
• Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer plattenförmigen Rippe zur Verwendung mit der Maschine von Fig. 1;
• Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Stützteils zur Verwendung mit der Maschine von Fig. 1;
• Fig. 5 eine teilweise Endansicht eines Trägermittels, eines zugehörigen Rippenmagazins und eines Überführungsmittels, wobei der Träger teilweise in zwei Sektoren aufgeteilt ist;
• Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Rippenblocks;
• Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Teil einer alternativen Ausführungsform eines Rippenblocks mit nichtmetallischen Rippen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen:
• In dieser Beschreibung beziehen sich richtungsbezogene Begriffe wie "oben", "unten", "obere", "untere", etc. auf die Ausrichtung der Maschine und ihrer Komponenten wie in Fig. 1 gezeichnet, welche als die normale Ausrichtung zum Betrieb erachtet wird. Der Gebrauch einer Maschine mit im wesentlichen vertikal stehenden (oder hängenden) Rohren wird jedoch nicht ausgeschlossen, und die relativen richtungsbezogenen Begriffe können auf eine derartige Ausrichtung übertragen werden.
• Die Maschine 10 umfasst einen im wesentlichen starren Unterteil 12, an dessen einem Ende ein Spannmittel 14 fest montiert ist. Der Unterteil hat ein Paar Führungsstangen 16, auf welchen ein Trägermittel 18 gleiten kann. Das Antriebsmittel zum Verschieben des Trägermittels 18 ist bei dieser Ausführungsform ein Linearmotor bekannter Art, welcher eine erste Wicklung 20 umfasst, die auf dem Unterteil 12 montiert und im wesentlichen senkrecht zur Längsachse A des Unterteils angeordnet ist, und eine mit dem Trägermittel 18 verbundene zweite Wicklung; die zweite Wicklung 22 gleitet mit dem Transportmittel 18 eng anliegend an der ersten Wicklung 20. Die zu den ersten und zweiten Wicklungen führenden elektrischen Drähte sind von bekannter Art und sind nicht dargestellt.
• Eine Anordnung von Rohren 24a, b, c sind je an einem ihrer Enden im Spannmittel 14 eingespannt; auf diese Weise sind die Rohre freitragend montiert. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Anordnung zehn Rohre in drei vertikal beabstandeten Reihen, wobei drei Rohre 24a in der oberen Reihe, vier Rohre 24b in der mittleren Reihe und drei Rohre 24c in der unteren Reihe angeordnet sind.
• Wie aus Fig. 2 besser zu sehen ist, umfasst das Spannmittel 14 bei dieser Ausführungsform ein Paar Gewindestangen 30, auf welchen vier Spannbalken 32a, 34a, 34b, 32b angeordnet sind. Der Spannbalken 32a hat drei teilkreisförmige Rückschnitte 36a in seiner oberen Fläche. Der Balken 34a hat drei teilkreisförmige Rückschnitte 36a in seiner oberen und vier teilkreisförmige Rückschnitte 36b in seiner unteren Fläche. Der Spannbalken 34b hat vier teilkreisförmige Rückschnitte 36b in der oberen und drei teilkreisförmige Rückschnitte 36c in seiner unteren Fläche. Der Spannbalken 32b hat drei teilkreisförmige Rückschnitte 36a in seiner oberen Fläche.
• Die Positionierung der teilkreisförmigen Rückschnitte 36a, b und die Anordnung der Balken 32a, b, 34a, b sind derart, dass sich die Rückschnitte beim Zusammenführen der Spannbalken ausrichten und zu zwei Reihen mit drei im wesentlichen kreisförmigen Öffnungen führen, mit einer Reihe von vier im wesentlichen kreisförmigen Öffnungen dazwischen, wobei die Öffnungen dreieckförmig, bevorzugt gleichseitig, angeordnet sind.
• Die Öffnungen können kreisförmig oder nur im wesentlichen kreisförmig sein, sie müssen jedoch so angeordnet sein, dass die gewünschte Spannkraft auf die Rohre übertragen wird, d. h. dass der Anwender eine schwache Verformung in die Rohre einbringt, oder dass sich die Spannbalken bei voller Spannkraft selbst leicht verformen.
• Um die Rohre im Spannmittel 14 anzuordnen, ist der Balken 32b auf den Bolzen in Position montiert, und die Enden der drei Rohre 24c werden in die entsprechenden Rückschnitte 36c gelegt. Der Balken 34b wird dann auf den Bolzen 30 abgesenkt, wobei dieser Bolzen dazu dient, die drei eingelegten Rohre 24c aufzunehmen und teilweise einzuspannen. Vier weitere Rohre 24b werden dann in die vier Rückschnitte 36b des Balkens 34b gelegt und der Balken 34a wird dann auf den Bolzen 30 abgesenkt, wodurch die vier eingelegten Rohre 24b aufzunehmen und teilweise einzuspannen sind. Die letzten drei Rohre 24a werden dann in die drei Rückschnitte 36a des Balkens 34a gelegt, und der Balken 32a wird auf den Bolzen 30 abgesenkt. Muttern 40 werden zum Zusammenspannen der Balken 32a, b, 34a, b verwendet, wodurch die Enden der Rohre 24a, b, c, fest angeordnet werden.
