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Verfahren zur Herstellung von aus Metallen unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit
zusammengesetzten Bauteilen, wie Wärmeaustauschern, durch Widerstandsschweißung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von zusammengesetzten
Gegenständen, die eine Metallgrundwandung vorzugsweise aus Stahl, und eine Vielzahl
von nahe beieinanderliegenden, stangenartigen Bauteilen aufweisen, die aus ihr herausragen
und eine hohe Wärmeleitfähigkeit haben, wobei die Bauteile durch Widerstandsschweißung
an der Wandung befestigt werden.
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Die Erfindung besteht darin, daß jeder der eine elektrische Leitfähigkeit
von mindestens 300/0 derjenigen von reinem Kupfer besitzenden Bauteile, die keinen
Kopf und keine Verstärkung am Schweißende aufweisen, in bekannter Weise nahe seinem
Ende in einen gekühlten Halter eingespannt und mit der eine elektrische Leitfähigkeit
zwischen r und 2o% .derjenigen von reinem Kupfer aufweisenden Wandung durch Widerstands-Stumpf-Drucfk-Schweißung
verschweißt wird und daß hierbei der Strom und der Anpreßdruck so lange. aufrechterhalten
werden, bis der Bauteil an der Schweißstelle eine Querschnittszunahme von mindestens
75% aufweist und in diesem vergrößerten Querschnitt mit der Wandung durch Schweißung
verbunden ist.
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Bereits im USA.-Patent :2 469 635 wird beschrieben, daß die wirksamste
Oberfläche und Vergrößerung
für Wärmeaustauscher aus draht- oder
stangenartigen Bauteilen aus Kupfer oder einem anderen Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit
besteht, die aus der Grundwandung aus Stahl hervorragen und in paralleler Stellung
nahe beieinander angeordnet sind. Die Notwendigkeit einer innigen, sicheren Befestigung
ist für die Bauteile der vergrößernden Oberfläche offensichtlich, genau so wie eine
gute Wärmeleitfähigkeit an der Befestigungsstelle wünschenswert ist.
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Das Erreichen dieser Ziele mit den bekannten Methoden war jedoch eine
schwierige Aufgabe, die dadurch weiter erschwert wurde, daß alle Mittel, die zur
Befestigung der Bauteile benutzt werden, sich für fabrikmäßige Verfahren eignen
mußten, da andernfalls :der Kostenfaktor ein ernstes Hindernis für die Verwirklichung
dieser günstigen Wärmeaustauscherbauart sein würde.
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Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt, der einen Einfluß auf die Art
hat, in der ein Wärmeaustauscher .dieser Bauweise hergestellt werden kann, ist die
Notwendigkeit für eine gleichmäßige Verteilung der Wärme in der gesamten Ausdehnung
der Grundwandung. Wenn der Einfluß der vergrößernden Oberfläche auf die Grundwandung,
d. h. :das Abziehen von Wärme von ihr oder das Zuleiten von Wärme zu ihr, durch
die Bauteile der vergrößernden Oberfläche nur einen kleinen Bereich der Grundwandung
in unmittelbarer Nähe des Befestigungspunktes jedes Bauteiles umfaßt, so werden
die entstehenden Zusammenballungen von Wärme ernsthafte Beschädigungen der Grundwandung
zur Folge haben. Im Falle eines Siederohres beispielsweise, das Wasser enthält und
an seiner äußeren Fläche von heißen Gasen umspült wird, ergeben hohe Zusammenballungen
von Hitze an einzelnen Stellen, hervorgerufen durch ungleichmäßige Hitzeverteilung
im Rohrwandungsmaterial, trokkene Stellen auf der Wasserseite der Wandung. Solche
trockenen Stellen haben eine Überhitzung und Schwächung,der Rohrwandung zur Folge.
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Aus diesem Grunde sollten alle Methoden, die benutzt werden, um die
vergrößernde Oberfläche an der Grundwandung zu befestigen, die Notwendigkeit einer
gleichmäßigen Hitzeverteilung in der gesamten Ausdehnung,der Grundwandung in Betracht
ziehen.
