DE2830690A1

DE2830690A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung mechanischer rohrverbindungen

Info

Publication number: DE2830690A1
Application number: DE19782830690
Authority: DE
Inventors: Robert E Anthony; Charles B Mort
Original assignee: United Aircraft Products Inc
Current assignee: United Aircraft Products Inc
Priority date: 1977-07-14
Filing date: 1978-07-12
Publication date: 1979-02-01
Also published as: GB2000996A; DE2830690C2; GB2000996B; US4152818A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung mechanischer dichter Verbindungen zwischen einem Rohrende und einer Stirnplatte eines mit Rohren und einer Umhüllung versehenen Wärmeaustauschers.

Es ist bereits bekannt, bei derHerstellung eines Wärmeaustauschers mit Rohren und einer Umhüllung eine Verbindung zwischen einem Rohrende und dessen zugeordneter Rohrplatte oder Stirnplatte dadurch zu erzielen, daß das Rohr in eng passende Berührung mit der Wand eines Loches, in dem das Rohrende aufgenommen ist, ausgeweitet wird. Dies wird häufig derart durchgeführt, daß in das Rohrende, nachdem es zuerst in ein Loch in der Stirnplatte eingesetzt worden ist, ein drehbarer Dorn mit Rollen eingeführt wird. In Abhängigkeit von der Längseindringung des Dorns und seiner gleichzeitigen Drehung wird das Rohrende radial in engpassende Berührung mit der Wand des Loches deformiert.

Bei der Entwicklung von Rohrwärmeaustauschern mit geringem Gewicht, kompakter Bauform und hoher Leistung wurde die Verwendung von mechanischen Rohrverbindungen zugunsten einer metallurgischen Verbindung, insbesondere dem Hartlöten, aufgegeben. Bei diesem Verfahren werden eine oder beide Flächen der Stirnplatte mit einer Lotlegierung beschichtet. Nachdem Rohre in den· in der Stirnplatte oder den Stirnplatten vorgesehenen Löchern angeordnet wurden, wird der gesamte Aufbau auf die Schmelztemperatur der Lotlegierung aufgeheizt und dann abgekühlt. Im Verlauf dieser Verfahrensschritte schmilzt die Lotlegierung und fließt derart, daß es Kehlnähte um die Rohre herum bildet und beim Erhärten eine Verbindung und Abdichtung zwischen den Rohren und Platten erzeugt. Metallurgische Verbindungen weisen offensichtliche Vorteile auf, wie Geschwindigkeit, Gleichmäßigkeit und geringe Kosten und sie werden geschätzt wegen der sicheren Abdichtung, die sie an den Rohrverbindungen bilden. Bei viBLen Wärmeaustauschern kleiner Bau-

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form und hoher Leistung können sogar kleinere Leckstellen durch die Rohrverbindungen nicht geduldet \%erden.

Der hartgelötete Wärmeaustauscher ist jedoch nicht ohne Nachteile. Unter einigen Bedingungen bei der Herstellung oder des Gebrauchs oder bei beiden, kann die Korrosion zu einem Problem werden. Sehr hohe Drücke des durchgeleiteten Fluids, können zusammen mit Vibrationen und einer Stoßbelastung zerstörerisch auf die Rohrverbindungen wirken. Diese Umstände haben in einigen Fällen zu der Forderung nach einem nicht gelöteten Rohrwärmeaustauscher geführt, d. h. nach einem Wärmeaustauscher, bei dem die Rohre mit den Stirnplatten nur unter Verwendung mechanischer Mittel verbunden sind. Beim Versuch, diese Forderung zu erfüllen, wurde festgestellt, daß die bisherigen, herkömmlichen Verfahren nicht anwendbar sind. Die ergriffenen Maßnahmen zur Erzielung eines geringen Gewichts, hoher Leistung und kleiner Bauform von Rohrwärmeaustauschern bestehen nämlich unter anderem darin, daß die Rohre aus dünnwandigem Material gefertigt und daß die Rohre ⁺' zur Erzielung einer hohen Dichte eng aneinandergepackt wurden. Diese Merkmale vergrößern die Schwierigkeiten und das Risiko bei der Ausweitung der Rohrenden in den Stirnplatten. Der geringe Durchmesser der Rohre maciit herkömmliche Ausweitungsverfahren unbrauchbar, da kein bekanntes Ausweitungswerkzeug klein genug ist, um in das Rohrinnere einzudringen und dort zu arbeiten.