• Bei einer Ausführungsform werden die freien Enden (die den einzuspannenden Enden entgegengesetzten Enden) der Rohre ihrerseits vorübergehend während dem Einspannprozess gestützt; alternativ oder zusätzlich kann der Balken 34b fest an den Balken 32b gespannt sein, um dabei die Rohre 24c vollständig zu stützen, bevor die Rohre 24b oder 24a hinzugefügt werden, so dass separate Spannmittel für jede Reihe von Rohren 24a, b, c zur Verfügung stehen. Bei einem alternativen Spannmittel sind die Balken 32a, b 34a, b mittels Druckfedern durch eine Vorspannung auseinandergehalten, und ein pneumatischer Kolben wirkt zur Überwindung der Federkraft auf den Balken 32a und spannt die Balken zusammen; beim Lösen des pneumatischen Kolbens drücken die Federn die Balken auseinander in einen ähnlichen Zustand, wie er in Fig. 2 dargestellt ist.
• So werden die Rohre 24a, b, c freitragend montiert, mit ihren Achsen im wesentlichen parallel zur Achse A des Unterteils 12. Bei dieser Ausführungsform sind die Rohre 24a, b, c fast so lang wie der Unterteil, so dass nur ein schmaler Spalt zwischen den freien Enden 42 der Rohre und dem Trägermittel 18 in seiner Ruheposition existiert, wie in Fig. 1 gezeigt. Es versteht sich von selbst, dass der Unterteil der Maschine lang genug sein könnte, um Rohre einer gewünschten Länge, beispielsweise sechs Meter oder mehr, aufzunehmen. Alternativ wäre aber auch möglich, sehr lange Rohre in ihrer Mitte zu stützen, (d. h. in der Rohrmitte eine Manschette anzuordnen, welche dann wie oben eingespannt werden könnte) und dann die einzelnen Hälften der Rohre von jedem der entsprechenden Enden nacheinander mit Rippen zu versehen. Nach dem erfolgten Aufbringen von Rippen auf ein derartiges Rohr würde die Buchse zur Verwendung mit einer Trägerplatte oder einer anderen Aufteilung innerhalb des Wärmeaustauschers am Ort belassen.
• Alternativ kann eine Anzahl von Rippen beim ungefähren Mittelpunkt eines Rohres befestigt werden, welche Rippen dann verwendet werden können, um das Rohr einzuspannen, während jede Hälfte des Rohres einzeln mit Rippen versehen wird.
• Bei einer Ausführungsform zum getrennten Aufbringen von Rippen auf zwei "Hälften" von langen Rohren kann eine "Hälfte" der Rohre zuerst mit Rippen versehen und dann die Rohre vom Spannmittel gelöst, um 180º gedreht und dann die andere "Hälfte" mit Rippen versehen werden. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Spannmittel auf einem drehbaren Tisch angeordnet sein, so dass es nicht erforderlich ist, die Rohre aus ihrem eingespannten Zustand zu lösen, um die 180º-Drehung durchzuführen. Bei einer anderen alternativen Ausführungsform könnte das einzelne Aufbringen von Rippen auf jede "Hälfte" gleichzeitig erfolgen, mit einem ersten Trägermittel und Antriebsmittel auf einer Seite des Spannmittels und einem zweiten Trägermittel und Antriebsmittel auf der anderen Seite des Spannmittels. Ein Vorteil dieses Merkmals der Erfindung liegt darin, dass mit Rippen versehene Rohre und Rippenblöcke einer Länge, die gleich oder grösser sind als diejenigen, die externe spiralförmig gewunden Streifen verwenden, möglich sind, z. B. 2 · 6 m.
• Alternativ kann das Versehen der einzelnen Hälften des Rohres mit Rippen von jedem entsprechenden Ende verwendet werden, um die maximale Distanz, über welche eine Rippe auf einem Rohr verschoben werden muss, zu reduzieren. Z. B. kann es für ein sechs Meter langes Rohrund bei einer Arbeitsgeschwindigkeit des Antriebsmittels von drei Metern pro Sekunde wünschenswert sein, die Rippen nicht mehr als drei Meter auf dem Rohr zu verschieben, um einen übermässigen Wärmeaufbau in den Rippen, verursacht durch Reibung zwischen der Rippe und dem Rohr zu vermeiden, welcher Hitzeaufbau gegebenenfalls den thermischen Kontakt zwischen der Rippe und dem Rohr beeinträchtigen kann:
• Zwei oder mehr Antriebsmittel (z. B. Linearmotoren) können zum Bereitstellen einer grösseren Antriebskraft zum gleichzeitigen Aufbringen von Rippen auf eine grössere Anzahl von Rohren in Serie oder parallel zu dem Trägermittel montiert werden.
• Das Trägermittel 18 hat eine Trägerplatte 44 mit zehn Öffnungen, welche der Lage der Rohre in der Anordnung entsprechen. Die Öffnungen 46 in der Trägerplatte sind leicht grösser als der Aussendurchmesser der Rohre, so dass dort nur wenig oder kein Kontakt und demzufolge zwischen den Rohren und der Trägerplatte eine geringe oder keine Reibung vorhanden ist.
