DE19803177B4

DE19803177B4 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers für brennstoffbeheizte Wassererhitzer

Info

Publication number: DE19803177B4
Application number: DE1998103177
Authority: DE
Inventors: Heinz Ehrle; Dieter Krauss; Josef Reitstaetter; Manfred Seebauer; Gottfried Zoller; Hans-Ulrich Lenckner; Uwe Lindemann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2018-01-29
Also published as: DE19803177A1; EP0933150A3; EP0933150A2

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers für brennstoffbeheizte Wassererhitzer, mit wasserführenden Rohren und von diesen durchsetzten Lamellen, die zwischen sich Spalte zum Durchtritt der Verbrennungsgase bilden und durch Aufweiten der Rohre spaltlos an deren Umfang anliegen, wobei der die Rohre aufweitende Arbeitsdruck zwischen Rohr und Lamelle so groß gewählt und die Lamellen so gestaltet bzw. bemessen sind, dass auch bei Verbrennungsgastemperaturen im Bereich von etwa 1300°C die Lamellenfußbereiche unter die Rekristallisationstemperatur des Lamellenwerkstoffs gekühlt werden, so dass ein Festsitz der Lamellen auf den Rohren ohne Lötung gewährleistet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rohr (10) durch ein hindurchgeschobenes, rotierend angetriebenes Werkzeug (Kalotte 20) aufgeweitet wird, dessen Übermaß gegenüber dem nicht aufgeweiteten Innendurchmesser des Rohres (10) in Abstimmung mit dem Werkstoff und der Wandstärke des Rohres (10) so bemessen ist, dass das dort radial nach außen verdrängte Material zu beiden Seiten der Lamellenfüße jeweils Wülste (28) am Außenumfang des Rohres (10) ausbildet, derart,...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei den bekannten Primärwärmeübertragern für brennstoffbeheizte Wassererhitzer sind die Lamellen mit den wasserführenden Rohren verlötet, wobei es zur Minimierung des Lötspaltes auch bekannt ist, die Rohre nach dem Fügen der Lamellen durch Hindurchschieben eines rotierend angetriebenen Werkzeugs aufzuweiten. Die Lötverbindung sichert einen einwandfreien Wärmeübergang von den Lamellen auf die Rohre, wodurch auch eine ausreichende Kühlung der Lamellen durch das durchfließende Wasser und der Festsitz der Lamellen auf den Rohren über die Lebensdauer des Wärmeübertragers gewährleistet ist. Mit Rücksicht darauf, daß Primärwärmeübertrager hohen Verbrennungsgastemperaturen von beispielsweise 1300° C ausgesetzt sind und daher bei diesen auf eine ausreichende Kühlung der Lamellen besonders zu achten ist, hat man bisher eine gelötete Ausführung der Primärwärmeübertrager als unumgänglich erachtet.

Zum Stand der Technik gehören ferner Sekundärwärmeübertrager von Brennwertgeräten, bei denen die Lamellen nicht an die Rohre angelötet, sondern an diesen nur durch Aufweiten der Rohre festgelegt sind ( EP 0 184 612 B2 ). Diese Sekundärwärmeübertrager arbeiten im Niedertemperaturbereich, weswegen man bei ihnen von einer bei Primärwärmeübertragern als notwendig erachteten Lötverbindung der Teile abgesehen hat.

Bei einem aus US 3 432 905 bekannten Wärmeübertrager wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Rohren und den Lamellen des Wärmetauschers dadurch hergestellt, dass im Bereich der Lamellen eine verringerte Wandstärke der Rohre vorliegt und dass die Rohre mit den aufgesetzten Lamellen mit einer Flüssigkeit gefüllt und dann in ein Gefriermittel eingelegt werden, so dass die gefrierende Flüssigkeit eine Aufweitung der Rohre erzielt, wodurch sich der Rohraußendurchmesser an den Innendurchmesser der Lamellen anlegt.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers geht aus US 4 706 355 hervor. Hierbei wird ein Werkzeug zum Aufweiten der Rohre eingesetzt, so dass sich der Außendurchmesser des Rohres ohne Ausbildung von Wülsten an die Lamellenfüße anlegt.

Auch bei dem in DD 276 441 A1 beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers werden die auf ein Wärmeübertragerrohr aufgesetzten Lamellen, die einen tragenden Lamellenfuß aufweisen, dadurch kraftschlüssig mit dem Wärmeübertragerrohr verbunden, indem von einem Rohrende des Wärmeübertragers zum anderen kontinuierlich mittels eines Aufweitwerkzeuges der Außendurchmesser des Wärmeübertragungsrohres an den Innendurchmesser der Lamellenfüße angepaßt wird.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht eine rein mechanische und wegen Wegfalls der Lötarbeiten auch zeitlich verkürzte Montage eines Wärmeübertragers, der für den Einsatz im Hochtemperaturbereich bestimmt ist.

Dabei wird jedes Rohr durch ein hindurchgeschobenes, vorzugsweise rotierend angetriebenes Werkzeug aufgeweitet, dessen Übermaß gegenüber dem nicht aufgeweiteten Innendurchmesser des Rohres in Abstimmung mit dem Werkstoff und der Wandstärke des Rohres so bemessen ist, daß sich zu beiden Seiten der Lamellenfüße bzw. Lamellenkragen Wülste am Außenumfang des Rohres bilden. Die Wülste legen sich an die Lamellenfüße bzw. Lamellenkanten fest an, wodurch der Wärmeübergang von den Lamellen auf das Rohr zusätzlich verstärkt wird. Die Wülste erhöhen zudem die Festigkeit des Lamellensitzes und verhindern, daß die Lamellen beim Aufweiten des Rohres axial wegwandern. Durch den hohen Arbeitsdruck bedingt wälzt sich auch die Innenwand des Rohres, wodurch auch das Siedegeräuschverhalten des Wärmeübertragers verbessert wird.

