DE1402127A1 - Verfahren zum Herstellen von Waermeaustauschern - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen von Wärmeauetauschern Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustausohvorrichtungen mit Strömungswegen, die dadurch erzeugt Bind, daß zwei oder mehr Metalltafeln oder Bleche an Flächenstücken, welche die Strömungswege begrenzen, durch ein Walz- oder Bindever-, fahren miteinander verbunden worden sind, wobei die Strömungswege dadurch entstehen, daß durch-ein geeignetes Trennmittel eine Verbindung zwischen den einzelnen: Tafeln oder Blechen verhindert wird, sowie dadurch, daß die Strömungswege nachträglich aufgetrieben werden, um rohrförmige Zeitungen zu bilden; Ein Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens; bei dem erhebliche Schwierigkeiten, die bei den bisher bekannten Verfahren auftreten, vermieden sind, und das' erfindungsgemäße Verfahren führt sowohl-zu- Erzeugnissen überlegener Qualität als auch zu Erzeugnissen, die bisher nicht erhältlich waren.
• Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. 1 zeigt im Grundriß eine Verdampferkonstruktion als Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Wärmeaustauschvorrichtung.
• Fig. 2 ist ein in größerem Maßatabe gezeichneter Schnitt längs der Linie 2-2 in Pig. 1.
• Fig. 3 ist ein in größerem Maßstabe gezeichneter Schnitt, der zwei Metalltafeln bzw. Biedre erkennen läßt, die vor der Anwendung des Bindeverfahrens aufeinandergelegt- worden sind.
• Fig. 4 zeigt schematisch zwei Bleche, die derart miteinander verbunden sind, daß sie praktisch eine einheitliche Konstruktion bzw. ein geschlossenes Ganzes bilden, mit Ausnahme einer Fläche, die zwischen den beiden Blechen mit einem Überzug aus einem Trennmaterial versehen war, wobei das entsprechende Flächenstück des einen Blechs nachträglich aufgetrieben bzw. aufgebläht worden ist.
• Fig. 5 zeigt in einer teilweise weggebrochenen Ansicht zwei Bleche, die miteinander verbunden sind, jedoch mit Ausnahme der aufzutreibenden Flächenstücke, deren Form z.B. dem Muster nach Fig. 1 entspricht, wobei die Bleche liier zwischen= den Druckplatten einer Presse liegen, und wobei eine Decke bzw. eine nachgiebige Einlage eingebracht ist; die Bleche sind hier für das Auftreiben der nicht miteinander verbundenen Flächenstücke bereit.
• Fig. 6 ähnelt Fig. 5 und zeigt die erwähnte-Blechkonstruktion nach dem.Aufblähen, wobei letztere längs der Linie 6-6 in Fig. 1 geschnitten ist.
• Fig. 7 zeigt in Seitenansicht zwei Druckplatten'einer Presse, eine beigelegte Decke und die miteinander-verbundenen Bleche, und zwar in einer Blickrichtung, die im wesentlichen rechtwinklig zu der Blickrichtung in Fig. 5 -verläuft.
• Figä 8 ist ein Stückeines Schnitts längs der Linie S_8 in Fig. 1. .
• Die Beschreibung, des erfindungsgemäßen Verfahrens bezieht sich zunächst auf eine sehr. zweckmäßige Wä,rmeaustauscherkonstruktion, die aus einer flachen Band sowie einer dieser Wand gegenüberliegenden Sand besteht, welch letztere nachaußen vorspringende r ollrförmibe- Flächenstücke aufweist, deren Gestalt z.8. dem in Pig1 wiedergegebenen Muster entsprechen kann, hat bereits z#J-11reiche Versuche unternommen, derartige Wärmetauscher nach einem Verfahren herzustellen, bei dem zwei Metalltafeln oder-Bleche, die z.B. aus Alumunium bestehen, durch Realzen miteinander verbunden werden, wobei die auiz:treibenden Flächenstücke an den aufeinanderliegenden Seiten der Bleche mit einem Trennmaterial überzogen sind, wobei diese--, ü-erzu@ vor dem -;falzen aufgebracht wird, und wobei die nicht miteinander verbundenen Flächenstücke nach= . träglich aufgetrieben oder expandiert werden. In. der Praxis hat e-s sich gezeigt, daß beim hydraulischen Auftreiben der nicht miteinander verbundenen Flächenteile zwischen Matzizen, deren Form genau der Form der aufzutreibenden Flächenstücke entspricht, Risse in dem Metall auftreten, und zwar bei einem so hohen Prozentsatz der Werkstücke, daß die Verwendung-ent= sprechend geformter Matrizen als unzweckmäßig anzusprechen ist. Gemäß einem später eingeführten Verfahren bringt man die mit= einander verbundenen Bleche zwischen kräftige starre flache Matrizenplatten, deren gegenseitiger Abstand der Gesamtdicke ., der Bleche zuzgglich des erforderlichen Raums für das Auftreiben entspricht. Während des Auftreibens befand sich die zusammengesetzte Konstruktion hierbei in einem "schwimmenden" Zustand; zwar stellt dieses Verfahren eine Verbesserung dar, doch treten immer noch erhebliche Schwierigkeiten auf, die durch die vorliegende Erfindung ausgeschaltet werden.