DE1752852C3 - Verfahren zum Herstellen eines Plattenwärmetauschers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Plattenwärmetauscher mit einem Kanalsystem aus innen liegenden hohlen Durchlaufkanälen sind gut geeignet als Wärmetauscher, in denen ein Wärmeaustauschmittel durch ihre ganzen Platten hindurch umgewälzt wird. Ein besonders gut geeignetes Verfahren zur Herstellung solcher Platten ist das Verfahren nach der US-PS 26 90 002. bekannt als Wal/.plattier-Vcrfahren. Bei einer solchen oder anderen vergleichbaren Konstruktion müssen noch Anschlußnippel für die Wärmetauschmittel, ι. B. Kühlmittel, angebracht werden können- Die Anschlußstellen für die Anschlußnippel sollen eine genaue Ausbildungsform haben, so daß die Plattenwärmetauscher zweckdienlich mit serienmäßigen Anschlußnippeln ausgerüstet werden können. Hierbei ist z, B. aus der US-PS 28 22 151 bekannt, einen einzigen Anschlußnippel sowohl für den Eintritt als auch für den Austritt des umlaufenden Kühlmittels vorzusehen.
Zur Anwendung z. B. in einem Haushaltskühlschrank

ίο wurde es als wünschenswert erachtet, für die eine Seite des Plattenwärmetauschers einen härteren Werkstoff zu verwenden als für die andere Seite. Die Seite mit dem härteren Material kann dann dort angeordnet werden, wo rauhe Behandlung erwartet werden kann, z. B. durch

H Ehschubladen oder scharfe Werkzeuge zum Entfernen von Eisansatz. So können der Wärmeaustauscher und damit auch die Durchgangskanäle eine Zwei-Metall-Konstruktion sein, bei der die Härte der einen Seite von der Härte der anderen Seite verschieden ist Beispiele für in einem derartigen Zwei-Metall-Wärmeaustauscher verwendete Werkstoffe sind für die harte Seite eine Aluminiumlegierung mit 1,0% Silicium plus Eisen, 0,05 bis 0,20% Kupfer, 0,05% Mangan, 0,1% Zink, Rest Aluminium mit insgesamt höchstens 0_;15% weiterer Beimengungen, dabei jedoch höchstens 0,05% eines einzelnen Beimengungselements, sowie für die weiche Seite eine Aluminiumlegierung mit 1,0% Silicium plus Eisen, 0,2% Kupfer, 0,05% Mangan, 0,2% Zink, 0,1 bis 0,8% Zirkonium, Rest Aluminium mit insgesamt höchstens 0,15% weiterer Beimengungen, dabei jedoch höchstens 0,05% eines einzelnen Beimengungselements.

Es ist auch bekannt (DE-AS 11 10 119), die Tafeln von

Plattenwärmetauschern unterschiedlich dick oder fest zu wählen, und zum ungleichen Aufblähen der Kanalwände mittels eines Druckfluids von außen unterschiedliche mechanische Widerstände entgegenwirken zu lassen dadurch, daß in die außen anliegenden Gesenkplatten einseitig eine dem Kanalmuster entsprechende Vertiefung eingearbeitet ist.

ι« Bei derartigen Ausbildungen, bei denen die beiden Tafeln unterschiedliche mechanische Widerstände zeigen, entstehen Schwierigkeiten hinsichtlich der Genauigkeit der Aufweitung oder Dimensionierung von in die Platte nach innen versetzten Verengungen der Anschlußstelle, die erforderlich ist, um serienmäßige Anschlußnippel mit engem Sitz einbauen zu können. Würde ein derartiger Zwei-Metall-Wärmeaustauscher z. B. an der Verengung durch Flüssigkeitsdruck oder einfach durch die Anwendung eines üblichen runden Kalibrierdorns aufgeweitet werden, so würde die unterschiedliche Härte der beiden Seiten der Platte an jeder Seite der Verengung zu einer ungleichen Ausdehnung führen.

Wenn hierbei auch primär die Ausweitung von

" Metallblechplatten mit nicht miteinander verbundenen Innenabschnitten betrachtet ist, so gilt Entsprechendes auch bei ähnlichen, aus anderen Materialien hergestellten Platten, die z. B. aus verschiedenen Kunststoffen, oder aus verschiedenartigen Werkstoffen, z. B. Metall

«» und Kunststoff, hergestellt sind und eine Platte bilden, die Zwei Tafeln aufweist, welche bis auf einen kanalbildendcn Abschnitt miteinander verbunden sind.

