DE4404928A1

DE4404928A1 - Heizkörper aus stoffschlüssig miteinander verbundenen Metallrohren und Verfahren für seine Fertigung

Info

Publication number: DE4404928A1
Application number: DE4404928A
Authority: DE
Inventors: Silvano Becchi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1994-02-16
Publication date: 1994-09-15
Anticipated expiration: 2014-02-17
Also published as: ITRE930023A1; ITRE930023A0; DE4404928C2; FR2702550A1; FR2702550B1; IT1262824B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizkörper aus mitein ander verschweißten Metallrohren, beispielsweise Rohren aus Stahl, Kupfer, Messing, rostfreiem Stahl oder anderen nach herkömmlichen Verfahren schweißbaren Metallen, bei welchem die Verbindung zwischen jeweils zwei üblicherweise lotrecht zueinander verlaufenden Rohrelementen des Heizkörpers in der Weise erzielt ist, daß ein für die Aufnahme eines zweiten Rohrelements bestimmtes Loch des einen Rohrkörpers einen gebördelten Rand erhält, so daß eine im wesentlichen form schlüssige Steckverbindung entsteht, welche anschließend mit einer metallischen Legierung verschweißt oder hart verlötet wird.

Aus Metallrohren gefertigte Heizkörper bekannter Ausführung haben etwa die Form einer Leiter, mit zwei als Sammelrohre wirksamen, aufrecht stehenden seitlichen Rohrelementen und einer oder mehreren Reihen von in gleichen Abständen zuein ander parallel verlaufenden Querrohren, welche an ihren Enden lotrecht mit den Sammelrohren verschweißt sind.

Bei der Fertigung derartiger Heizkörper wird in der Wandung des Sammelrohrs jeweils ein eine geringe Übergröße aufwei sendes Loch geformt, in welches ein Querrohr um ein kleines Stück eingeführt wird, worauf dann die Wandung des Sammel rohrs mit der Außenfläche des Querrohrs verschweißt wird.

Die beiden Rohrelemente sind also in Form des Buchstabens "T" angeordnet, bei welchem das Sammelrohr den Querbalken und das Querrohr den Schaft bildet, wobei die endgültige Verbin dung durch Verschweißen mit einer niedrig schmelzenden Legierung bzw. durch Hartlöten erfolgt, was in jedem Falle eine gewisse Mindestwandstärke des verwendeten Rohrmate rials erfordert.

Diese geschweißten bzw. hartgelöteten Verbindungen haben die zweifache Aufgabe einer mechanischen Verbindung und einer lecksicheren Abdichtung zu erfüllen, wobei die Verbindung jeweils die Form einer Flankenkehlnaht aufweist.

Das bekannte Verfahren für die Fertigung von geschweißten bzw. hartgelöteten Heizkörpern erfordert in jedem Falle die Verwendung von Hilfsvorrichtungen zum Festlegen der Rohr elemente in der richtigen Stellung zueinander, da die Ver bindungen im noch nicht verschweißten Zustand keineswegs stabil sind.

Weiterhin erfordert die Tatsache, daß die Verbindung in Form einer Flankenkehlnaht erfolgt, die Verwendung von Rohrmate rial mit einer relativ großen Wandstärke, um einerseits eine ausreichende mechanische Festigkeit zu erzielen und anderer seits eine Überhitzung und ein Verschmoren des Materials während des Schweißens bzw. Hartlötens zu vermeiden.

Die allein wegen der Art der verwendeten Schweißverbindungen notwendige relativ große Wandstärke des Rohrmaterials führt zu einem größeren Gewicht des Heizkörpers sowie zu einer größeren thermischen Trägheit der Wärmetauscherfunktion.

Darüber hinaus sind die so hergestellten Verbindungen ziem lich kantig oder wulstig und beeinträchtigen so das Aussehen des Heizkörpers, auf welches es neben seiner Funktion als Wärmequelle in beträchtlichem Maße ankommt.