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In voller Erkenntnis dieser Notwendigkeiten sieht die vorliegende
Erfindung ihren Zweck darin, ein Verfahren zum Befestigen von Oberflächenvergrößerungsbauteilen,
wie Draht oder Stangen aus Kupfer oder einem anderen Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit,
an einer Grundwandung vorzusehen, wobei eine vollendete Verbindung zwischen den
Oberflächenvergrößerungsbauteilen und der Grundwandung hergestellt wird und wobei
beste Bedingungen für die Wärmeübertragung zwischen jedem Bauteil und der Grundwandung
und eine im wesentlichen gleichmäßige Hitzeverteilung in der gesamten Grundwandung
sichergestellt wird.
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Um die Zwecke dieser Erfindung zu erreichen, drängt sich der Gebrauch
der Elektroschweißung von selbst auf, und andere, die dieser Aufgabe gegenüberstanden,
haben versucht, die Lösung in ihr zu finden. Das USA.-Patent 2 337 294 ist ein Beispiel.
Entsprechend diesem Patent wird das sogenannte Widerstands-Stoßschweißverfahren
angewendet, aber dieses Verfahren ist für das Befestigen von Oberflächenvergrößerungsbauteilen
an .der Grundwandung eines Wärmeaustauschers nicht gut geeignet. Wichtig ist die
Tatsache, daß bei der Widerstands-Stoßschweißung der Bauteil so an der Grundwandung
befestigt wird, daß die Flächenausdehnung der Verbindung höchstens auf die Querschnittfläche
des Bauteiles begrenzt ist und daher eine genügende Hitzeverteilung auf die gesamte
Ausdehnung der Grundwandung nicht erreicht wird.
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Lichtbogenschweißung ist völlig ungeeignet für die Herstellung von
Wärmeaustauschern mit vergrößerter Oberfläche der vorliegenden Art, da erstens durch
die dabei auftretenden hohen, Temperaturen die Grundwandung geschwächt und verzogen
würde und zweitens die für die Durchführung jeder einzelnen Schweißung nötige Zeit
und der nötige Raum das Verfahren wirtschaftlich nicht tragbar machen würden.
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Die Widerstandsschweißung und insbesondere ihre als Stumpf-Druck-Schweißung
bekannte Abart stellt daher die einzige günstige Möglichkeit zum Schweißen dar.
Sie hat den Vorteil, :daß nur niedere Voltzahlen nötig sind und diese Voltzahl im
Schweißpunkt selten über 3 Volt hinausgeht. Die Fachleute sind jedoch allgemein
der Ansicht, daß die an sich bekannte Widerstandsschweißung von Stahl usw. mit Kupfer
und anderen Metallen hoher Wärmeleitfähigkeit nicht zufriedenstellendist.
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Es ist jedoch festgestellt worden, daß im Gegensatz zu der allgemeinen
Ansicht auch die Widerstands-Stumpf-Druck-Schweißung bei der vorliegenden Aufgabe
mit Erfolg angewendet werden kann, und erfindungsgemäß ist es nicht nur möglich,
die Oberflächenvergrößerungsbauteile mit der Grundwandung mit einer Geschwindigkeit
sicher zu verbinden, die die Erfordernisse fabrikmäßiger Herstellungsverfahren voll
erfüllt, sondern auch so, daß die Verbindung der Oberflächenvergrößerungsbauteile
mit der Grundwandung eine wesentlich größere Fläche einnimmt als der Querschnitt
durch den Bauteil an sich. Dadurch ist die Wärmeübertragung zwischen den Bauteilen
und der Grundwandung genügend groß, um im wesentlichen eine gleichmäßige Wärmeverteilung
.durch die gesamte Grundwandung zu sichern.
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Erfindungsgemäß wird während des Schweißprozesses ein Fuß oder eine
vergrößerte Basis an jedem Bauteil gebildet und damit auch die gewünschte mechanische
Festigkeit in der Verbindungsstelle gesichert.
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Die Erfindung hat die obigen und noch weitere Verwendungszwecke, die
noch gezeigt werden, und besteht in dem neuen Verfahren und seiner Anwendung, wie
es im folgenden genauer beschrieben und in den Ansprüchen gekennzeichnet wird. Es
versteht sich dabei von selbst, das Abwandlungen in .der genauen Verkörperung der
hier beschriebenen
Erfindung angewandt werden können, soweit sie
in den Rahmen der Erfindung fallen.
