DE102012006407A1 - Heat exchanger manufacturing method, involves screwing inner coils relative to external coils such that coils axially overlap each other and spreading piece leads prominent ends, and forming gap by expansion of winding of external coil - Google Patents

Heat exchanger manufacturing method, involves screwing inner coils relative to external coils such that coils axially overlap each other and spreading piece leads prominent ends, and forming gap by expansion of winding of external coil Download PDF

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Abstract

The method involves forming external and internal coils (1, 2) with front radial outwardly guided prominent ends (3, 5) and rear radial outwardly guided prominent ends (4, 6) on the internal coils. A gap is formed by resilient axial expansion of winding of the external coil using a spreading piece. The internal coils are inserted, where one of the ends of the internal coils rises up by the gap. The inner coils are screwed relative to the external coils such that the internal and external coils axially overlap each other, and the spreading piece leads the ends of the internal coils.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers mit mindestens zwei koaxial angeordneten wendelförmigen Rohren.The invention relates to a method for producing a heat exchanger with at least two coaxially arranged helical pipes.

Ein gattungsgemäßer Wärmetauscher ist aus der Patentanmeldung EP 1 703 227 A2 bekannt. Die wendelförmigen Rohre sind aus Wärme leitendem, vorzugsweise rostfreiem Material gefertigt und haben die gleiche Wendesteigung, wobei der gegenseitige Achsversatz der koaxial angeordneten Wendeln einen halben Wendelabstand beträgt, so dass die Windungen der Wendeln sich radial überlappen. Die Wendeldurchmesser der beiden Wendeln sind so bemessen, dass sich zwischen den einzelnen Windungen der Wendeln enge Spalte ergeben. Dabei kann der Innendurchmesser der äußeren Wendel kleiner sein als der Außendurchmesser der inneren Wendeln, wobei die Wendelgänge der inneren Wendel in der Lücke zwischen zwei Windungen der äußeren Wendel Platz finden. Die Enden der Rohre führen radial nach außen und weisen dort ein Anschlussstück für eine Anschlussleitung auf.A generic heat exchanger is from the patent application EP 1 703 227 A2 known. The helical tubes are made of heat conductive, preferably stainless material and have the same turning slope, wherein the mutual axial offset of the coaxially arranged helices is a half helix distance, so that the turns of the helices overlap radially. The helix diameters of the two helices are dimensioned such that narrow gaps are created between the individual turns of the helices. In this case, the inner diameter of the outer coil may be smaller than the outer diameter of the inner coils, wherein the spiral turns of the inner coil find space in the gap between two turns of the outer coil. The ends of the tubes lead radially outward and there have a connection piece for a connection line.

Aufgrund der Durchmesserverhältnisse der äußeren und der inneren Wendel müssen bei der Herstellung des Wärmetauschers zunächst die beiden Wendeln ineinander gesteckt werden und dann die Rohre an den Enden entweder radial nach außen gebogen werden oder es müssen entsprechend geformte Endstücke angebracht werden. Dieser zusätzliche Arbeitsschritt ist aufwändig und verteuert die Herstellung des Wärmetauschers. Zudem müssen an den Enden der Wendeln Formelemente vorgesehen werden, die den Arbeitsschritt zum Biegen oder zum Anbringen der Endstücke ermöglichen. Diese Formelemente stellen beispielsweise den Arbeitsraum für die benötigten Werkzeuge wie Gegenhalter oder Schweißvorrichtung bereit.Due to the diameter ratios of the outer and inner helix, the two helixes must first be inserted into one another during manufacture of the heat exchanger, and then the tubes at the ends must either be bent radially outwards or appropriately shaped end pieces must be attached. This additional step is complex and expensive the production of the heat exchanger. In addition, form elements must be provided at the ends of the coils, which allow the operation for bending or for attaching the end pieces. These form elements provide, for example, the working space for the required tools such as counter-holder or welding device.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das diesen zusätzlichen Arbeitsschritt erspart. Zudem soll der konstruktive Gestaltungsfreiraum für die Gestaltung der radial nach außen gerichteten Endstücke erhöht werden.It is therefore an object of the invention to provide a method which saves this additional operation. In addition, the design freedom for the design of the radially outwardly directed end pieces should be increased.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method according to the features of claim 1. Advantageous embodiments result from the features of the dependent claims.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die radial nach außen geführten Enden der Wendeln vor der Montage durch einen Biegevorgang anzubringen. Da dieser Biegevorgang vor der Montage erfolgt, ist es möglich, besonders enge Biegeradien zu realisieren, die direkt an die Windungen anschließen. Dadurch wird ein besonders kompakter Aufbau des Wärmetauschers ermöglicht. Die Montage der beiden Wendeln ineinander erfolgt dann mit den beiden nach außen gebogenen Enden der inneren Wendel. Dazu wird zunächst mit Hilfe eines Spreizstücks die erste Windung der äußeren Wendel elastisch ausgeweitet. Daraufhin wird die innere Wendel koaxial so eingesetzt, dass das vordere radial nach außen führende Ende der inneren Wendel in die aufgeweitete Lücke ragt. Anschließend wird die innere Wendel relativ zur äußeren Wendel eingeschraubt. Während des Einschraubens eilt dabei das Spreizstück dem nach außen führenden Ende der inneren Wendel vor.By the method according to the invention, it is possible to attach the radially outwardly guided ends of the helices prior to assembly by a bending operation. Since this bending process takes place before assembly, it is possible to realize very tight bending radii, which connect directly to the windings. This allows a particularly compact construction of the heat exchanger. The assembly of the two spirals into each other then takes place with the two outwardly bent ends of the inner coil. For this purpose, the first turn of the outer coil is first elastically expanded by means of a spreader. Then, the inner coil coaxially inserted so that the front radially outwardly leading end of the inner coil protrudes into the widened gap. Subsequently, the inner coil is screwed in relative to the outer coil. During screwing the spreader rushes before the leading end of the inner coil.

