DE69317774T2 - Process for the production of a high pressure compressor - Google Patents
Process for the production of a high pressure compressorInfo
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Description
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckkondensators bzw. Verflüssigers.This invention relates to a method for manufacturing a high-pressure condenser or condenser.
Bei der Herstellung von Wärmetauschern und insbesondere von Hochdruckwärmetauschern, als Kondensatoren bekannt, liegt eines der Probleme in dem hohen Druck des verwendeten Materials, z.B. von Kühlmittel, was erforderlich macht, daß entweder die in dem Kondensator verwendeten Rohre dick bzw. mit ausreichender Dicke stranggepreßt sind, um vielfache Durchgänge zu schaffen, die eine geeignete Festigkeit aufweisen.In the manufacture of heat exchangers, and in particular high pressure heat exchangers known as condensers, one of the problems is the high pressure of the material used, e.g. coolant, which requires that either the tubes used in the condenser be thick or extruded with sufficient thickness to create multiple passages having suitable strength.
Die Rohre müssen verstärkt oder die Wände hiervon verdickt sein.The pipes must be reinforced or their walls must be thickened.
Daher ist es bei einer kommerziell angewandten Form gebräuchlich, eine Vielzahl von flachen, stranggepreßten Rohren, die in Längsrichtung verlaufende Kanäle für das Kühlmittel haben, Kopfteile an jedem Ende der Rohre, die mit den Rohren verbunden sind, sowie eine Vielzahl von Platten oder Blechen, die Öffnungen haben, durch welche sich die Rohre erstrecken, um Rippen zu bilden, zu verwenden. Ein weiteres bekanntes Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US-A-5 172 476 bekannt.Therefore, in one commercially applied form, it is common to use a plurality of flat extruded tubes having longitudinal channels for the coolant, headers at each end of the tubes which are connected to the tubes, and a plurality of plates or sheets having openings through which the tubes extend to form fins. Another known method according to the preamble of claim 1 is known from US-A-5 172 476.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren zur Fertigung des Kondensators bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.The object of the present invention is to provide an alternative method for manufacturing the capacitor. This object is achieved by a method according to claim 1.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Hochdruckkondensator eine Anzahl in Querrichtung beabstandeter abgeflachter Rohre, deren Enden sich in Kopfteile an jedem Ende der Rohre erstrecken, sowie eine Anzahl wellenförmig angeordneter Rippen zwischen benachbarten Rohren. Die Rohre sind unter Verwendung von flachem Bandstreifenmaterial gefertigt, das an beiden Oberflächen mit einer Beschichtung überzogen ist, die bei der Anwendung von Hitze schmilzt und bindet, und das eine Mehrzahl in Längsrichtung und Querrichtung beabstandeter, verformter Abschnitte oder Vorsprünge aufweist. Das flache Bandstreifenmaterial wird folgenden Bearbeitungsschritten unterworfen: zunächst Walzen der entgegengesetzten Ränder bzw. Kanten des Bandstreifens in eine gerundete Konfiguration mit einem Radius, der dem gewünschten Krümmungsradius an einem gerundeten Rand eines Rohrs entspricht, vorzugsweise an dem gerundeten, in Längsrichtung geschweißten Rohrrand, sodann fortschreitendes Walzen des Mittelteils des Bandstreifens in die gerundete Konfiguration, die längs des anderen Längsrandes des Rohrs erwünscht ist, wobei die gerundeten freien Randabschnitte und die zentrale Ausbuchtung zum genauen Zentrieren des Streifens verwendet werden, während er durch die aufeinanderfolgenden Formwalzen geführt wird, und nachfolgendes Erhitzen der beabstandeten freien Ränder des gewalzten Bandstreifens auf eine Temperatur, bei der sie geeignet sind, zusammenzuschmelzen, und Leiten derselben durch eine Führung, die stromaufwärts von und in unmittelbarer Nähe einem Paar zu Quetschwalzen gelegen ist, zum Bilden einer Schweißnaht zwischen ihnen, wobei die Führung so ausgestaltet ist, daß sie jeden freien Randabschnitt des Bandstreifens an lateral entgegengesetzten Rändern desselben zu erfassen vermag. Die Vorsprünge in dem Bandstreifen werden zur Anlage miteinander gebracht, bevor die freien Ränder des gerollten Bandstreifens zusammengeschmolzen werden. Wenn die Rohre mit den Rippen an den Kopfteilen montiert werden, wird die gesamte Baueinheit erhitzt, um zu bewirken, daß die Beschichtung auf den Rohroberflächen die Vorsprünge miteinander, sowie das Rohräußere mit den Schlitzen in den Kopfteilen, durch