DE839361C - Auf Innendruck beanspruchte Flachtasche fuer Waermeaustauscher - Google Patents

Auf Innendruck beanspruchte Flachtasche fuer Waermeaustauscher

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DE839361C
DE839361C DEW1173D DEW0001173D DE839361C DE 839361 C DE839361 C DE 839361C DE W1173 D DEW1173 D DE W1173D DE W0001173 D DEW0001173 D DE W0001173D DE 839361 C DE839361 C DE 839361C
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DE
Germany
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pocket
internal pressure
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wide
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DEW1173D
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Richard Dipl-Ing Dr Wenzl
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wire Processing (AREA)

Description

  • Auf Innendruck beanspruchte Flachtasche für Wärmeaustauscher hie Erfindung bezieht sich auf eine auf Innendruck lwanspruchte Flachtasche für Wärmeaustauscher mit -zugleich als Leitflächen für das strömende :Medium dienenden Verankerungsstäben, die mit den '1'asclienlireitwän(leu durch Schweißen eerl)unden sind.
  • Erfindungsgemäß sind die im 8etriel> auf Zug beanspruchten Verankerungsstähe mit den beiden 'I'asclienl)reit\c:indeii durch eine Anzahl von jeweils zwei in an sich lmkannter Weise in einem Arbeitsgang hergestellte Widerstandspunktschweißungen verbunden.
  • Die bekannten Flachtaschen für Wärmeaustauscher der erfindungsgemäßen Art waren entweder derart hergestellt, daß sämtliche Verankerungsstäbe zunächst ;in ihren beiden .ltiflagekanten mit der eineu Breitwand durch Lichtbogenschweißung und nach dem Auflegen der anderen Breitwand Durchbrechungen in dieser, welche im Bereich der Verankerungsstäbe vorgesehen sind, ebenfalls mittels Lichtbogens verschweißt wurden, oder aber es wurden die Verankerungsstäbe zunächst auf das eine Blech durch Widerstandsschweißung aufgebracht und dann die aufgelegte zweite Breitwand mit den Verankerungsstäben ebenfalls durch Widerstandsschweißung verbunden.
  • Diese Flachtaschenherstellung ist nicht nur umständlich, zeitraubend und daher verhältnismäßig teuer, sondern sie ist insbesondere auch dann, wenn es sich um die Anwendung der Widerstandsptinktschweißung handelt, für auf Innendruck beanspruchte Flachtaschen wenig geeignet, da sie entweder zu übermäßiger Schweißarbeit zwingt oder hinsichtlich der erzielten Festigkeit wenig zuverlässig ist. Es ist nämlich bei derartigen stufenweisen Verschweißungen der Verankerungsstäbe mit der einen und dann mit der anderen Breitwand praktisch nicht möglich, dafür zu sorgen, daß einander entsprechende Schweißpunkte beider Breitwände genau axial senkrecht übereinanderliegen. Ist das aber nicht der Fall, so treten unsymmetrische, also Biegungsmomente an den Schweißstellen hervorrufende Beanspruchungen auf, sobald die Tasche unter Innendruck gesetzt wird, und es ist mit einer vorzeitigen Beschädigung von Schweißstellen zu rechnen, da diese Biegungsmomente schlecht aufzunehmen vermögen: Es sind ferner Flachtaschen für Wärmeaustauscher, vornehmlich solche für zu Ablagerungen neigende Medien bekannt, bei denen man auf die Verankerungswirkung der inneren Leitflächen verzichtet und die Leitflächen jeweils nur mit der einen Breitwand verschweißt. Das ergibt aber den Nachteil großer Gewichtserhöhung, da die Breitwände dann mit schweren Rahmen versehen werden müssen, die durch Schrauben miteinander verbunden sind. Solche Ausführungen sind für höhere Innendrücke völlig ungeeignet, da ein Aufblähen der unverankerten Breitwände unvermeidbar ist, was ein Unbrauchbarwerden der Flachtasche zur Folge hätte.
  • Man hat auch spiralförmig gewundene Leitkörper von Wärmeaustauschern sfirnseitig durch Reibungsblöcke zusammengehalten und die das Ganze zusammenspannenden Glieder miteinander verschraubt. Auch diese Konstruktion fällt schwer aus; sie ermöglicht überdies nicht eine beliebige Zusammenstellung einzelner Elemente zu einer wenig sperrigen größeren Einheit.