Weiterhin ergibt sich bei der herkömmlichen Verbindung durch eine Flankenkehlnaht nicht selten eine mangelhafte Dichtwir kung aufgrund von Rissen, welche durch ungleichmäßige Ver teilung des Zusatzwerkstoffs entlang dem dünnen Rand des Sammelrohrs beim Schweißen bzw. Hartlöten entstehen können. Die durch die zyklischen Wärmedehnungen des Heizkörpers her vorgerufenen mechanischen Belastungen der Verbindung können dann zu einer Vergrößerung solcher Risse führen, so daß die im Heizkörper enthaltene Flüssigkeit entweichen kann.

Schließlich ist es äußerst schwierig, bei einer derartigen Fertigung von Heizkörpern Rohre mit nicht kreisförmigem, beispielsweise ovalem oder eckigem Querschnitt zu verwenden, da die vorstehend erläuterten Schwierigkeiten bei der Aus bildung einer Flankenkehlnaht durch unregelmäßige Formen der Rohre noch vergrößert werden.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines aus Metall rohren zusammengesetzten Heizkörpers, bei welchem die Verbin dungen zwischen den Längs- und den Querrohren auch im noch nicht stoffschlüssigen Endzustand eine beträchtliche Stei figkeit aufweisen, so daß die Teile des Heizkörpers ohne die Verwendung von besonderen Hilfsvorrichtungen für die Montage und das Schweißen bzw. Hartlöten in korrekter Ausrichtung zusammensetzbar sind.

Ein weiteres Ziel ist die Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindungen nicht als Flankenkehlnähte, sondern vielmehr in Form von Flächenverbindungen von in Axialrichtung der Quer rohre größerer Ausdehnung, welche die Verwendung von Rohren geringerer Wandstärke erlauben und eine höhere mechanische Festigkeit sowie eine sichere Dichtwirkung gewährleisten.

Noch ein Ziel ist die Möglichkeit, Rohre nicht nur von kreisförmigem, sondern auch von anderem, z. B. ovalem, eckigem oder sonstigem Querschnitt für die Fertigung von Heizkörpern zu verwenden und stoffschlüssig miteinander zu verbinden.

Diese Ziele sind gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß ein für die Aufnahme eines Querrohrs bestimmtes Loch in der Wandung eines Längsrohrs einen in Axialrichtung des Quer rohrs einwärts oder auswärts aufgebördelten Rand aufweist, welcher eine das eingesetzte Querrohr über eine gewisse Länge umschließende Fassung bildet, wobei das beim Schweißen bzw. Hartlöten verwendete Zusatzmaterial in den Spalt zwi schen dem Querrohr und dem gebördelten Rand einfließen kann, so daß sich die stoffschlüssige Verbindung nicht allein über eine durch die Wandstärke des Längsrohrs bestimmte Fläche erstreckt, sondern über eine sehr viel größere, durch die Höhe des gebördelten Rands bestimmte ringbandförmige Fläche.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht eines Heizkörpers in einer Aus führungsform der Erfindung,

Fig. 2 und 3 Einzelheiten eines nach dem bekannten Verfahren gefertigten Heizkörpers,

Fig. 4 eine Einzelheit der Fertigung eines Heizkörpers gemäß der Erfindung,

Fig. 5 und 5′ die Ausbildung einer Verbindungsfassung an einem Sammelrohr,

Fig. 6 und 6′ die Ausgestaltung eines Endstücks an einem Querrohr eines Heizkörpers,

Fig. 7 eine gegenüber Fig. 4 um 90° gedrehte Darstellung der Verbindung eines Querrohrs mit einem Sammelrohr,

Fig. 8 einen in Fig. 7 mit A bezeichneten Ausschnitt nach Fertigstellung der stoffschlüssigen Verbindung,

Fig. 9 eine nach dem bekannten Verfahren hergestellte Rohr verbindung,

Fig. 10 eine Fig. 9 entsprechende Verbindung in einer Ausfüh rungsform der Erfindung,

Fig. 11 eine vergrößerte Darstellung einer in Fig. 10 einge kreisten Einzelheit,

Fig. 12 und 13 eine Längs- bzw. Querschnittansicht einer zum Herstellen der Verbindung nach Fig. 4 und 7 verwend baren Verfahrensanordnung und

Fig. 14 und 15 eine Längs- bzw. Querschnittansicht einer zum Herstellen der Verbindung nach Fig. 10 und 11 ver wendbaren Verfahrensanordnung.

