DE2757202A1

DE2757202A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von waermeaustauschern

Info

Publication number: DE2757202A1
Application number: DE19772757202
Authority: DE
Inventors: Etienne Jouet
Original assignee: ECHANGEUR SPIRALE EVER CLEAN S
Current assignee: ECHANGEUR SPIRALE EVER CLEAN S
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-12-22
Publication date: 1978-07-06
Also published as: US4203205A; FR2374979A1; GB1588429A; FR2374979B1; JPS5384258A; JPS6128916B2; DE2757202C2; SU812158A3

Description

PATENTANWALT DIPL-INQ. JOACHIM STRASSE 9 7 R, 7 ? Π

HANAU · ROMERSTR. 1» · POSTFACH 793 · TEL (06181) ίΟβ03/ί07 40 ■ TELEX: 4 184782 pal · TELEGRAMME: HANAUPATENT

-f-

SPIREC L¹ECHANGEUR SPIRALE

EVER CLEAN

Siege Social: 8, rue d'Athenes

^{Paris 9}*^me 22. Dezember 1977

Frankreich Str/Ml - 11

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Wärmeaustauschern

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Wärmeaustauschers in der Art mit einer im wesentlichen zylindrisch geformten Inneneinheit, die durch die spiralförmige Aufwicklung von zwei parallelen und einander benachbarten Strängen eines ersten Streifens, wie beispielsweise einem Stahlblech entsteht, wobei ein zweiter Streifen über diese Einheit gewickelt wird, um eine äußere Umhüllung zu bilden, die einen Mantel bilden kann.

Es sind bereits solche Austauscher bekannt, bei deren Herstellung ein oder mehrere Stahlbleche spiralförmig um eine Spindel oder einen Stempel oder einen Kern gewickelt werden. Diese Bleche begrenzen hierbei konzentrische Einfassungen, die je einen Flüssigkeitsstrom aufnehmen, die ihre Wärmeinhalte über die Wände dieser Einfassungen austauschen. Wärmeaustauscher, die aus spiralförmig aufgewickeltem Blech hergestellt sind, bieten Vorteile in bezug auf die sehr wichtige zur Verfügung gestellte AustauschfIäche und die einfache Herstellung, denn es genügt, die Bleche zusammenzusetzen und sie aufzuwickeln, um ein Grundgerippe für den Austauscher zu erhalten.

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Gemäß einem bekannten Herstellungsverfahren für solche Austauscher wird zuerst ein Bündel von einem oder mehreren Blechen spiralförmig um einen Kern gewickelt. Wenn dann das Bündel in Form gebracht ist, wird darum eine äußere Umhüllung angebracht, die durch einen Reifen gehalten wird. Schließlich wird das Ganze in ein walzenförmiges Rohr eingebracht und in die Zwischenräume zwischen der in der zuvor beschriebenen Weise gebildeten inneren Einheit und dem äußeren Rohr Zement eingefüllt. Alle diese Herstellungsverfahren sind jedoch langsam, schwerfällig und kostspielig.

Außerdem werden für das bislang verwendete Verfahren zur Herstellung des in einer Spirale aufgerollten Bündels Bleche benutzt, deren Längsrand in einem vorbereitenden Arbeitsgang "gesiekt" wurde, d. h. daß das Blech zuerst einmal senkrecht auf sich selbst und dann senkrecht nach außen gefaltet wurde, derart, daß ein am Rand und parallel zum Blech verlaufender Kragen entsteht, der sich nach außen erstreckt und dafür bestimmt ist, gegen einen nichtgefalteten Randteil eines benachbarten Bleches zur Anlage zu kommen. Dieser vorbereitende Arbeitsgang wird an einer Presse durchgeführt, was eine Begrenzung der Länge des Bleches mit sich bringt, das für die Herstellung des Austauschers benutzt wird, wobei diese Länge effektiv von der Größe der Presse abhängt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren und eine Vorrichtung verfügbar zu machen, gemäß der mit sehr einfachen Mitteln in einem einzigen Arbeitsgang ein mit einer Außenwatze versehenes Bündel ohne Begrenzung der Länge, was die verwendeten Bleche betrifft, erhalten wird. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, die Fertigung von Wärmeaustauschern rationeller und den verschiedensten Anforderungen anpaßbar zu gestalten. Die Lösung der Aufgabe ist Im wesentlichen in den vorangestellten Ansprüchen angegeben.

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Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen eine 50-prozentige Reduzierung der Herstellungszeit von Wärmeaustauschern. Da rüberhina us werden mit ihnen Austauscher von besserer Qualität erzielt, da die spiralförmig aufgewickelten Bleche untor einer während aller Herstellungsphasen dauernd kontrollierten Spannung stehen und da die aus dem inneren, zur Spirale aufgewickelten Bündel und der äußeren Umhüllung bestehende Einheit in ein und derselben Vorrichtung hergestelIt werden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Selbstverständlich sind Beschreibung und Zeichnung nur beispielhaft und nicht als Einschränkung der Erfindung gedacht.

Es ze i gen:

Fig. 1 bis 3 schematische Seitenansichten, teilweise

im Schnitt auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in drei verschiedenen Phasen.