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen einer bevorzugten Ausbildungsform eines Wärmeaustauschers mit einer flachen Wand und einer dieser gegenüberliegenden und mit Ausbeulungen versehenen Wand wird-z.B. eine Tafel aus der Aluminiumlegierung 2S für diejenige Wand verwendet, die aufgetrieben werden soll, um. rohrförmige Strömungswege zu schaffen, und für die- eben bleibende Waiid wird ein hartes kräftiges Aluminiurnblech mit einer .höheren z!"ließgrenze verwendet, das z.B. aus der Aluminiumlegierung J51S oder 61S besteht. Das .zu reckende bzw: aufzutreibende Blech .kann in dem trocken geglühten bzw. mit "0" bezeichneten Vergütungszustand verwendet werden, und die miteinander zu verbindenden Flächenstücke werden vorzugsweise durch chemisches Ätzen, durch Abblasen zeit Druckluft oder nach einem beliebigen anderen Verfahren vorbereitet, das gewährleistet, daß die betreffenden Flechenstücke frei von Verunreinigungen sind. Gewöhnlich erweist sich eine leichte Ätzung oder. Aufrauhung der Flächenstücke als ausreichend.
• Das Muster, das den nicht miteinander zu verbindenden Flächenteilen entspricht, welche nachträglich aufgetrieben werden sollen, wird durch Aufbringen eines ein Verschweißen verhindernden Materials erzeugt, das gewährleistet, daß die aas Muster bildenden Flächenstücke nicht miteinander verbunden werden. Von dem das Verschweißen verhindernden Material wird gefordert, daß es an der t:Jetallfläche vor und nach einem erneuten Erhitzen des Metalls fest haftet, daw @es bei der verhäl-u-nismäß-ig hohen Temperatur der Macherhitzung (z . B.
• etwa q.300 C bis etwa ¢855° C bzw. 800o F. bis 9000 F.) stabil bleibt, däß- es beim Aufbringen des sehr hohen Walzdrucks frährend der Verbindung nur in einem unerheblichen Ausmaß'flief t, und daß es sich ferner leicht aus dem Inneren der.,rohrförmigen Kanäle entfernen läßt, ohne daß irgendwelche 2ückstände verbleiben, durch-die eine Korrosion oder andere nachteilige WirIcü.nüen hervorgerufen werden könnten. Als Trennmittel zumi Verhindern des Verschweißens kann man beispielsweise Molybdän Diaulphid und kolloidalen Graphit oder aber Graphit einer höheren Korngröße, der einem Harzbindemittel beigemischt ist,-verwenden. Das Muster kann mittels bekannter Verfahren aufgebracht werden, z.B. im Wege des Siebdrucke, des Aulspritzens oder des Aufdruckens nach einem beliebigen beXannten Verfahren.
• Das Aufbringen des Musters kann bei beiden aufeinanderzulegenden Flächen der beiden Bleche erfolgen, und wenn das Muster homogen und ;;nügend dick ist, kann es genügen das Muster auf nur ein-Blech aufzubringen.
• '-,ienn die beiden Bl.@che im VTege des iiai@in@fralzens miteinander verbunden .=erden sollen, ist es erwünscht, daß die Bleche mi-t einer Temperatur zwischen die Walzen gebracht vierden, die sich zur Erzeugung einer metallurgischen Bindung eignet. Im allgemeinen iut es nicht erforderlich, die Bleche vorher auf irgendeine Weise aneinander zu befestigen, sondern es genügt, an dem Walzgerüst die üblichen seitlichen Kanten--L'ührungen vorzusehen, an denen die Kanten der beiden Bleche entlang-leiten.
• Es ist allgemein erJünscht, daß sich die Dicke des Materials während des zum Herstellen der Verbindung dienenden Walzvorgangs um mehr als 55Y.,vermindert. Beispielsweise wurde die Gesamtdicke-der beiden Bleche, die etwa 6,3 Lin (0.250") betrug, uia__76% vermindert,' und eine Verminderung der Blechstärke in diesem Ausmaß erwies sich als sehr zweckmäßig.