Wenn in diesem Zusammenhang von dem vorderen und dem hinteren Ende der inneren oder äußeren Ende die Rede ist, so ist dies so gemeint, dass die beiden vorderen Enden der inneren und äußeren Wendel sich beim Beginn des Einschraubens gegenüber stehen.In this context, when referring to the front and rear end of the inner or outer end, it is meant that the two forward ends of the inner and outer coils face each other at the start of screwing.

Bevorzugt wird für das Einschrauben der beiden Wendeln auf zumindest eine der Wendeln ein Schmiermittel aufgetragen. Besonders bevorzugt hat dieses Schmiermittel eine kinematische Viskosität von mindestens 150 mm2/s, besonders bevorzugt von mindestens 200 mm2/s.Preferably, a lubricant is applied for screwing the two helices on at least one of the helices. Particularly preferably, this lubricant has a kinematic viscosity of at least 150 mm 2 / s, more preferably of at least 200 mm 2 / s.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist während des Einschraubens der inneren Wendel in die äußere Wendel die äußere Wendel auf einer Haltevorrichtung in radikaler Richtung fixiert. Zugleich ist das vordere und somit mit der ersten Windung verbundene nach außen führende Ende der äußeren Wendel tangential fixiert. Dadurch sind die dahinter liegenden Windungen der äußeren Wendel flexibel und können Krafteinwirkungen, die bei dem Einschrauben der inneren Wendel in die äußere Wendel auftreten, ausweichen.In an advantageous development of the method, the outer helix is fixed on a holding device in a radical direction while the inner helix is being screwed into the outer helix. At the same time the front and thus connected to the first turn leading outward end of the outer coil is tangentially fixed. As a result, the underlying turns of the outer coil are flexible and can force effects that occur when screwing the inner coil into the outer coil escape.

In Verfahrensvariante ist auch das hintere nach außen führende Ende der äußeren Wendel in seinem tangential Bewegungsfreiraum durch zwei Anschläge zwischen der Ruhelage und einem Verdrehwinkel von 60° in Einschraubrichtung, bevorzugt 40° in Einschraubrichtung begrenzt ist.In the variant of the method, the rear end of the outer coil leading outwards is limited in its tangential movement clearance by two stops between the rest position and an angle of rotation of 60 ° in the screwing-in direction, preferably 40 ° in the screwing-in direction.

Besonders bevorzugt wird beim Einschrauben der der inneren Wendel in die äußere Wendel ein Antriebsanschlag verwendet, der auf das vordere nach außen führende Ende der inneren Wendel wirkt und dieses in Drehrichtung tangential antreibt.Particularly preferred when screwing the inner coil in the outer coil, a drive stop is used, which acts on the front leading to the outside end of the inner coil and this drives tangentially in the direction of rotation.