Fig. 4 einen schematischen Aufriß einer vol !ständig

aufgewickelten und umhüllten Einheit, wie sie mit der Vorrichtung gemäß Figuren 1 bis 3 hergestellt wird,

Fig. 5 eine schematische Tei !ansicht von oben, ent-

sp rechend Fig. 3,

Fig. 6 eine schematische Teilansicht von oben einer

abgewandelten AusfUh rungs form,

Fig. 7 eine schematische perspektivische Ansicht eines

Details einer durch die Erfindung entstehenden Einheit,

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Fig. 8 und 9 schematische Ansichten von zwei abgeänderten

Ausführungs formen des Antriebsmechanismus gemäß der erflndungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 10, 11 schematische Ansichten gemäß drei verschie^un dener Phasen einer weiteren Antriebs

vorrichtung gemäß der erflndungsgemäßen Vorri chtung,

Fig. 13 eine schematische Ansicht des gleichen

Mechanismus, wie der aus den Fig. 10 bis 12, jedoch gemäß einer anderen AusfUh rungs form,

Fig. 14 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie XIV - XIV in Fig. 13,

Fig. 15 eine schematische Ansicht einer abgeänderten AusfUhrungsform des Antriebsmechanismus aus Fig. 8,

Fig. 16 eine schematische Ansicht im Profil einer

Vorrichtung zur Durchführung des erflndungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 17 einen schematischen Schnitt des Mechanismus

zum spiralförmigen Aufwickeln,

Fig. 18 einenAufriß eines Einzelteiles,

Fig. 19 eine perspektivische Ansicht eines Wärmeaustauschers, wie er nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entsteht, und

Fig. 20 einen Teilschnitt in Längsrichtung einer

spiralförmigen Aufwicklung von zwei Blechen mit einer zwischenangeordneten Verbindung

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an den Rändern, um das "Sieken" des einen von ihnen während des Aufwickeins zu gewährleisten.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sol I ein Streifen auf sich selbst aufgerollt werden, der zwei parallele Spiralen bilden soll. Hierfür liegt der Beginn der Aufwicklung bei einer zur Längsachse des Streifens querverlaufenden Linie. Diese Linie befindet sich oberhalb, weil die beiden Streifen oder Stränge von dieser Linie ausgehend gemessen aus geometrischen Gründen nicht dieselbe Länge haben, nicht die Mitte der Gesamtlänge.

Aus den Fig. 1 bis 3 geht hervor, daß die beiden Stränge 1 und 2 Teile eines und desselben fortlaufenden Streifens sind, der am Anfang um sich selbst gefaltet ist. Jedoch sind zum besseren Verständnis der Erfindung diese beiden Stränge in der Zeichnung differenziert dargestellt, indem für ihre Sch ηittdarsteI Iung für den Strang 1 Punkte und für den Strang 2 Striche benutzt wurden. Diese Streifen können handelsübliche Stahlbleche sein, von denen kostengünstig für die Herstellung der Trennwände eines Wärmeaustauschers für zwei Flüssigkeiten im vorliegenden FaI I ausgegangen werden kann.

Wenn die beiden Stränge 1 und 2 aus demselben Blech bestehen, muß dieses also zu Beginn der Herstellung um sich selbst gemäß einer genau zu wählenden Querlinie gefaltet werden. Jedoch ist es auch möglich, dieses Blech oder diesen Streifen dadurch in die Herstellung zu geben, daß zwei verschiedene Bleche entlang ihrer beiden geeignet angepaßten Enden aneinandergeschweißt werden.

In jedem Fall werden die beiden Stränge 1 und 2 auf und um einen kleinen Stab 3 befestigt, damit dieser gegen die Verbindungslinie (gefaltet oder geschweißt) der beiden Stränge 1 und 2 in deren Innerem anliegt. Die Verbindung zwischen den beiden Strängen

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sollte jedoch gemäß einem Profil erfolgen, das dem des kleinen Stabes 3 entspricht. Dieser verläuft parallel zu einem querverlaufendon zylindrischen Kern 4 und in einem Abstand, der im wesentlichen gleich des aus den Strängen 1 und 2 bestehenden Bleches ist. Die kleine Stange 3 kann in der Praxis durch zwei seitliche Finger von geringer Länge, die sich quer erstrecken, ersetzt werden.

Das freie Ende des Stranges 1 wird von einem AufrolIeIement 5 gehalten und geführt, welches auf einer Quertrommel 6 befestigt ist, die ihrerseits drehbar an einem Gerüst 17 angebracht ist. Das Auf ro I IeIement 5 endet in zwei Klemmen 7 und kann aus einem Streifen Seilen oder ähnlichem bestehen.

Das freie Ende des Stranges 2 ist gemäß einer Querlinie 9 durch Schweißen, Kleben, Nieten oder jegliches andere Mittel an einem zweiten Streifen 8 befestigt, welcher eine Umhüllung oder einen äußeren Rand und die in einer Spirale aufgewickelten Bleche b i I den soll.

Schon jetzt wird darauf hingewiesen, daß die Qiierlinie 9, entlang welcher der Strang 1 mit einem Ende des Randes 8 verbunden Ist, sich in einer Entfernung χ vom freien Ende des Stranges 2 aus Gründen befindet, die später erläutert werden sollen. Der Rand ist mit seinem anderen Ende in Klemmen 10 festgelegt, welche am Ende eines AufrolIeIementes 11 (beispielsweise einem Streifen) befestigt sind, welcher auf irgendeine Art das Blech 8 verlängert. Dieses Auf ro I IeIement 11 ist querverlaufend entlang einer Mantellinie an einer Trommel 12 befestigt, welche um eine Querachse drehbar auf dem Gerüst 17 angebracht ist. Diese Trommel 12 weist zur Mantel linie para I IeIverI aufende und zur Oberfläche querverlaufende Kerben 12a bzw. 12b auf, in welchen Klemmen 10 und Befestigungsorgane für das Aufrollelement 11 gelagert sind, damit beim Aufrollen der Einheit auf der Trommel 12 (Fig. 1) keine Wülste entstehen.