Bei Verwendung von Lamellen und Rohren aus Kupfer wird durch den Wegfall des Lötvorgangs auch ein Weichglühen der Teile vermieden und dadurch das Handling des vorgefertigten Lamellenblocks bei der Montage des Primärwärmeübertragers erleichtert. Außerdem können die Anschlüsse am Primärwärmeübertrager ohne Zusatzteile direkt in den Rohren integriert werden.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 unmaßstäblich und vergrößert einen Teil-Längsschnitt durch ein Rohr eines Primärwärmeübertragers mit aufgesetzten Lamellen vor dem Aufweiten des Rohres durch das dargestellte Werkzeug, und
2 den gleichen Rohrabschnitt nach dem Aufweiten.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein im Hochtemperaturbereich von ca. 1300°C arbeitender Primärwärmeübertrager eines gasbeheizten Wassererhitzers hat eine Anzahl von parallel nebeneinander liegenden Rohren 10, die ein Paket von Lamellen 12 durchsetzen, welche zwischen sich Spalte 14 zum Durchtritt der Verbrennungsgase begrenzen. Jede Lamelle 12 hat an ihrer Durchgangsöffnung bzw. an ihrem Fußbereich 16 einen Kragen 17, der das Rohr 10 umschließt. Im Ausgangszustand ist der Innendurchmesser des Kragens 17 so auf den Außendurchmesser des noch glatten Rohres 10 abgestimmt, daß sich die Teile spaltlos ineinanderfügen lassen. Die Rohre 10 und die Lamellen 12 sind vorzugsweise aus Kupfer hergestellt.
Zum Befestigen der Lamellen 12 auf den Rohren 10 wird jedes Rohr durch ein Werkzeug 18 aufgeweitet, das durch das Rohr hindurchgeschoben wird und dabei rotierend angetrieben ist. Das Werkzeug 18 hat einen Arbeitskopf (Kalotte) 20, der ein zylindrisches Kernteil 22 aufweist, welches an seinem Umfang mit vier um 90° versetzten, seitlich angephasten Druckleisten 24 bestückt ist. Die Arbeitsflächen 26 von je zwei radial sich gegenüberliegenden Druckleisten 24 sind im Abstand D voneinander entfernt, der etwas größer als der Innendurchmesser d des unverformten Rohres 10 bemessen ist. Das Übermaß ist in Abstimmung mit der Wandstärke s des Rohres 10 und dessen Werkstoff so gewählt, daß sich beim Aufweiten das Rohrmaterial fest an die Fußbereiche 16 bzw. Kragen 17 der Lamellen 12 anpreßt und sich das dort radial nach außen verdrängte Material zu beiden Seiten dieser Bereiche zu Wulsten 28 aufwölbt. Bei einer praktischen Ausführung haben die aus Kupfer gefertigten Rohre 10 einen Innendurchmesser d von 19 mm, eine Wandstärke s von 1 mm und der Arbeitskopf 20 ein Übermaß D-d von 0,3 mm.
Durch die Wulste 28 werden die Lamellen 12 besonders fest und in axialer Richtung formschlüssig mit den Rohren 10 verbunden. Außerdem werden die Berührungsflächen zwischen den Lamellen 12 und den Rohren 10 vergrößert, so daß sich auch ein besonders guter Wärmeübergang ergibt. An den Innenwänden der Rohre 10 wird an den Stellen der Wulste 28 das Rohrmaterial nach außen gequetscht, wodurch sich dort ringförmige Ausbuchtungen 30 ergeben. Das führt zu einer welligen Ausbildung der Innenwandflächen, wodurch das Siedegeräuschverhalten des Primärwärmeübertragers verbessert wird.
Zur Toleranzeinhaltung der Länge des Lamellenblocks wird dieser während des Aufweitens der Rohre an den parallel zu den Lamellen 12 verlaufenden Stirnseiten auf Maß gehalten, wobei dem Lamellenblock ein festgelegtes Spiel im Aufweitewerkzeug zugestanden wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers für brennstoffbeheizte Wassererhitzer, mit wasserführenden Rohren und von diesen durchsetzten Lamellen, die zwischen sich Spalte zum Durchtritt der Verbrennungsgase bilden und durch Aufweiten der Rohre spaltlos an deren Umfang anliegen, wobei der die Rohre aufweitende Arbeitsdruck zwischen Rohr und Lamelle so groß gewählt und die Lamellen so gestaltet bzw. bemessen sind, dass auch bei Verbrennungsgastemperaturen im Bereich von etwa 1300°C die Lamellenfußbereiche unter die Rekristallisationstemperatur des Lamellenwerkstoffs gekühlt werden, so dass ein Festsitz der Lamellen auf den Rohren ohne Lötung gewährleistet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rohr (10) durch ein hindurchgeschobenes, rotierend angetriebenes Werkzeug (Kalotte 20) aufgeweitet wird, dessen Übermaß gegenüber dem nicht aufgeweiteten Innendurchmesser des Rohres (10) in Abstimmung mit dem Werkstoff und der Wandstärke des Rohres (10) so bemessen ist, dass das dort radial nach außen verdrängte Material zu beiden Seiten der Lamellenfüße jeweils Wülste (28) am Außenumfang des Rohres (10) ausbildet, derart, dass in axialer Richtung zwischen Lamellen (12) und Rohren (10) eine formschlüssige Verbindung entsteht.