DE102008029115A1

DE102008029115A1 - Herstellung eines Headers mit Stutzen

Info

Publication number: DE102008029115A1
Application number: DE200810029115
Authority: DE
Inventors: Jörg DIETRICH; Hermann Lebacher; Helmut Bauer; Gerhard Dägling; Karl Krätschmer; Johann Winterer
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2009-12-24
Also published as: WO2009153022A1

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, insbesondere eines Plattenwärmetauschers, sowie die Vorrichtung selbst, welche aus einer Vielzahl stapelförmig angeordneter Passagen besteht, die geeignet sind, von flüssigen und/oder gasförmigen Medien durchströmt zu werden, wobei die Passagen einen Block 3 bilden, und wobei die Vorrichtung Mittel (Header) 1 zur Zu- bzw. Abführung von mindestens zwei Medien in den Block 3, sowie geeignete Rohrstücke (Stutzen) 2 zur Zu- bzw. Abführung der Medien in die Header 1 aufweist. Header 1 und Stutzen 2 bestehen erkennbar aus einem Materialstück und wurden aus einem Strangpressprofil mit vollem Querschnitt herausgefräst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung bestehend aus einer Vielzahl stapelförmig angeordneter Passagen, die geeignet sind, von flüssigen und/oder gasförmigen Medien durchströmt zu werden, wobei die Passagen einen Block bilden, wobei die Vorrichtung Mittel (Header) zur Zu- bzw. Abführung von mindestens zwei Medien in den Block, sowie geeignete Rohrstücke (Stutzen) zur Zu- bzw. Abführung der Medien in die Header aufweist, und eine derart herstellte Vorrichtung. Die Erfindung wird anhand des Beispieles eines hartgelöteten Plattenwärmetauschers aus Aluminium beschrieben, ist aber prinzipiell für jede Vorrichtung mit stapelförmig angeordneten, durchströmbaren Passagen geeignet, welche Header und Stutzen aufweist. Die Erfindung ist daher nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Hartgelötete Plattenwärmetauscher aus Aluminium werden in zahlreichen Anlagen bei verschiedensten Drücken und Temperaturen eingesetzt. Sie finden beispielsweise Anwendung bei der Zerlegung von Luft oder der Verflüssigung von Erdgas.
Ein derartiger Plattenwärmetauscher wird z. B. in "The standards of the brazed aluminium plate-fin heat exchanger manufacturers association" ALPEMA Report (2000) beschrieben. Ein derartiger Plattenwärmetauscher besteht aus einer Vielzahl stapelförmig angeordneter Passagen. Die Passagen sind durch Trennbleche voneinander getrennt und durch Abschlussbalken an den Kanten abgedichtet. In den Passagen befindet sich ein wellenförmiges Profil (die sogenannten Fins), welches an seinen Umkehrpunkten in Wärmeleitkontakt mit den Trennblechen steht. Die Passagen weisen zusätzliche Öffnungen zur Zu- und Abführung der Medien auf. Der Wärmeaustausch zwischen unterschiedlichen Medien erfolgt dabei indirekt zwischen zwei, in benachbarten Passagen fließenden, Medien über die Trennbleche. Der gesamte Wärmetauscherblock wird über Deckbleche gegenüber der Umgebung abgedichtet. Auf dem Wärmetauscherblock sind Mittel zur Zu- und Abführung der Medien in den Wärmetauscherblock angeordnet. Diese Mittel werden Header genannt und dienen der Verteilung der Medien auf die einzelnen Passagen. Die Zu- bzw. Abführung der Medien zum Plattenwärmetauscher und somit zu den Headern erfolgt über geeignete Rohrleitungsstücke (Stutzen), welche dicht mit den Headern verbunden sind. Derartige Wärmetauscher sind geeignet zum Wärmeaustausch einer Vielzahl zugeführter Medien.
