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Die
Erfindung betrifft ein Wärmetauscher-Bündel, das
dazu bestimmt ist, den thermisch aktiven Teil eines Wärmetauschers
zu bilden.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verschweißen von
zwei Blechen mit Hilfe von Schweißraupen.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Zweiplatten-Einzelmoduls
für ein
Wärmetauscher-Bündel.
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Die
Erfindung betrifft ferner einen Wärmetauscher, dem das Wärmetauscher-Bündel eingegliedert
ist.
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Man
kann schematisch zwei Kategorien von industriellen Wärmetauschern
unterscheiden:
- – Rohrbündel-Wärmetauscher,
- – Platten-Wärmetauscher.
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Die
Rohrbündel-Wärmetauscher
sind heute die am weitesten verbreiteten. Sie bestehen aus einem
Bündel
von parallelen Rohren, in denen ein erstes Austauschfluid umläuft, und
aus Mitteln, um das zweite Austauschfluid mehrmals hintereinander
in Querrichtung durch Bereiche des Bündels strömen zu lassen, die nacheinander
näher bei
dem Eintritt des ersten Fluids liegen. Diese Wärmetauscher sind allgemein
bekannt, und ihre Verwendung seit mehr als einem Jahrhundert in
der Industrie hat ihre Zuverlässigkeit
bewiesen. Die Herstellungsverfahren sind ebenfalls bekannt und sind
zahlreichen Firmen in der Welt zugänglich. Sie sind relativ leicht
zu reinigen, was ihre Verwendung mit verschmutzenden Fluiden gestattet.
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Sie
sind dagegen schwer und besitzen große Abmessungen, was ihre Installationskosten
belastet.
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Hinsichtlich
des Wärmeaustausches
ist das durch das Innere von Rohren begrenzte Profil das Profil,
das die besten thermischen und hydrodynamischen Leistungen erbringt.
Das Verhältnis
Austauschkoeffizient/Lastverlust ist nämlich besser als das irgendeines
anderen Profils bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten
und Fluiden mit geringer Viskosität (allgemein bei Gasen der
Fall).
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Leider
steht diesen bemerkenswerten Leistungen eine mittelmäßige Wirksamkeit
hinsichtlich des außerhalb
der Rohre umlaufenden Fluids gegenüber. Dieses muss nämlich zahlreiche
Richtungsänderungen
längs seines
Durchgangs im Wärmetauscher
vornehmen, um seinen Kreis, der zur Richtung der Strömung in
den Rohren quer verläuft,
in einen "Pseudo"-Gegenstromumlauf zu überführen. Diese Richtungsänderungen
erzeugen starke Lastverluste ohne Verbesserung des thermischen Austausches und
schaffen tote Zonen, in denen der Fluidumlauf quasi Null ist, was
in einem starken Maße
die Oberfläche
verringert, die tatsächlich
zum Wärmeaustausch
dient.
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Aus
diesem Grund sind die thermischen und hydraulischen Leistungen der
Rohrbündel-Wärmetauscher
insgesamt relativ mäßig.
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Platten-Wärmetauscher
sind später
auf dem Wärmetauschermarkt
erschienen (nach dem zweiten Weltkrieg). Sie haben insbesondere
im Nahrungsmittelsektor einen starken Durchbruch erlebt, und zwar in
Form einer durch biegsame Dichtungen abgedichteten Plattenmontage,
die eine einfache Demontage und eine schnelle Reinigung gestattet.
Diese Eigenschaft gestattet nämlich
die Lösung
der Probleme der bakteriellen Verschmutzung, die in der Nahrungsmittelindustrie
sehr aktuell sind.
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Sie
sind, sei es in Form von Wärmetauschern
mit Platten und Dichtungen oder in Form von Wärmetauschern mit geschweißten Platten,
leichter als die Rohrbündel-Wärmetauscher
und besonders kompakt. Diese Kompaktheit kommt im Allgemeinen von
dem kleinen Raum zwischen zwei aufeinander folgenden Platten, der
zu einem ebenfalls sehr kleinen hydraulischen Durchmesser führt. Bekanntlich ist
bei gleichen Leistungen die Länge
eines Wärmetauschers
proportional zu seinem hydraulischen Durchmesser: je kleiner dieser
ist, um so kleiner ist die Länge
des Wärmetauschers.
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Hauptsächlich aus
mechanischen Gründen haben
die Platten meistens zickzackförmige
Wellungen ("herring
bones"), die aus
geraden Teilen von einigen Zentimetern bestehen, auf welche ein
Richtungswechsel folgt, wie GB-A-798 535 veranschaulicht.
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Dieses
Profil ist besonders leistungsfähig, wenn
die Umlaufgeschwindigkeiten gering sind und die Viskosität der Fluide
relativ groß ist
(Fall von Flüssigkeiten).
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Dieses
Profil ist jedoch im Fall von Gasen thermisch weniger geeignet.