Bei einem gattungsgemäBcn bekannten Verfahren (US-PS 30 04 327) zum Kalibrieren der Verengung nach

'" Vorweiten des Kanalsystcms verwendet man einen unsymmetrischen Kalibrierdorn, der so berechnet ist, daß er bei dem Aufweiten eines Zwei-Metall-Plattenwärmetauschcr-Rohlings. der aus zwei Platten unter-

schiedlicher mechanischer Festigkeit besteht, einen symmetrischen Kanalquerschnitt an der Verengung hervorbringt, in die der AnschluQnippel eingepaßt werden soll. Derartige Kalibrierdorne brechen jedoch leicht; außerdem muß der Kalibrierdorn im Hinblick auf die harte Seite der Verengung sehr genau lokalisiert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei Plattenwärmetai'schern aus Tafeln unterschiedlicher Härte mit innenliegendem Kanalsystem die gegenüber dem Plattenrand versetzte Verengung einer Anschlußstelle für einen Anschlußnippel unter einfacher Handhabung weniger empfindlicher Kalibrierdorne nach Vorweitung kalibrieren zu können.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren nach der Erfindung gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst

Indem an den beiden Seiten der Verengung des Kanalsystems z. B. je ein Hemmkissen als mechanischer Widerstand von einer Härte vorgesehen wird, die so berechnet ist, daß jeweils die Ausweitung des Kanals an der Seite des entsprechenden Hemmkissens bir auf das gewünschte Maß begrenzt wird, wird durch entsprechend variierende Einstellung der Härte der Hemmkissen beidseits der Verengung des Kanalsystems ein vollständig aufgeweiteter Durchlaufkanal von vorgegebener Gestalt erzielt, in den dann der entsprechende Anschlußnippel eingesetzt werden kann.

Es ist bei einstufigen Verfahren zur Kanalaufweitung an sich auch bekannt (US-PS 30 12 309), Hemmkissen o. dgl. beidseits eines zwischen Tafeln unterschiedlicher Härte aufzuweitenden Kanalsystems anzuordnen, und zwar in Abhängigkeit von der gewünschten Kanalhöhe, der Dicke und/oder der Materialbeschaffenheit der Kanalwände. Ebenso ist es an sich bekannt, bei mehrstufigen Verfahren der Kanalbildung zur Ausbildung unsymmetrischer Kanalformen Hemmkissen o. dgl. anzuwenden.

Vorzugsweise wird nach der Erfindung zum Aufweiten der AnschNßstelle ein Kalibrierdorn verwendet, der eine zur Ebene der Platte parallele Symmetrieachse hat. So kann man sogar einfach einen Runddorn verwenden.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 3 bis 5.

Vorzugsweise wird das Kanalsystem nach Einführen des Kalibrierdorns in die Anschlußstelle vollständig aufgeweitet. Dies kann durch Druckbeaufschlagung durch den Kalibrierdorn hindurch erfolgen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an A-asführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 bis 3 die Herstellung eines Blechkörpers als Zwischenstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers;

F i g. 4 eine Draufsicht auf einen nach dem Verfahren nach F i g. 1 hergestellten Blechkörper mit einem zweckmäßigen Anschlußnippel für den Umlauf eines Wärmeaustauschmittels;

F i g. 5 einen Schnitt durch einen Abschnitt der F i g. 4 entlang der Linie V-V;

Fig. 5A eine der Fig.5 ähnliche, jedoch eine Abänderung zeigende Schnittansicht;

F i g. 6 eine Ansicht eines bevorzugten Kalibrierdorns zum Kalibrieren der den Anschlußnippel aufnehmenden Verengung an der Anschlußstelle des Plattenwärmetauschers nach Fi g. 4:

Fig. 7 einen durch den Durchlaufkanal des Plattenwärmetauschers nach Fig.4 gelegten Querschnitt, der die Verv endung unterschiedlicher mechanischer Widerstände bei der kompletten Ausweitung der Kanalwandung zeigt;
Fig. 8 einen Querschnitt ähnlich Fig. 7 der den

ί Anschlußnippel aufnehmenden Verengung an der Anschlußstelle mit einer alternativen Verwendung mechanischer Widerstände, und

F i g. 9 einen Querschnitt ähnlich F i g. 7 und 8, der den Wärmeaustauscher mit der vollständig ausgeweiteten

IU Verengung der Anschlußstelle zeigt, die den Anschlußnippel aufnimmt.