welche sich die Rohrenden erstrecken, verbindet.According to one embodiment of the invention, a high pressure condenser comprises a number of transversely spaced flattened tubes, the ends of which extend into headers at each end of the tubes, and a number of undulating fins between adjacent tubes. The tubes are manufactured using flat ribbon strip material coated on both surfaces with a coating which melts and bonds upon the application of heat, and which has a plurality of longitudinally and transversely spaced deformed portions or projections. The flat strip material is subjected to the following processing steps: first rolling the opposite edges of the strip into a rounded configuration having a radius corresponding to the desired radius of curvature at a rounded edge of a pipe, preferably at the rounded longitudinally welded pipe edge, then progressively rolling the central portion of the strip into the rounded configuration desired along the other longitudinal edge of the pipe, using the rounded free edge portions and the central bulge to accurately center the strip as it is passed through the successive forming rolls, and subsequently heating the spaced free edges of the rolled strip to a temperature at which they are suitable to fuse together and passing them through a guide located upstream of and in close proximity to a pair of nip rolls for forming a weld between them, the guide being adapted to engage each free edge portion of the strip of tape at laterally opposite edges thereof. The projections in the strip of tape are brought into abutment with one another before the free edges of the rolled strip of tape are fused together. When the tubes with the fins are assembled to the headers, the entire assembly is heated to cause the coating on the tube surfaces to bond the projections to one another and the tube exterior to the slots in the headers through which the tube ends extend.
In den Zeichnungen zeigen:The drawings show:
Fig. 1 eine seitliche Teilschnittansicht eines Kondensators längs der Linie 1-1 in Fig. 2,Fig. 1 is a partial side sectional view of a capacitor taken along line 1-1 in Fig. 2,
Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1,Fig. 2 is a sectional view taken along line 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 1,Fig. 3 is a sectional view taken along line 3-3 in Fig. 1,
Fig. 4 eine Draufsicht eines in dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Kondensator verwendeten Rohrs,Fig. 4 is a plan view of a tube used in the condenser shown in Figs. 1 to 3,
Fig. 5 eine Stirnansicht längs der Linie 5-5 in Fig. 4,Fig. 5 is an end view taken along line 5-5 in Fig. 4,
Fig. 6 eine ausschnittweise Ansicht in vergrößertem Maßstab des in dem Kreis 6 in Fig. 5 gezeigten Abschnitts,Fig. 6 is a fragmentary view on an enlarged scale of the section shown in circle 6 in Fig. 5,
Fig. 7 eine ausschnittweise Draufsicht auf eine abgewandelte Form des Rohrs,Fig. 7 a partial plan view of a modified form of the pipe,
Fig. 8 eine Stirnansicht längs der Linie 8-8 in Fig. 7,Fig. 8 is an end view taken along line 8-8 in Fig. 7,
Fig. 9 eine ausschnittweise Ansicht in vergrößertem Maßstab des im Kreis in Fig. 8 gezeigten Abschnitts,Fig. 9 is a fragmentary view on an enlarged scale of the section shown in the circle in Fig. 8,
Fig. 10 eine ausschnittweise Draufsicht auf eine weiter abgewandelte Rohrform,Fig. 10 a partial plan view of a further modified tube shape,
Fig. 11 eine Schnittansicht längs der Linie 11-11 in Fig. 10;Fig. 11 is a sectional view taken along line 11-11 in Fig. 10;
Fig. 12 eine ausschnittweise Ansicht in vergrößertem Maßstab eines Abschnitts des in Fig. 11 gezeigten Rohrs,Fig. 12 is a fragmentary view on an enlarged scale of a section of the pipe shown in Fig. 11,
Fig. 13 eine ausschnittweise Draufsicht auf eine weitere abgewandelte Form des Rohrs,Fig. 13 a partial plan view of a further modified form of the tube,
Fig. 14 eine ausschnittweise Schnittansicht einer abgewandelten Form des Kondensators,Fig. 14 is a partial sectional view of a modified form of the capacitor,
Fig. 15 eine ausschnittweise Schnittansicht längs der Linie 15-15 in Fig. 14,Fig. 15 is a partial sectional view taken along the line 15-15 in Fig. 14,
Fig. 16 eine ausschnittweise Ansicht längs der Linie 16-16 in Fig. 14, undFig. 16 is a fragmentary view taken along the line 16-16 in Fig. 14, and
Fig. 17 eine schematische Ansicht zur Darstellung der fortschreitenden Querschnittskonfiguration des Bandmaterials, wie es zum fertigen Rohr geformt wird.Fig. 17 is a schematic view showing the progressive cross-sectional configuration of the strip material as it is formed into the finished tube.