  Nach: dem-.Verbinden der beiden Bleche durch das Walzen

  Wurden die- Bleche,: geglüht: - Dann wurde, in eine Eintrittsöffnung

  des Musters,-z:B. bei.-1-in Fig. lein Rohr eingeschweißt,

  während. die Eintrittsöffnung 2-verschlossen wurde. Natürlich

  =kann man das

  mittels eries.-.-llydrostatschen Drucks

  aueh:dadurch bewirken, daß man ein unter Druck stehendes

  Strömungsmittel sowohl der Öffnung-1 als auch der Öffnung 2

  zuführt,

  Der nächste schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens

  besteht-darin, die miteinander verbundenen Bleche auf eine

  schwere Pressenplattel (Fig. 5) aufzulegen,. und zwar derart,

  daß das festere starre Blech auf dieser Platte ruht. Nunmehr

  wird auf die andere Seite der Konstruktion, auf der die rohr-

  förmigen Kanäle durch das Auftreiben erzeugt werden sollen,

  eine nachgiebige-Decke ¢ aufgelegt. Dann bringt man mit Hilfe

  einer sch,-reren Platte 5, die sich oberhalb der nachgiebigen

  Decke befindet, einen Druck auf die Oberseite der zusamiaenge-

  setzten Konstruktion auf. Nunmehr wird das hydraulische Strö-

  mungsmit°Gel durch das 2ohr ö zugefü'-_rt und mit.-einem Druck

  von etwa 55 bis etwa 70 kGlcmZ (800-1000 psi.) in das Muster

  hiiiein;-elumpt, um die Flüchenstücke des :Musters anfän-lich

  atzfzublas@tr, :",obei diesem Vorgang durch die nachgiebige

  Decke ständig oin Uli--erstand entgegengesetzt wird. Dieser

  a;@@ya@e@_e @ :_ @reibvörgang bewirkt annähernd die erste Hälfte

  der =er zu- erzeugenden 7Liaiiäle. In diesem Zeitpunkt,

  _ie @@s;el_gieb@;a Decke -irrer Gegendruck auf sämtliche

  aufgetriebenen Flächen ausübt,- wird der Druck erheblich über den Wert von etwa 70 kg/ cm2 (1000 psi-.) hinaus gesteigert =_ und vorzugsweise auf das Doppelte.des genannten Wertes " - -gebracht.-Vorzugsweise liegt der zur Zuendefühxung des Auf-" treibens aufgebrachte Druck zwischen etwa 17-5 und etwa @21Ö-kg/cm2 (2500-3000 psi.): Wenn dieser höhere Druck angewendet wurde, so zeigte es eich, daß die so ausgebildeten rohrförmigen Flächen Arbeitsdrücke von etwa 210.kg/cm2_(3000 psi.) aushielten, ohne daß die Bindung zerstört wurde oder Risse , im Material auftraten.
• Beispielsweise reicht es aus, wenn die Dicke der nachgiebigen Decke bei einer Durometer-"Härte" von 50-70 nicht mehr als das Doppelte-des Ausmaßes der Expansion der rohrförmigen Flächen ausmacht, wobei es erforderlich ist, daß durch das Gummikissen während-der Expansion ein kräftiger Gegendruck aufrechterhalten wird, was sich insbesondere während des letzten Stadiums der Expansion auswirkt, wenn der Druck einen sehr hohen Wert annimmt. Es konnten jedoch auch einwandfreie Ergebnisse mit einem Gummikissendruck von nicht mehr als etwa 1¢0 kg/cm 2 (2000 psi.) sowie mit. einem Druck von nicht mehr als.etwa 35 kg/cm2_(500 psi.) erzielt werden.
• Der Zweck der anfänglichen Expansion besteht darin, die durch das Muster aus dem Trennmittel begrenzten Flächenstücke vollständig zu öffnen-und dies geschieht bei etwa 70 kg/cm2 (1000 Fsi,), _ Die Verwendung einer harten, verschleißbeständigen flachen Blechtafel ist bei dem Verdampfer eines Haushalts-: kühlschranks sowie in vielen anderen Fällen erwünscht, denn wenn man eine solche Fläche oder Tafel zu einem-Kasten Formt, so sind auf der Innenseite glatte Wandflächen ohne Vorsprünge vorhanden, und der Verdampfer ist seinem Verwendungszweck durch seine Haltbarkeit in idealer Weise angepaßt. In manchen Fällen können jedoch beide Bleche, bei. denen es sich vorzujsweise um Aluminium handelt, eine größere Weichheit aufweisen, wie sie z.B. bei der Legierung 2S0 gegeben ist, wobei man die Üleichen Vorteile erzielt, während die ebenen Flächen lediglich eine geringere Verschleißfestigkeit aufweisen.