Die F i g. 1 bis 3 erläutern das erfindungsgemäße Verfahren, nach welchem ein plattenförmiger Wärmeaustauscher herstellbar ist, anhand der bevorzugten Verfahrensweise gemäß US-PS 26 90 002. Es kann aber auch auf andere bekannte Weise zunächst eine Blechkonstruktion mit einem inneji verlaufenden Kanalsystem hergestellt werden.

Gemäß F i g. 1 wird zunächst auf eine erste Blechtafel 1 ein dem gewünschten Kanalverlau^r r:ntsprechendes Muster 2 aus einer das Verschweißer; verhindernden Masse aufgebracht. Wie in F i g. 2 zu sehen ist, wird dann eine zweite Blechtafel 3 auf die erste Blechtafel 1 gelegt, und beide Tafeln werden durch Punktschweißung (bei 4) dann zusammengehalten, um ein Verschieben der aufeinanuerliegenden Blechtafeln t und 3 gegeneinander beim nachfolgenden Schweißvorgang zu verhindern. Die Blechtafeln 1 und 3 werden dann an den durch die die Schweißung verhindernde Masse nicht unterbrochenen Berührungsflächen verschweißt, z. B. durch Warmwalzen gemäß F i g. 3. Die übereinandergelegten Tafeln werden zunächst erhitzt und anschließend durch Walzen 5 geführt, zwischen denen sie in ihrer Dicke reduziert und in Walzrichtung gelängt werden. Der so erhaltene Verbundkörper 6 mit einem dem Muster 2 aus Her die Verschweißung verhindernden Masse entsprechenden, nicht verschweißten innen liegenden Teil wird dann, z. B. durch Ausglühen, weich gemacht und darauf durch Kaltwalzen auf gleichmäßigere Dicke gebracht und erneut geglüht

Be: einer solchen Herstellung eines Plattenwärmetauschers wird ein Teil der die Verschweißung verhindernden Masse in der Nähe einer Kante der des Muster tragenden Tafel 1 aufgetragen, so daß das Kanalsystem

« 7, das in der von beiden Tafeln 1 und 3 gebildeten Platte innen verläuft, durch Einführung von Druckflüssigkeit in seine gewünschte Kanalform ausgeweitet werden kann. Das Muster aus der das Verschweißen verhindernden Masse kann man dabei in bekannter Weise so ausbilden, daß durch den nach dem Aufweiten erhaltenen Kanal ein Wärmeaustauschmittel zirkulieren kann, das an der gleichen Anschlußstelle sowohl eintritt als auch austritt. Ein derartiger Plattenwärmetauscher ist in Fig.4 dargestellt und umfaßt einen nach dem vorgenannten Verfahren hergestellten Verbundkörper 6, bei dem das Muster 2 aus der das Verschweißen verhindernden Masse durch Einleiten eines Flüssigkeits-Aufweitungsdrucks in bekannter Weise aufgebläht wird, um das Kanalsystem 7 aus hnen verlaufenden Durchlaufkanä-

w) len zu bilden. Es können dann konzentrisch ausgerichtete Rohre 8 und 9 eines Anschlußnippels für eine entsprechende Umwälzung z. B. eines als Wä-'metauschniedium dienendes Kühlmittels durch das Kanalsystem 7 eingeführt werden.

^h> Eine derartige Lösui.3 ist in detaillierter Form in der Schnittansicht nach Fig. 5 gezeigt. Wie zu sehen ist, umfaßt das Kanalsystem 7 einen relativ weiten, die Anschlußöffnung bildenden Abschnitt 10 in Kantennähe

