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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.
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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.
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Fig. 2 ist ein in größerem Maßatabe gezeichneter Schnitt längs der
Linie 2-2 in Pig. 1.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Figä 8 ist ein Stückeines Schnitts längs der Linie S_8 in Fig. 1.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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'-,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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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--,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.