• Wenn. es insbesondere bei der Verwendung von zwei miteinander v-Drbundenen Flächen von im wesentlichen gleichen physikalischen Eigenschaften erwünscht ist, da1; sich die rohrförmigen Flächenteile zu beiden Seiten der Konstruktion erstrecken, ,jas bedingt, da.ß beide Blecha aufgetrieben oder expandiert .verdeii, üo kann dies bei einer erheblichen Herabsetzung der Verluste durch Ausschuß dadurch erfolgen, daß man eine Decke oder Eiiilage verwendet, wie sie in @g. 5 und 6 'bei 4. angedeutet ist, wobei man zu beiden Seiten der miteinander verbundenen Bleche je eine solche Decke anordnet. E... wird jedoch angenommen, daß die neuartige Wärmeaustauscherkonstruktion nach Fi . 1 und 2, die sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eimmandfrei herstellen läßt, außerordentlich zweck-:n@t:eig und den bisher vorgeschlagenen Konstruktionen überlegen ist, bei welch letzteren die rohrförmigen Flächen nach beiden Seiten der zusammengesetzten Konstruktion gleich weit aufgetrieben sind; der Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf der Tatsache, daß bisher kein technisch brauchbares Verfahren zur Verfügung stand, um die in Fig. 1 und 2 gezeigte Konstruktion herzustellen.
• In Fig. 1 besitzt der Verdampfer einen Kühlstoffeinlaß bei 2 und einen Auslaß bei 1. Wenn der Kühlstoff den rohrförmigen Kanal passiert, eLer mit dem Einlaß 2 in Verbindung steht, wobei der Kanal durch die rohrförmigen Flächenteile 7 gebildet wird, so elangt der Kii.lstoff zu dem hinteren Kanal 8 C> und von dort über mehrere Kanäle 10 zu einem Aufnahmeraum Um diesen Aufnal_@meraum 9 Lind die übrigen an die Kanle angeschlossenen Räume zu verstärken, könn-r die Hände der Räume an in gegenseitigen Abständen verteilten Stellen furch mehrere stabähnliche Verbindungsstellen miteinander verbunUen sein.
• In Fi-. 1 sind diese miteinander verbundenen Flächenstücke jedoch scheibenförmig ausgebildet, wie es bei 11 angedeutet ist. Der nicht verdampfte KUhlstoff durchströmt die Kanäle 12, um zu einem Sa1_rnelraum _ 13 zu gelangen, von wo aus er zu dem Sammelraum 1 ¢ weiterströmt, tun dann die SaL=i:lelrc:.ume "1 5 und. 16 zu passieren und zu dem Auslaß bei 1 zu gelangen. Es sei bemerkt, daß ctie Konstruktion nach Fit. 1 in der üblichen Vieise längs der durch die gestrichelten Querlinien angedeuteten Falzlinien gebogen wird, um eine kastenähnliche Foriii zu erzeugen, und daß man die Gestalt des Rohrleitungsmusters in weiten Grenzen variieren kann. Ferner sei hinzugefügt, daß sich die Erfindung bei zahlreichen Ausbildungsformen von Wärmeaustauschern anwenden läßtdie von der in der Zeichnung dargestellten-Ausbildungsform abweichen.
• --,Nach dem-Aufbringen des zuletzt-wirksamen-Drucks zum Formen der Rohrleitungen wird dieser Druck zunächst-aufrechterhalten und dann langsam entspannt, um,eine allmähliche Entspannung des durch de Decke.oder _:;inlage aufgebrachten nachgiebigen Gegendrucke zu ermöglichen. Dies tann-dadurch erfolgen, daß man gleichzeitig den hydrostatischen Druck wegnir4m-t und die obere Druckplatte des in der Zeichrung veranschaulichten Aggregats anhebt. Dieselt Verfahren ist vorzuziehen, da sich die für das Wegnelulen des Drucks benö ;;igte Zeit verkürzt.