der von den Tafeln I und 3 gebildeten ('lalle und eine damit verbundene Verengung 11 der Anschlußstelle. Das innere Rohr 8 der konzentrischen Rohre des Anschliißnippels kann dann in die von der Anschlußöffnung in die Platte hineinversetzte Verengung Il eingeführt und zur Einleitung des Wärmcaiisiiiiischmittels, beispielsweise eines Kühlmittels, benutzt werden. Das Kühlmittel wird dann durch das übrige Kanalsystem 7 hindurchgewälzt und läuft dabei in den Abschnitt 10 zurück, aus welchem es durch das äußere Rohr 9 austreten kann. Die Rohre 8 und 9 können jede gewünschte Form aufweisen, von denen die dargestellte lediglich ein Beispiel ist. Fs ist erforderlich, daß das Rohr 8 genau bündig an der einen Abschnitt des Kanalsystems 7 bildenden Innenwand der Verengung (I angreift., um ein Zurücklecken des Kältemittels zu verhindern; ein solches Ztiriicklecksn künrj tiini? verringerte Leistung und eine Ansammlung von Feuchtigkeit an den Austrittsrohren /ur Folge haben, da das Kältemittel im Wechsel zu- und abgeschaltet wird. Wenn es gewünscht wird, können daher zur Erzielung einer wirksamen Abdichtung eine Durchführungshülse und eine Durchführungsbuchse vorgesehen werden. Mine solche Lösung ist in F i g. 5A geneigt, bei der eine zylindrische Rohrbuchse B. die aus Metall sein kann, mit einer zylindrischen Hülse G, die aus Schwammgummi bestehen kann, ungefähr mittig vor der Einführung des Rohres 8 in die Verengung 11 eingefügt wird. In jedem Fall ist es erforderlich, daß der Durchlaufkanal des Wärmetauschmediums an der Verengung 11 auf ein genaues Maß aufgeweitet ist, damit der Anschlußnippel, der in jeder besonderen Ausführungsform verwendbar sein soll, dicht anliegt.

Die beiden Tafeln 1 und 3 des Wärmeaustauschers bestehen aus verschiedenen Metall-Legierungen. Demgemäß würde die anfängliche Ausweitung des Kanalsystems 7. ob durch Flüssigkeitsdruck oder Einführung eines Dorns oder dgl., schließlich an der Verengung 11 eine verschiedene Ausweitung der beiden Seiten des Kanals hervorrufen. Da die serienmäßigen Anschlußnippel für die Umwälzung des Kältemittels oder anderen Wärmetauschmittels einen symmetrischen Umriß aufweisen, ist es erwünscht, daß der der Aufnahme eines derartigen Anschlußnippels dienende Abschnitt des Kanalsystems 7. nämlich die Verengung 11, ebenfalls symmetrisch ausgeführt ist. Gemäß der Erfindung ist zusätzlich zur Einführung eines üblichen symmetrischen Kalibrierdorns. wie er z.B. in Fig. 6 gezeigt und mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet ist, ein Verfahren zur Steuerung der Aufweitung der Verengung 11 vorgesehen. Demzufolge wird im Anschluß an die anfängliche Aufweitung des Kanalsystems 7 der Verbundkörper 6. wie in Fig. 7 gezeigt ist. im Bereich der Verengung 11 zwischen zwei Hemmkissen 13 und 14 angeordnet. Die Hemmkissen können aus jedem zweckmäßigen verformbaren Material bestehen, z. B. festem oder Schwammgummi. Das erste Hemmkissen 13 wird gegen die weiche Seite der Verengung 11 und das zweite Hemmkissen 14 von einer geringeren Härte als das Hemmkissen H gegen die harte Seite der Verengung Il gelegt Das Hemmkissen 14 kann aus einer einzigen Lage eines Materials mit einer geringeren Härte als der des Hemmkissens 13 bestehen oder aus einer größeren Anzahl von plattenförmigen Kissen 15 gleicher Härte. Gemäß F i g. 7 kann z.B. das Hemmkissen 13 aus einer etwa 2,5 mm dicken Gummipliittc von 60 Härtegraden bestehen, und das Hemmkissen 14 fünf solcher Kissen 15 umfassen, um ein Kissen von etwa 12,5 mm Dicke von 60 Härtegraden zu erhalten. Das Ganze kann dann von Stützplatten 16 und 17 umfaßt und durch Klemmkräfte zusammengehalten werden. Auf diese Weise verklammert, stößt bei Einführung eines symmetrischen Kalibrierdornes die harte Seite der Verengung 11 auf weniger örtlichen Widerstand in dem Hemmkissen 14 als die weiche Seite

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chende Wahl der Hemmkissen 13 und 14 kann daher eine genaue symmetrische Querschnittsform der Veren-

."> gung 11 erzielt werden, wie z. B. in Y i g. 9 gezeigt ist.