Nach dem Stand der Technik existieren verschiedene Formen von Headern. Die Header sind zumeist halbzylinderförmig mit verschiedenen Ausgestaltungen der Enden (z. B. halbkreisförmige Abschlussstücke). Ebenfalls im Stand der Technik bekannt sind Dom-artige Header, die sich komplett über einen Abschnitt des Wärmetauscherblocks wölben. Auf die bekannten Header werden nach dem Stand der Technik die Stutzen in vorher dafür freigelassene Öffnungen der oberen Halbschalen eingebracht und fest verschweißt. Bei den Stutzen handelt es sich zumeist um geeignete Rohrstücke. Nach dem Stand der Technik werden derartige Baugruppen ausschließlich durch Schweißkonstruktionen hergestellt (siehe z. B. "The standards of the brazed aluminium plate-fin heat exchanger manufacturers association", ALPEMA Report (2000), Kapitel 5.12.2.1).
Bei einem derartigen Verfahren nach dem Stand der Technik werden die Header aus entlang der Vorzugsachse halbierten Rohren, aus halbschalenförmigen Strangpressprofilen oder aus Blechen hergestellt, welche in die gewünschte halbzylindrische bzw. anderweitige Form gebracht werden. Die beiden offenen Enden dieser Header werden durch angeschweißte Formstücke ebenfalls aus Blech oder Strangpressprofil verschlossen. Zum Einbau des Stutzens wird eine entsprechende Öffnung in das halbzylindrische Profil des Headers geschnitten, in welche der Stutzen eingeschweißt wird.
Die Herstellung der aus Header und Stutzen bestehenden Baugruppe ist fertigungstechnisch relativ aufwändig, insbesondere durch die Schweißverbindung aus Aluminium zwischen Header und Stutzen. Eine derartige Schweißverbindung ist schwierig, kann nur durch speziell geschultes Personal ausgeführt werden und erfordert eine anschließende zerstörungsfreie Schweißnahtprüfung.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art sowie eine Vorrichtung derart auszugestalten, dass die schwierige Schweißverbindung zwischen Header und Stutzen vermieden wird.
Die gestellte Aufgabe wird verfahrensseitig dadurch gelöst, dass Header und Stutzen aus einem Materialstück mittels eines spanabhebenden Verfahrens hergestellt werden.
Der Grundgedanke der Erfindung beruht darauf, Header und Stutzen nicht als zwei getrennte Bauteile herzustellen, sondern die Kombination aus Header und Stutzen als ein Bauteil und Materialstück zu betrachten. Durch die erfindungsgemäße spanabhebende Herstellung der Kombination aus Header und Stutzen aus einem Materialstück entfallen aufwendige und teure Schweißarbeiten sowie die zerstörungsfreie Schweißnahtprüfung. Der spanabhebende Aufwand des Verfahrens gemäß der Erfindung ist zwar höher als bei einem Verfahren nach dem Stand der Technik, jedoch wird trotzdem die gesamte Fertigung in ihrer Gesamtheit vereinfacht. Der Hauptvorteil der Erfindung besteht in dem Wegfall der komplizierten Schweißverbindungen, welche nur durch aufwendig qualifiziertes Personal ausgeführt werden können.
Besonders bevorzugt werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Plattenwärmetauscher aus Aluminium hergestellt, welche aus einer Vielzahl stapelförmig angeordneter Passagen bestehen, die geeignet sind, von flüssigen und/oder gasförmigen Medien durchströmt zu werden, wobei die Passagen einen Wärmetauscherblock bilden, und die Plattenwärmetauscher Header zur Zu- bzw. Abführung von mindestens zwei Medien sowie Stutzen zur Zu- bzw. Abführung der Medien in die Header aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden Header und Stutzen aus einem Vollmaterial, bevorzugt einem Strangpressprofil oder einem Schmiederohling, hergestellt. Strangpressprofile mit vollem Querschnitt oder Schmiedrohlinge bilden in vorteilhafter Weise Vollmaterial, aus dem Header und Stutzen als ein Bauteil spanabhebend hergestellt werden kann.