• Bei dieser Ausführungsform wird die Maschine zur Herstellung eines Rippenblocks verwendet, so dass eine einzelne plattenartige Rippe 50 mit zehn Öffnungen entsprechend den Rohren 24a, b, c der Anordnung auf den Rohren verschoben werden muss. Die Trägerplatte 44 hat ein Haltemittel (nicht dargestellt) für die Rippe. Das Haltemittel kann mechanisch sein (z. B. in der Form von Clips, welche die Rippe zwischen oder an der Seite der Öffnungen greifen kann), eine drehbare Platte, welche einen Teil der Rippe zwischen ihr und der Trägerplatte einspannen kann (obgleich dies eine Tiefe der Rippe auf einer Seite erfordert), oder Greifer; das Haltemittel könnte bei geeigneten Materialien magnetisch sein. Bei einer alternativen und bevorzugten Ausführungsform zur Verwendung allein oder in Verbindung mit einem mechanischen Mittel wird die Rippe auf der Trägerplatte durch Druck gehalten, wobei die Trägerplatte mit einer Pumpe verbunden ist, wobei ein reduzierter Druck an den Öffnungen an der Platte aufrecht erhalten wird, wobei die Öffnungen durch die Rippe abgedeckt werden, so dass der Saugeffekt bewirkt, dass die Rippe in Kontakt mit der Platte bleibt. Bei dieser alternativen Ausführungsform kann die Pumpe ausgeschaltet werden, sobald die Trägerplatte die freien Enden 42 der Rohre durchläuft, da die Rippe dann durch die Rohre gehalten wird, wobei der Reibungswiderstand des Kragens dazu führt, dass die Rippenplatte gegen die Trägerplatte zurückgeführt wird und es nicht notwendig ist, gegen die Trägerplatte zurückgehalten zu werden.
• Wie in Fig. 3 gezeigt, hat jede der Öffnungen 52 der Rippe 50 einen Kragen oder eine Lippe 54. Die Gestalt des Kragens ist so gewählt, dass der Krümmungsrand 56 leicht grösser und der Auslauf 58 leicht kleiner ist als der Aussendurchmesser des Rohres. Die Rippe ist demzufolge reibschlüssig auf den Rohren befestigt, wobei der Auslauf 58 mit einer vorgegebenen Öffnung zur Aufnahme des entsprechenden Rohres 24a, b, c leicht gedehnt wird. Wenn die Rippe auf den Rohren befestigt ist, wird der Krümmungsrand jeder Öffnung leicht vom Rohr beabstandet und nimmt den Auslauf der benachbarten Rippe auf. Auf diese Weise werden benachbarte Rippen dazu veranlasst, ineinanderzugreifen, wobei die miteinander zusammenarbeitenden Rippen die Festigkeit des Rippenblocks erhöhen. Zusätzlich können die Kragen dazu beitragen, die Rippen voneinander zu beabstanden. Mit derartigen Rippen kann die Maschine so eingestellt werden, dass sie mit dem Verschieben einer Rippe auf dem Rohr aufhört, wenn die erforderliche Kraft zur Fortsetzung der Bewegung eine gewisse Grenze übersteigt, und die Grenze wird bestimmt durch den Eingriff zwischen dem Auslauf der einen Rippe mit dem Krümmungsrand der benachbarten Rippe.
• Weiter bewirkt der Kragen, den Kontakt des Kühlmittels mit der Rohrwand zu vermindern, welche andernfalls in Mitleidenschaft gezogen werden kann, wenn das Kühlmittel oder ein darin enthaltenes Kontaminat gegenüber der Rohrwandung potentiell korrosiv wirkt.
• Ein Messmittel, wie z. B. ein linearer Wandler oder ein Potentiometer, kann zur Bestimmung der Position des Trägermittels relativ zum Unterteil eingesetzt werden, und ein Steuerungsmittel kann in Kombination mit dem Antriebsmittel verwendet werden, um Rippen nacheinander an vorbestimmten Positionen der Rohre zu plazieren, z. B.. können aufeinanderfolgende Rippen 100 cm, 99,8 cm, 99,6 cm, usw. entlang den Rohren angeordnet sein. Diese Ausführungsform hat einen Vorteil, wenn der Rippenabstand relativ gross ist, d. h. wenn benachbarte Rippen so montiert sind, dass sie nicht ineinandergreifen, wie dies beispielsweise erforderlich ist, wenn das Kühlmittel beispielsweise besonders viskos ist, und ebenso, wenn die Kragenlänge der Rippe genau gesteuert werden kann, so dass ein gewisser Rippenabstand den erforderlichen Auslauf/Krümmungsrandeingriff zwischen benachbarten Rippen erfordert. Bei einem bekannten Linearmotor mit einem Wandler als Positionssensor kann die Position des Motors mit einer Genauigkeit von 5 um gesteuert werden.