Ein in Fig. 1 insgesamt mit 1 bezeichneter Heizkörper weist zwei seitliche Sammelrohre 2 und 3 auf, zwischen denen sich mehrere Heizrohre 4 in Querrichtung erstrecken.

Wie man insbesondere in Fig. 5 und 5′ erkennt, ist ein in der Wandung des Sammelrohrs 2 ausgebildetes Loch von einem einwärts aufgebördelten Rand 5 umgeben, dessen Höhe einige Millimeter beträgt, in jedem Falle jedoch größer ist als die Wandstärke des Rohrs 2. In Fig. 6 und 6′ erkennt man einen am Ende eines Querrohrs 4 ausgebildeten, durch einen kegel stumpfförmigen Übergang abgesetzten Einzug 6.

Beim Zusammenfügen des Querrohrs 4 mit dem Sammelrohr 2 wird das eingezogene Endstück 6 des Querrohrs 4 von dem nach Art einer Fassung wirksamen aufgebördelten Rand 5 des Lochs in der Wandung des Sammelrohrs 2 umschlossen (Fig. 7). Beim anschließenden Hartverlöten der Verbindung fließt das Hart lot 7 durch Kapillarwirkung in den Spalt zwischen dem gebör delten Rand 5 und dem Einzug 6 (Fig. 8).

In Fig. 10 ist ein in der Wandung eines Sammelrohrs 2 ausge bildetes Loch von einem auswärts aufgebördelten Rand 8 um geben, auf welchen ein Querrohr 4 aufgesteckt ist. In dem in Fig. 11 gezeigten Ausschnitt erkennt man die mittels des Zusatzwerkstoffs 7 hergestellte stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Querrohr 4 und dem aufgebördelten Rand 8.

Fig. 12 zeigt eine Verfahrensanordnung für die Ausbildung eines von einem einwärts aufgebördelten Rand 5 umgebenen Lochs in der Wandung eines Sammelrohrs 2.

Zu der Anordnung gehören ein unterer Haltebacken 9 und ein oberer Haltebacken 10, welcher mittels nicht dargestellter Antriebseinrichtungen, z. B. hydraulischer Linearantriebe, heb- und senkbar und dabei durch aufrecht stehende Führungs bolzen 11 geführt ist.

Ein oberhalb der Backen 9 und 10 angeordneter Stanz- und Prägestempel 12 ist über nicht dargestellte Betätigungsein richtungen synchron mit einem unteren Gegenhalt in Form einer Matrize 13 bewegbar.

Die Matrize 13 ist an einem in das Sammelrohr 2 einführbaren Stab 14 ausgebildet, welcher an einem Ende über ein Gestänge mit dem Stempel 12 verbunden ist, so daß die Achsen A des Stempels 12 und der Matrize 13 stets miteinander fluchten. Der Stab 14 stützt sich mit einem trapezförmigen Vorsprung 16 an seiner Unterseite auf einer an der unten liegenden Wandung des Sammelrohrs 2 anliegenden Stützschiene 18 ab. Diese hat eine dem Vorsprung 16 komplementäre Vertiefung 17 und ist mittels einer nicht dargestellten, beispielsweise hydraulischen Betätigungseinrichtung in Axialrichtung beweg bar. Dabei ermöglicht die Ausrichtung der Vertiefung 17 auf den Vorsprung 16 das Absenken der Matrize 13 nach der im Zusammenwirken mit dem Stempel 12 erfolgten Ausbildung eines von einem einwärts gebördelten Rand 5 umgebenen Lochs, so daß das Sammelrohr 2 anschließend um ein vor bestimmtes Stück fortbewegt werden kann, um ein weiteres Loch mit Bördelrand 5 auszubilden.