In einer Weiterbildung des Verfahrens werden die hinteren zwei bis sechs, bevorzugt die hinteren vier Bindungen der inneren Wände durch ein innerhalb der inneren Wendel liegendes Außengewinde spielbehaftet fixiert. Dadurch wird die innere Wendel sicher geführt.In a further development of the method, the rear two to six, preferably the rear four bindings of the inner walls are fixed in play by a male thread located inside the inner spiral. As a result, the inner coil is guided safely.

In einer vorteilhaften Verfahrensvariante wird zusätzlich während des Einschraubens das Drehmoment überwacht und bei überschreiten eines Grenzwertes ein Fehlersignal ausgelöst. Das Überschreiten des Grenzwertes weist auf ein fehlerhaftes Verfahren hin, das durch zu hohe Reibung oder durch Verklemmen gekennzeichnet ist. In an advantageous variant of the method, the torque is additionally monitored during screwing in and an error signal is triggered when a limit value is exceeded. Exceeding the limit value indicates a faulty procedure, which is characterized by excessive friction or jamming.

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren detailliert erläutert.The invention will now be explained in detail with reference to FIGS.

Es stellen dar:They show:

1: Einen aus zwei Wendeln bestehender Wärmetauscher, 1 A heat exchanger consisting of two coils,

2: Die innere und die äußere Wendel während des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 : The inner and the outer helix during the process according to the invention.

1 zeigt ein Detail eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wärmetauschers. Es stellt 2 ineinander geschraubte Wendeln 1, 2 dar, die aus Rohren gebildet werden und deren Enden 3, 4, 5, 6 nach außen gebogen sind. Die die Radien, mit denen die enden nach außen gebogen sind, sind sehr klein und schließen sich direkt an die jeweils letzte Windung der Wendeln 1, 2 an. Dadurch weist der Wärmetauscher eine sehr kompakte Bauform auf. Da aufgrund der kompakten Bauform ein anbringen oder anformen der nach außen führenden Enden nicht möglich ist, werden diese nach dem Erfindungsgemäßen Verfahren zuerst an die jeweiligen Wendeln angeformt und anschließend miteinander verschraubt. 1 shows a detail of a heat exchanger produced by the method according to the invention. It makes 2 spirals screwed into each other 1 . 2 which are formed from tubes and their ends 3 . 4 . 5 . 6 bent outwards. The radii with which the ends are bent outwards are very small and close directly to the last turn of the coils 1 . 2 at. As a result, the heat exchanger has a very compact design. Since due to the compact design attaching or molding of the ends leading to the outside is not possible, they are first formed by the inventive method first to the respective helices and then screwed together.

2 stellt den Verfahrensschritt dar, mit dem die innere Wendel 2 in die äußere Wendel 1 eingeschraubt wird. In diesem Beispiel wird die innere Wendel gedreht und in die feststehende äußere Wendel eingeschraubt. Erfindungsgemäß ist aber auch die kinematische Umkehr eingeschlossen. 2 represents the process step with which the inner spiral 2 in the outer spiral 1 is screwed in. In this example, the inner coil is rotated and screwed into the fixed outer coil. According to the invention, however, the kinematic reversal is included.