• Für besonders lange Rohre können zusätzliche Stützmittel erforderlich werden, d. h. die Rohre werden sich voraussichtlich in solch einem Ausmass durchbiegen, dass das Trägermittel die freien Enden der Rohre sogar dann beschädigt, wenn diese freien. Enden über einem Zentrierkegel befestigt werden. Ein zusätzliches Stützmittel 60 ist in Fig. 4 gezeigt.
• Das Stützmittel 60 hat einen Schaft 62, auf welchem drei Arme 64a, b, c montiert sind. Die Arme 64a, b, c sind voneinander beabstandet, wobei der Abstand gleich gross ist, wie der Abstand zwischen den Reihen der Rohre 24a, b, c, und die Arme sind so ausgestaltet, dass sie zwischen diese Reihen der Rohre passen. Das Stützteil 60 hat einen Stift 66, welcher in einem Loch im Unterteil 12 der Maschinen angeordnet sein kann. Bei dieser Anordnung ist der Schaft 60 im wesentlichen vertikal und das Stützteil kann verhältnismässig frei um den Stift rotieren. Ein Steuerarm 70, welcher senkrecht zur Ebene der Arme 64a, b, c abragt, wird ebenfalls durch den Schaft 62 getragen.
• Im Gebrauch hat das Stützteil 60 eine erste Position (wie gezeigt), in der die Arme 64, a, b, c unterhalb der entsprechenden Reihen der Rohre 64a, b, c liegen, wobei das Gewicht der Rohre von den Armen gestützt wird, so dass jede Tendenz der Rohre, sich unter dem Einfluss der Schwerkraft zu verbiegen, entgegengewirkt wird. Wenn das Trägermittel das Stützmittel passiert, werden die Arme 64a, b, c aus dem Weg gestossen, d. h. das Stützmittel 60 wird um etwa 90º um den Stift 66 in seine zweite Position gedreht, wobei die Rohre zu dieser Zeit durch das Trägermittel und die Rippe gestützt werden. In der zweiten Position liegt der Steuerarm 70 im Weg des Trägermittels, so dass die Rückkehr des Trägermittels das Stützteil 60 veranlasst, in seine erste Position zurückzudrehen.
• Der Unterteil 12 umfasst Sperrmittel (nicht dargestellt) zur Begrenzung der Rotation des Stützmittels zwischen seiner ersten und zweiten Position; bei einer alternativen Ausführungsform können elastische Federmittel eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass das Stützmittel in der einen oder anderen seiner ersten und zweiten Position verbleibt und ohne Bewegung durch das Trägermittel nicht rotiert.
• Mehrere Stützmittel 60 können in beabstandeten Intervallen entlang dem Unterteil vorgesehen sein, entsprechend der Anforderung, Rohre einer bestimmten Länge zu stützen.
• Bei einer Verrippungsmaschine gemäss Fig. 5, bei der die Rohre in einer einzigen Reihe angeordnet sind, kann das Stützmittel eine einzige Stange sein. Diese Stange könnte in gleicher Art wie das Stützteil 60 von Fig. 4 rotieren, oder sie könnte unterhalb der Rohre angehoben und gesenkt werden. Wenn das Stützmittel von unterhalb der Rohre angehoben wird, kann es teilkreisförmige Rückschnitte aufweisen, die auch eine Seitwärtsbewegung der Rohre vermindern oder verhindern.
• Die Höhe der Stützmittel kann variabel sein, um die anfänglich unverrippten, aber später verrippten Teile des Rohres zu stützen.
• Es versteht sich von selbst, dass die Maschine alternativ verwendet werden kann, um getrennte Rippen auf verschiedene Rohre gleichzeitig zu montieren. Ebenso kann die Matrix oder die Anordnung der verwendeten Rohre im Grossen und Ganzen entsprechend den Wünschen des Kunden oder des Anwenders ausgewählt werden; die Anzahl Rohre, die gleichzeitig mit Rippen versehen werden können, oder die Anzahl der Rohre im Rippenblock, die nur durch die Kraft der Maschine, die zur Überwindung der kombinierten Reibung zwischen den Rippen und den Rohren erforderlich ist, begrenzt ist. Die Anzahl und die relative Position der Rohre in der Anordnung kann durch Wechseln der Form und der Grösse des Spannmittels geändert werden, und durch entsprechendes Ändern der Form der Trägerplatte.
• Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 5 umfasst die Maschine hundert Trägermittel 144, bei dieser Ausführungsform mit zehn Öffnungen 146 in Linie zur Aufnahme der Kragen von entweder zehn einzelnen Rippen oder einer einzigen plattenförmigen Rippe 150. Jeder Öffnung 146 ist umgeben von vier Öffnungen 145, die zu oberen und unteren Vakuumsammelleitungen 147 führen, verbunden durch ausgleichende Durchgänge 149. Die Öffnungen 146 sind bei dieser Ausführungsform in einer im wesentlichen flachen Trägerplatte 143, wobei die Platte jedoch einen oberen und einen unteren Rückschnitt aufweist, wobei der obere Rückschnitt 148 den Betrieb der Überführungsmittel ermöglicht (wie unten vollständiger beschrieben).