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Die aufgerollten Bleche müssen durch Zwischenräume getrennt sein, damit die Medien, deren Wärmeinhalte sich austauschen sollen, zwischen diesen Blechwänden entlanggeführt werden können. Hierfür können entweder Erhebungen verwendet werden, welche in den Strängen 1 und 2 als Deformationen vorhanden sind, oder es wet— den Abstandshalter verwendet. Im ersten FaII müssen die Deformationen vor dem Aufrollen erzeugt werden. Es ist beispielsweise möglich, Bleche mit Oberf Iächenve rformungen zu verweden, etwa über die Blechbahn verteilte regelmäßige Beulen, oder auch vorgeformte Bleche, beispielsweise gewellte oder auch Bleche mit vorspringenden Rillen oder Erhebungen, die sich beispielsweise durch Sprengve rformung erzeugen lassen.

In der in der Zeichnung dargestellten Ausführungs form der Erfindung werden Abstandshalter oder Versteifungen verwendet, welche in einfachster Ausführung aus Drahtmaterial 13 und 14 bestehen, die zueinander paralIeI als Auftragungen auf dem Blech aufgebracht sind. Diese Drähte können entweder vor dem Aufrollen befestigt werden oder vorzugsweise während des Aufrollens angebracht werden. Die beiden Bedeckungen aus Drähten 13 und 14 befinden sich zuvor auf Trommeln 15 und 16, auf Querachsen am Gerüst 17. Zu Beginn der Durchführung des Verfahrens werden ihre freien Enden zwischen dem Kern 4 bzw. dem Strang 1 einerseits und zwischen den Strängen 1 und 2 andererseits befestigt. Die Enden der Stränge 13 und 14 können mit jeder bekannten Technik (Verkeilung, Verkleben usw.) derart festgelegt werden, daß sie sich bis nahe an die Verbindungslinie zwischen den beiden Strängen 1 und 2 erstrecken.

Der Kern 4 ist vorzugsweise abnehmbar auf koaxialen Stützen (siehe Fig. 1 7) be f est i gt, welche durch ein Gerüst 18 in ausreichender Höhe gehalten werden.

Die kleine Stange 3 und möglicherweise auch die koaxialen Stützen des Kerns, sind mit einem Drehantriebsmechanismus verbunden, dessen Achse die gleiche wie die des Kerns 4 ist, was später mit

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Bezug auf die Figuren 16 und 17 beschrieben werden wird. Dies bedeutet, daß die kleine Stange 3 parallel mit dem Kern einen gedachten Zylinder durchläuft, dessen Achse die des Kerns 4 ist und dessen Radius die Entfernung ist, die die Achse von der der kleinen Stange 3 trennt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die beiden Stränge 1 und 2 und die Drähte 13 und 14 gleichzeitig spiralförmig aufgerollt, wobei sie auf den Strang 2 eine kontrollierte Spannung aufbringen. Diese Spannung wird durch Zwischenschaltung des Streifens 8 und des Aufro I IeIementes 11 erzeugt und zwar mit Hilfe eines Antriebsmotors 45 (Fig. 16 und 17), mit welchem die kleine Stange 3 und der Kern 4 verbunden sind, während die Trommel 12 mit einer regelbaren Bremse 46 versehen ist. Diese Zugspannung muß gesteuert und kontrolliert werden, um einerseits der erforderlichen Spannung des Bündels zu entsprechen, und andererseits unter jenen physikalischen Werten zu bilden, die sich mit der mechanischen Festigkeit der eingesetzten Elemente nicht vertragen würden: Reißen der Bleche, Bruch der Schweißung 9, Ausgleiten der Klammerstücke 10 usw Hierfür wird beispielsweise eine (nicht dargestellte) Momentenbegrenzungseiηrichtung in lor Antriebsvorrichtung für die Trommel 12 vorgesehen, die außerdem den Antriebsmotor 47 aufweist (Fig. 16).

Die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung entspricht der des erfindungsgemäßen Verfahrens und verläuft folgendermaßen:

Zu Beginn werden die Stränge 1 und 2 sowie die Drähte 13 und an der kleinen Stange 3 befestigt, während diese sich am niedrigsten Punkf ihres Umlaufes befindet (unter dem Kern 4). Darauf wird der Motor 45 angelassen, damit sich die kleine Stange 3 (Pfeil F 1) und die Trommel 12 (Pfeil F 2) beide im umgekehrten Uhrzeigersinn drehen, wobei die Bremse 46 die für den Strang 2 und den Streifen 8 erforderliche Spannung sicherstellt. Die Trommeln 6, 15 und drehen sich desgleichen im umgekehrten Uhrzeigersinn (Pfeil F 3) infolge des auf den Strang 1 und die Drähte 13 und 14 ausgeübten Zu

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Wenn die kleine Stange 3 ei ne bestimmte Anzahl von Umläufen vollendet hat, ist das spiralförmige Aufrollen der Stränge 1 und auf den Kern 4 vollzogen und der Aufrollvorgang wird ein erstes Mal unterbrochen, um die Drähte 13 und 14 in einer ausreichenden Entfernung von den Enden der Stränge 1 und 2 abzuschneiden und ein zweites Mal, wenn die freien Enden 1a und 2a der Stränge 1 und 2 zumindest die in der Fig. 2 dargestellte Stellung (gemäß Pfei I F 4 in Fig. 2) erreicht haben, d. h. daß die ganze Länge der Stränge 1 und 2 auf dem Kern und dadurch spiralförmig au fgew i eke It i s f.

Zu diesem Zeitpunkt wird der Antriebsmotor 47 der Trommel 12 angelassen, um diesen im Uhrzeigersinn zu drehen und die Speisung des Motors 45 derart eingeregelt, daß er als Bremse wirkt, um die gewünschte Spannung des Bleches 8 aufrecht zu erhalten, welches nun in Richtung des Pfeils F 5 zurückschiebt, während die freien Teile der Stränge 1 und 2 zwischen ihren Enden 1a und 2a und die Schweißzone 9 (Länge x) auf der aufgerollten Einheit verbleiben.