Die innere Wendel 2 sowie die äußere Wendel 1 sind auf Halterungen 7, 8 aufgebracht. Um ein aufbringen der Wendeln 1, 2 auf die Halterungen zu ermöglichen, sind diese getrennt. Zum Ausführen des nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritts werden die Halterungen 7, 8 rotatorisch miteinander verbunden. Die Halterung 7 für die innere Wendel ist im wesentlichen zylindrisch. Im Bereich des hinteren nach außen führenden Endes 6 der inneren Wendel weist die Halterung 7 ein hier durch die innere Wendel 2 verdecktes Außengewinde 11 auf, das einige wenige der hinteren Windungen der inneren Wendel 2 fixiert. Dadurch, dass nur die letzten Windungen fixiert werden, weisen die vorderen Windungen der inneren Wendel 2 Spielraum auf. Das vordere nach außen führende Ende 5 der inneren Wendel wird von einem Antriebsanschlag 10, der der Halterung 8 für die äußere Wendel verbunden ist, rotatorisch angetrieben. Die äußere Wendel 1 ist auf der zylindrischen Halterung 8 für die äußere Wendel aufgebracht. Das vordere nach außen führende Ende 3 der äußeren Wendel ist durch einen Anschlag 12 tangential fixiert, so dass sich die äußere Wendel 1 während des Einschraubens nicht drehen kann. Die vordere Windung der äußeren Wendel 1 ist durch ein Spreizstück 9 aufgeweitet. Dadurch bildet sich eine Lücke zwischen 2 Windungen der äußeren Wände 1, durch die das vordere nach außen führende Ende 5 der inneren Wendel geführt wird, während das Spreizstück 9 dem Ende 5 vorauseilt. Das Spreizstück 9 ist dabei mit der Halterung 8 für die äußere Wendel 1 verbunden. Im weiteren Verlauf des Verfahrens werden die Halterungen 7 und 8 rotatorisch miteinander verbunden und gedreht. Dadurch wird die innere Wendel 1 in die äußere Wendel 2, die aufgrund des Anschlags 12 feststeht, eingeschraubt. Dabei kann sich das hintere nach außen führende Ende der äußeren Wendel innerhalb eines kleinen Bereiches, der durch den Anschlag 13 wird, bewegen. Die Halterungen 7 und 8 werden solange gedreht, bis beide Wendeln 1, 2 ineinander geschraubt sind. Das Auftragen eines Schmiermittels vor dem Einschrauben vermindert die Reibung. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können die beiden Wendeln prozesssicher ineinander eingeschraubt werden.The inner spiral 2 as well as the outer spiral 1 are on mounts 7 . 8th applied. To apply a coil 1 . 2 to allow for the brackets, these are separated. To carry out the method step described below, the brackets 7 . 8th rotationally connected. The holder 7 for the inner coil is substantially cylindrical. In the area of the rear leading end 6 the inner coil has the holder 7 one here through the inner spiral 2 concealed external thread 11 on top of that, a few of the back turns of the inner coil 2 fixed. The fact that only the last turns are fixed, the front turns of the inner coil 2 Travel on. The front leading end 5 The inner coil is driven by a drive stop 10 , the holder 8th connected to the outer coil, driven in rotation. The outer coil 1 is on the cylindrical holder 8th applied to the outer coil. The front leading end 3 the outer helix is through a stop 12 tangentially fixed so that the outer coil 1 can not turn during screwing. The front turn of the outer helix 1 is by a spreader 9 widened. This creates a gap between 2 turns of the outer walls 1 through which the front leading outward end 5 the inner coil is guided while the spreader 9 the end 5 is ahead. The spreading piece 9 is with the bracket 8th for the outer coil 1 connected. In the further course of the procedure, the brackets 7 and 8th rotationally connected and rotated. This will cause the inner coil 1 in the outer spiral 2 that due to the attack 12 is fixed, screwed. In this case, the rear leading end of the outer coil within a small area, by the stop 13 will, move. The brackets 7 and 8th are rotated until both coils 1 . 2 screwed into each other. Applying lubricant before screwing reduces friction. By means of the method according to the invention, the two spirals can be screwed into each other in a process-reliable manner.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Äußere WendelOuter coil
22
Innere WendelInner helix
33
Vorderes nach außen führendes Ende der äußeren WendelFront outward leading end of the outer coil
44
Hinteres nach außen führendes Ende der äußeren WendelRear outward leading end of the outer coil
55
Vorderes nach außen führendes Ende der inneren WendelFront leading end of the inner coil
66
Hinteres nach außen führendes Ende der inneren WendelRear outward leading end of the inner coil
77
Haltevorrichtung für die innere WendelHolding device for the inner coil
88th
Haltevorrichtung für die äußere WendelHolding device for the outer coil
99
Spreizstückexpanding part
1010
Antriebsanschlagdrive stop
1111
Außengewindeexternal thread
1212
Anschlag für das vordere nach außen führende Ende der äußeren WendelStop for the front leading end of the outer coil
1313
Erster Anschlag für das hintere nach außen führende Ende der äußeren WendelFirst stop for the rear leading end of the outer coil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1703227 A2 [0002] EP 1703227 A2 [0002]

Claims (8)

Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers mit mindestens zwei aus koaxial und überlappend angeordneten wendelförmigen Rohren gebildeten Wendeln (1, 2) mit gleicher Wendesteigung, wobei die Wendeldurchmesser der beiden Wendeln so bemessen sind, dass sich zwischen den Wendelgängen der zusammengefügten äußeren Wendel (1) und inneren Wendel (2) enge Spalte ergeben und wobei zumindest die Enden der Rohre der inneren Wendel (5, 6) radial nach außen führen, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte 1. Formen der äußeren (1) und innern Wendel (2) mit radial nach außen geführten Enden (5, 6) an zumindest der inneren Wendel, 2. Bilden einer Lücke durch elastisches axiales Aufweiten der ersten Windung der äußeren Wendel (1) mit Hilfe eines Spreizstücks (9) 3. Einsetzen der inneren Wendel (2), wobei das vordere radial nach außen führendes Ende (5) der inneren Wendel durch die Lücke ragt, 4. Einschrauben der inneren Wendel (2) relativ zur äußeren Wendel (1), so dass sich die innere Wendel (1) und die äußere Wendel (2) axial überlappen, wobei das Spreizstück (9) dem nach außen führenden vorderen Ende (5) der inneren Wendel voreilt.Method for producing a heat exchanger with at least two helices formed from coaxial and overlapping helical tubes (US Pat. 1 . 2 ) with the same turning slope, wherein the helix diameters of the two helices are dimensioned such that between the turns of the assembled outer helix ( 1 ) and inner coil ( 2 ) narrow gaps and wherein at least the ends of the tubes of the inner coil ( 5 . 6 ) lead radially outwards, characterized by the method steps 1. forming the outer ( 1 ) and inner helix ( 2 ) with radially outwardly guided ends ( 5 . 6 ) at least the inner coil, 2. forming a gap by elastic axial expansion of the first coil of the outer coil ( 1 ) by means of a spreader ( 9 ) 3. Inserting the inner coil ( 2 ), wherein the front radially outwardly leading end ( 5 ) of the inner coil protrudes through the gap, 4. screwing in the inner coil ( 2 ) relative to the outer coil ( 1 ), so that the inner spiral ( 1 ) and the outer coil ( 2 ) overlap axially, wherein the spreader ( 9 ) leading to the front end ( 5 ) leads the inner coil. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den dem Verfahrensschritt 4 vorgelagerte Verfahrensschritt Auftragen eines Schmiermittels auf zumindest eine der Wendeln (1, 2).Method according to Claim 1, characterized by the method step preceding process step 4, applying a lubricant to at least one of the helices ( 1 . 2 ). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel eine kinematische Viskosität mindestens 150 mm2/s, bevorzugt mindestens 200 mm2/s aufweist.A method according to claim 2, characterized in that the lubricant has a kinematic viscosity of at least 150 mm 2 / s, preferably at least 200 mm 2 / s. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verfahrensschritts 4 die äußere Wendel (1) auf einer Haltevorrichtung (8) in radialer Richtung fixiert ist und dass das vordere nach außen führendes Ende der Wendel tangential fixiert ist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that during the process step 4, the outer coil ( 1 ) on a holding device ( 8th ) is fixed in the radial direction and that the front outwardly leading end of the helix is tangentially fixed. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verfahrensschritts 4 das hintere nach außen führendes Ende der äußeren Wendel ein tangentiales Spiel zwischen der Ruhelage und einem Drehwinkel von 60° in Eindrehrichtung, bevorzugt 40° in Eindrehrichtung aufweist.A method according to claim 4, characterized in that during the process step 4, the rear outwardly leading end of the outer coil has a tangential clearance between the rest position and a rotation angle of 60 ° in the screwing, preferably 40 ° in screwing. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einschrauben der inneren Wendel (2) in die äußere Wendel (1) ein Antriebsanschlag (10) das vordere radial nach außen führende Ende (5) der inneren Wendel antreibt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when screwing in the inner coil ( 2 ) in the outer coil ( 1 ) a drive stop ( 10 ) the front radially outward leading end ( 5 ) drives the inner coil. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einschrauben der inneren Wendel (2) in die äußere Wendel (1) die hinteren zwei bis sechs, bevorzugt die hinteren vier Windungen der inneren Wendel (1) durch ein innerhalb der inneren Wendel liegendes Außengewinde (11) spielbehaftet fixiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when screwing in the inner coil ( 2 ) in the outer coil ( 1 ) the rear two to six, preferably the rear four turns of the inner coil ( 1 ) by a lying inside the inner helix external thread ( 11 ) is fixed with play. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einschrauben der inneren Wendel (2) in die äußere Wendel (1) das Drehmoment überwacht und beim Überschreiten eines Grenzwertes ein Fehlersignal ausgelöst wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when screwing in the inner coil ( 2 ) in the outer coil ( 1 ) monitors the torque and an error signal is triggered when a limit value is exceeded.
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