• Bei einer alternativen Ausführungsform ist die vordere Oberfläche der Trägerplatte 143 nicht planar, z. B. gewellt oder geriffelt, um gewellten oder geriffelten Rippen zu entsprechen; die Rippen können so durch die Maschine mit einer spezifischen gewinkelten Orientierung auf den Rohren montiert werden, d. h. mit der Riffelung parallel zur Riffelung der benachbarten Rippen, um so Fliessdurchgänge von konstanter Breite für das auf das Rohr auftreffende Kühlmittel aufrecht zu erhalten, aber mit einer Quer- oder im wesentlichen quer angeordneten Riffelung zu jener Strömung, um damit zur Verbesserung des Wärmeübergangs die Strömungsturbulenz zu erhöhen. Bei einer anderen Ausführungsform sind die Rückschnitte weggelassen, so dass die gesamte Frontoberfläche des Trägers in einer einzigen Ebene liegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die vordere Oberfläche mit einer über den Vakuumsammelleitungen befestigten Platte ausgestattet, welche Platte durch eine andere Platte mit unterschiedlicher Grösse und unterschiedlichem Abstand der Öffnungen ersetzt werden kann, so dass andere Anordnungen von Rohren mit der Maschine mit Rippenversehen werden können.
• An der Unterseite des Trägermittels 144 ist (beispielsweise mittels nicht dargestellter Bolzen) die primäre Wicklung 122 des elektrischen Linearmotors befestigt. Die zweite Wicklung 120 des Linearmotors ist auf dem Unterteil 112 der Maschine montiert. Geeignete Energiezufuhr zu den Wicklungen 120, 122 veranlasst den Träger, sich vorwärts oder rückwärts zu verschieben, d. h. aus der Papierebene heraus oder in die Papierebene hinein.
• Bei dieser Ausführungsform wird das Trägermittel 144 mit plattenförmigen Rippen 150, die zur Bereitstellung einer vergrösserten Oberfläche für zehn Rohre in Linie angepasst sind, beladen. Mehrere Rippen 150 sind in einem Magazin 152 von Hand oder mittels einer von der Verrippungsmaschine getrennten (nicht dargestellten) Hilfseinrichtung aufgereiht. So ist eine Rippe 150 hinter der anderen angeordnet, wobei die Rippen axial voneinander beabstandet und die Kragen nach rückwärts gerichtet sind. Das Magazin 152 kann einen geschlitzten Boden und eine ebenfalls geschlitzte linksseitige Wand aufweisen, so dass die Rippen in ihrem entsprechend aufrechten und axial beabstandeten Zustand gehalten werden, wobei jedoch das Magazin eine offene obere und rechtsseitige Wand für den unten beschriebenen Zweck aufweist.
• Die Rippe 150 ist im wesentlichen flach, d. h. nur der jede Öffnung 151 umgebende Kragen ragt davon ab. Bei einer anderen Ausführungsform hat jedoch die Rippe eine oder mehrere Rippen auf jeder Seite der Öffnungen (zusätzlich zur Riffelung oder die Riffelung bildend, wie oben beschrieben), um Festigkeit bereitzustellen und zu helfen, die gerade Ausrichtung der Rippen aufrecht zu erhalten, bevor sie auf den Rohren angeordnet werden. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die Rippen ausserhalb des Bereiches liegen, der für den Eingriff mit den Öffnungen 145 vorgesehen ist, damit der Rückhalt der Rippen auf der Trägerplatte nicht beeinträchtigt wird.
• Das Magazin 152 kann vorwärts auf linearen Führungen 153 durch die Kugelumlaufspindel und den Schrittmotor 154 verschaltet werden. Bei einer alternativen Ausführungsform ist das Magazin stationär, jedoch mit elastisch nach vorwärts vorgespannten Rippen, die durch temporäre Distanzstücke oder nur durch ihre Kragen im Abstand zueinander gehalten werden.
• Das Überführungsmittel 160 umfasst zwei Druckluftfutter 161 montiert auf einer Aufspannplatte 162, die ihrerseits über Lagerblöcke 164 auf einem Paar von Querstangen 165 (nur eine kann in dieser Figur gesehen werden) montiert ist. Die Stangen 165 sind aus nicht rostendem Stahl und an entgegengesetzten Enden durch Pfosten 166, 167 abgestützt.
• Die Aufspannplatte 162 kann zu einer Position oberhalb des Magazins 152 verschoben werden, diese Verschiebung wird durch den Kopf 168 ausgeführt, der bei dieser Ausführungsform keinen pneumatischen Motor aufnimmt, um die Aufspannplatte 162 entlang den Stangen 165 zwischen einem linksseitigen Bewegungsanschlag 170 und einem rechtsseitigen Bewegungsanschlag 171 gleitend zu verschieben.