  • Nun ist es zwar auf einem abseitsliegenden technischen Fachgebiet, nämlich dem Bauwesen, bekannt, zur Herstellung rohr- oder kastenförmiger Konstruktionskörper, wie insbesondere metallischer Tür- und Fensterrahmen, Balken, Säulen, Decken, Böden, Wänden usw., zwei Bleche durch zwischengefügte Distanzstücke mittels einer Art Widerstandsabschmelzschweißung (wozu die Distanzstücke an ihren Rändern verjüngte Querschnitte aufweisen) oder auch durch einfache Punktschweißung in einem Arbeitsgang miteinander zu verbinden. Abgesehen davon, daß der Kältetechniker seine Erfahrungen nicht aus dem Gebiete des Bauwesens zu schöpfen pflegt, treten bei den bekannten Baukonstruktionen nicht die besonderen Betriebsverhältnisse wie bei den auf Innendruck beanspruchten Flachtaschen auf, so daß kein Anlaß dafür bestehen könnte, die bei der Herstellung von auf Innendruck beanspruchten Flachtaschen auftretenden Schwierigkeiten nach den Vorbildern gänzlich anderen Beanspruchungen unterliegender Elemente des Bauwesens zu überwinden.
  • Die erfindungsgemäße Verbindung der im Betrieb auf Zug beanspruchten Verankerungsstäbe mit den beiden Taschenbreitwänden durch jeweils zwei in an sich bekannter Weise in einem Arbeitsgang hergestellte Widerstandspunktschweißungen ergibt beim Auftreten des Innendrucks zwangsweise nur auf Zug beanspruchte Schweißverbindungen, die höhere Haltbarkeit als unsymmetrisch belastete Punktschweißungen ergeben, bei gleichem Druckaufnahmevermögen mit geringer Schweißarbeit auskommen und überdies fertigungsmäßig einfach sind. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es ohne die Fertigung zu erschweren möglich ist, die Taschendicke niedrig zu halten und damit einen günstigen Wärmeaustausch zu erzielen. Flachtaschen mit i bis 1,5 mm Breitwanddicke und 8 bis 7 mm Verankerungsstabhöhe, zusammen also io mm, bereiten nunmehr herstellungsmäßig keine Schwierigkeiten mehr.
  • Eine Flachtasche von i m2 Wärmeaustauschfläche und io mm Dicke wiegt in einer Ausführung für 3 atü Prüfdruck nur ii bis 12 kg und für 5 bis 6 atü Prüfdruck nur 14 bis 15 kg.
  • Die durch den Gegenstand der Erfindung erzielbare Raumersparnis richtet sich nach der Taschendicke, die man fallweise zur Anwendung bringen kann. Sie beträgt bei io mm dicken Taschen mindestens 25 °/o; wenn nämlich die Lücken zwischen ihnen die bisherige Weite behalten müssen. Können diese ebenfalls wieder gleich der Taschendicke gewählt werden, so erspart man bis zu 500/0 an Raum. Im Verhältnis zur Raumersparnis bei den Taschen verkleinern sich auch die Apparatgehäuse. Die Vorteile sind bei Zwischentaschendicken entsprechende.
  • Der günstige Einfluß auf die Fertigungskosten ist ohne weiteres erkennbar. Er erhöht sich noch dadurch, daß man gemäß der Erfindung nur sehr wenig Handarbeit vorzunehmen hat. Überdies haben die neuen Flachtaschen von vornherein so überlegen ebene und glatte Breitwandflächen, daß z. B. bei Verwendung von dekapierten und gespannten Blechen überhaupt keine Nacharbeit erforderlich ist, während solche vorbereiteten Bleche bei der früheren Bauart der Taschen die Nacharbeiten nicht entbehrlich machen.
