DE2839142A1

DE2839142A1 - Rippenrohranordnung fuer waermetauscher

Info

Publication number: DE2839142A1
Application number: DE19782839142
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Labrande
Original assignee: Francaise du Ferodo SA
Current assignee: Valeo SE
Priority date: 1977-09-09
Filing date: 1978-09-08
Publication date: 1979-03-22
Also published as: MX150161A; PL209465A1; RO84873A; BR7805836A; ES472562A1; FR2402850B1; PL126241B1; AR215198A1; US4269267A; GB2003762A; IT1107861B; IT7869074A0; CS210605B2; JPS5450467A; FR2402850A1; GB2003762B; SU1050584A3

Description

Patentanwalt Dipl.-Ing. Walter Jadcfedi

7 Stuttgart NZManLeteteS* 40

Societe Anonyme Francaise 7. September 1978

du Ferodo A 36 228 whw

64, Avenue de la Grande-Armee
75848 Paris Cedex 17
Frankreich

Rippenrohranordnung für Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft eine Rippenrohranordnung für Wärmetauscher, insbesondere Kraftfahrzeugkühler sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

Bei der Herstellung von Wärmetauschern, so insbesondere Kühlern für Kraftfahrzeuge ergibt sich das Problem des Zusammenbauens paralleler Rohre, durch die ein erstes Fluid, wie beispielsweise Wasser zirkuliert, mit von diesen Rohren quer durchsetzten Rippen, die von einem zweiten Fluid, wie beispielsweise Luft umspült sind.

Bei einer erprobten diesbezüglichen Lösung weisen die dünnwandigen Rohre Kreisquerschnitt auf.und werden, nachdem sie in in Flucht liegende, üblicherweise mit einem Randkragen versehene öffnungen der übereinanderliegenden Rippen eingefädelt sind, aufgeweitet, wobei die Aufweitung beispielsweise dadurch vorgenommen wird, daß Oliven mit gegenüber dem Ausgangsquerschnitt der Rohre wesentlich größeren Querschnitt durch die Rohre durchgezogen werden. Bei einer anderen Vorgehensweise erfolgt die Aufweitung über ein Druckmittel, derart, daß die Außenflächen der Rohre unter Druck gegen die Innenflächen

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der Kragen der Rippen, oder die Kanten der öffnungen zur Anlage gebracht werden. Erreicht werden soll dadurch ein inniger Kontakt und ein entsprechend guter Wärmeübergang zwischen Rohren und Rippen.

Man hat des weiteren auch bereits Rohre mit länglichem Querschnitt verwendet, und zwar in der Absicht, die durch das zweite Fluid, nämlich Luft umspülte Oberfläche zu vergrößern und zugleich den Luftwiderstand im Hinblick auf den Luftstrom zu verringern. Bis jetzt muß bei der Verbindung solcher Rohre mit den Rippen dabei, um einen ausreichend hohen und guten Wärmeübergang zu erzielen, auf verhältnismäßig komplizierte Techniken, wie beispielsweise Schweißen zurückgegriffen werden.

Gleiches gilt bezüglich Rippen, deren Durchstecköffnungen für die Rohre mit konisch sich verengenden Kragen versehen sind, bei denen der kleinere Querschnitt kleiner als der Außenquerschnitt der einzufädelnden Rohre ist. Auch dies hat zu keinen befriedigenden Ergebnissen geführt.

Die vorliegende Erfindung schlägt nun zur Vermeidung der Nachteile der bislang bekannten Konstruktion ein Vorgehen zum Verbinden eines dünnen Rohres mit länglichem Querschnitt, insbesondere mit einem Querschnitt, bei dem zwei gebogene Endabschnitte über geradlinige Flanken verbunden sind, mit Rippen eines Rippenstapels mit in Flucht liegenden Durchstecköffnungen für das Rohr vor, bei dem von der Elastizität der dünnen Wandung des Rohres Gebrauch gemacht wird, um eine innige Anlage an den die öffnungen begrenzenden Kragen der Rippen oder den Lochkanten zu erreichen.