Beim Absenken des Stempels 12 auf die Matrize 13 wird zu nächst durch das Zusammenwirken des Innenrands 12′ des Stempels 12 mit einer Kante der Matrize 13 ein Loch ausge stanzt, worauf dann der Rand des Lochs durch das Zusammen wirken des Außenrands 12′′ des Stempels 12 mit einer Innen wandung 13′ der Matrize 13 aufgebördelt wird.

In einer in Fig. 10 und 11 dargestellten abgewandelten Aus führungsform kann mittels der in Fig. 14 und 15 gezeigten Vorrichtung ein auswärts aufgebördelter Rand 8 an einem Sammelrohr 2 ausgebildet werden. In diesem Falle wird ein jeweiliges Querrohr 4 auf den gebördelten Rand 8 aufge steckt, zu welchem Zweck es an seinem Ende mit einer Auf weitung versehen sein kann.

Bei der in Fig. 14 und 15 gezeigten Vorrichtung ist ein an einem Ende einen Stempel 21 tragender Stab 20 am anderen Ende mittels eines Bolzens 19 im unteren Haltebacken 9 ange lenkt. Der Stempel 21 hat an der Innenseite eine Schneid kante 21′, welche zum Stanzen eines Lochs mit einem Gegen halt 22 zusammenwirkt, und an der Außenseite eine Druck flanke 21′′, welche zur Ausbildung des auswärts aufgebördel ten Rands 8 des Lochs mit der Laibung einer Öffnung 23 im oberen Haltebacken 10 zusammenwirkt.

Zum Stanzen des Lochs und Aufbördeln des Rands 8 ist der Stempel 21 mittels eines axialverschieblichen, beispiels weise über eine Zugstange 25 hydraulisch betätigbaren Zug keils 24 aufwärts bewegbar. Für die anschließende Freigabe des mittels der beschriebenen Werkzeuge auswärts aufgebör delten Rands 8 wird zunächst der Stempel 21 durch entgegen gesetzte Axialverschiebung der Zugstange 25 mit dem Keil 24 abgesenkt und anschließend der Gegenhalt 22 sowie der obere Haltebacken 10 angehoben.

Für das Heben und Senken des Stempels 21 (Fig. 14, 15) oder der Matrize 13 (Fig. 12, 13) kann anstelle eines mit Keil wirkung arbeitenden Linearantriebs auch eine andere Quer triebseinrichtung verwendet werden, z. B. ein den Stempel 21 bzw. die Matrize 13 abstützender drehbarer Exzenternocken.

Nach dem beschriebenen Öffnen der Vorrichtung wird das Sam melrohr 2 wieder um einen Schritt fortbewegt, um das nächste Loch zu stanzen und mit einem Bördelrand 8 zu versehen.

Die Montage und Fertigstellung eines Heizkörpers geht dann folgendermaßen vor sich: In dem in Fig. 4 bis 8 dargestell ten Falle, in welchem die Löcher mit einwärts aufgebördelten Rändern 5 versehen sind, werden die Querrohre 4 mit ihren gegebenenfalls wie in Fig. 6 gezeigt mit einem Einzug 6 ver sehenen Enden in die Löcher der beiden Sammelrohre 3 und 4 gesteckt. Dabei finden die Enden der Rohre 4 in den einwärts aufgebördelten Rändern 5 der Löcher einen festen Sitz, so daß der soweit zusammengebaute Heizkörper 1 allein durch die mechanischen Verbindungen bereits eine hohe Stabilität hat.

Anschließend werden dann die stoffschlüssigen Verbindungen hergestellt, beispielsweise durch Hartlöten, wobei das Hart lot 7 durch Kapillarwirkung über die volle Höhe der aufge bördelten Ränder 5 in den Spalt zwischen diesen und den Querrohren 4 fließen kann (Fig. 8).

In entsprechender Weise erfolgt der Zusammenbau in der zwei ten Ausführungsform, in welcher die Löcher mit auswärts auf gebördelten Rändern 8 versehen sind (Fig. 10, 11).