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Ideal
wäre, wenn
man einen Wärmetauscher schaffen
könnte,
der die Eigenschaften der Kompaktheit und der Leichtigkeit der Plattenwärmetauscher mit
den guten thermischen und hydraulischen Leistungen des rohrförmigen Innenprofils
vereinigt.
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US-A-4
029 146 schlägt
Wärmetauscher
vor, die aus Platten mit geradlinigen Längswellungen bestehen, die
paarweise zusammengefügt
sind, um Einzelmodule zu bilden, die in ihrem Inneren Längskanäle abgrenzen,
in denen ein erstes Wärmetauschfluid
umläuft.
Diese Module sind in einem Bündel
zusammengefasst. Das zweite Fluid fließt in Zwischenräumen, die
durch Zwischenstücke
zwischen den Modulen gebildet sind. Der Weg des zweiten Fluids ist
wenig geeignet, sei es hinsichtlich der Wärmeaustausche oder hinsichtlich
der Lastverluste.
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JP-A-58
128 236 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines thermischen
Moduls durch Verschweißen
und Hydroformen. Zu diesem Zweck verschweißt man zwei Metallbleche längs zueinander parallelen
Längslinien
sowie durch eine Umfangsschweißraupe
miteinander, die an zwei entgegengesetzten Ecken des Moduls für den Eintritt
und den Austritt des Fluids unterbrochen ist. Man führt dann zwischen
die beiden Bleche ein Fluid unter Druck ein, das den Baukörper durch
Aufblähen
zwischen den Schweißraupen
so verformt, dass einerseits Längskanäle zwischen
den Längsschweißraupen
und andererseits Endkollektoren längs der Querseiten an jedem
Ende der Längskanäle gebildet
werden. Zur Steuerung des Aufblähens
des Moduls bei der Hydroformungsphase setzt man das Modul zwischen zwei
feststehende Flächen,
die die Ausdehnung des Moduls in der Richtung der Dicke begrenzen.
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Ein
solches Modul stellt Probleme hinsichtlich der Herstellung und der
Wirksamkeit im Betrieb. Eine der Feststellungen, die der vorliegenden
Erfindung zugrunde liegen, ist, dass die Hydroformung nur dann industriell
akzeptable Ergebnisse liefert, wenn die Formen, die man herstellen
möchte,
Verformungsarten entsprechen, die von einem Bereich des Teils zum
anderen miteinander kompatibel sind. Insbesondere kann das Teil
nicht sich aufblähen,
ohne dass seine Gesamtbreite abnimmt. Nun bilden die Querteile der
Umfangsverschweißung
der JP-A-58 128 236 eine Verstärkung,
die sich einer solchen Verformung zumindest in den den Enden der
Längskanäle nahen
Zonen widersetzt. Auch die Querkollektoren nehmen bei der Hydroformung
ein allgemeines Rohrprofil an, das sich ebenfalls wie eine starke Querversteifung
verhält.
Außerdem
führen
die Fluideintritte und -austritte über die Ecken des Moduls zu
einer ungleichen Verteilung des Fluids auf die einzelnen Längskanäle.
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Die
Herstellung der Längsschweißraupen stellt
Probleme, da die Bleche dazu neigen, sich während der Verschweißung unter
der Wirkung der Wärmespannungen
zu verformen und sich voneinander abzuheben. Dies trifft sogar bei
dem Laserschweißverfahren
zu, obwohl bei diesem eine weniger große Energiedichte eingesetzt
wird.
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FR-A-2
685 462 schlägt
zwar vor, die Verschweißung
des Moduls auf auf die Fläche
verteilte Kontaktpunkte zu beschränken. Die auf diese Weise erhaltene
Struktur ist jedoch in hydrodynamischer und thermischer Hinsicht
wenig wirkungsvoll. Das angeführte
Verfahren zur Ausbildung der Enden des Bündels als Platine durch die
Bildung von umgebogenen Rändern
auf jedem Blech ist komplex. Die Biegung von nicht ebenen Zonen
des Blechs stellt Herstellungsprobleme.