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Bei einer Ausgestaltung gemäß der Erfindung werden dabei in den Rippen öffnungen mit gegenüber dem Rohrquerschnitt größerem Öffnungsquerschnitt vorgesehen, um das leichte Einfädeln in diese öffnungen im Rippenstapel zu ermöglichen, wobei die öffnungen zur Außenkontur des Rohres nicht parallele Konturen haben, wenn die Achse des Rohres mit der Fluchtachse der öffnungen des Rippenstapels zusammenfällt. Die gerundeten Endabschnitte der öffnungen sind dabei zunächst weiter als die gerundeten Endabschnitte der Rohrwand und es ist auch die Breite zwischen den zwischen den Endabschnitten liegenden' Verbindungsteilen, also den Längsrändern der öffnungen größer als die Breite des Rohres, wobei nach Einfädeln des Rohres dieses so aufgeweitet wird, daß die gerundeten Endabschnitte desselben unter Druck gegen die gerundeten Endabschnitte der öffnung bzw. deren Kragens anliegen, und die Aufweitung so bemessen wird, daß die Verformung der Endabschnitte des Rohres die Elastxzitätsgrenze überschreitet und plastisch ist, während die Rohrflanken, belastet durch die plastische Deformation der Endabschnitte sich elastisch gegen die zwischen den Endabschnitten liegenden Längsabschnitte der öffnungen, bzw. der Kragen der öffnungen andrükken.

Einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zufolge wird das Rohr vor dem Einfädeln in die in Flucht liegenden öffnungen des Rippenstapels kontrahiert, und zwar beispielsweise unter dem Einfluß des atmosphärischen Außendruckes bei verringertem Innendruck im Rohr, und es wird nachfolgend, also nach dem Einfädeln der Unterdruck im Rohr abgebaut, so daß dieses sich aufweitet, mit der Folge, daß die Rohrwandung sich ela-

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stisch gegen die Ränder der Rippenöffnungen bzw. den diesen zugeordneten Kragen abstützt.

Im Rahmen der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn die Längsränder der langgestreckten öffnungen in den Rippen eine Kontur aufweisen, bei sie konvex gegeneinander, und damit in die öffnung eingewölbt sind.

Die Erfindung betrifft des weiteren eine Anordnung, bei der ein Rohr mit länglichem Querschnitt mit den Rippen eines Rippenstapels verbunden ist und unter Druck über seinen ganzen Umfang gegen die Kanten der öffnungen, bzw. die diesen zugeordneten Kragen anliegt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, und es sind die weiteren Einzelheiten der Erfindung den Zeichnungen, deren Beschreibung und den Ansprüchen zu entnehmen. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch ein Rohr bei dessen Einfädeln in die entsprechende öffnung einer Rippe,

Figur 2 in Draufsicht einen Ausschnitt von einer Rippe,

Figur 3 eine der Figur 1 entsprechende Darstellung, jedoch nach Aufweiten des Rohres,

Figur 4 einen Schnitt gemäß Linie IV - IV in Figur 3, und

Figur 5 eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltungsform.

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Das in den Figuren 1 und 4 dargestellte Rohr 11 ist als dünnwandiges Rohr gleicher Wandstärke ausgeführt, wobei die Wandstärke in der Größenordnung von 0,1 bis 0_y5 mm bevorzugt liegt.Begrenzt ist das Rohr nach außen durch eine Außenfläche 12 und nach innen durch eine Innenfläche 13. Hergestellt ist das Rohr bevorzugt durch Ziehen und es weist einen länglichen Querschnitt auf. Die beiden gerundeten Endabschnitte 14 und 15 des Rohres (Figur 1) sind im Querschnitt durch vier Halbkreisbögen 16, 17 bzw. 18, 19 begrenzt. Diese sind jeweils durch zwei Geraden 21, 22 bzw. 23, 24 verbunden. Das Rohr 11 besteht damit aus zwei halbzylindrischen, halbkreisförmigen Abschnitten 25, 26, die durch zwei ebene Flanken 27, 28 verbunden sind.

Eine Rippe 31 eines Stapels von Rippen mit rechteckiger Kontur umfaßt eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 32 (Figur 2), die langgestreckte Grundform haben und in bezug auf die Mittellinie 33 der Rippe, die von beiden Rippenlängskanten 34 und 35 gleichen Abstand aufweist, hintereinander angeordnet und symmetrisch ausgebildet sind. Die Längsseiten der öffnungen 32 stehen bei der dargestellten Ausführungsform im wesentlichen senkrecht- zur Mittellinie 33. Bei anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann die Anordnung der öffnungen gegenüber der Mittellinie 33 von der gezeigten aber abweichen. Jede der öffnungen 32 ist durch einen Kragen 36 begrenzt, der zur Rippenebene bzw. zum Rippenkörper 37 senkrecht steht.