Eine zweite Abänderung des bisherigen Verfahrens ist in F i g. 8 erläutert, bei der das Hemmkissen 18 an der weichen Seite der Verengung 11 dem Hemmkissen 13 in Fig. 7 ähnlich ist. Das Hemmkissen 14 der vorigen

:' Anwendungsform kann durch eine feste Anlage 19 einer verhältnismäßig starren formsicheren Ausführung mit einer dem Kanalverlauf benachbarten Vertiefung 20 ersetzt werden. Wie bei der vorigen Anwendungsform wird dann eine Stüuplatte 21 gepjn das Kissen 18

in gesetzt. Die Vertiefung 20 gcsi tie; eine .oehinderte Aufweitung der harten Seiu der .crengung II. während das Hemmkissen 18 nie Aufweitung der weichen Kanalseite in einem berechneten Maß hemmt. Die zweckmäßige Wahl der Di' ke und/oder der Härte

!'» des Hemmk'ssens 18 und Jer Abmessungen der Vertiefung 20 sind wiederum bestimmend für die gewünschte Ausweitung des Kanalsystems 7 an der Verengung 11.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in allen Fällen anwendbar, bei denen eine genaue Ausbildungsform einer Verengung eines hohlen Durchlaufkanals verlangt ist. Das in den Zeichnungen vorgestellte Muster mit dem »Einfach-Zutritt« ist nur als Beispiel gedacht. Die Erfindung kann in ähnlicher Weise auch auf einen

⁴"' Verbundkörper angewendet werden, der nach einem anderen als dem Walzplattierverfahren hergestellt wurde. Außerdem ist die gezeigte kreisrunde Kanalform nur eine der mittels der Erfindung herstellbaren Querschnittsformen. Durch entsprechende Wahl Jer Gestalt des Kalibrierdorns und der Ausbildung des Hemmkissens und/oder der starren Abstützung kann jede gewünschte Form erhalten werden. Wenn z. B. gewünscht ist, daß an der Verengung eine Kanalseite eben ist kann ein Kalibrierdorn mit einem halbkreisförmigen Querschnitt verwendet werden und an der anderen Seite ein genügend hartes Hemmkissen vorgesehen werden, um eine Ausweitung des Kanals an dieser Seite zu verhindern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer kalibriert aufgeweiteten Anschlußstelle eines Plattenwärmetauschers mit einem zwischen zwei Tafeln unterschiedlicher Härte ausgebildeten Kanalsystem, das an der Anschlußstelle bis an den Plattenrand geführt ist und dort in Fluchtung mit der am Plattenrand gelegenen Anschlußöffnung eine von der Anschlußöffnung in die Platte hinein versetzte Verengung der Anschlußstelle für den abgedichteten Einsatz eines Anschlußnippels aufweist, durch Verschweißen der Tafeln in Bereichen außerhalb des auszubildenden Kanalsystems, Aufblähen der zum Kanalsystem zu bildenden Bereiche zwischen den Tafeln mittels einer Druckflüssigkeit und weiteres Aufweiten der Verengung der Anschlußstelle mittels eines in die Anschlußstelle durch die Anschlußöffnung nach dem Aufblähen des Kanalsystems eingeführten Kalibrierdorns, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Aufwerten der Verengung der Anschlußstelle mittels des in diese eingeführten Kalibrierdorns gegen im Bereich der Verengung außerhalb der Tafeln vorgesehene unterschiedliche mechanische Widerstände vorgenommen wird, die so gewählt werden, daß sie die unterschiedlichen Härten der Tafeln kompensieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufweiten der Anschlußstelle ein Kalibrierdorn verwendet wird, der eine zur Ebene der Platte parallele Symmetrieachse hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß au wenigstens einer der mechanischen Widerstände »in Hemmkissen aus verformbarem Material verwende; jvird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als mechanische Widerstände zu beiden Seiten der Anschlußstelle Hemmkissen aus verformbarem Material verwendet werden, und daß an der Seite der Tafel mit der größeren Härte ein dickeres Hemmkissen als an der Seite der Tafel mit kleinerer Härte verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Seite der Anschlußstelle als mechanischer Widerstand ein Widerlager aus im wesentlichen formbeständigem Material mit einer ein unbehindertes Aufweiten gestattenden Vertiefung verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalsystem nach Einführen des Kalibrierdorns in die Anschlußstelle vollständig aufgeweitet wird.