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Eine
Verteilungszone für
ein Wärmeaustauscher-Bündel ist
allgemein aus US-A-4 665 975 bekannt.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Wärmetauscher-Bündel, einen
Wärmetauscher
und Herstellungsverfahren zu schaffen, die die Herstellung eines
Wärmetauschers
gestatten, der hinsichtlich der Fluidaustausche und der thermischen Austausche
optimiert ist, ohne besondere Schwierigkeiten für seine industrielle Herstellung
mit sich zu bringen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung ist das Wärmetauscher-Bündel, das
Module umfasst, die jeweils zwei Bleche aufweisen, die längs Längslinien
verschweißt
sind, die miteinander erste im wesentlichen rohrförmige Durchgänge für ein erstes Wärmetauschfluid
abgrenzen, wobei diese Module zueinander so positioniert sind, dass
zwischen den Modulen zweite Durchgänge für ein zweites Wärmetauschfluid
abgegrenzt werden, wobei das Bündel Verteilungsmittel
aufweist, um das erste Fluid auf die ersten Durchgänge und
das zweite Fluid auf die zweiten Durchgänge zu verteilen, dadurch gekennzeichnet,
dass die Module so positioniert sind, dass die Außenscheitel
der Wellungen der benachbarten Module im wesentlichen in gegenseitigem
Kontakt sind, dass die Module mindestens an einem der Enden des
Bündels
eine Übergangszone
aufweisen, die erste Übergangsdurchgänge bildet, über die
die ersten im wesentlichen rohrförmigen
Durchgänge
mit einer Endöffnung
des Moduls in Verbindung sind, und dass die Übergangszonen der benachbarten
Module miteinander als Verteilungsmittel für das zweite Fluid zweite Übergangsdurchgänge bilden, über die
zweite im wesentlichen rohrförmige
Durchgänge,
die für
das zweite Fluid zwischen den Kontaktlinien oder Quasi-Kontaktlinien
der Außenscheitel
der Wellungen der benachbarten Module gebildet sind, miteinander
und mit dem Äußeren des
Bündels
in Verbindung sind.
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Die Übergangszone
besitzt vorzugsweise in der Breite des Moduls eine Abmessung, die
von der gewellten Zone an, in der sich die Laserschweißungs-Längslinien
befinden, bis zu der Endöffnung des
Moduls allmählich
abnimmt.
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Diese Übergangszone
hat eine doppelte Funktion. Im Betrieb gestattet sie eine gleiche
Verteilung des ersten Fluids auf die Längskanäle jedes Moduls. Bei der Herstellung
gestattet sie einen Übergang
zwischen der Zone der Längskanäle, in der
die Breite der Module bezüglich
der Anfangsbreite der Bleche an der betreffenden Stelle stark reduziert
ist, und dem Ende der Module, an dem deren Breite sehr nahe der
Anfangsbreite der Bleche an der betreffenden Stelle sein kann.
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Es
ist sehr vorteilhaft, in dem Übergangsdurchgang
zwischen den beiden Blechen geschweißte Kontaktpunkte vorzusehen.
Diese Punkte gestatten eine bessere Steuerung der Verformung der
Bleche während
der Formung und insbesondere die Änderung ihrer Gesamtbreite
an jeder Stelle der Länge
der Übergangszone
und begünstigen
andererseits die gute Verteilung des Fluids auf die Längskanäle.
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Die
Verteilungsmittel können
auch an mindestens einem der Enden der Module folgendes umfassen:
eine
Endplatte, die auch zu den Positionierungsmitteln gehört und die
von Öffnungen
durchsetzt ist, in deren jeder eine Endöffnung des jeweiligen Moduls dicht
befestigt ist; und
einen Anschlusskasten, der an der Platte
so befestigt ist, dass das Innere des Kastens mit den ersten Durchgängen über die Öffnungen
der Platte in Verbindung ist.
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Diese
Platte bereitet bei der Anbringung keine besondere Schwierigkeiten.
Die Endöffnungen der
Module bieten Zugang zu den oben beschriebenen Übergangsdurchgängen. In
diesem Fall kann die Platte in der Richtung der Breite der Module
eine kleinere Abmessung als die Module haben, was den Zugang zu
den zweiten, für
das zweite Fluid bestimmten Zugängen
zu beiden Seiten der Platte schafft.
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Der
Abstand zwischen den benachbarten Längsschweißlinien kann kleiner als oder
im Wesentlichen gleich 30 mm sein.
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Es
wurde erfindungsgemäß gefunden,
dass ein solcher erstaunlich kleiner Abstand gestattet, unter guten
Bedingungen durch Laserschweißung
und Hydroformung ein Modul herzustellen, dessen Verformungen während der
Herstellung einwandfrei gesteuert werden können und das praktisch eine
gute mechanische Festigkeit bietet, und zwar selbst dann, wenn die
Bleche sehr dünn
sind und die Druckdifferenz zwischen den beiden Fluiden relativ
hoch ist. Das Modul gemäß diesem
Aspekt der Erfindung vereinigt die Bedingungen der industriellen
Machbarkeit, der mechanischen Festigkeit und der hydraulischen und
thermischen Leistungen, d. h. also der Leichtigkeit und Kompaktheit
des gebildeten Wärmetauschers.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung ist das Verfahren zur Verbindung von
zwei Blechen durch eine Laserschweißraupe insbesondere zur Herstellung
eines Wärmetauschermoduls für ein Bündel dadurch
gekennzeichnet, dass man die Schweißung durch ein Fenster einer
Pressvorrichtung hindurch bildet, die die beiden Bleche während der
Bildung der Verschweißung
in gegenseitigen Kontakt presst.