Wenn im Verlauf der teilweisen Abwicklung die in Fig. 3 dargestellte Stellung erreicht ist, werden die Motoren 45 und 47 angehalten und danach können die Enden la und 2a der Stränge und 2 in aller Ruhe, beispielsweise durch eine Schweißung 19 wasserdicht miteinander verbunden werden.

Wenn dieser Schweißvorgang abgeschlossen ist, werden die Motoren 45 und 47 wieder im Aufwieke I sinn (Pfei le F 1 - F 2) in Bewegung gesetzt bis der Einfassungsabschnitt 8 ebenfal Is aufgewickelt i st (Fig. 4 ) .

Wenn die Einfassung 8 aus einem verhältnismäßig feinen Material besteht, kann sie in mehreren Lagen herumgewickelt werden und ihr freies Ende kann auf ihr selbst durch Schweißung b^estigt werden, was nachfolgend genauer zu beschreiben ist. Das Ganze kann dann, wie es an sich bekannt ist, durch einen relativ dickwandigen Zy I i nde r ^e rvo U^tänd i of werden, welcher das Ganze

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umgibt, wobei ein ringförmiger Raum freibleibt, der mit Zement aufgefüI 11 wird.

Dieser Zylinder kann nach der Erfindung jedoch auch auf direktem Weg durch Aufwickeln hergestellt werden. Hierfür ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Einfassung 8 auch den Zylindermantel selbst darstellt und daß dieser folglich eine Dicke aufweist, die größer als die der Stränge 1 und 2 ist.

In diesem Fall kann es sich als nützlich erweisen, daß der Zylinderaußenmantel höher ist, bzw. eine größere axiale Länge aufweist, als die zur Spirale aufgerollte Einheit.

Aus Fig. 6 ist zu ersehen, daß der in diesem Fall anstelle der Einfassung 8 benutzte zweite Streifen 20 aus einer relativ dicken Blechwalze besteht, die breiter ist als der Strang 2. Dieser Strang 2 und die Walze 20 verlaufen derart koaxial, daß ihre Seiten um einen Abstand y abgesetzt sind, der etwa dem halben Breitenunterschied zwischen der zur Spirale aufgerollten Einheit und der äußeren Walze entspricht, wie dies aus FIg. 7 hervorgeht.

Da die Walze 20 radiale öffnungen für die Flüssigkeitszirkulation aufweisen kann, kann es gemäß der Erfindung vorteilhaft sein, für diese Durchgänge vor dem Aufwickeln in der Walze Löcher 21 vorzusehen (Fig. 6 und 7). Wenn das Ganze fertiggestellt ist, werden an den Löchern 21 mit Flanschen 23 versehene Rohrstümpfe 22 für den Anschluß der Einheit an Zu- und Ableitungen aufgeschweißt.

Die Befestigung des zweiten Streifens, d. h. entweder der Einfassung 8 oder der Walze 20 stellt ein Problem dar, denn der Querrand dieses Streifens ist mit einem Verlängerungselement verbunden, über welches die Spannung auf die Einheit aufgebracht wird.

Gemäß der Erfindung kann dieses Problem auf verschiedene Arten gelöst werden.

Eineerste Lösung besteht darin, Klemmen 10 zu verwenden und einen

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Ausschnitt 8a (Fig. 5) oder 20 a (Fig. 6) im Querrand des Streifens vorzusehen, der zwei Abschnitte 8b bzw. 20b stehen läßt. Die Klemmen 10 werden an diesen Abschnitten mit relativ geringer Breite angebracht. Beim Aufwickeln ist der zweite Streifen Γ8 oder 20) vollständ^; ι aufgerollt bis auf die Abschnitte und es ist nötig, das Aufrollen rechtzeitig anzuhalten.

Jetzt können einige Schweißpunkte auf den Rand des Ausschnittes 8a, 20a als vorläufige Befestigung vorgesehen werden. Selbstverständlich kann diese Befestigung mit allen anderen Techniken wie Löten, Vergießen, Versiegeln oder Kleben usw. vorgenommen we rden.

Wenn diese Befestigung vollzogen ist, können die Klemmen 10 gelöst werden. Die Abschnitte 8b oder 20b können ebenfalls festgelegt oder abgetrennt werden. Das Abtrennen der Abschnitte ist leichter, als das Abtrennen der vollständigen Streifen. Sie können beispielsweise abgeschnitten werden, um sie zu entfernen.

In jedem Fall wird die Befestigung mit einer durchgehenden Verschweißung 24 (Fig. 4), nicht nur des mittleren Tei Is des Streifens, sondern auch der Abschnitte 8b oder 20b oder des abgeschnittenen Tei Is abgeschlossen.

Eine andere Lösung besteht darin, das Element 11 von vorn herein aus einem Material bestehen zu lassen, das sich zu einer direkten Befestigung auf dem zweiten Streifen eignet. In diesem Fall wird an Stelle der Klemmen 10 der zweite Streifen und das Element 11 verbunden. Nach der völligen Aufwicklung des zweiten Streifens, wird eine vorläufige Befestigung vorgenommen, dann wird ein Bruchstück mit der Länge des Elementes 11 abgeschnitten und nachdem dieses Bruchstück abgetrennt worden ist, wird die endgültige Be f est i gung , w i e zuvor beschrieben, vorgenommen.

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Es ist verständlich, daß gemäß dieser Abänderung des Verfahrens, für jede komplette Einheit ein Teilstück von der gesamten Länge des Elementes 11 gebraucht wird. Nachdem eine bestimmte Anzahl von Exemplaren hergestellt worden ist, muß das Element 11 erneuert werden.

