DE3733155C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherrohres aus einem runden Metallrohr und daran quer zu dessen Achse angeordneten äußeren Metallrippen, mit Verfahrensschritten der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Die Erfindung geht aus von einem Stand der Technik gemäß der DE-OS 22 55 333. Dabei wird zunächst jede Metallrippe aus zwei Hälften hergestellt und erhält dabei eine halbkreisförmige Ausnehmung mit einem an den Außendurchmesser des Metallrohres angepaßten Radius. Beiderseits dieser Ausnehmung erstreckten sich Seitenflächen. Nach der Herstellung dieser Rippenhälften werden diese durch Distanzbuchsen distanziert zu einer Rippenhälften-Reihe auf einem Zuganker auf­ gereiht. Anschließend werden die beiden Rippenhälften-Reihen an das Metall­ rohr angesetzt, so daß die Begrenzungsflächen der Ausnehmungen in den Rippen-Hälften am Metallrohr zur Anlage kommen. Um eine feste Anpressung zu erzielen, werden die Rippenhälften-Pakete mittels mehrerer Zuganker aufeinan­ derzu verspannt.

Diese Art der gegenseitigen Fixierung der Rippenhälften innerhalb eines Paketes und Aufspannung am Metallrohr ist, sowohl was die Vorarbeiten an den Metall­ rippen als auch die Montage und die zusätzlichen Mittel (Distanzbuchsen, Zuganker, Mutter etc.) anbelangt, sehr teuer. Da die beiden Hälften der Rippen nicht direkt zusammengespannt, sondern nur die Rippenhälften-Pakete zusammenge­ spannt sind, kann es auch vorkommen, daß einzelne Rippenhälften weniger gut an das Metallrohr angepaßt sind, wodurch dann ein weniger guter Wärmeüber­ gang gegeben wäre.

Es sind außer dieser Verfahrensweise aber auch noch andere Methoden zur Herstellung solcher verrippter Wärmetauscherrohre bekannt. Beispielsweise wurden die Rippen durch Preßsitz, Anschweißen oder Anlöten mit dem Metallrohr ver­ bunden. Bei einteiligen Rippen mit Durchgangsloch ist ein definierter Wärme­ übergang in der Regel nur durch Schweißen oder Anlöten an das Metallrohr gewährleistet. Mit Halbierung der Rippen und Einzelansetzung der Rippenhälften, wie nach der DE-OS 22 55 333, läßt sich dieses Problem bzw. diese Notwendigkeit umgehen, jedoch, wie dort unter Inkaufnahme anderer Nachteile. Im Falle des Anschweißens der Rippen direkt an das Metallrohr ist letzteres im Bereich der Schweißnähte während seines Betriebseinsatzes hohen Kerbspannungen ausge­ setzt, was folglich den Einsatz solcher Wärmetauschrohre in bestimmten Anwendungsfällen wegen der Bruchgefahr verhindert. Bei thermomechanisch hoch­ belasteten Wärmetauscherrohren hat sich dagegen das Anlöten von Rippen direkt an das Metallrohr durchaus als geeignete haltbare Befestigungsart erwiesen. Nachteilig ist dabei jedoch folgendes. Da die Rippen während des Lötvorganges in richtiger Position in bezug auf das Metallrohr gehalten werden müssen, sind insbesondere dann, wenn das Löten im Hochvakuum erfolgt, sehr aufwendige Haltevorrichtung aus sich nicht mit dem Lötmaterial verbindendem Material, z. B. Keramik und dergleichen, notwendig. Ein Löten längerer verrippter Wärme­ tauscherrohre mit eng beieinander stehenden Rippen ist damit nicht wirtschaft­ lich durchführbar.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Verfahrensverbesserungen zu schaffen, die gewährleisten, daß die Rippen vor und während ihrer Anbringung an das Metall­ rohr exakt in bezug auf dieses in einfacher Weise fixierbar sind und jede Rippe anschließend in gleich gutem Wärmeübergangskontakt mit dem Metallrohr gehalten bleibt.

Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Details dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein erster Verfahrensschritt besteht darin, die beiden Hälften jeder Metallrippe hinsichtlich des Radius der Ausnehmung und der sich beiderseits der letzteren anschließenden Seitenflächen derart vorzufertigen, daß nach Ansetzen der beiden Rippenhälften an das Metallrohr im Bereich der Trennlinie zwischen den beiden dann einander zugewandten Seitenflächen ein schmaler Spalt verbleibt. Diese vorbereitende Ausgestaltung der Hälften der Metallrippen ist maßgebend für die vorteilhafte Anordnung und Anbringung derselben in bezug auf und am Metall­ rohr sowie Voraussetzung für den Wirkungserfolg der anderen erfindungsgemäßen Maßnahmen.

Im anschließenden Verfahrensabschnitt werden die beiden Hälften einer Rippe an das Metallrohr angesetzt und in richtiger Position zueinander gehalten. Dann werden die beiden Hälften einer Metallrippe am jeweils äußeren Endbereich des Spaltes punktförmig miteinander verschweißt. Die Punktförmigkeit der Verbin­ dung ist wiederum Bedingung für das Wirksamwerden des nachfolgenden Vor­ gangs. Dieser Vorgang besteht darin, daß beim Abkühlen der Schweißpunkte ein Schrumpfen derselben eintritt, was eine Verringerung der Breite des Spaltes, quasi also ein Zusammenziehen der beiden Hälften einer Metallrippe, und infolge­ dessen ein Anpressen der jeweils beiden Hälften einer Metallrippe mit den Begrenzungsflächen ihrer Ausnehmungen an das Metallrohr bewirkt. Im Ergebnis bilden die so miteinander punktverschweißten Rippen-Hälften dann kraftschlüssig mit ihren Ausnehmungen an den Umfang des Metallrohres angepreßte und lagemäßig fest fixierte Rippen.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Ansicht des Metallrohres und der beiden Hälften einer Rippe vor der Zusammenfügung,

Fig. 2 das Wärmetauscherrohr im Querschnitt nach Fixierung der Rippen- Hälften am Metallrohr, und

Fig. 3 einen Schnitt durch die Darstellung gemäß Fig. 2 entlang der Linie III/III.

Das Wärmetauscherrohr wird aus einem Metallrohr 1 und einer Anzahl von metallischen Rippen hergestellt. Das Metallrohr 1 hat einen Kreisring-Querschnitt mit einem Außendurchmesser (D).

Jede Metallrippe wird aus zwei Hälften 2, 3 hergestellt, derart, daß jede eine koaxiale, halbkreisförmige Ausnehmung 4 bzw. 5 mit einem dem Außendurchmesser (D) des Metallrohres 1 angepaßten Radius (r) erhält und beiderseits der Ausnehmung im wesentlichen parallel zur Mittel- bzw. Trennlinie 6 verlaufende Seitenflächen 7, 8 bzw. 9, 10 aufweist. Diese Seitenflächen 7, 8 bzw. 9, 10 sind von der jeweiligen Mittel- bzw. Trennlinie 6 soweit beaufschlagt, daß jeweils zwischen zwei benachbarten Seitenflächen 7, 9 bzw. 8, 10 nach Ansetzen der beiden Hälften 2, 3 einer Rippe an das Metallrohr 1 ein schmaler Spalt (s) ver­ bleibt. Dieser Spalt (s) beträgt, je nach dem Durchmesser des Metallrohres 1, mit zunehmender Größe desselben zwischen 0,05 mm bis 1 mm.

Das Radius (r) der Ausnehmung 4 bzw. 5 in jeder der beiden Rippen-Hälften 2 bzw. 3 gleich groß, vorzugsweise aber um einige hundertstel bis einige Zehntel mm größer als der Radius (D/2) des Metallrohres 1.