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Bei
den Schweißraupen
großer
Länge lässt man
nach Fertigstellung einer Einzelraupe den Druck der Pressvorrichtung
nach, um die Bleche freizugeben und ihnen zu gestatten, bezüglich der
Pressvorrichtung bis in eine Stellung zu gleiten, in der die Stelle
einer folgenden Einzelraupe in dem Fenster positioniert ist. Zur
Herstellung von mehreren parallelen Längsraupen verwendet man einen
Presser in Form eines Kammes, der mehrere parallele lang gestreckte
Fenster aufweist, durch die man für jede Längsraupe eine Einzelraupe bildet,
und zwar für
jede Stellung der Bleche zwischen zwei Bewegungen.
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Das
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschermoduls, bei dem
man zwei Bleche durch parallele Längsschweißraupen und durch eine Schweißraupe zum
mindestens partiellen Verschluss an jedem Ende verbindet und dann
zwischen die Bleche eine unter Druck stehende Flüssigkeit einführt, um
die Bleche durch Hydroformen zwischen den Schweißraupen voneinander zu entfernen,
ist dadurch gekennzeichnet, dass man die Verschlussschweißraupe in
einem Abstand von dem Ende der Längsschweißraupen
bildet, so dass ein Übergangsdurchgang
zwischen dem Ende des Moduls und den Längskanälen erscheint, die sich zwischen
den Längsschweißraupen
bilden. Der Übergangsdurchgang
bildet eine Zone, in der die Breite des Moduls sich zwischen einem
Wert, der bezüglich
der Anfangsbreite der Bleche am Ende des Moduls relativ wenig verringert
ist, und einem stärker
verringerten Wert in der Zone der Längskanäle variiert.
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Zur
Herstellung des Moduls kann man dann den Rohling durch den Übergangsdurchgang
hindurch beispielsweise durch Druckwasserstrahl abschneiden, um
mindestens einen Übergangsdurchgang
im fertigen Modul beizubehalten.
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Gemäß einem
wichtigen Aspekt der Erfindung ordnet man die beiden Bleche während des
Hydroformens zwischen den Flächen
an, die die Ausdehnung des Moduls in der Richtung der Dicke begrenzen,
wobei diese Flächen
für das
Modul in einer Zone des Endes des Moduls eine geringere Dicke als in
einer Hauptzone, die den größten Teil
der Länge des
Moduls bedeckt, festlegen. Man bildet auf diese Weise zwischen den
Modulen in Nähe
ihrer Enden Räume,
die Zugang zu den zweiten Durchgängen des
Bündels
schaffen, um diese mit dem Äußeren des
Wärmetauschers
zu verbinden.
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Gemäß einem
anderen Aspekt betrifft die Erfindung einen Wärmetauscher, dem ein Bündel gemäß dem ersten
Aspekt in einer Hülle
eingegliedert ist, deren Innenvolumen mit den zweiten Durchgängen in
Verbindung ist. Es wird bevorzugt, dass das Fluid, das das Innenvolumen
der Hülle
und die zweiten Durchgänge
bespült,
dasjenige der beiden Fluide ist, das auf dem niedrigeren Druck ist.
Die durch Hydroformung erhaltenen Module haben nämlich gegenüber dem Innendruck eine bessere
Festigkeit als gegenüber
dem Außendruck.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung, die nicht begrenzende Beispiele betrifft. In der beiliegenden
Zeichnung zeigen:
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1 eine perspektivische Teilansicht
eines erfindungsgemäßen Moduls
während
der Herstellung,
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2 eine Draufsicht mit einer
zentralen Ausbrechung,
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3 eine schematische perspektivische Ansicht
eines Schweißschrittes
bei der Herstellung eines Moduls,
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4 eine perspektivische Ansicht
der während
der Verschweißung
verwendeten Presser,
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5 eine Draufsicht des Verschweißungsschrittes,
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6 einen Längsschnitt,
der den Hydroformungsschritt veranschaulicht,
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7 eine Einzelheit des linken
Teils von 6 in größerem Maßstab,
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8 eine perspektivische Teilansicht,
die den Hydroformungsschritt zeigt,
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9 eine perspektivische Teilansicht,
die den Zusammenbau der Module zu einem Bündel zeigt,
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10 eine Draufsicht eines
Endes einer bevorzugten Ausführungsform
eines in einem Bündel von 9 verwendbaren Moduls,
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11 eine perspektivische
Ansicht einer Endplatte des Bündels
von 9,
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12 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers
in einem Teillängsschnitt,
und
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13 eine schematische perspektivische Ansicht,
die die Aufhängung
des Bündels
auf Schienen zeigt.
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Bei
dem in den 1 und 2 dargestellten Beispiel
wird ein Wärmetauschermodul
durch Laserverschweißung
von zwei Metallblechen 1 und 2 erhalten. Wie in 2 mit zwei unterbrochenen
Längslinien 52 dargestellt
ist, ist die Anfangsform der Bleche in einer zentralen Zone 8 rechteckig
und verjüngt sich
dann zu einem Trapez in jeder der beiden Endzonen 9, die
seitliche Ausschnitte 53 aufweisen.