Gemäß den Fig. 1 bis 6 umfaßt der Hochdruckkondensator 20 eine Anzahl paralleler, in Querrichtung beabstandeter, abgeflachter Rohre 21 mit wellenförmigen Wärmeaustauschrippen 22, die sich in Längsrichtung der Rohre 21 zwischen diesen erstrecken. Die Enden der Rohre 21 erstrecken sich durch Schlitze mit dem Querschnitt der Rohre in rohrförmige Kopfteile 23 hinein, die Endabdeckkappen 24 aufweisen.According to Figures 1 to 6, the high pressure condenser 20 comprises a number of parallel, transversely spaced flattened tubes 21 with undulating heat exchange fins 22 extending longitudinally between the tubes 21. The ends of the tubes 21 extend through slots having the cross section of the tubes into tubular headers 23 having end caps 24.
Die verschiedenen Komponenten sind aus Metall mit einer Beschichtung an ihren Innen- und Außenflächen gefertigt, welche unter Hitzeeinwirkung schmilzt und bindet. Z.B. kann im Fall von Aluminium die Beschichtung eine Plattierung umfassen. Im Fall von Kupfer oder Messing kann die Beschichtung Lot umfassen, wobei die Rohre 21, wie eben erwähnt, eine Beschichtung sowohl innen als auch außen aufweisen.The various components are made of metal with a coating on their inner and outer surfaces which melts and bonds when exposed to heat. For example, in the case of aluminum, the coating may comprise plating. In the case of copper or brass, the coating may comprise solder, with the tubes 21 having a coating both inside and outside, as just mentioned.
Gemäß den Fig. 4 bis 6 weisen die Rohre 21 eine Vielzahl sich in Längsrichtung erstreckender Einbuchtungen 25 auf, welche Vorsprünge 25 festlegen, die aneinander anliegen und miteinander durch die Beschichtung an der Innenfläche bei C verschmolzen werden. Die Rohre werden durch progressives Walzen bzw. Rollen eines Bandstreifens geformt, um die Enden der Rohre miteinander in Eingriff zu bringen, so daß sie bei S zusammenschmelzen, wenn das Rohr erhitzt wird. Die Außenfläche des Rohrs wird mit dem Kopfteil 23 und den Rippen 22 durch die Beschichtung unter Hitzeeinwirkung auf die Baueinheit verbunden, ebenso wie die Rippen 22.Referring to Figures 4 to 6, the tubes 21 have a plurality of longitudinally extending indentations 25 defining projections 25 which abut one another and are fused together by the coating on the inner surface at C. The tubes are formed by progressively rolling a strip of tape to engage the ends of the tubes so that they fuse together at S when the tube is heated. The outer surface of the tube is bonded to the header 23 and fins 22 by the coating heat applied to the assembly, as are the fins 22.
In den in den Fig. 7 bis 9 gezeigten Ausgestaltungen haben die Rohre 21a abgeflachte Anlageabschnitte 25a, die auf ähnliche Weise miteinander verbunden werden.In the embodiments shown in Figs. 7 to 9, the tubes 21a have flattened contact sections 25a which are connected to one another in a similar manner.