Nach Ansetzen an das Metallrohr 1 werden die beiden Hälften 2 bzw. 3 einer Rippe am jeweils radial äußeren Endbereich des Spaltes (s) miteinander so ver­ schweißt, daß kein Einbrand an der Rohroberfläche entsteht. Dies kann durch Überfahren der Schweißzonen von mehreren mit Abstand axial nebeneinander am Metallrohr 1 vorfixierten Hälften 2, 3 mehrerer Rippen mit einem Schweißauto­ maten oder einer Rollnaht-Schweißeinrichtung erfolgen. Beim Erkalten der Schweißpunkte 11, 12 ergibt sich ein Schrumpfen derselben mit der Folge einer Verringerung der Spaltbreite (s) und einem Anpressen der beiden Hälften 2 bzw. 3 einer Rippe mit ihren Ausnehmungen 4 bzw. 5 an das Metallrohr 1. Damit sind die beiden Hälften 2 bzw. 3 jeder Rippe stoffschlüssig punktförmig miteinander verbunden und kraftschlüssig außen am Metallrohr 1 fixiert.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Wärmetauscherrohr geschaffen, das in jeder Beziehung den im Betrieb auftretenden Belastungen ohne Bruchgefahr standhält.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für großserienmäßige Herstellung der Wärmetauscherrohre. Dabei genügt zur Verbindung der beiden Hälften 2 bzw. 3 einer Rippe schon ein verhältnismäßig kleiner Heftschweiß­ punkt 11 bzw. 12 an der einander gegenüberliegenden Spaltenden, um eine Rippe in einer Positioniereinrichtung auf das Metallrohr 1 aufzuschrumpfen. Auch bei geringem Abstand des Rippenumfanges vom Metallrohr 1 tritt beim Schweißen kein Einbrand am Metallrohr 1 und somit auch an diesem keine Kerbbelastung auf.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherrohres aus einem runden Metallrohr und daran quer zu dessen Achse angeordneten äußeren Metall­ rippen, dergestalt, daß jede Metallrippe aus zwei Hälften hergestellt wird und dabei jede Hälfte eine halbkreisförmige Ausnehmung mit einem an den Außendurchmesser des Metallrohres angepaßten Radius erhält und jeweils beiderseits der Ausnehmung zwei Seitenflächen aufweist, daß dann je zwei Rippen-Hälften über die Ausnehmungen an das Metallrohr angesetzt zu einer Rippe vereinigt und dann unter Herstellung eines einen guten Wärmeübergang sicherstellenden Berührungskontaktes außen am Metallrohr festgespannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ansetzen der beiden Hälften (2, 3) jeder Metallrippe an das Metallrohr (1) im Bereich der Trennlinie (6) der Metallrippe zwischen den dann einander zugewandten Seitenflächen (7, 9 bzw. 8, 10) ein schmaler Spalt (s) verbleibt und die beiden Hälften (2, 3) jeder Metallrippe am jeweils radial äußeren Endbereich des Spaltes (s) punktförmig miteinander verschweißt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (s), je nach dem Durchmesser des Metallrohres (1), mit zunehmender Größe des­ selben zwischen 0,05 mm und 1 mm beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (r) der Ausnehmung (4 bzw. 5) in jeder der beiden Hälften (2 bzw. 3) einer Metall­ rippe geringfügig größer als der Radius (D/2) des Metallrohres (1) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ schweißen von mit axialem Abstand am Metallrohr (1) nebeneinander angeordneten Hälften mehrerer Rippen durch Überfahren der geradlinig angeordneten Schweißzonen mit einem Schweißautomaten erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ schweißen von mit axialem Abstand nebeneinander am Metallrohr (1) angeordneten Hälften mehrerer Rippen durch Rollnaht-Schweißung der geradlinig angeordneten Schweißzonen erfolgt.