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Die
Breite der Bleche 1 und 2 kann beispielsweise
von 50 bis 800 mm gehen. Die Länge
der Bleche ist nur durch die Abmessung der verfügbaren Mittel zur Begrenzung
der Dickenausdehnung während
der Hydroformung begrenzt, wie im Nachstehenden erläutert wird.
Praktisch sind Bleche von 10 m und mehr möglich. Die Dicke der Bleche
kann von 0,5 bis 1 mm gehen. Sie ist also aus mechanischen und wirtschaftlichen
sowie thermischen Gründen sehr
gering.
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Die
Verschweißung
umfasst mindestens eine Umfangsraupe 3, die eine Unterbrechung 4 aufweist,
die eine Öffnung
in der Mitte des einen der Längsenden
der Bleche bildet. Die Laserverschweißung wird außerdem längs Längsraupen 6 durchgeführt, die
zu den Längsrändern 7 der
Bleche 1 und 2 parallel sind und die sich über die
ganze zentrale Zone 8 der Bleche erstrecken, wobei sie
den größten Teil
der Länge
der Bleche bedecken, und zwar mit Ausnahme der beiden Endzonen 9,
die jeweils einem der Längsenden
der Bleche benachbart sind. Jedes Ende der Schweißraupen 6 ist
durch einen Schweißpunkt 11 verstärkt, der
praktisch aus einer kreisförmigen
oder ovalen Schweißraupe
mit kleinem Durchmesser besteht. In der zentralen Zone besitzt die Umfangsraupe 3 parallele
Längssegmente 12 im
Wesentlichen von derselben Länge
wie die Längsraupen 6.
In jeder Endzone 9 grenzt die Umfangsraupe 3 eine Übergangszone 13 ab,
deren parallel zur Breite der Bleche 1 und 2 gemessene
Abmessung von dem Ende der Längsraupen 6 bis
zu der Unterbrechung 4 progressiv abnimmt. Die Übergangszone 13 weist bei
dem dargestellten Beispiel die Form von zwei aufeinander folgenden
Trapezen auf, von denen das eine, das den Längsraupen 6 benachbart
ist, schwach konvergiert und das andere, das bis zur Unterbrechung 4 geht,
stärker
konvergiert. In der Übergangszone 13 sind
die beiden Bleche miteinander durch Laserschweißpunkte 14 verbunden,
die in der Form von kreisförmigen
oder ovalen Raupen ausgeführt sind.
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Jede Übergangszone 13 setzt
sich zusammen aus einem der Unterbrechung 4 benachbarten Bereich 71 ohne
Schweißpunkte,
einem den Enden 11 der Längsschweißraupen 6 benachbarten
Bereich 72 mit einander angenäherten Schweißpunkten
und einem in der Länge
der Bleche zwischen den beiden vorhergehenden Bereichen gelegenen
Bereich 74.
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In
dem Bereich 72 mit einander angenäherten Punkten sind die Punkte
in einer versetzten Anordnung angeordnet, zu der auch die an den
Enden der Längsraupen 6 gebildeten
Schweißpunkte 11 gehören. Jede
Raupe 6 hat also eine Länge,
die von ihren benachbarten Raupen abweicht.
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Im
Bereich 74 sind die Schweißpunkte ebenfalls versetzt
angeordnet, jedoch mit mehr Raum untereinander. Die unterbrochen
gezeichneten Linien 76, 77, 78, die im
Nachstehen den ausführlicher
beschrieben werden, machen die Trennung zwischen den Bereichen 71 und 74,
die Trennung zwischen den Bereichen 74 und 72 bzw.
eine Linie sichtbar, die im Wesentlichen durch alle Enden 11 der
Raupen 6 verläuft.
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Um
bei der darauf folgenden Hydroformung Kanäle zwischen den Längsschweißraupen 6 zu
erhalten, die dem Rohrprofil möglichst
nahe sind, muss der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Längsraupen 6 reduziert
werden. Um eine gute Kompaktheit des Wärmetauschers zu erhalten, ist
es auch wichtig, dass der Durchmesser der auf diese Weise gebildeten
Quasirohre der kleinstmögliche
ist, da sonst die wirtschaftliche Bedeutung sehr schnell verlorengeht.
Ein Abstand zwischen 15 und 30 mm zwischen den benachbarten Längsschweißraupen 6 hat
sich als vorteilhaft herausgestellt, dieser Wert ist jedoch nicht
begrenzend.
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Es
wird nun unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 ein Schweißverfahren
beschrieben, bei dem ein Verwinden der Bleche unter der Einwirkung
der Schweißwärmespannung
vermieden werden kann, so dass einerseits das gegenseitige Abheben
der Bleche während
der Verschweißung
und andererseits die Bildung von Modulen mit Planheitsfehlern vermieden
werden können.
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Zur
Herstellung der Längsschweißraupen 6 verwendet
man zwei Presser 16, 17 (3 und 4)
in Plattenform, zwischen denen die beiden übereinander gelegten Bleche 1 und 2 durchlaufen
können.