Ein zusätzlicher Vorteil der beschriebenen Ausbildung von einwärts oder auswärts aufgebördelten Rändern 5 bzw. 8 besteht darin, daß es auf diese Weise leichter oder über haupt erst möglich ist, Rohre mit nicht kreisförmigem Quer schnitt sicher miteinander zu verbinden.

Somit sind die eingangs genannten Ziele erreicht, namentlich die das Schweißen bzw. Hartlöten erleichternde Erzielung eines ausreichend steifen Aufbaus eines Heizkörpers bereits im vormontierten Zustand, die Ausbildung von eine größere Flächenausdehnung aufweisenden stoffschlüssigen Verbindungen anstelle von Flankenkehlnähten, und die Möglichkeit der Verwendung von Rohrmaterial mit nicht kreisförmigem Quer schnitt ohne Beeinträchtigung der Dichtigkeit oder des Aussehens.

Claims

1. Heizkörper aus stoffschlüssig miteinander verbundenen Metallrohren, mit wenigstens zwei seitlichen Sammelrohren und einer oder mehreren Reihen von zueinander parallelen Querrohren, dadurch gekennzeichnet, daß an den Verbindungs stellen der Querrohre (4) mit den Sammelrohren (2, 3) je weils ein von einem in Axialrichtung des Querrohrs (4) auf gebördelten Rand (5, 8) umgebenes Loch in der Wandung des jeweiligen Sammelrohrs (2, 3) ausgebildet ist, daß das jeweilige Ende (6) eines Querrohrs in den aufgebördelten Rand (5, 8) ein- bzw. auf diesen aufgesteckt ist, und daß die Verbindungsstellen stoffschlüssig fixiert und abgedich tet sind.

2. Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stoffschlüssige Verbindung durch Hartlöten (7) hergestellt ist.

3. Heizkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Höhe der aufgebördelten Ränder (5, 8) in der Größenordnung von einigen Millimetern liegt und in jedem Falle größer ist als die Wandstärke des Sammelrohrs (2).

4. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgebördelte Rand (5) einwärts in das Sammelrohr (2) gerichtet ist.

5. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgebördelte Rand (8) auswärts aus dem Sammelrohr (2) hervorsteht.

6. Heizkörper nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querrohre (4) an jeweils wenigstens einem Ende einen durch eine kegelstumpf förmige Schulter abgesetzten, in den aufgebördelten Rand (5) eines Lochs einsteckbaren Einzug (6) oder eine auf den auf gebördelten Rand (8) eines Lochs aufsteckbare Aufweitung aufweisen.

7. Verfahren zum Herstellen von Heizkörpern aus stoff schlüssig miteinander zu verbindenden Metallrohren, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren eines zwischen zwei in Längs richtung unterteilten Haltebacken (9, 10) gehaltenen Sammel rohrs (2) zwei je nach ihrer Stellung relativ zueinander mit geraden oder geneigten Oberflächen in gegenseitiger Anlage befindliche stabförmige Elemente angeordnet werden, wobei wenigstens eines (18; 25) der stabförmigen Elemente in Axialrichtung des Rohrs (2) längsverschieblich ist, während am anderen stabförmigen Element (14; 20) eine ringförmige Matrize oder ein Stempel (13; 21) ausgebildet ist, welche bzw. welcher in einer Radialbewegung mit einem äußeren Stempel (12) oder Gegenhalt (22) zusammenwirkt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der obere das Rohr (2) haltende Haltebacken (19) im Laufe des Arbeitsgangs für die Ausbildung von von aufgebör delten Rändern (5, 8) umgebenen Löchern angehoben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Matrize (13) oder dem Stempel (21) versehene stabförmige Element (14; 20) an einem Ende mittels eines Bolzens (19) an einem der Haltebacken (9; 10) angelenkt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialbewegung der Matrize (13) oder des ringförmi gen Stempels (21) anstatt durch Axialverschiebung eines stabförmigen Elements durch Drehung eines sie bzw. ihn abstützenden Exzenternockens erzielt wird.