Eine öffnung 32 weist einen Querschnitt auf, der im Vergleich zum Außenquerschnitt des Rohres 11 so viel größer ist, daß das Rohr leicht in die koaxial liegenden öffnungen einer Vielzahl

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•übereinanderliegender Rippen 31, die übereinander gestapelt sind, eingeschoben werden kann. Bei einem Wärmetauscher mit mehreren Rohren, wie er als Kühler für Kraftfahrzeuge Verwendung findet, werden die Rohre des Wärmetauschers gleichzeitig in die öffnungen der gestapelten Rippen eingefädelt.

Eine öffnung 32 weist im Querschnitt zwei einander gegenüberliegende, gekrümmte Endabschnitte 41, 42 auf, die durch Linien 43, 44 als Längs-rander verbunden sind. In der beschriebenen und dargestellten Ausführungsform sind die gekrümmten Endabschnitte 41 und 42 als Halbkreisbögen ausgeführt, die Zentren 45 bzw. 46 aufweisen. Die Radien der Kreisbögen der Endabschnitte 41, 42 sind größer als die Radien der Außenbögen 16, 18 der Endabschnitte 25, 26 des Rohres. Die Linien 43, 44, also die Längsränder der öffnungen 32 sind leicht konvex, wobei die Wölbung gegen das Innere der öffnung 32 gerichtet ist. Sie sind beispielsweise durch Kreisbögen gebildet, deren Radien ein Vielfaches größer als diejenigen der Endabschnitte 41, 42 sind. Die öffnung 32 ist durch eine längliche Aussparung gebildet, die in ihrem längsmittleren Bereich schmaler ist als im Bereich ihrer leicht aufgeweiteten Endabschnitte.

Wenn ein Rohr 11 in die koaxial liegenden öffnungen 32 einer Vielzahl stapeiförmig übereinanderliegender Rippen 31 eingefädelt ist, so ist zwischen der Außenfläche des Rohres 11 und den dieser zugewandten Rändern "der öffnung 32 ein gewisses Spiel gegeben. Die Endabschnitte 14 und 15 des Rohres 11 werden dann so gedehnt, daß ihre Außenflächen 16, 18 unter Druck

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gegen die Endabschnitte 41, 42 der öffnung 32 anliegen, wobei die Verformung der Endabschnitte 14, 15 des Rohres über die elastische Verformung hinausgeht und plastisch ist.

Die Dehnung des Rohres kann durch Durchziehen einer Olive erreicht werden.

Bei der Verformung der gekrümmten Endabschnitte 14, 15 des Rohres verformen sich auch die ebenen Flanken 27, 28 desselben, wobei jede derselben im Bereich ihrer Enden 47, 48 bzw. 49, 51 (Figur 3) belastet ist, über die sie an die Endabschnitte 14, 15 anschließt, mit der Folge, daß sich die Flanken 27, an die entsprechenden Innenflächen der öffnung 32 anlegen, d. h. gegen diese gezogen werden. Die plastische Verformung der gekrümmten Endabschnitte 14, 15 des Rohres hat eine elastische Verformung der Flanken 27, 28 zur Folge, die dementsprechend die Tendenz haben, wiederum eine ebene Form anzunehmen, nachdem die Endabschnitte verformt worden sind. Der eingewölbte Verlauf der Linien bzw. Längsränder 43, 44 der öffnung 32 hindert die Flanken 27, 28 aber daran, wieder ihre ebene Form anzunehmen, so daß diese unter elastischer Vorspannung und damit unter Druck gegen die genannten eingewölbten Längsränder 43, der öffnung -32 bzw. eines längs deren Kanten eventuell verlaufenden Kragens anliegen. Die öffnungen weisen dabei jeweils eine Konfiguration auf, die dahingehend ausgelegt ist, daß die Deformation der Flanken 27, 28 nicht den Grad überschreitet, der der elastischen Verformung entspricht.

Wenn die Belastung, der die Endabschnitte 14, 15 des Rohres unterworfen worden sind, verschwindet, so sind einerseits die Außenflächen der Endabschnitte des Rohres 11 in innigem Kon-

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takt mit der Innenfläche der Endabschnitte des Kragens 36 und andererseits sind die Außenflächen der Flanken 27, 28 elastisch gegen die unter großem Radius gekrümmten Innenflächen der Kragen 36 abgestützt.