Die Presser 16 und 17 sind der selektiven Einwirkung
von Pressriegeln 18 ausgesetzt, die ihrerseits durch eine Presse
betätigt
werden. Wenn die Presse aktiviert ist, komprimieren die beiden Presser 16 und 17 die
Bleche 1 und 2 stark gegeneinander, indem sie
jede gegenseitige Entfernung unter ihnen verhindern. Wenn die Presser 16 und 17 gelockert
werden, schließen sich
andere Presser 20, die in einem Abstand von den Pressern 16, 17 angeordnet
sind, auf den beiden Blechen 1 und 2 und bewegen
sich dann gemäß dem Pfeil 97,
um die Bleche 1 und 2 über eine vorbestimmte Strecke
zwischen den Platten 16 und 17 vorzubewegen. Dann
lösen sich
die "anderen" Presser 20 und
kehren in die dargestellte Stellung zurück. Die beiden Platten 16 und 17 grenzen
miteinander einen Spalt 19 ab, dessen Breite im Wesentlichen
der der Breite 1 und 2 entspricht. Wenn die Bleche 1 und 2 sich
zwischen den Pressern 16 und 17 vorbewegen, positionieren
diese sich automatisch in seitlicher Richtung bezüglich der
Bleche 1 und 2. Die Presser 16 und 17 werden
dagegen durch einen Anschlag 21 (4), der mit dem Rahmen der Schweißmaschine fest
verbunden ist, daran gehindert, in Längsrichtung den Blechen 1 und 2 zu
folgen.
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Die
Presser 16 und 17 haben die Ausbildung eines Kamms,
d. h. sie besitzen für
jede herzustellende Längsschweißraupe 6 ein
lang gestrecktes Fenster 22 oder 24. Es ist also
eine Reihe von oberen parallelen Fenstern 22 und eine Reihe
von entsprechenden unteren parallelen Fenstern 24 vorgesehen. Aus
Gründen
der Einfachheit sind in 3 nur
drei und in 5 nur sieben
Fenster 22 dargestellt. Diese Fenster können jedoch auch in einer größeren Anzahl
vorgesehen sein. Jedes Fenster 22 oder 24 lässt das
entsprechende Blech 1 oder 2 in dem Bereich erscheinen,
in dem ein Teil einer betreffenden Schweißraupe 6 herzustellen
ist.
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Jedes
Mal, wenn die Bleche 1 und 2 anhalten, wird durch
jedes obere Fenster 22 hindurch eine Einzelraupe 23 gebildet,
und zwar entweder durch einen einzigen Kopf, der in Längsrichtung
jedes obere Fenster 22 nacheinander durchläuft, oder
durch einen Mehrfachkopf, der gleichzeitig durch mehrere Fenster 22 verschweißen kann.
Wenn die Einzelraupen 23 durch die Fenster 22 hergestellt
wurden, bewegen sich die Bleche 1 und 2 um eine
Länge,
die einer Einzelraupe 23 entspricht. Die unteren Fenster 24 dienen
dazu, zu vermeiden, dass die Laserschweißung gleichzeitig eine Verschweißung zwischen
den Blechen 1, 2 und dem unteren Presser 17 herstellt.
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Die
Umfangsraupe 3 und die Schweißpunkte 11, 14 können auf
eine nicht dargestellte Weise nach einer ähnlichen Vorgehensweise mit
Hilfe eines Pressers durchgeführt
werden, der mit einem Fenster bzw. mit Fenstern versehen ist, die
in geeigneter Weise ausgebildet und positioniert sind. Für die Übergangszone
können
die Fenster beispielsweise aus Öffnungen
bestehen, deren relative Anordnung der für eine Gruppe von Schweißpunkten
gewünschten Anordnung
entspricht.
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Nun
wird unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 der Schritt der Hydroformung
des Moduls beschrieben. Zu diesem Zweck ordnet man den aus den beiden
verschweißten
Platten bestehenden Rohling zwischen zwei Flächen 26 und 27 an,
die einen genau bestimmten Abstand voneinander haben, der der für das Modul
in der zentralen Zone 8 gewünschten Dicke entspricht. Die
Flächen 26 und 27 sind
so groß,
dass sie die zentrale Zone 8 des Rohlings vollständig bedecken.
Näher beieinander
liegende Flächen 28 und 29 legen
miteinander die für
die Endzonen 9 des Rohlings gewünschte verringerte Dicke fest.
Bei dem dargestellten Beispiel werden die Flächen 28 und 29 von
Einlagen 31 gebildet, die an die Flächen 26 und 27 angelegt
sind und die sich auch über
die Endzonen 9 erstrecken. In 8 wurde die obere Fläche 26 der Deutlichkeit
halber weggelassen. Dann spritzt man eine unter Druck stehende Flüssigkeit,
beispielsweise Wasser, unter einem Druck von beispielsweise 4 bis
17 MPa über
mindestens eine der Unterbrechungen 4 der Schweißraupe 3 ein,
wobei das andere Ende verschlossen sein kann oder als anderer Flüssigkeitseinspritzpunkt
dienen kann. Die Flüssigkeit
bewirkt das Aufblähen
des Rohlings durch Entfernung der beiden Bleche voneinander zwischen
den Schweißraupen
und zwischen den Schweißpunkten.