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Die Erfindung wird nunmehr an Hand der schematischen Zeichnungen an
mehreren Anwendungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. i ist ein Querschnitt durch einen Wärmeaustauscher, der besonders
für den Gebrauch in Dampfkesseln geeignet ist, da die vergrößerte Oberfläche an
der Außenseite eines Rohres angebracht ist, durch das Kesselwasser bzw. Dampf fließen
soll; Fig. 2 ist ein Aufriß eines Teiles des in Fig. i gezeigten Wärmeaustauschers;
Fig. 3 ist ein Querschnitt durch einen Wärmeaustauscher, der für solche Anlagen
geeignet ist, bei denen die Medien auf beiden Seiten der Trennwand im wesentlichen
die gleiche Wärmeübergangszahl haben, so daß die vergrößerte Oberfläche auf beiden
Seiten der Wandung angewendet werden sollte; Fig. 4 ist ein Querschnitt in vergrößertem
Maßstab durch ein Einzelteil entlang der Linie 4-4 der Fig. 3 ; Fig. 5 ist eine
Vorderansicht eines Ausschnittes einer Bremstrommel, an der gemäß der vorliegenden
Erfindung Oberflächenvergrößerungsbautei.le angebracht sind; Fig.6 ist ein Querschnitt
durch Fig.5 in der Ebene der Linie 6-6; Fig.7 und 8 sind Einzelquerschnitte in stark
vergrößertem Maßstabe durch die Verbindungsstelle zwischen einem O'berflächenvergrößerungsbauteil
und der Grundwandung, um den Unterschied zwischen einer Schweißung der Art, wie
sie im USA.-Patent 2 337 294 in Betracht gezogen ist, und einer Schweißung gemäß
der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen; Fig. 9 und io sind Draufsichten
auf Teile eines Wärmeaustauschers und veranschaulichen je .die Ausdehnung der Wärmeeinflüsse
bei den Verbindungsstellen nach Fig. 7 und 8; Fig. i i ist eine schematische Darstellung
des ersten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Anbringung eines Oberflächenvergrößerungsbauteiles
an einem Rohr; Fig. 12 und 13 veranschaulichen schematisch Zwischen- und Endphasen
bei Anbringen des Bauteiles an einem Rohr; Fig. 14 zeigt schematisch das Verfahren,
Bauteile an beiden Seiten der Grundwandung anzubringen, um die Baueinheit herzustellen,
die in Fig. 3 und 4 dargestellt ist; Fig. 15 ist eine graphische Darstellung, die
benutztwerden kann, um dieAmperezahl des Schwe@ißstromes für das Anschweißen von
Kupferbauteilen an einer Stahlgrundwandung festzustellen, wenn die Querschnittsfläche
des Bauteiles bekannt ist; Fig. 16 ist eine graphische Darstellung, die den richtigen
Schweißdrudk für die gleiche Metallzusammensetzung zeigt; Fig. 17 ist eine graphische
Darstellung, aus der die Länge des aus dem Halter hervorstehenden Bauteiles abgelesen
werden kann, und Fig. 18 ist eine graphische Darstellung, die die richtige Schweißzeit
für das Anschweißen von Kupferbauteilen an einer Stahlgrundwandung zeigt.
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Unter Hinweis auf die Zeichnungen wird zunächst der mechanische Aufbau
der Wärmeaustauscher betrachtet, die unter Anwendung der vorliegenden Erfindung
hergestellt werden. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet in jedem der verschiedenen gezeigten
Wärmeaustauscher die Grundwandung, an der in, jedem Falle die Oberflächenvergröß.erungsbauteile
6 in engem Abstand angebracht sind. Bei dem in Fig. i und 2 gezeigten Wärmeaustauscher
ist die Grundwandung 5 ein Stahlrohr, das besonders zum Gebrauch in Hochdruckkesseln
geeignet ist, und die O'berflächenvergrößerungsbauteile 6 bestehen aus Kupfer oder
irgendeinem anderen Metall, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, und ihre Befestigungspunkte
an dem Rohr sinn gleichmäßig um den Umfang des Rohres verteilt.