• Die Druckluftfutter 161 haben je zwei Finger, welche in der linksseitigen Endposition der Aufspannplatte 162 geschlossen werden können, um ein entsprechendes Ende der vordersten Rippe zu greifen. Wenn die Aufspannplatte 162 in ihre rechtsseitige Endposition verschoben worden ist (wie in Fig. 5 gezeigt), liegt die Rippe 150 über der Trägerplatte 143. In dieser Position deckt die Rippe die Öffnungen 145 vollständig oder im wesentlichen ab, so dass, wenn die Vakuumpumpe aktiviert wird, die Rippe auf der Trägerplatte gehalten wird. Die Druckluftfutter 161 können dann die Rippe 150 freigeben (wobei ein Finger jedes Futters ein Teil des Rückschnittes 148 belegt). Die Druckluftfutter 161 tragen in bekannter Weise magnetische Sensoren zur Feststellung, wann die Finger des Futters geöffnet oder geschlossen sind.
• Bei einer ersten alternativen Ausführungsform sind mehr als zwei Druckluftfutter auf der Aufspannplatte 162 montiert. Bei einer zweiten alternativen Ausführungsform, geeignet zum Greifen einer Mehrzahl individueller (nicht miteinander verbundenen) Rippen aus dem Magazin, sind zehn Druckluftfutter angeordnet, oder zum Ausrichten individueller Rippen ein Luftdruckfutter jedoch mit Fingern, die sich lateral über die Breite von zehn Rippen erstrecken.
• Bei einer dritten alternativen Ausführungsform sind die Finger nach rückwärtsschwenkbar, so dass jeder Rippenkragen in eine Öffnung 146 geschwungen werden kann, um dann durch das Vakuum an den Öffnungen 145 gehalten zu werden. Bei einer vierten alternativen Ausführungsform halten die Druckluftfutter die Einzelrippe (oder einzelne Rippen) vor der Trägerplatte 143, und die Rippenkragen dringen in die Öffnungen 146 ein, wenn die Trägerplatte axial vorwärts bewegt wird, d. h. während dem ersten Teil der Rohrverrippungsbewegung.
• Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Druckluftfutter 161 auf ihren entsprechenden Befestigungen um eine Achse senkrecht zur Papierebene drehbar, um so die Finger aus der Ausrichtung mit der Trägerplatte 143 zu bringen, bevor sich die Trägerplatte verschiebt.
• Während die Druckluftfutter auf die in Fig. 5 gezeigte Position verschoben werden, wird die nächste Rippe 150 im Magazin 152 in eine greifbare Position verschoben.
• Die Verschiebung des Trägers 144 wird durch die linearen Führungen 172 und die Läuferblöcke 173 gesteuert.
• Die durch den Träger zurückgelegte axiale Distanz wird durch den linearen Codierer 175 gesteuert. Die Kragenpositionen und demzufolge die Rippenpositionen entlang des Rohrs werden vorbestimmt, so dass sich Positionierungsfehler nicht kumulieren, d. h. jeder Rippe wird eine Voreinstellposition relativ zum Rohr zugeordnet, wobei die Trägerverschiebung für jede nachfolgende Rippe weniger ist. Zwischen einem Satz Rippen kann erforderlichenfalls ein Spalt vorgesehen werden, wobei diese Möglichkeit insbesondere für lange Rohre nützlich ist, die zur Vermeidung eines Durchhängens und eines möglichen Kontakts zwischen Rohren zusätzliche zwischengeordnete Stützen benötigen.
• Bei einem anderen Verfahren zur Verwendung der Rohrverrippungsmaschine wird eine erste einzelne Rippe (oder ein erster Satz unabhängiger Rippen) durch den Träger und das Antriebsmittel auf die Enden der Rohre gestossen, wobei jedoch die Rippe nicht entlang dem Rohr in seine Endposition gestossen wird. Das Trägermittel wird dann in seine Startposition zurückgezogen, um eine zweite gemeinsame Rippe (oder ein zweiter Satz von Rippen) aufzunehmen, wobei die zweite Rippe auf die Enden der Rohre gestossen wird, um in die erste Rippe einzugreifen. Sowohl die erste als auch die zweite Rippe werden sodann zusammen entlang der Rohre an ihre Endposition gestossen.
• Dieses Verfahren bedient sich des Vorteils der Tatsache, dass es das Treiben der Rippe auf die Enden der Rohre ist, während welchem die Ausläufe der Kragen über die Rohrenden oder über einen Zentrierkegel aufgeweitet werden, welches die grösste Kraft vom Antriebsmittel erfordert, und während dieser Verschiebung stösst das Antriebsmittel eine einzelne Rippe (oder einen einzelnen Satz unabhängiger Rippen). Das Verschieben der Rippe längs der Rohre erfordert jedoch weniger Kraft, so dass das Antriebsmittel fähig ist, zwei miteinander im Eingriff befindliche Rippen zu stossen, sobald die Kragen dieser Rippen auf den Rohrenden aufgeweitet worden sind.
• Es versteht sich von selbst, dass dieses Verfahren zu einer reduzierten totalen Verschiebung des Trägermittels führt und demzufolge zu einer möglicherweise reduzierten Zykluszeit. Bei einem gegebenen Antriebsmittel könnte es auch möglich sein, das Trägermittel mit drei miteinander in Eingriff stehenden gemeinsamen Rippen (oder drei Sätze von miteinander in Eingriff stehenden unabhängigen Rippen) den Rohren entlang zu verschieben, obschon die zwischen dem Kragenauslauf einer der Rippen und dem Kragenkrümmungsrand einer benachbarten Rippe gebildete Verbindung dies unpraktisch machen kann.