Der Rohling nimmt nun eine relativ große erste Dicke e1 in der zentralen Zone 8,
eine zweite kleinere Dicke e2 in den Bereichen 71 und 74 der
Endzonen 9 und eine noch kleinere dritte Dicke e3 in dem
Bereich 72 an. Die Dicke e2 entspricht im Wesentlichen
dem Abstand der Seiten 28 und 29 der Einlagen 31.
Die Dicke e3 ergibt sich aus der großen Anzahl von Schweißpunkten
in dem Bereich 72 oder nötigenfalls aus einer auf einem Teil
der Einlagen 31 vorgesehenen Überdicke.
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Wie
in 1 dargestellt, lässt die
Hydroformung zwischen den Längsschweißraupen 6 Längskanäle 32 erscheinen,
sowie einen Übergangsdurchgang 33 in
der Übergangszone 13,
wie durch eine Wegbrechung dargestellt ist. Der Durchgang 33 setzt die
Längskanäle 32 mit
der Öffnung 4 in
Verbindung. Die beiden Bleche bilden zu beiden Seiten der Übergangszone 13 Laschen 34,
in denen durch Ausschneiden Einschnitte oder Aussparungen 36 gebildet
werden, die in 1 mit
unterbrochenen Linien dargestellt ist. In 9 wurden zur Vereinfachung der Zeichnung
manche der Laschen 34 weggelassen. Die Aussparungen der
Laschen, die sich in der oberen Stellung befinden, müssen zur
Aufhängung der
Module in dem Wärmetauscher
dienen, wie im Nachstehenden erläutert
wird.
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Nun
wird unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 die Montage der Module
zur Bildung eines Bündels
beschrieben. Zunächst
schneidet man an jedem Ende des Rohlings gemäß einer Schnittlinie 39 (1 und 2), die den Bereich 31 der Übergangszone 13 nicht
fern von der Unterbrechung 4 durchquert, ein Endband 38 ab
und entfernt es. So bildet man an der Stelle der Unterbrechung 4 eine
Endöffnung 4 des
Moduls, die über
den Übergangsdurchgang 33 mit
den Längskanälen 32 in
Verbindung ist.
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2 lässt erkennen, dass jeder Bereich
mit angenäherten
Punkten 72 die Form eines Kreisbogens um den Mittelpunkt 45 der
Endöffnung 40 herum
hat (die Bezugszahl 40 ist in 2 nicht eingetragen) und sich bis zu
jedem Seitenrand der Übergangszone 13 erstreckt.
Die durch die Enden 11 der Längsschweißraupen 6 laufende
Linie 38 hat ebenfalls die Form eines Kreisbogens um den
Mittelpunkt 45 herum. Dieser Kreisbogen besitzt jedoch
Enden 79, die in zur Endöffnung 40 entgegengesetzten Richtung
umgebogen sind. Dies hat sich als günstig herausgestellt, um Schwierigkeiten
der Versorgung der den beiden Längsrändern des
Moduls benachbarten Längskanäle 32a zu
vermeiden. Dank der kreisbogenförmigen
Anordnungen des Bereichs 72 und der Linie 78 trifft
das erste Fluid in Betrieb auf seinem Weg zwischen der Endöffnung und
jedem Längskanal 32 in
etwa den gleichen Strömungswiderstand
oder Lastverlust an, da der Abstand sowie die Anzahl von angetroffenen
Schweißpunkten
der gleiche ist. Die Strömungsgeschwindigkeit
ist auf diesem ganzen Weg in etwa die gleiche, da der Querschnitt
des Bereichs 74 in etwa der gleiche ist wie der Querschnitt
des Bereichs 72 – weniger
dick, aber breiter.
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Nach
Entfernung der Bänder 38 durch Schneiden
bei 39, und zwar vorzugsweise mit Hilfe eines hydraulischen
Druckstrahls, steckt man die Endöffnungen 40 in
die entsprechend geformten Öffnungen 41 einer
Endplatte 42 (9 und 11) ein, die allen Modulen
des herzustellenden Bündels
gemeinsam ist und die parallel zur Breite der Module eine Abmessung 43 besitzt,
die kleiner als die Breite der Module ist. Die Endöffnungen 40 werden
auf die in 9 dargestellte
Weise in den Öffnungen 41 so
verschweißt,
dass die Module in einer Stellung befestigt werden, in der sie miteinander über die
Außenscheitel
der Wellungen der zentralen Zone 8, die durch die Bildung
der Kanäle 32 gewellt
gehalten wird, in Kontakt oder quasi in Kontakt sind. Auf diese
Weise kann ein erstes Austauschfluid, das in 9 mit dem Pfeil 44 dargestellt
ist, in die inneren Durchgänge
jedes Moduls über
die offenen Enden 40 der Module durch die Öffnungen 41 der
Platte 42 eintreten. Ein zweites Austauschfluid kann in
die zweiten Kanäle
von ebenfalls allgemein im Wesentlichen axialer Rohrform eintreten,
die zwischen den Wellentälern
der benachbarten Module und zwischen den Kontaktlinien oder Quasi-Kontaktlinien 98 (9) gebildet sind. Zu diesem
Zweck fließt
das zweite Fluid dank der reduzierten Abmessung 43 der
Platte 42 auf jeder Seite an dieser vorbei und zwischen
Bereichen 72 der Übergangszonen 13 der
benachbarten Module mit einander angenäherten Punkten, und zwar dank
ihrer verringerten Dicke, wie in der austretenden Richtung mit den
Pfeilen 46 dargestellt ist. Man sieht, dass die Pfeile 46 im
Wesentlichen axial sind. Die Bereiche 72 bilden also miteinander
zweite Übergangsdurchgänge, die
seitlich auf jeder Seite des Bündels
ausmünden
und mit den zweiten Kanälen
in Verbindung sind.