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Bei dem Wärmeaustauscher nach Fig. 3 und 4 ist die Grundwandung eine
flache Trennplatte zwischen zwei Kanälen oder Durchlässen, durch die zwei Medien,
beispielsweise Verbrennungsgase oder Luft, durchfließen können. Da in diesem Falle
die beiden Medien die gleiche Wärmeübergangszahl haben, ragen die Oberflächenvergrößerungsbauteile
6 auf beiden Seiten der Wandung heraus.
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Im Falle der in Fig. 5 und 6 gezeigten Bremstrommel ragen die Bauteile
6 nur auf einer Seite der Grundwandung 5 heraus, um die Wärme abzuleiten., die an
der inneren Fläche der Wandung während der Bremsung erzeugt wird.
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Wie in dem bereits erwähnten USA.-Patent 2 469 635 gelehrt, sind die
Oberflächenvergrößerungs'bauteile 6 stangenartig ausgebildet und von verhältnismäßig
kleinem Durchmesser und parallel in sehr kleinem Abstand voneinander angeordnet.
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Im Falle der Bremstrommel sind die Bauteile in einer Richtung parallel,
während sie in der anderen Richtung nicht genau parallel sind, aber wegen des verhältnismäßig
großen Durchmessers der Trommel nähert sich ihre radiale Anordnung der Pärallelität.
Im Falle des in Fig. i und 2 gezeigten Siederohres sind die einzelnen Bauteile 6
bei 7 abgebogen, um diese in parallele Lage zueinander zu bringen.
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Obwohl die Bauteile 6 vorzugsweise einen, runden Querschnitt aufweisen,
können sie jede beliebige Querschnittsform haben.
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Wo die Oberflächenvergrößerungsbauteile 6 nach jeder Seite der Grundwandung
hervorragen, wie in Fig. 3 und 4, werden sie auf der -einen Seite der Wandung vorzugsweise
gleichachsig mit denen auf der anderen Seite angeordnet.
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Wie am besten in Fig. 7 gezeigt, bedeckt die Verbindung zwischen jedem
Bauteil und der Grundwandung eine wesentlich größere Fläche ass die Querschnittsfläche
des Bauteiles an sich. Mit anderen Worten hat jeder Oberflächenvergrößerungsbauteil
6 einen verbreiterten Fuß oder eine verbreiterte Basis 8, die über der Grundwandung
5 ausgebreitet und innig mit ihr verbunden ist. Infolge
dieser Vergrößerung
der befestigten Enden der Bauteile 6 und infolge des engen Beieinanderliegens der
Bauteile erreicht die Wärmebeeinflussung der Bauteile alle Teile der Grundwandung
mit fast gleicher Wirkung. Dies ist natürlich bei der Bauart von Wärmeaustauschern,
bei denen die Grundwandung aus einem Metall besteht, das eine geringere Wärmeleitfähigkeit
hat als die Oberflächenvergrößerungsbauteile, von allergrößter Bedeutung, da hierdurch
eine gleichmäßige Wärmeverteilung in der gesamten Grundwandung gesichert und große
Hitzezusammenballungen in örtlichen Bereichen ausgeschlossen sind.
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Ein Vergleich der Fig. 7 und 8 und 9 und io zeigt graphisch die Wirksamkeit
des verbreiterten Fußes B. In Fig. 7 und 8 stellen die gestrichelten Linien 9 die
Wärmeleitwege dar, und die Linien io, welche in. rechten Winkeln zu den Linien g
innerhalb der Grundwandung 5 gezogen sind, sind Isothermen, die den gleichen Temperaturabfall
in den beiden Zeichnungen d'a.rstellen. Wenn beispielsweise der Abstand zwischen
ne'beneinanderliegenden Isothermen io einen Temperaturabfall von 50 darstellt, dann
sieht man, daß der Temperaturabfall zwischen .der Unterfläche des Fußes 8 (Fig.