• Fig. 6 zeigt einen Teil eines mit der Maschine von Fig. 5 hergestellten Rippenblocks. Die Rippenplatten 150 würden auf die Rohre 124 aufgesetzt, um einen Rippenblock 101 mit breit beabstandeten Rippenplatten, z. B. 20 mm voneinander beabstandet, zu bilden, wobei jede Rippenplatte bei einer vorbestimmten axialen Rohrposition angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Kragen 154 ringförmig und umgreifen das Rohr reibschlüssig an ihrem Schleppende oder Auslauf 158.
• Bei einer alternativen Ausführungsform sind mehr als zehn Rohre ausgerichtet, und es wird dann entweder eine breitere Zuführungs- und Positionierungsmaschine eingesetzt, oder alternativ zwei parallele Maschinen, gegebenenfalls gleichzeitig arbeitend, wobei jede z. B. eine Rippenplatte 150 mit zehn Öffnungen befestigt.
• Es versteht sich von selbst, dass es kein Erfordernis für alle Rohre ist (oder alle Rippen, wenn diese getrennt sind), aus demselben Material zu sein. So könnte die Maschine 100 verwendet werden, um gleichzeitig zwei Rippenblöcke zu fertigen, wobei jeder fünf in Linie angeordnete Rohre umfasst; in diesem Fall kann ein Rippenblock Rohre und Rippen aus einer ersten Materialkombination aufweisen, während der andere Rippenblock Rohre und Rippen aus einer zweiten Materialkombination aufweisen kann. Zusätzlich ist es bekannt, dass gewisse Wärmeaustauscherrohre in Situationen verwendet werden, bei denen die um die Rohre fliessende Flüssigkeit über die Länge der Rohre unterschiedlich ist (weil eventuell korrosive Flüssigkeit nur um eine Hälfte der Länge der Rohre fliesst); mit der vorliegenden Maschine können unterschiedliche Rippenmaterialien (und unterschiedlichen Rippendichten) auf unterschiedlichen Abschnitten des Rohres appliziert werden, so dass es nicht nötig ist, das ganze Rohr mit Rippen zu versehen, und sich um eine Umgebung zu sorgen, in der nur wenige Rippenzusammentreffen.
• In der Ausführungsform von Fig. 7 sind die Rohre 224 und die vergrösserten Oberflächenteile 250 aus einem Material, welches zum Reissen oder Brechen neigt, wenn es gedehnt oder gestaucht wird. Derartige Materialien wie z. B. Siliziumcarbid oder eine Keramik können jedoch in einem Wärmeaustauscher wünschenswert sein wegen ihrer Fähigkeit, hohen Temperaturen und insbesondere korrosiven Flüssigkeiten (z. B. heisses Fluorwasserstoffgas) zu widerstehen. Deshalb sind Rippen 250 in der Form von flachen Platten mit Öffnungen (d. h. ohne Kragen). Jede Rippe 250 hat drei ringförmige Öffnungen entsprechend der Positionen der drei Rohre 224 im Rippenblock 201; die Grösse (z. B. der Durchmesser) der Öffnungen ist gleich oder sehr wenig grösser als die Grösse (z. B. der Aussendurchmesser) des Rohres, so dass die Rippe eine Rohrberührungsfläche 258 aufweist und darauf gleitend sitzt (bei einer alternativen Ausführungsform ist die Rippe in einem losen Zustand auf den Rohren).
• Zwischen jedem Paar Rippen 250 befindet sich ein halbfestes Distanzstück 252 aus Wachs oder dergleichen, welches deformiert werden kann, wenn die zweite Rippe 250 in Position geführt wird, und welches temporär die zweite Rippe in jeder vorbestimmten Position auf dem Rohr hält. Wenn alle Rippen auf die Rohre geschoben worden sind, wird der zusammengesetzte Rippenblock, "gebrannt" (um die Rippen und Rohre miteinander zu verschmelzen), und deshalb können die Distanzstücke 252 aus einem nicht schmelzbaren Material bestehen, bevorzugt werden sie verdampft, um so die Fläche nachfolgend für den Wärmeübergang verfügbar zu haben.
• Bei einer alternativen Ausführungsform können die Distanzstücke aus separaten Volumina bestehen, beispielsweise aufgespritzt auf die Rippe, wenn diese entlang dem Rohr (oder bei Rippenblöcken entlang der Rohre) geführt wird, und wenn diese nicht während dem Einbrennen verdampft werden, aushärten können, um axiale Säulen zu bilden, die benachbarte Rippen miteinander verbinden und eine turbulente Strömung von Kühlmitteln zwischen den Rippen fördern; oder bei einer sorgfältiger ausgeführten Anordnung werden die halbfesten Distanzstücke unmittelbar vor der vorbestimmten Rippenposition auf das Rohr aufgespritzt.