  • Schließlich ergeben sich mit abnehmenderTaschendicke wachsende wärmetechnische Vorteile, die wieder bei io mm starken Taschen am beträchtlichsten sind. Der sogenannte tote, d. h. vom Wärmeaustausch nicht erfaßte Kern des Kühl- oder Heizmittels verschwindet so gut wie völlig, und zugleich wird nach Reynolds (Übergang von der Iaminaren oder Schichtströmung in die turbulente c-der Flechtströmung) bei den neuen Taschen eine praktisch restlose Turbulenz bestehen, zumal die für letztere nötige Erneuerung der Wirbelbildung an jeder Umkehrstelle der Taschenkanäle eintritt. Die kritische Geschwindigkeit für den Übergang liegt jedenfalls bei den neuen Taschen bedeutend tiefer als bisher, was bereits durch Versuche seine Bestätigung gefunden hat und den wichtigen Vorteil bietet, daß man schon mit mäßigen Geschwindigkeiten hohe Wärmeübergangszahlen erzielen kann. Überdies erreicht man noch den technischen Fortschritt einer Ersparnis an Kühl- oder Heizmittelmenge, Pumparbeit, Leitungsquerschnitt usw. In allen Fällen; in denen man auch die Lücken zwischen den Flachtaschen (in der Regel die Luft-oder Gasseite des Wärmeaustauschers) enger als bisher ausführen kann; ergeben sich dort ebenfalls entsprechend erhöhte Geschwindigkeiten mit ihrem günstigen Einfluß auf den Wärmeübergang.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig. i einen senkrechten Schnitt durch eine Flachtasche bei weggebrochenem mittlerem Taschenteil, Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. i veranschaulichten Teiles einer Tasche.
  • Die Kühl- oder Heiztasche ist gemäß Fig. i ein aus zwei Blechen ja und ib von für den Verwendungzweck geeignetem Werkstoff (Flußstahl, nichtrostender Stahl, Nickel usw. oder Legierungen) und aus stabförmigen Einlagen 2, die zur Verankerung der Taschenwände ja, ib dienen, zusammengesetzter ,Hohlkörper, in dessen Innerm die Stäbe 2 so angeordnet sind, daß sich aneinandergereilite Kanäle für den Durchfluß eines Kühlmittels oder Heizmittels oder eines zu kühlenden oder zu erhitzenden Mittels ergeben. Die Breitwände iaund lb sind an ihren l',ändern ringsum miteinander verbunden, um eine plattenförmige Hohltasche entstehen zu lassen.
  • Fig. 2 zeigt eine gebräuchliche versetzte Anordnung der Verankerungen 2, bei der abwechselnd ein Stab links und ein Stab rechts zwischen seinem Ende Lind dein Taschenrande eine Lücke frei läßt, so claß ein Zickzackweg für das Kühl- oder Heizmittel entsteht. Dabei sind der Zulaufstutzen 3 und der Ablaufstutzen 4 (im Falle eines Kühlmittels; hei einem Heizmittel umgekehrt) seitlich angebracht. Abweichende Anordnungen sind möglich. Sollen beispielsweise Zu- und Ablauf in der senkrechten Mittellinie der Tasche übereinanderliegen, so verwendet man Verankerungen, von denen abwechselnd ein Stab an beiden Enden und ein Stab in seiner Mitte einen Durchgang für das Kühl-. oder Heizmittel offen läßt, so daß ein Doppelzickzackweg entsteht.
  • Die Breitwandränder i' sind gemäß Fig. i und 2 zum Zweck ihrer Verbindung unter einem stumpfen Winkel abgekantet, womit sich ein spitzdachförmiger Itandabschluß an sich bekannter Art mit nur einer Schweißnaht i" ergibt, der herstellungstechnisch und strömungstechnisch besonders günstig ist.
  • Für die Verankerung der Breitwände la, ib sind gemäß Fig. 2 volle Stäbe 2 gewählt, die die Kühl-oder Heizmittelkanäle Iris auf die Umkehrstellen voneinander trennen. Statt dessen können aber auch nach einem vorn Erfinder anderweitig gemachten Vorschlage durchbrochene Verankerungsstäbe verwendet werden falls diese beispielsweise nicht zur Bildung einer Kanalfolge, sondern zum Verteilen eines gasförmigen Kühl- oder Heizmittels über die ganze Taschenbreite unter rascher Abscheidung der flüssigen Anteile dienen sollen, wie z. B. beim Kühlen mit einem verdampfenden Kältemittel, beim Erhitzen mit einem kondensierenden Heizmittel od. dgl. Die Einlage- oder Verankerungsstäbe2 sind nicht in mehreren Arbeitsgängen, z. B. durch vorheriges Anschweißen an der einen Breitwand und nachheriges Anschweißen an der zweiten Breitwand befestigt. Fig. i zeigt vielmehr am obersten Einlegestab 2 zwei Elektroden El und E2, die gerade im Begriff sind, sich gegen die den Stab 2 zwischen sich haltenden Bleche ja und ib zu legen. Mit diesen Elektroden werden an deren Ansatzstelle (Punktschweißung) erfindungsgemäß die drei dicht aneinanderliegenden Teile ja, 2, lb in einem einzigen Arbeitsgang durch die an sich bekannte Widerstandsschweißung verbunden.