7) und der gegenüberliegenden Seite .der Grundwandung wesentlich weniger als io°
beträgt, während für den gleichen Abstand in der Bauart nach Fig. 8 der Temperaturabfall
25° beträgt. Wegen des ausgebreiteten Fußes 8 -erstrecken sich die Isothermen io
auch viel weiter, wie ein Vergleich der Fig. 9 mit io zeigt.
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Durch praktische Untersuchungen und tatsächliche Messungen ist festgestellt
worden, daß, wenn die Bauteile in einen bestimmten Abstand gebracht werden, um die
besten Wärmeaustausch'bednngungen zu erreichen, wie in dem vorgenannten USA.-Patent
2 469 635 auseinandergesetzt, die Fläche des Fußes an einer Verbindung mit der Grundwandung,
erfindungsgemäß nicht weniger als Eindreiviertel der O_uerschnittsfläche des Bauteiles
selbst seinsollte.
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Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß die durch die Linie i i dargestellte
Verbindung zwischen dem Fuß 8 und der Grundwandung 5 sich bekanntlich infolge .des
Schweiß-Preßdrucke:s um einen gewissen Betrag in .die Grundwandung hinein verschiebt,
so daß im Falle des Aufbaues, wie in Fig.3 und q. gezeigt, das Metall der Bauteile
in enge Berührung gebracht wird. Obwohl dem unbewaffneten Auge diese Verbindung
zwischen dein Bauteil und der Grundwandung als eine scharf getrennte Linie erscheint,
ist sie nach aller Wahrscheinlichkeit eine Zone, in der die Moleküle des Bauteilmetalls
sich mit denen der Grundwandung vermischen. In jedem Falle ist bei richtiger Anwendung
-des vorliegenden Verfahrens die Verbindung gesund und genauso stark wie der Bauteil
selbst.
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Die Ausführung des Verfahrens, nach dem die Bauteile nur an einer
Seite der Grundwandung befestigt werden wie bei der Baueinheit gemäß Fig. i, ist
schematisch in Fig. 11, 12 und 13 gezeigt, während Fig. 14 das Verfahren zeigt,
wenn die Bauteile an beiden Seiten der Grundwandung angebracht werden, wie in Fig.
3 .dargestellt. Es. wird die Technik der Widerstands-Stumpf-Druck-Schweißung angewendet,
die -dadurch gekennzeichnet ist, daß der benutzte Strom eine sehr hohe Amperezahl
und eine niedere Voltzahl hat. Die Spannung im Schweißpunkt schwankt zwischen o;5
und 3 Volt, die Leerlaufspannung .des offenen Stromkreises ungefähr zwischen i und
30 Volt und die Amperezahl beim Schweißen zwischen 5000 und 15ooooAmpere,
je nach dem verwendeten Metall und der Qwerschnittsfläche der Bauteile, wie das
im folgenden genauer beschrieben wird.
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Die Widerstands-Stumpf Druck-Schweißung ist natürlich sehr alt, aber
bisher haben es die Fachleute immer als schwierig betrachtet, mit diesem Verfahren
auch einen Teil von geringem Querschnitt und hoher Wärmeleitfähigkeit mit seinem
Erde auf eine große Oberfläche aus Metall .geringer Wärmeleitfähigkeit aufzuschweißen
und insbesondere auf eine große Oberfläche von umgleichartigem Metall. Diese Meinung
ist ganz besonders vorherrschend, wenn Kupferdraht oder stangenartige Bauteile auf
eine Plattenfläche aus Stahl befestigt werdensollen. Die vorliegende Erfindung bringt
jedoch dieses Ergebnis in einer praktisch befriedigend durchzuführenden Art, die
sich voll für fabrikmäßige Herstellung eignet.
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Das Verfahren. besteht darin, den stangenartigen Bauteil in einem
Halter 12 zu fassen, und zwar in einer bestimmten Entfernung vom Ende des auf der
Grundwandung zu befestigenden Bauteiles, und den Bauteil .gegen die Grundwandung
zu pressen. Wo die Bauteile nur auf einer Seite der Grundwandung anzubringen sind,
wird diese von einem Auflager 13 gestützt, das als Elektrode dient, da sie die elektrische
Verbindung zur Grundwandung herstellt. Wo .die Bauteile auf beiden Seiten der Grundwandung
herausragen sollen, wie in Fig.3, werden zwei Halter 12, 12' benutzt (Fi'g. 14),
und die Grundwandung 5 wird in jeder beliebigen geeigneten Art zwischen ihnen gehalten.