Bevorzugt werden Header und Stutzen aus einem Aluminiumstrangpressprofil herausgefräst. In dieser Ausgestaltung der Erfindung werden mit Strangpressen und Fräsen zwei erprobte Verfahren nach dem Stand der Technik zur erfindungsgemäßen Herstellung einer eingangs beschriebenen Vorrichtung benutzt.
Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe durch eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art gelöst, bei der Header und Stutzen aus einem Materialstück bestehen.
Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Vorrichtung als Plattenwärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen mindestens zwei Medien verwendet.
Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es insbesondere, Header und Stutzen bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art ohne eine aufwendige und komplizierte Schweißverbindung herzustellen. Das Herstellungsverfahren kann ohne speziell geschultes Personal und ohne eine aufwendige anschließende zerstörungsfreie Prüfung durchgeführt werden.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand Vergleiches eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles mit dem Stand der Technik näher erläutert werden.
Es zeigen
1 verschiedenen Header-Stutzen-Kombinationen eines Wärmetauscherblockes nach dem Stand der Technik
2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Header-Stutzen Kombination
In 1 werden verschiedenen Header- und Stutzen-Kombinationen eines Plattenwärmetauschers dargestellt, wie sie nach dem Stand der Technik hergestellt werden und im ALPEMA Report (2000) beschrieben sind. Wie in der Beschreibung erläutert, werden die Header 1 aus halbschaligen Strangpressprofilen oder ähnlichem in gewünschter Weise geformt und mit Abschlussblechen versehen. In die Header 1 wird anschließend eine Öffnung für den Stutzen 2 geschnitten. Der Stutzen 2 wird im Header 1 eingeschweißt. Nach der notwendigen zerstörungsfreien Schweißnahtprüfung wird die Header-Stutzen-Kombination auf dem Wärmetauscherblock 3 befestigt.
In 2 wird eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß hergestellten Header-Stutzen Baugruppe zur Befestigung an einem Plattenwärmetauschers gezeigt. Header 1 und Stutzen 2 bestehen erkennbar aus einem Materialstück und wurden aus einem Strangpressprofil mit vollem Querschnitt herausgefräst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ”The standards of the brazed aluminium plate-fin heat exchanger manufacturers association” ALPEMA Report (2000) [0003]
- ”The standards of the brazed aluminium plate-fin heat exchanger manufacturers association”, ALPEMA Report (2000), Kapitel 5.12.2.1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung bestehend aus einer Vielzahl stapelförmig angeordneter Passagen, die geeignet sind, von flüssigen und/oder gasförmigen Medien durchströmt zu werden, wobei die Passagen einen Block (3) bilden, wobei die Vorrichtung Mittel (Header, 1) zur Zu- bzw. Abführung von mindestens zwei Medien in den Block (3), sowie geeignete Rohrstücke (Stutzen, 2) zur Zu- bzw. Abführung der Medien in die Header (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Header (1) und Stutzen (2) aus einem Materialstück mittels eines spanabhebenden Verfahren hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers, dadurch gekennzeichnet, dass Header (1) und Stutzen (2) aus einem Materialstück spanabhebend hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Header (1) und Stutzen (2) aus einem Vollmaterial, bevorzugt einem Strangpressprofil oder einem Schmiederohling, spanabhebend hergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, Header (1) und Stutzen (2) aus einem Aluminiumstrangpressprofil herausgefräst werden.
Vorrichtung bestehend aus einer Vielzahl stapelförmig angeordneter Passagen, die geeignet sind, von flüssigen und/oder gasförmigen Medien durchströmt zu werden, wobei die Passagen einen Block (3) bilden, wobei die Vorrichtung Mittel (Header, 1) zur Zu- bzw. Abführung von mindestens zwei Medien in den Block (3), sowie geeignete Rohrstücke (Stutzen, 2) zur Zu- bzw. Abführung der Medien in die Header (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Header (1) und Stutzen (2) aus einem Materialstück bestehen.
Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 5 als Plattenwärmetauscher.