In der in Fig. 10 gezeigten Form sind in Längsrichtung und Querrichtung beabstandete Einbuchtungen 25b, die kegelstumpfförmig sind, in Anlage mit den Rohren 21b; in dem Rohr 21c gemäß Fig. 13 sind die Einbuchtungen 25c an den äußeren Reihen bezüglich der Einbuchtungen 25c in einer inneren Reihe versetzt.In the form shown in Fig. 10, longitudinally and transversely spaced recesses 25b, which are frustoconical in shape, are in engagement with the tubes 21b; in the tube 21c according to Fig. 13, the recesses 25c on the outer rows are offset with respect to the recesses 25c in an inner row.
In der in den Fig. 14 bis 16 gezeigten Form weist jedes Rohr 21d zwei Reihen in Längsrichtung beabstandeter Einbuchtungen 25d auf.In the form shown in Figs. 14 to 16, each tube 21d has two rows of longitudinally spaced indentations 25d.
Die Rohre sind aus Bandstreifenmaterial gefertigt, das mit einer Beschichtung an den Innen- und Außenflächen überzogen ist, welche bei hohen Temperaturen bindet; die Beschichtung ist auf die Oberflächen des Bandstreifens aufgebracht. Das Verfahren umfaßt folgende Schritte: zunächst Walzen bzw. Rollen der entgegengesetzten Ränder bzw. Kanten des Bandstreifens in eine gerundete Konfiguration mit einem Radius, der dem gewünschten Krümmungsradius an den gerundeten, in Längsrichtung geschweißten Rand des Rohrs entspricht, sodann fortschreitendes Walzen bzw. Rollen des Mittelteils des Bandstreifens in die gerundete Konfiguration, die längs des anderen Längsrandes des Rohrs erwünscht ist, wobei die gerundeten freien Randabschnitte und die zentrale Ausbuchtung bzw. Biegung zum genauen Zentrieren des Streifens verwendet werden, während er sich durch die aufeinanderfolgenden Formwalzen fortbewegt, nachfolgendes Erhitzen der beabstandeten freien Ränder des gewalzten Bandstreifens auf eine Temperatur, bei der sie zusammenzuschmelzen vermögen, und Leiten derselben durch eine Führung, die stromaufwärts von und in unmittelbarer Nähe zu einem Paar Quetschwalzen gelegen ist, zum Bilden einer Schweißnaht zwischen ihnen, wobei die Führung so gestaltet ist, daß sie jeden freien Randabschnitt des Bandstreifens an lateral gegenüberliegenden Rändern desselben zu erfassen vermag. Die Vorsprünge in den Bandstreifen werden zur Anlage gebracht, bevor die freiliegenden Ränder bzw. Kanten des gewalzten Bandstreifens zusammengeschmolzen werden. Wenn die Rohre mit den Rippen an die Kopfteile montiert werden, wird die gesamte Baueinheit erhitzt, um zu bewirken, daß die Beschichtung auf den Rohroberflächen die Innenfläche der Vorsprünge miteinander sowie das Rohräußere mit den Schlitzen in den Kopfteilen, durch welche sich die Rohre erstrecken, verbindet. Der Bandstreifen wird progressiv gewalzt, nachdem die Einbuchtungen hierin geformt sind, und ein weiterer Walzschritt ist vorgesehen, wobei anfänglich die gegenüberliegenden Ränder bzw. Kanten des flachen Bandstreifens durch Zurückhalten der freien Enden der Seitenränder und Krümmen der Seitenränder in eine Konfiguration gewalzt werden, welche flache Seitenrandabschnitte umfaßt, die durch einen Radiusabschnitt mit dem zentralen flachen Abschnitt des Bandstreifens verbunden sind und sich in spitzem Winkel zu dem flachen zentralen Abschnitt des Bandstreifens erstrecken. Diese teilweise gerundete Konfiguration dient als Führung, um den Bandstreifen genau zu positionieren, während er sich zum nächsten Schritt des Walzens der gegenüberliegenden flachen Randabschnitte des Bandstreifens in eine gerundete Konfiguration mit einem Radius, der dem gewünschten Krümmungsradius an dem gerundeten, in Längsrichtung geschweißten Rand des Rohrs entspricht, bewegt. Der Bandstreifen wird sodann durch die nachfolgenden Bearbeitungsschritte geführt: fortschreitendes Walzen des Mittelteils des Bandstreifens in die gerundete Konfiguration, die längs des anderen Längsrandes des Rohrs erwünscht ist, wobei die gerundeten freien Randabschnitte und die zentrale Ausbuchtung zum genauen Zentrieren des Streifens verwendet werden, während er durch die aufeinanderfolgenden Formwalzen geführt wird, und daraufhin Erhitzen der beabstandeten freien Ränder des gewalzten Bandstreifens auf eine Temperatur, bei der die Ränder zusammenzuschmelzen vermögen, und Leiten derselben durch eine Führung, die stromaufwärts von und in unmittelbarer Nähe zu einem Paar Quetschwalzen gelegen ist, zum Bilden einer