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Der Anschluß an die Stromquelle geschieht nach Fig. i i, i?- und 13,
indem jede Hälfte des Halters mit einer Seite einer Stromquelle 14 durch
Leitungen 15 verbunden wird und die Auflage 13 mit der anderen Seite der Stromquelle
durch ,eine Leitung 16, und nach Fig. 1q., indem die beiden Hälften eines Halters
12' mit einer Seite der Stromquelle und -die beiden Hälften des anderen Halters
12 mit der anderen Seite der Stromquelle verbunden werden.
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Um unerwünschtes Heißwerden des Halters und das Hängenbleiben des
Bauteiles 6 an ihm zu verhindern, wird der Halter in an sich bekannter Weise in
beliebiger Weise gekühlt, beispielsweise unter Durchlauf einer Kühlflüssigkeit durch
einen Kühlmantel 17. Mit Hilfe dieser Kühlung wird der Teil des Bauteiles, der gefaß;t
ist und vom Halter darüber und darunter herausragt, unterhalb der Glühtemperatur
gehalten, um sicherzustellen, daß die gewünschte Härte des Bauteiles während des
Schweißvorganges nicht verändert wird. Der Teil des Bauteiles, der unmittelbar der
ihn tragenden
Oberfläche benachbart ist, wird jedoch vorher geglüht.
Dies ist erwünscht, da bei der Herstellung des Wärmeaustauschers, z. B. nach Fig.
i und 2, alle Bauteile, nachdem sie befestigt sind, radial vom Rohre ausgehen, wie
in gestrichelten Linien gezeigt (Fig. i), und später in paralleler Richtung abgebogen
werden.
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Während Ader Bauteil gegen die Grundwandung gepreßt wird und während
dies ersten kurzen Augen blickes, in dem der Strom eingeschaltet ist, wird der untere
Teil des Bauteiles weich und beginnt, sich auszubreiten, wie in Fig. 12 gezeigt.
In ähnlicher Weise beginnt das Metall der Grundwandung 5 weich zu werden, und in
sehr kurzer Zeit ist die Schweißtemperatur in beiden Teilen erreicht. Der Strom
wird sofort danach abgeschaltet. Nachdem die Schweißurig vollendet ist, erstreckt
sich das Metall -des Bauteiles in vielen Fällen tatsächlich in den Körper der Grundwandung
hinein, wie bei i i in Fig. 7 gezeigt.
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Während der Endphase des Vorganges kann der Halter sich fest gegen
.den gestauchten Fuß 8 legen, um ihn zu formen, wie in Fig. 13 gezeigt, wobei. es
sich von selbst versteht, daß der untere Teil dies Halters in geeigneter Weise ausgebildet
ist.
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Alle die Faktoren., nämlich der Strom, die Größe des Schweißdrucks,
die Länge des Bauteiles, die aus dem Halter unten herausragt und mit L bezeichnet
ist, und die Zeit, während der der Strom eingeschaltet ist, haben einen wesentlichen
Einfluß auf dien Erfolg des Verfahrens. Alle diese Faktoren schwanken mit der Querschnittsfläche
des Bauteiles, wie aus einer Betrachtung der graphischen Darstellungen in Fig. 15
bis 18 hervorgeht. Die Kurven dieser graphischen Darstellungen beziehen sich auf
ein Beispiel der vorliegenden Erfindung, beisonders Kupferbauteile auf einer Stahlgrundwandung.
In jedem Falle ist der zu bestimmende Faktor von der Querschnittsfläche des Bauteiles
abhängig, die als Abszisse in der graphischen Darstellung -dargestellt ist und in
mm2 bezeichnet ist. So wäre für ein Bauteil (Kupfer) von 20 mm2 beispielsweise der
beste Schweißstrom i5 ooo Ampere; der Schweißdruck Zoo kg; die Länge L (das Herausragen
des Bauteiles aus dem Halter gegen die Grundwandung zu) 4,8 mm; und die Schweißzeit
(Strom eingeschaltet) wäre o,25 Sekunden.