Aus Fig. 6 ist zu ersehen, daß das Element, das den zweiten Streifen 20 verlängert, nicht wie im Fall der Figuren 1 bis 5 aus einem Streifen 11, sondern aus zwei Seilenden 25 bestehen kann. Damit diese beim Aufwickeln auf der Trommel 12 keine Wülste erzeugen, werden auf jener zwei Auskehlungen 26 vorgesehen, deren Tiefe ausreicht, die Seilenden 25 völlig darin aufzunehmen.

Die Vorrichtungen, mit denen die Stränge 1 und 2 aufgewickelt werden, können auf verschiedene Arten realisiert werden.

In Fig. 8 ist die kleine Stange 3 und der Kern 4 aus den Figuren 1 bis 4 in einfachster Form einzeln dargestellt. Es muß daran ei— innert werden, daß der Kern entweder mit der aufgerollten Einheit verbunden bleiben kann, um einen wesentlichen Teil davon darzustellen, oder daß es sich nur um eine Vorrichtung handeln kann, welche nach dem Aufwickeln herausgezogen wird, indem sie gleichzeitig auf der kleinen Stange 3 und auf dem Kern gleitet.

Gemäß einer anderen Ausführungs form wird ein gespaltener Kern benutzt. In Fig. 9 ist ein solcher Kern 30 dargestellt, der mit einem Längsschlitz 31 versehen ist, dessen Breite im wesentlichen gleich der Dicke des ersten Streifens ist, wenn dieser in diesem Schlitz 31 aufgenommen wird. Die beiden Teile des Kerns 30 sind jeder mit einer Art von Rampe 32 versehen, die den äußeren Umfang des Kerns über das ihm gegenüberliegende Profil hinaus verlängert und dies über einen Abstand, der gleich der Dicke des aufzurollenden Streifens ist, damit dieser nach einer Umdrehung eine sehr regelmäßige Spirale ohne unstetige Veränderung in seinem Krümmungsradius bi Idet.

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Bei Betrachtung der Figur 9 ist diese Form leicht erkennbar.

Gemäß einer anderen Ausführungsfοrm werden zwei unabhängige, im wesentlichen zylindrische Kerne verwendet, die wie bereits zuvor beschrieben, entweder Tei I der Vorrichtung oder einen wesentlichen Teil der fertiggestellten Einheit darstellen können.

In den Figuren 10 bis 12 ist eine solche abgeänderte Ausführungsform dargestelIt.

Die beiden paraI IeI verIaufenden Kerne 33 und 34 befinden sich in einem Abstand voneinander entfernt, der im wesentlichen gleich der Dicke des aufzurollenden Streifens ist, damit dieser leicht zwischen die Kerne 33 und 34 eingeführt werden kann. Auf beiden Seiten dieser Kerne befinden sich die Stränge 1 und 2. Zu Beginn des Verfahrens (Fig. 10) werden die Enden der Drähte 13 und 14 zwischen die Stränge 1 und 2 und die Kerne 33 und 34 eingelegt, dann werden die beiden Kerne zur Drehung gemäß dem Pfeil F 6 um eine scheinbare gemeinsame parallele zu den Kernachsen verlaufende Achse angetrieben, die zwischen ihnen in gleichem Abstand von beiden hindurchgeht. Nach einer halben Umdrehung befindet sich die Einheit in dem in Fig. 11 schematisch dargestelIten Zustand und nach einer voIlen Umdrehung in dem in Fig. 12 schematisierten Zustand.

Gemäß einer weiter entwickelten A usführungs form werden zwischen den ersten SpiraIwindungen der Stränge 1 und 2 einerseits und dem oder den Kernen andererseits Kei Ie vorgesehen.

In den Fig. 13 und 14 ist eine Einheit mit zwei Kernen 35 und 36 dargestellt, welche zentrale, rohrförmige Kammern darstellen, auf welchen querverlaufende Kei Ie 37 und 38 mit Schweißungen 39 befest igt sind.

Die Form der Kei Ie 37 und 38 erinnert an "Öltropfen". Diese Form sowie die Anordnung der Keile zueinander ergibt sich bei Betrachtung

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In Anbetracht der radialen Dicke der Kei Ie ist der Abstand der Kerne 35 und 36 gleich dieser zweifachen Dicke plus der Dicke des aufzurollenden Streifens, damit dieser leicht zwischen den Keilen aufgenommen werden kann. Wie im Fall der Fig. 10 bis 12 wird die Einheit gemäß einer gemeinsamen zur Achr.e der Kerne 35 und 36 parallel und in derselben Ebene wie diese und mitten zwischen ihnen verlaufenden Achse von einem Antrieb aus gedreht. Aus Fig. 14 ist ersichtlich, daß dies mit Hilfe einer Vorrichtung erreicht wird, deren Drehantriebsmechanismus zwei Stützen oder seitliche Flansche 40 aufweist, welche mit an sich bekannten Vorrichtungen für ihre Vereinigung mit den Kernen 35 und 36 versehen und mit Wellenzapfen 41 fest verbunden sind, von denen zumindest einer mit dem Motor ve rb unden ist.

Die Keile 37· und 38 bilden radiale Einschlüsse. Die Kerne verlaufen axial durchgehend. Um nichts destoweniger eine korrekte Zirkulation der Flüssigkeiten zu ermöglichen, sind in den Kernen 35 und 36 (welche rohrförmige Kammern darstellen) Löcher oder Durchgänge 42 vorgesehen, welche eine Verbindung zwischen den Kammern mit dem entsprechenden Raum herstellen, der zwischen der äußeren Wand der Kerne und der Innenfläche der ersten Spiralwindung der Stränge 1 und 2 besteht.