Es ergibt sich somit zwischen dem Rohr 11 und dem Kragen 36 der Rippen 31 (Figur 3) ein inniger Kontakt, was zu einem guten Wärmeübergang zwischen dem Rohr und den besagten Rippen führt.

Die Erfindung ist in gleicher Weise auch in Ausgestaltungen zu verwirklichen, bei denen die öffnungen in den Rippen nicht durch Kragen begrenzt sind.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung (Figur 5) sind die öffnungen 51 der Rippen ebenfalls langgestreckt, und zwar mit kreisbogenförmigen Endabschnitten 52, 53, die verbunden sind durch Längsränder bildende eingewölbte Linien 54, 55, wobei auch hier die konvexe Einwölbung gegen das Innere der öffnungen 51 gerichtet ist. Das Rohr 56 weist eine im Querschnitt langgestreckte und mehr oder weniger eliptische, also ovale Querschnittsform auf.

Vor Einfädeln des Rohres 56 in die koaxial liegenden öffnungen 51 der Rippen wird das Rohr derart verformt, wie dies schematisch durch die Pfeile f und f' dargestellt ist. Hierbei nähern sich die längsmittleren Bereiche 57, 58 seiner Flanken 59, 61 einander an. Eine solche Deformation kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Rohrinnenraum, also das Innere des Rohres 56 unter Unterdruck gesetzt wird. Das so de-

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formierte Rohr wird dann in die öffnungen eingefädelt, worauf der Unterdruck im Rohr abgebaut wird, so daß dieses nunmehr wiederum außen und innen unter Atmosphärendruck steht. Aufgrund der Elastizität des Rohrmateriales dehnt sich dies nun zurück, mit der Folge, daß es gegen die Ränder der öffnungen 51 unter Vorspannung anliegt. Den Rändern der öffnungen 51 können dabei auch wiederum Kragen zugeordnet sein.

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Claims

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Dipl.-lng. Walter Jcekfcdi

Stuttgart N, Menufctaß· 40

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Societe Anonyme Francaise 7. September 1978

du Ferodo A 36 228 whw

64-, Avenue de la Grande-Armee

F-75848 Paris Cedex 17

Ansprüche

M.j Rippenrohranordnung für Wärmetauscher, insbesondere Kraftfahrzeugkühler, bei der das Rohr einen länglichen Querschnitt aufweist, die Rippen in in diesen vorgesehenen öffnungen durchsetzt und gegen die Öffnungsränder unter durch Deformation seiner Wandung erreichtem Druck anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der öffnung (32, 51) und des Rohrquerschnittes so ausgebildet sind, daß die verhältnismäßig flachen Flanken (27, 28, 59, 61) des Rohres elastisch verspannt gegen die entsprechenden Randzonen der Rippen angebracht sind.
2. Rippenrohranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verspannung durch die Elastizität der Rohrflanken erreicht ist.
3. Rippenrohran-ordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verspannung der Flanken (27, 28) gegen die entsprechenden Randzonen der Rippen (31) durch plastische Verformung der die Rohrflanken verbindenden Endabschnitte (25, 26) der Rohrwandung erreichbar ist.
4. Rippenrohranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Rohrflanken (27, 28) verbindenden Abschnitte (25 , 26.) der Rohrwandung gerundet sind.

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ORIGINAL INSPECTED
5. Rippenrohranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das einen länglichen Querschnitt aufweisende Rohr in der Ausgangsform ebene Flanken (27, 28) aufweist.
6. Rippenrohranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verspannung durch eine Deformation des gesamten Rohres ausgehend vom nicht verspannten Zustand erreichbar ist.
7. Rippenrohranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des in der Rippe angeordneten Rohres sich aus einer Verformung eines in der Ausgangsform im Querschnitt ovalen, quasi eliptischen Rohres (Figur 5) ergibt.
8. Rippenrohranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen in den Rippen jeweils einen Kragen (36) aufweisen.
9. Rippenrohranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (36) senkrecht zur Rippenebene steht.
10. Rippenrohranordnung für Wärmetauscher, insbesondere Kraftfahrzeugkühler, bei der das Rohr einen länglichen Querschnitt aufweist und die Rippen in längs der Rohrachse fluchtend hintereinander liegenden öffnungen durchsetzt, wobei das Rohr gegen die Öffnungsränder unter Druck angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsränder (43, 44) der öffnungen zueinander gekrümmt verlaufen und gegeneinander konvex eingebogen sind.