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Die obenerwähnten Kurven wurden durch Anwendung der folgenden Formeln
abgeleitet: Schweißzeit: t = 0,05 ± 0,05 + (13 ± 7) ' A - io-s Schweißstrom
Schweißdruck F=(7±3) (i o -I- A) Herausragende Länge:
L = (o, i g ± o, i
2)
(7 -I-
A)
| wobei |
| A = Querschnittsfläche des Bauteiles. (mm2) |
| L = aus dem Halter hervorragende Länge (mm) |
| t = Schweißzeit (Sekunden) |
| I = Schweißstrom (effektive Stromstärke) |
| (Ampere) |
| C1 = Elektrische Leitfähigkeit des Bauteiles |
| (°/o von Kupfer) |
| C2 = Elektrische Leitfähigkeit der Grundwandung |
| (o/o von Kupfer) |
| F = Schweißdruck (kg) |
und wobei die Konstanten für Cl und C2 sind.:
| Kupfer .................................... 100 |
| Aluminium ................................ 65 |
| Aluminiumlegierungen ..................... 40 |
| Stahl ...................................... 15 |
| Rostfreier Stahl 18/8 ....................... 2 |
Wie schon erwähnt, ist die gemeinsame Que.rschnittsfläche der Verbindung erfindungsgemäß
nicht geringer als cintdreiviertel mal die Querschnittsfläche des Bauteiles an sich.
Es soll auch bemerkt werden, daß diese Flächenausdehnung .im umgekehrten Verhältnis
zur Querschnittsfläche des Bauteiles steht, d. h., daß für kleine Bauteile die Fläche
der Basis verhältnismäßig größer sein muß als für große Bauteile. Dies ergibt sich
aus der Tatsache, daß Drähte von geringerem Durchmesser infolge ihrer relativ größeren
Oberfläche eine größere Hitzeaufnahme haben als Drähte von größerem Durchmesser,
so daß im Falle von. Bauteilen kleineren Durchmessers mehr Hitze auf die Grundwandung
übertragen wird. Wie im USA.-Patent 2 469 635 dargelegt, schwanken: die Bauteile
in ihren Abmessungen zwischen 3 und 5o mm2. Das Mindestverhältnis. von 1,75 bezieht
.sich also auf die Bauteile von
50 mm2, und für die kleinste Größe (3 m,m2)
sollte das Verhältnis nicht weniger als ungefähr 2,5 sein zur Gewährleistung einer
guten Wärmeübertragung.
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Die Dicke der Grundwandung ist nicht von wesentlicher Bedeutung. Im
allgemeinen wird natürlich die Dicke der Grundwandung durch den Druck der darin
eingeschlossenen Flüssigkeiten oder Gase bestimmt, und es ist klar, daß für die
besten. Wärmeübertragungsbed@ingungen dite Wandungen so dünn wie möglich sein sollten,
so lange die Wandung nicht so dünn wird, d'ß sie nicht während des Schweißvorganges
zusammenbricht oder durchbrochen wird.
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Während das durch die graphischen Dars-tellungen und die Formeln umfaßte
Beispiel sich besonders auf die Befestigung von Kupferbauteilen an einer Stahl:grundwandung
bezieht, umfaßt,die obige Tafel der Konstanten für C1 und C2 Aluminium und Aluminiumlegierungen
für die B@aute@ile, so daß durch das Austauschen der geeigneten Konstanten gegen
die der gegebenen Formeln diese für,die Befestigung von Aluminiumbauteilen an einer
Stahlgrundwandung benutzt werden können und natürlich durch den Gebrauch dieser
so umgestellten
Formeln geeignete Kurven gezogen werden können,
die denen der Fig. 15 bis 18 entsprechen.
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Aus der vorstehenden Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen ergibt
.es sich, daß die vorliegende Erfindung ein ausnahmsweise schnelles Verfahren zum
Befestigen von Oberflächenvergrößerungsbauteilen auf den Grundwandungen von Wärmeaustauschervorrichtungen
und zur Herstellung ähnlicher zusammengesetzter Gegenstände zur Verfügung stellt.