Es können auch bei einem Antriebsmechanismus mit Stange, wie er in den Figuren 1 bis 4 dargestellt ist, gleichfalls radiale Keile benutzt werden. Dies geht aus der Fig. 15 hervor, wo sich der Kern 4 (der eine zentrale rohrförmige Kammer darstellt) in der Art von Fig. 14 zwischen Radialkeilen 43 befindet, die eine solche Form haben, daß die ersten Sp i ra I w i ndungen harmonisch und ohne plötzliche Änderung des Krümmungsradius geführt werden und dies selbst gegenüber der Stange 3 mit Hilfe einer Art von Schnabel 44 in welchem jeder Keil endet. Es muß bemerkt werden, daß die erste Windung des Stranges 1 nun nicht mehr direkt auf dem Kern aufliegt, sondern auf den Keilen 43.

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Die besondere Form der Kei le 43 ergibt sich ohne weiteres aus der Fig. 15.

Es können auch Kei Ie in "ÖItropfenfοrm" vorgesehen werden, deren Fläche zwischen dem zentralen Kern und dem Umfang mit Öffnungen zum Durchgang der Flüssigkeit durchbohrt ist. In diesem Fall können die Kerne 35 und 36 einen geringeren Durchmesser haben und brauchen nicht mit Löchern 42 versehen sein.

Es wird nun mit Bezug auf die Fi <j. 16 und 17 eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben werden. Diese Vorrichtung weist einerseits die Trommel 12, die die Haspel darstellt auf, und andererseits eine Aufrollmaschine, die in ihrer Gesamtheit mit 48 bezeichnet ist. Die Trommel 12, die auf dem Gerüst 17 zur Drehung um eine waagerechte, querverlaufende Achse angeordnet ist, wird über eine Transmi ssionsvorri chtung 49 mit Antriebsrädern und Ketten mit dem Antriebsmotor 47 verbunden.

Mit diesem Motor ist eine Momentenbegrenzungsvorrichtung vei— bunden, die für eine automatische Auskupplung sorgt, wenn die Spannung auf dem aufgewickelten Blech einen bestimmten Wert übersteigt.

Außerdem ist ebenfalls eine hydraulische Scheibenbremse 46 mit der Antriebsvorrichtung 49 der Haspel (Trommel) 12 derart verkuppelt, daß sie diese Haspel während des Aufwickeins des Bleches mehr oder weniger bremst. Die hydraulische Bremse 46 ist mit einem Hauptzylinder 51 verbunden, der den auf die Bremse 46 aufgebrachten Druck reguliert, wobei dieser Druck mit Hilfe eines Manometers gesteuert wird. Diese Vorrichtung ermöglicht beim Aufwickeln des Bleches zurSpirale eine sehr genaue Einstellung der Aufwicke I spann ung , und zwar über den ganzen Bereich der gleichfalls einstelIbaren Wickelgeschwindigkeit.

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Die SpiraI aufwieke Imaschine 48 liegt in einem bestimmten Abstand vor der Trommel (Haspel) 12. Zwischen ihnen erstrecken sich Holme 53, auf welchen sich ein Blecheinhängeschlitten 54, der über Sei Ie 11 mit der TrommeIhaspeI 12 verbunden ist, horizontal verschieben kann.

Die Aufwickelmaschine 48 weist zwei bewegliche Antriebsspindeln 55, 56 auf, die sich gegenüberliegen und auf einer Traverse 58 des Gerüstes (Rahmens) zwecks Anpassung a-n die Länge des verwendeten Bleches transversal verschoben werden können. Jede dieser Aufwicke I sp i ndeln 55, 56 weist je einen Aufwieke I dorn 59 auf. Die beiden Dorne 59 haben koaxial verlaufende Querachsen und sie tragen auf den sich gegenüberliegenden Stirnflächen die koaxialen Antriebsfinger 3 bzw. die zuvor beschriebenen Stangen 3. Jeder Dorn 59 ist über einen Ubertragungsmechanismus 61 mit Antriebsrädern und Ketten mit einer querverlaufenden, gerieften Antriebswelle 62 verbunden, die ihrerseits über einen Verbindungsmechanismus 63 mit der Ausgangswelle des Motors 45 verbunden ist. Dieser Motor 45 kann mit einer Momentenbegrenzungsvorrichtung versehen sein, und er kann für die Praxis ein regelbarer Gleichstrommotor oder ein An |-r i ebsaggregat mit Flüssigkeitsgetriebe sein. So ist es möglich, die Drehgeschwindigkeit der Antriebsdorne 59 nach Wunsch zu regeln und damit auch die Wi eke Igeschwindigkeit des zur Spirale aufgerollten Bl eches.

Auf den Aufwieke I dornen 59 sind in der Praxis Aufwieke I werkzeuge vorgesehen, die je nach der Art der gewünschten Aufwicklung verschieden sind. Diese Werkzeuge 64 tragen im in Fig. 17 dargestellten Beispiel die koaxialen Antriebsfinger oder -stangen 3. Durch diese Antriebswerkzeuge 64 wird es möglich-, das zur Spirale aufgewickelte Bündel schnei I zu lösen.

Die Antriebswerkzeuge 64 weisen einziehbare axiaJe Stifte 65 auf, die in den beiden äußeren Tei len des zentralen Kerns 4 aufge-

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nommen werden, auf welchem die Aufwicklung vorgenommen wird, und die ins Innere der Werkzeuge 64 eingezogen werden können, um die zur Spirale aufgerollte Einheit zu lösen. Dieses Einziehen kann von hydraulischen Vorrichtungen gesteuert werden, beispielsweise, indem die Stifte 65 mit Kolbenköpfen verbunden werden, die sich im Innern der Werkzeuge 64 verschieben.