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Die 12 und 13 zeigen einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher
mit einer Hülle 59,
deren rechteckiges Profil dem des Bündels entspricht und die das
Bündel
auf seiner ganzen Länge
eng umhüllt. Das
Bündel
ist aufgehängt,
indem die Kanäle 32 vertikal
gerichtet sind. Am oberen Ende der Hülle 59 sind durch
Verschweißung
zwei entgegengesetzte Schienen 61 befestigt (vgl. auch 13), die in das Innere der
Hülle vorstehen
und in die Aussparungen 36 der Laschen der Module eingesetzt
sind, um die Module und damit das Bündel durch Aufhängung zu
tragen, die sich aus der Auflage der das obere Ende der Aussparungen 36 bildenden
Schultern 62 auf der Oberseite der Schienen 61 ergibt.
Ein Anschlusskasten 68, der mit einer Anschlussleitung 69 für das erste Fluid
verbunden ist, ist an seinem offenen Umfang mit dem Umfang der Platte 62 dicht
verschweißt,
um die Endöffnungen
der Module mit der Anschlussleitung 69 zu verbinden.
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Der
Anschlusskasten 68 hat eine allgemeine halbzylindrische
Form, bezüglich
der die Platte 42 sich im Wesentlichen in einer axialen
Ebene erstreckt. Ein zweiter Anschlusskasten 91 von halbzylindrischer
Form, der zum Anschlusskasten 68 im Wesentlichen koaxial
ist, jedoch mit größerem Durchmesser,
ist an dem oberen Rand der Hülle 59 und
an der Oberseite der Schienen 61 befestigt, um das Ende
der Hülle 59 zu
schließen.
Eine Verbindungsleitung 92 verbindet jedoch den Anschlusskasten 91 mit dem Äußeren des
Wärmetauschers
für den
Umlauf des zweiten Fluids gemäß den Pfeilen 93.
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Die
Anschlussleitung 69 durchquert dicht die Wand des Anschlusskastens 91.
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Das
untere Ende des Wärmetauschers
kann einen Aufbau besitzen, der dem oben beschriebenen ähnlich ist,
jedoch mit der Ausnahme, dass nicht notwendigerweise Schienen 61 vorgesehen
sind.
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Die
in 14 dargestellte Einheit kann einen Wärmetauscher
bilden oder in einer druckfesten Kammer untergebracht sein. Die
Kammer umfasst Stutzen für
den Umlauf der Fluide, die an die Anschlussleitungen 69, 92 beispielsweise
durch Ausdehnungsbalge angeschlossen sind. Erfindungsgemäß wird jedoch
bevorzugt, dass das Innere der Kammer mit dem Weg desjenigen der
beiden Fluide in Verbindung ist, das auf dem niedrigeren Druck ist, und
dass dieses Fluid dasjenige ist, das zwischen den Modulen durchfließt. In diesem
Fall kann der äußere Anschlusskasten
unten weggelassen werden, um die Verbindung zwischen dem Niederdruckkreis stromabwärts und
dem Inneren der Kammer herzustellen.
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Man
bemerkt im Bereich 74 (2)
der Übergangszone
eine ringförmige
Verstärkungsschweißung 94,
die mit jedem Ende der zukünftigen Endöffnung 40 des
Moduls in einer Linie liegt. Die Verschweißungen 94 verstärken jedes
Modul gegenüber
der Konzentration der Zuglast, die man in dieser Zone aufgrund des Überdrucks
erwarten kann, der dazu neigt, die Module von der Endplatte 42 abzureißen. 1 zeigt, dass man zwischen
jeder Verstärkungsverschweißung 94 und
dem Rand der Übergangszone
einen Entleerungskanal 96 ausgespart hat, um jedes Zurückhalten
von Flüssigkeit
in dieser Zone zu vermeiden, wenn der Wärmetauscher für einen
Arbeitsgang der Reinigung, der Wartung usw. geleert werden muss.