Claims (1)

1. P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Verfahren zum Herstellen von Wärmeaustauschern und dergleichen, gekennzeichnet durch die Schritte, daß mindestens zwei Metalltafeln oder Bleche durch ein Bindeverfahren miteinander verbunden werden, wobei diejenigen Flächenstücke der Bleche, die zu Strömungsmitteldurchflußkanälen aufgetrieben bzw. expandiert werden sollen, an den aufeinanderliegenden Seiten der Bleche mit einem die Herstellung einer Verbindung verhindernden Material bedeckt sind, daß die durch das Bindeverfahren hergestellte Konstruktion zwischen starre Platten gebracht wird, wobei eine nachgiebige Decke oder Einlage auf mindestens eine Fläche der Konstruktion, an der das Auftreiben der,rohrförmigen Kanäle erfolgen-soll, aufgelegt wird, und daß zwischen die nicht miteinander verbundenen Flächenstücke eizl unter Druck stehendes Strömungsmittel eingeleitet wird, um zudrat die erwähnten Flächenstücke zu öffnen und nie dß."'unter dem Gegendruck der nachgiebigen Decke endgültio eufzutreiben bzw. zu expandieren, und daß danach derDruckf'weggenommen wird. .-2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegnehmendes Drucke allmählich entsprechend der Entspannung des durch die nachgiebige Decke aufgebrachten Gegendrucks erfolgt. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Metalltafeln 'bzw. Bleche im Viege des Walzens miteinander verbunden werden, und daß die@sö erhaltene ! .Konstruktion vor dem Einleiten des unten Druck stehenden ,Strömungsmittels einer Glühurig unterzogen wird. ¢. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch geken2zeichnet, daß das Strömungsmittel in dis nicht miteinander verbundenen Flächenstücke unter einem Druck eingeleitet wird, um die ilächenstücke zu öffnen, und daß der Druck gesteigert wird, um die Flächenstücke unter einem durch die nachgiehige~Decke aufgebrachten Gegendruck endgültig aufzutreiben bzw. zu expandieren. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eines der miteinander zu verbindenden Bleche aus einem Material besteht, das dem Auftreiben oder Expandieren einen größeren Widerstand entgegensetzt als das andere Blech, und daß das erwähnte eine Blech auf die Oberseite- einer starren Platte aufgelegt wirdf woräufhin die nachgiebige Decke auf die Oberfläche des erwähnten anderen Blechs aufgebracht wird. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel zuerst unter einem Druck von etwa 55 bis etwa 70 '(F300 - 1000 psi.) eingeleitet wird, um die Flächenteile des Musters zu öffnen, ud daß das endgültige Auftreiben bzw. Expandieren der Musterflächen unter der . Wirkung eines durch die nachgiebige Decke aufgebrachten Gegendrucks unter einem hydrostatischen Druck von etwa 175 bis etwa 210 kg/cm2 (2500 - 3000 psi.) erfolgt, und daß ferner der Druck danach entsprechend der Entspannung des durch die nachgiebige Decke aufgebrachten Gegendrucks weggenommen wird. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Bindeverfahren hergestellten Konstruktionen zwischen starren Platten angeordnet werden, wobei auf mindestens eine Seite der Konstruktion, auf welcher das Auftreiben erfolgen soll, eine nachgiebige Decke aufgelegt wird und daB die Platten einander genähert werden, um einen Druck auf die Decke oder Einlage aufzubringen. B. Verfahren nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Bleche aus einer harten Aluminiumlegierung be -steht, während das andere Blech aus verhältnismäßig weichem Aluminium oder einer verhältnismäßig weichen Aluminiumlegierung hergestellt ist, und daß die nachgiebige Decke oder Einlage auf das weichere Blech aufgelegt wird, so daß die Flächenstücke des weicheren Blechs nach außen aufgetrieben werden, um abgerundete rohrförmige Flächenstücke zu bilden, während das härtere Blech seine flache Form beibehält. 9. Verfahren zum Auftreiben bzw. Expandieren eimer zusammengesetzten Platte oder Tafel, die aus mindestens zwei unter Aufbringen von Druck miteinander verschweißten Metallblechen besteht, zwischen denen nicht miteinander verschweißte Flächenstücke vorhanden sind, die sich zu Kanälen umformen lassen, gekennzeichnet durch die Schritte, daß eine Matrizenkonstrukticn bereitgestellt wird, die zwei einander gegenüberliegende starre Platten umfaßt, wobei eine dieser Platten einen nachgiebigen Überzug aufweist, daß die erwähnte zusammengesetzte Tafel zwischen dem Überzug und der anderen Platte in die Matrizenkonetruktion eingebracht wird, daß die Platten in einen solchen gegenseitigen Abstand gebracht werden, daß die nachfolgende Expansion der eingebrachten Tafel begrenzt wird, mnd daß ein unter Druck stehendes Strömungsmittel in den zwischen den einzelnen Tafeln vorhandenen Raum eingeführt wird, der sich längs der nicht miteinander verschweißten Flächenstücke erstreckt, um eine der Tafeln unter gleichzeitigem Recken in Richtung nach außen gegen den erwähnten Überzug zu expandieren.