Diese Werkzeuge 64 tragen außerdem Querflansche 66, die auf dem Körper des Werkzeugs 64 axial verschoben werden können, um die Ränder der Bleche während des Aufwickeins in derselben transversalen Ebene zu halten. Die Eiη reguI ierung der Stellung der Flansche 66 kann entweder durch Aufschrauben auf die mit Gewinde versehenen Werkzeugkörper 64 oder auch mit Hilfe von hydraulischen Vorrichtungen geschehen, wie es in Fig. 17 dargestellt ist. Diese Flansche 66 ermöglichen es, die Bleche im Verlauf und beim Ende des Aufwickeins vollkommen parallel zu halten und desgleichen wird das Halten einer Siekvorrichtung entlang der Blechränder, wie es in Fig. 20 dargestellt ist, ermöglicht. Diese Siekvoi— richtung 68 besteht aus einem verlängerten Rohr, dessen senkrechter Querschnitt die Form eines Dreiecks mit zwei Flügeln von verschiedener Dicke hat, welches zum Zeitpunkt des Aufwickeins zwischen die benachbarten Blechränder geschoben wird. Folglich bewirkt diese Siekvorrichtung 68 im Verlauf des Aufwickeins und infolge der starken auf das Blech ausgeübten Spannung eine derartige Krümmung des Randes des einen der Stränge 1 des Bleches, daß dieser Rand einen senkrechten Flügel darbietet, der seinerseits durch einen Kragen verlängert ist, der sich nach außen erstreckt und mit dem anderen ηichtdeformierten Strang 2 in Berührung gerät, und sich deshalb an dieser Stelle leicht später miteinander verschweißen läßt. Wenn der Aufwieke I Vorgang beendet ist, wird die Siekvorrichtung 68 zurückgezogen und dann der gesiekte Rand des Stranges 1 mit dem ηichtgesiekten Rand des Stranges 2 verschweißt,

In Fig. 18 ist eine besondere Ausführungs form der die Haspel bildenden Trommel 12 dargestellt. Diese Trommel hat in ihrer Umfangsfläche einen ausgenommenen Teil 12a, in welchem eine Abdeckung liegt, welche für eine kontinuierliche UmfangsfIäche der Trommel

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sorgt und zugleich eineBlecheinhängung bildet. Diese Abdeckung 69 weist eine äußere Platte 69a auf, die die kontinuierliche Umfangsfläche gewährleistet, eine Vorrichtung 69b sorgt für eine Festlegung durch Klemmfinger des zweiten Streifens 8, der die äußere Einfassung bildet, und eine Vorrichtung 69c, die für die Einhängung des Seils 11, das auf der Haspel 12 aufgewickelt ist, bestimmt ist. In Fig. 18 ist die Stellung, die die BIecheinhängungsabdeckung einnimmt, wenn sie in dem ausgenommenen Teil 12a der Trommel 12 liegt, in ρunkt-gestriehe I fen Linien dargestellt. Ihre Stellung, die sich abseits von der Trommel während des letzten Teils der Aufwieke I phase befindet, ist mit durchgezogenen Linien dargestellt.

Die Fig. 19 ist eine perspektivische Ansicht eines Wärmeaustauschers, der dem aus Fig. 7 ähnelt und der bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wird. In diesem Falle erstrecken sich die Eingangsrohrstutzen und die Flüssigkeitsausgänge 22, 23 längs und nicht radial wie im FaIIe von Fig.

Aus der vorausgegangenen Beschreibung ergibt sich, daß es die Erfindung ermöglicht, Wärmeaustauscher herzustellen, die robust und preiswert sind, dank einer einfachen, schnellen und wirtschaftlichen Herstellungsweise. Dank des Wegfalls eines vorangehenden SiekVorganges der Bleche gibt es keine Begrenzung, was die Länge der zur Spirale aufgewickelten Bleche betrifft.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann leicht in eine automatische Herstellungskette für Wärmeaustauscher eingegliedert werden.

Die Erfindung soll nicht auf die beschriebenen und dargestellten A usführungs formen begrenzt sein, sondern sie soll im Gegenteil alle Abänderungen umfassen.

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Insbesondere können die Kl cmme η einstellbar sein, sowohl in der Breite, als auch in der Dicke und sogar' in der Länge. Die beiden Antriebskerne können gleich oder ungleich, von identischer.Form oder nicht, sein.

Außerdem versteht es sich von selbst, daß mehr als zwei Stränge zur gleichen Zeit zur Spirale aufgerollt werden können, beispielsweise drei oder vier Eileche.

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Claims

PATENTANWALT DlPL-1NQ. JOACHIM STRASSE

HANAU · KOMERSTK.1» · POSTFACH 7*3 · TEL. (061(1) l«03/t0740 · TELEXi 4tt47>tpat · TELECKAMMEi HANAUPATENT

SPlREC L¹ECHANGEUR SPIRALE

EVER CLEAN

Siege Social: 8, rue d'Athenes

Paris 9eme __o ^ . ,n-i-,

22. Dezember 1977

Frankreich Str/Ml - 11 615

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Wärmeaustauschern

Patentansprüche:

Herstellungsverfahren für einen Wärmeaustauscher mit einer inneren Einheit in im wesentlichen zylindrischer Form, die durch das Aufrollen zur Spirale von zwei parallelen und benachbarten Strängen eines ersten Streifens, wie beispielsweise einem Blech entsteht,und eines zweiten Streifens, der über diese Einheit gewickelt wird, um eine äußere Umhüllung zu bilden, die eine Einfassung oder einen Zylindermantel darstellt, dadurch gekennz e i c h η e t , daß der erste Streifen des ersten Stranges (1) am Querrand des Streifens und In einem vorbestimmten Abstand vom Ende des ersten Stranges (1) derart festgelegt wird, daß der äußere Teil des ersten Stranges (1) des ersten Streifens über einen vorbestimmten Abstand bis zur Verbindungszone mit dem zweiten Streifen (2) freibleibt, daß dann gleichzeitig auf sich selbst in einem ersten Sinne (F 4) die beiden Stränge des ersten Streifens aufgewickelt werden, indem in Höhe einer Querlinie begonnen wird, die neben der Mitte des ersten Streifens liegt und wobei