Claims (10)

1. Rohrverrippungsmaschine (10, 100) zur Herstellung einer Wärmeaustauscheinheit umfassend wenigstens ein Rohr mit einer Längsachse und einer äusseren Oberfläche, und vergrösserte Oberflächenteile, die an axial beabstandeten Positionen entlang der äusseren Oberfläche angeordnet sind, wobei die Teile jeweils eine Rohrberührungsfläche haben, wobei die Maschine ein Unterteil (12, 112), ein am Unterteil montiertes Spannmittel (14) zum Einspannen eines Teils des Rohres, ein relativ zum Unterteil verschiebbares Trägermittel (18, 144) zum Transportieren wenigstens eines vergrösserten Oberflächenteils auf eine axial vorbestimmte Position auf dem/den Rohr(en) und ein Antriebsmittel (20, 22; 120, 122) zum Verschieben des Trägermittels umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel ein Linearmotor mit einer ersten und einer zweiten Wicklung ist, dass die erste Wicklung des Linearmotors am Unterteil fixiert und die zweite Wicklung gleitend verschiebbar am Unterteil montiert ist, und dass das Trägermittel mit der zweiten Wicklung verbunden ist.

2. Rohrverrippungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wicklung eine "Käfigwicklung" und die zweite Wicklung eine Mehrphasenwicklung ist, vorzugsweise eine Dreiphasenwicklung, dass ein Messmittel (175) bereitgestellt ist, um die Position des Trägermittels relativ zum Unterteil zu bestimmen, und dass das Messmittel mit einem Steuermittel für das Antriebsmittel verbunden ist, um dadurch die Verschiebung des Trägermittels auf eine vorbestimmte Position relativ zum Unterteil zu bewirken.

3. Rohrverrippungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannmittel fest am Unterteil montiert ist.

4. Rohrverrippungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannmittel (14) eine Anzahl von Rohren in einer vorgewählten Anordnung gleichzeitig einspannen kann.

5. Rohrverrippungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch wenigstens ein Rohrstützteil (60), das so montiert ist, dass es relativ zum Unterteil schwenkbar ist, und eine erste Position, in der es einen Teil jedes entsprechenden Rohres stützen kann, und eine zweite Position, in der es jenen Teil nicht stützen kann, aufweist, wobei das Stützteil durch die Verschiebung des Trägermittels zwischen seiner ersten und seiner zweiten Position verschoben werden kann.

6. Rohrverrippungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein von der Maschine getragenes Überführungsmittel (160) zum Überführen wenigstens einer Rippe an eine ausgewählte Position relativ zum Trägermittel und durch ein Haltemittel (145) zum Stützen jeder überführten Rippe in Anschlag mit dem Trägermittel.

7. Verfahren zum Verrippen eines Rohres (24a, 24b, 24c; 124, 224) unter Verwendung einer Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Schritte:{i} Stützen jedes Rohres, so dass es ein freies Ende (42) hat, {ii} Positionieren des Trägermittels (18, 144) an einer Startposition, {iii} Überführen eines vergrösserten Oberflächenteils (50, 150, 250) mit einer voreingestellten Winkelausrichtung an das Trägermittel, {iv} Aufsetzen des vergrösserten Oberflächenteils auf das Trägermittel, während sich das Trägermittel an der Startposition befindet, {v} Verschieben des Trägermittels, um das vergrösserte Oberflächenteil über das freie Ende des Rohres und anschliessend über eine vorbestimmte Distanz dem Rohr entlang zu treiben, {vi} Zurückführen des Trägermittels ohne das vergrösserte Oberflächenteil zu jener Startposition und {vii} Wiederholen des Zyklus durch Überführen eines weiteren vergrösserten Oberflächenteils mit einer vorbestimmten Winkelausrichtung an jenes Trägermittel, wobei das Trägermittel jedoch eine kleinere vorbestimmte Distanz hat.

8. Verfahren nach Anspruch 7 zum gleichzeitigen Verrippen einer Mehrzahl von Rohren zum Bilden eines Rippenblocks (101, 201), gekennzeichnet durch die Schritte: {i} Stützen der Mehrzahl von Rohren im wesentlichen festen relativen Positionen, wobei die gestützten Rohre jeweils ein freies Ende haben, {ii} Halten eines vergrösserten Oberflächenteils auf dem Trägermittel angrenzend an die freien Enden der Rohre, wobei die vergrösserten Oberflächenteile den Positionen der Rohre entsprechende Öffnungen (52, 151) haben, {iii} Verschieben des vergrösserten Oberflächenteils auf die Rohre und {iv} Zurückführen des Trägermittels zum Aufsetzen eines weiteren vergrösserten Oberflächenteils.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das vergrösserte Oberflächenteil einen Radialflansch hat, wobei der Radialflansch Teil des vergrösserten Oberflächenteils ist, das auf dem Trägermittel angeordnet ist, wobei das Trägermittel den Radialflansch über die vorbestimmte Distanz an dem freien Rohrende vorbeitreibt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rohr zwischen seinen Enden gestützt wird, so dass das Rohr zwei freie Enden hat, und dass das Rohr von beiden Enden aus getrennt verrippt wird.