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11. Rippenrohranordnung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl paralleler Rohre vorgesehen ist, von denen jedes mit den Rippen eine Einheit bildet.
12. Rippenrohranordnung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe eine öffnung in Form eines Langloches (32) umfaßt, dessen lange Seiten mit zum Lochinneren gerichteter Wölbung konvex verlaufen.
13. Rippenrohranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die langen Seiten des Langloches (32) durch gekrümmte Endabschnitte (41, 42) verbunden sind.
14. Rippenrohranordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Langloch mit einem Kragen (36) versehen ist.
15. Rippenrohranordnung für Wärmetauscher, bei der das Rohr die Rippen.in in diesen vorgesehenen öffnungen durchsetzt, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr zum Öffnungsrand über elastische Spannkräfte in Anlage steht.
16. Rippenrohranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr einen langgestreckten Querschnitt aufweist.
17. Rippenrohranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen der Rippen durch Kragen begrenzt sind und daß das Rohr mit den Innenflächen der Kragen über seine elastischen Kräfte in Anlage steht.

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18. Verfahren zur Herstellung einer Rippenrohranordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einem Rohr dünner Wandstärke und langgestrecktem Querschnittes sowie einer Vielzahl paralleler, mit langgestreckten und in Flucht zueinander liegenden Öffnungen versehenen Rippen das Rohr derart deformiert wird, daß nach Auffädeln der Rippen auf das Rohr dieses aufgrund der Elastizität seiner Wandung unter Druck gegen die Öffnungsränder anliegt.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einem Rohr dünner Wandstärke und einer Vielzahl von Rippen mit langgestreckten Öffnungen, deren Öffnungsquerschnitt größer als der Rohrquerschnitt ist, das Rohr durch die in Flucht liegenden Öffnungen der Rippen gesteckt einer Belastung unterworfen wird, wobei sich das Rohr gegen die Ränder der Öffnungen abstützt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von dem dünnwandigen Rohr mit zwei parallelen, im wesentlichen ebenen Flanken und diese verbindenden gerundeten Endabschnitten sowie von Öffnungen in den Rippen mit ebenfalls gerundeten Endabschnitten und dazwischen verlaufenden, konvex gegeneinander eingewölbten Längsrändern das Rohr nach Einfädeln in die Öffnungen der Rippen einer Belastung unterworfen wird, wobei das Rohr mit seinen gerundeten Endabschnitten gegen die gerundeten Endabschnitte der Öffnungen zur Anlage gebracht wird und im Bereich der genannten Endabschnitte des Rohres dessen elastische Verformungsgrenze überschritten wird.

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21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformation der gerundeten Endabschnitte des Rohres durch Dehnung, insbesondere Wärmedehnung des Rohres erreicht wird.
22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einem im Schnitt im wesentlichen ovalen Rohr und Rippen mit Öffnungen, zwischen deren gerundeten Endababschnitten konvex nach innen gewölbte Längsränder verlaufen sowie einem Rohrdurchmesser, der über die kurze Achse des Ovales größer als die kleinste Breite der Öffnung zwischen deren konvex eingezogenen Bereichen und über die lange Achse des Ovales kleiner als die maximale Länge der Öffnung ist, das Rohr zum Einfädeln in die Öffnungen im Bereich der Flanken zusammengedrückt wird und daß das zusammengedrückte Rohr in die Öffnungen eingefädelt und die deformative Querschnittsverminderung beseitigt wird, so daß die Rohrwandung elastisch kontinuierlich über den Öffnungsrand anliegt.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einfädeln des Rohres in die Öffnungen im Rohrinneren ein Unterdruck aufgebaut wird.
24. Verfahren zur Herstellung, insbesondere Montage eines Wärmetauschers, in dem ein erstes Fluid zirkuliert, mit Rippen, die von einem zweiten Fluid bestrichen werden, wobei die Rippen Öffnungen aufweisen, die von einem Rohr zu durchsetzen sind, dadurch gekennzeichnet, daß Öffnungsquerschnitt und Rohrquerschnitt derart aufeinander abgestimmt sind, daß nach Deformation des Rohres und Einfädeln desselben in die Rippen

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dieses wenigstens teilweise durch elastische, aus der Verformung des Rohres resultierende Kräfte gegen die Ränder der öffnung belastet ist.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformation des Rohres vor dessen Einfädeln in die aufgeschichteten Rippen stattfindet.
26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformation des Rohres nach dessen Einfädeln in die aufgeschichteten Rippen stattfindet.

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