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eine gesteuerte Längsspannung auf den zweiten Streifen (2) und folglich auf den ersten Strang (1), an dem er befestigt ist, ausgeübt wird, woraufhin der Aufwicke I Vorgang angehalten wird, wenn das freie Ende des ersten Stranges (1) aufgewickelt ist und sich mit dem Ende des zweiten Stranges (2) des ersten Streifens in Ausfluchtung befindet, dann wird die Drehung der so zur Spirale aufgerollten Einheit in einem zweiten Sinn (F 5) der zum ersten Aufwieke Isinn umgekehrt ist, eingeleitet, wobei eine gesteuerte Spannung auf den zweiten Streifen ausgeübt wird, dann wird diese Drehung angehalten und die beiden Enden des ersten und des zweiten Stranges des ersten Streifens wasserdicht verschweißt, dann wird die zur Spirale aufgerollte Einheit von neuem im ersten Sinne (F 4) derart gedreht, daß sie das Aufrollen des zweiten Streifens auf diese Einheit bewirkt, wobei eine gesteuerte Spannung auf den zweiten Streifen ausgeUbt wird, bis zur vollständigen Aufwicklung gemäß zumindest einer Umdrehung und schließlich wird das freie Ende des zweiten Streifens auf sich selbst befestigt.

Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des zweiten Streifens (2) beweglich und zumindest an einem Element (8), das ihn verlängert und auf welches die gewünschte Spannung in den beiden gewünschten Verschiebungsrichtungen ausgeUbt wird, befestigt wird, wobei diese Befestigung zumindest provisorisch durchgeführt wird, bevor die Befestigung mit dem Element, welches diesen Streifen verlängert, gelöst wird.

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3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, mit einem Rahmen, auf weichem der Mechanismus zum Aufwickeln des Streifens zur Spirale befestigt ist, wobei dieser Mechanismus einen Antriebsmotor zum Drehantrieb aufweist und Vorrichtungen, die mit dem Streifen zusammenarbeiten, um diesen zu einer Spirale aufzurollen, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Trommel (12) aufweist, die eine Haspel bildet, mit einer parallel zur Achse des Aufwieke ImechanIsmus zu einer Spirale (48) verlaufenden Achse, zumindest ein aufrollbares Element (11), wie beispielsweise Band oder Seil, das mit einem seiner Enden an der Trommel 12 festgelegt ist, wobei es mit seinem anderen Ende am äußeren Teil des zweiten Streifens (8) befestigt sein kann, der dafür bestimmt ist, die äußere Umhüllung für den Austauscher zu bilden, sowie einen zweiten Motor (47) für den Drehantrieb der Trommel und eine regulierbare Bremsvorrichtung 46, die auf die Trommel wirkt.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das aufrollbare Element (11), oder jedes Element, mit seinem freien Ende mit zumindest einem lösbaren Verbindungsorgan (10, 54, 69) wie beispielsweise einer Klemme, verbunden Ist, das dafür bestimmt ist,mit dem Ende des zweiten Streifens (8) zusammenzuwirken und die Trommel (12) auf ihrer Umfangsfläche zumindest eine querverlaufende Ausnehmung (12a) aufweist, in welcher das Organ oder jedes Organ zur lösbaren Verbindung (10, 54, 69) zu liegen kommt, um keinen Wulst zu b i I den.

5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennze i chnet, daß der Mechanismus zum Aufwickeln zur Spirale (48) einerseits zwei koaxiale

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Stützen (65) zur Aufnahme eines Kerns (4) aufweist, auf welchem die Aufwicklung zur Spirale ausgebildet werden soll und andererseits zumindest ein Antriebsorgan (3), das zur Achse der Stützen parallel verläuft und vom Kern (4) seitlich um einen Abstand versetzt ist, der im wesentlichen gleich der Dicke des aufzurollenden Streifens (1, 2) ist, wobei das Antriebsorgan (3) aus einer Stange besteht, die sich über die ganze Breite des aufzurol lenden Streifens erstreckt oder aus zwei koaxialen Fingern von geringer Länge, die sich gegenüber liegen, besteht.

6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus zum Aufrollen zur Spirale zwei parallele zylindrische Kerne (33, 34) aufweist, die voneinander um einen Abstand, der im wesentlichen gleich der Dicke des aufzurollenden Streifens (1, 2) ist, getrennt sind und durch eine gemeinsame Drehwelle (41) verbunden sind, deren gedachte Achse zwischen den beiden Kernen verläuft.

7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Kerne (4, 33, 34) herausnehmbar und ein Teil der aufgerollten Einheit sind.

8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Kerne (4, 33, 34) fest mit radialen Keilen (43, 37, 38) verbunden sind.

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9. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch g e kennzei chnet, daß der Mechanismus zum Aufwickeln zur Spirale einen Kern (30) mit einem querverlaufenden Schlitz (31),dessen Breite im wesentlichen gleich der Dicke des aufzurollenden Streifens (1, 2) ist, aufweist.

10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus zum Aufwickeln zur Spirale (48) zwei AufwickeIspindeI η (55, 56) aufweist, die transversal einstellbar sind und jede je einen Aufw!ckeI dorn (59) sowie ein auf jeder AufwickeIspindeI (59) lösbar befestigtes Aufwickelwerkzeug (64) tragen und einen Flansch (66), der auf dem AufwickeIwerkzeug (64) einstellbar ist, um die Bleche und eventuell ein Siekorgan (68), das zwischen die benachbarten Ränder der Bleche zwischengeschaltet ist, seitlich zu halten.

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