Schweißnaht zwischen ihnen, wobei die Führung so ausgestaltet ist, daß sie jeden freien Randabschnitt des Bandstreifens an lateral gegenüberliegenden Rändern desselben zu erfassen vermag.The tubes are made from strip material coated with a coating on the inner and outer surfaces which bonds at high temperatures; the coating is applied to the surfaces of the strip. The process comprises the steps of first rolling the opposite edges of the strip into a rounded configuration having a radius corresponding to the desired radius of curvature at the rounded longitudinally welded edge of the tube, then progressively rolling the central portion of the strip into the rounded configuration desired along the other longitudinal edge of the tube, using the rounded free edge portions and the central bulge to accurately center the strip as it advances through the successive forming rolls, then heating the spaced free edges of the rolled strip to a temperature at which they are capable of fusing together and passing them through a guide located upstream of and in close proximity to a pair of nip rolls for forming a weld between them, the guide being designed to engage each exposed edge portion of the strip at laterally opposite edges thereof. The projections in the strip are brought into abutment before the exposed edges of the rolled strip are fused together. When the tubes with the fins are assembled to the headers, the entire assembly is heated to cause the coating on the tube surfaces to bond the inner surface of the projections to one another and the tube exterior to the slots in the headers through which the tubes extend. The strip is progressively rolled after the indentations are formed therein and a further rolling step is provided wherein initially the opposite edges of the flat strip are rolled by retaining the free ends of the side edges and curving the side edges into a configuration comprising flat side edge portions connected by a radius portion to the central flat portion of the strip and extending at an acute angle to the flat central portion of the strip. This partially rounded configuration serves as a guide to accurately position the strip as it moves to the next step of rolling the opposite flat edge portions of the strip into a rounded configuration having a radius corresponding to the desired radius of curvature at the rounded longitudinal welded edge of the pipe. The strip is then passed through the subsequent processing steps of progressively rolling the central portion of the strip into the rounded configuration extending along the other longitudinal edge of the pipe is desired, the rounded free edge portions and the central bulge being used to accurately center the strip as it is passed through the successive forming rolls, and then heating the spaced free edges of the rolled strip to a temperature at which the edges are capable of fusing together and passing them through a guide located upstream of and in close proximity to a pair of nip rolls to form a weld therebetween, the guide being adapted to engage each free edge portion of the strip at laterally opposite edges thereof.
Wie schon vorher erwähnt, werden nach dem Formen der Rohre und dem Verbinden der freien Ränder bzw. Kanten des Bandstreifens miteinander durch lokales Erhitzen die Rohre, Rippen und Kopfteile zusammengebaut, und die gesamte Baueinheit wird daraufhin erhitzt, um zu bewirken, daß die Außenfläche der Rohrenden mit den Kopfteilen, die Rippen mit den Rohren und die Einbuchtungen miteinander durch die Beschichtung auf der Innenseite der Rohre verbunden werden.As previously mentioned, after the tubes have been formed and the free edges of the tape strip have been bonded together by local heating, the tubes, fins and headers are assembled and the entire assembly is then heated to cause the outer surface of the tube ends to be bonded to the headers, the fins to the tubes and the recesses to be bonded to one another by the coating on the inside of the tubes.
Hieraus ist ersichtlich, daß ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckkondensators geschaffen wurde, der aus leichtgewichtigem Material hergestellt sein kann.From this it can be seen that a method has been created for manufacturing a high pressure capacitor, which can be made of lightweight material.
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