  • Die Elektroden El, E2 haben für den Stromübergang vorteilhaft eine ringförmige Stirnfläche, die der Breite der Verankerungsstäbe entspricht, jedoch sind auch andere Elektroden anwendbar.
  • In Fig. 2 ist eine gewöhnliche Punktteilung angedeutet, bei der je vier Schweißpunkte ein quadratisches Breitwandfeld einschließen, dessen Widerstandsfähigkeit gegen den Innendruck der Festigkeit eines Schweißpunktes (Ankers) entspricht. Bei einer halb so großen Teilung ergibt sich eine nur ungefähr halb so große Belastung der Schweißanker durch den im Innern der Flachtasche herrschenden Druck. Die Herstellung der Verbindung ist jedoch so einfach, daß ohne merkbare Kostenerhöhung noch wesentlich engere Teilungen gewählt, also ungewöhnlich hohe Sicherheitsgrade in der Verankerung erreicht werden können.
  • Gemäß der Erfindung werden die neuen Flachtaschen in der Weise hergestellt, daß man die Bleche ja und ib, an denen gewünschtenfalls der obere und der untere Rand schon abgekantet sein können, und die Stäbe 2, vorzugsweise unter Verwendung von Schablonen, in ihrer endgültigen Stellung aufeinanderlegt und. so zusammenspannt, daß sie sich nicht mehr verschieben können, worauf man das Paket einer Widerstandsschweißmaschine zuführt und in dieser die Verankerungsstäbe 2 in einer der nutzbaren Ausladung der Schweißarme angepaßten Folge, gewünschtenfalls unter Benutzung von Führungsschablonen, mit den beiden Blechen ja und ib verbindet. Darauf führt man das Werkstück ja-2-,b nach dem Abnehmen der ersten Spannvorrichtung einer Abkantvorrichtung zu, spannt es an dem jeweils zu bearbeitenden Taschenrande fest ein und unterwirft diesen dem Druck einer V-förmigen Matrize, die beide zusammengehörenden Blechränder i', i'.gleichzeitig abkantet, während man nach dem Abkanten nur noch die Firstschweißnähte i" anlegt und die. Stutzen 3, 4 anschweißt. Die für vorliegende Erfindung unwesentliche V-förmige Kantenschweißung kann durch irgendeine andere Verbindung der Taschenränder ersetzt sein. Mit dem vorbeschriebenen Verfahren vermindert sich der Aufwand an Zeit und an Arbeitskräften so brträchtlich, daß man auch dadurch gegenüber der bisher überwiegenden Handarbeit eine beträchtliche Kostenersparnis erzielt.
  • Für die Verankerung der Breitwände ja, ib ist man nicht an volle Stäbe 2 mit Rechteckquerschnitt gebunden, wie sie in der Zeichnung beispielsweise g t C #%#ählt sind. Der Querschnitt der Ankerstäbe richtet sich im Sinne der Neuerung nach der Forderung, claß das Durchschweißen so leicht wie nur möglich ausgeführt werden kann und die erreichbar beste Verbindung liefert. Versuche mit vollen Stäben 2 haben vorzügliche Ergebnisse gebracht, aber dieser Erfolg soll für das Arbeiten mit beliebigen Schweißmaschinen sichergestellt werden. Das kann dadurch geschehen, daß man erforderlichenfalls T-förmige, U-förmige oder sonstige Profile mit möglichst großem Widerstand zur AnNvenclung bringt.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Auf Innendruck beanspruchte Flachtasche für Wärmeaustauscher mit zugleich als Leitflächen für das strömende "Medium dienenden Verankerungsstäben, die mit den Taschenbreitwänden durch Schweißen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die im Betrieb auf Zug beanspruchten Verankerungsstähe mit den beiden Taschenbreitwänden durch eine Anzahl von jeweils zwei in an sich bekannter Weise in einem Arbeitsgang hergestellte Widerstandspunktschweißungen verbunden sind.
  2. 2. Auf Innendruck beanspruchte Flachtasche für Wärmeaustauscher nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Verankerungsstäbe mit rechteckigem Querschnitt, die mit den Breitwänden durch Ringelektroden in einem einzigen Arbeitsgang verschweißt sind. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften N r. 534014, 647272; französische Patentschriften Nr. 775 415, 802433, 81819i; schweizerische Patentschrift Nr. 180776; USA.-Patentschriften Nr. 1 281 454, 2 o56 563.
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