Es ist daher erforderlich gewesen, zur Entwicklung eines praktischen Verfahrens zur mechanischen Verbindung von Rohren mit Stirnplatten neuartige Werkzeuge und Verfahren zu entwickeln. Gemäß einem derartigen Vorschlag wird auf einem schlanken, radähnlichen Dorn ein nietenähnliches Element oder ein Endring abgestützt gegen einen vergrößerten Kopf des Domes angeordnet. Der Dorn mit dem darauf angebrachten Endring wird in ein Rohrende in einer Stirnplatte

+) mit einem Durchmesser von größenordnungsmäßig 3 mm 809885/0831

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eingesetzt. Dann zieht ein pneumatisches Werkzeug oder eine ähnliche Vorrichtung den Dorn, während auf den Endring an einem Ende ein Reaktionsschub ausgeübt wird. Dadurch wird der vergrößerte Kopf des Dorns durch den Endring gezogen, expandiert diesen und expandiert gleichzeitig auch das umgebende Rohrende. Dieser Vorgang ist ausführlich überprüft worden, wobei viele Variationen des Rohrs, des Dorns und der Größe des Endrings und seines Materials verwendet wurden, und wobei mit und ohne einer Gegenbohrung in der Stirnplatte zur Schaffung eines Raums, in den das Rohrende sich ausweiten kann, gearbeitet wurde. Sogar unter kontrollierten Laboratoriumsbedingungen ist es nicht möglich gewesen, unter Verwendung des vorstehenden Verfahrens einen leckfreien Wärmeaustauscher zu erzeugen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der vorstehend erläuterte Vorschlag zum Ausweiten eines Rohrendes über einen angebrachten Endring beibehalten und weiterentwickelt. Dabei ist die Stirnplatte mit einer Bohrung und einer Gegenbohrung versehen und Endringe mit einer größeren Länge als die Tiefe der Gegenbohrungen sind in die Bohrungen derart eingesetzt, daß sie durch die Gegenbohrungen hindurchragen und Kopfabschnitte aufweisen, die gegen eine Vorderfläche der Stirnplatte anliegen. Der Endring wird dann gemäß dem vorherigen Vorschlag ausgeweitet und in einem zweiten Metallbearbeitungsvorgang wird ein preßpolierartiges Werkzeug in Längsrichtung innerhalb des Endrings drehend verschoben. Die Längs^bewe9^un9 des drehenden Werkzeugs wird durch den. von der Gegenbohrung umgebenen Abschnitt des Endrings hindurch und über diesen hinaus fortgesetzt und vorzugsweise durch die gesamte Länge des Endrings hindurch. Beim Zerschneiden von Musterverbindungen und bei mikrofotografischen Untersuchungen wurde herausgefunden, daß die anfängliche Ausweitung des Endrings nicht ausreichend ist, um einen

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engen festen Kontakt des Rohrs mit der Stirnplatte zu erzielen und daß insbesondere eine ungenügende Verformung des Rohrs an der den Boden der Gegenbohrung bildenden Schulter erfolgt. Nach dem zweiten Metallbearbeitungsvorgang wurde jedoch gefunden, daß das Rohrmaterial wirksam durch die Schulter der Gegenbohrung eingedrückt wurde und nunmehr die Gegenbohrung im wesentlichen ausfüllt. Untersuchungen zeigten, daß gerade die Kombination des ersten und des zweiten Metallbearbeitungsvorgangs keine Lecks um die Rohre herum beläßt und daß der Gedanke, den zweiten Vorgang durch die gesamte Länge des Endrings hindurch auszuführen, für die sichere Verhinderung von Lecks besonders wirksam ist.

Die Gründe, warum das weiterentwickelte Verfahren gemäß der Erfindung so erfolgreich ist im Vergleich zu dem bekannten Verfahren, werden noch nicht voll verstanden. Es scheint jedoch, daß die in entgegengesetzter Richtung erfolgende Bearbeitung des Endrings durch die zueinander gegenläufigen Zieh- und Schiebevorgänge der jeweiligen ersten und zweiten Metallbearbeitungsvorgänge, die Verwendung einer verhältnismäßig .scharfkantigen Gegenbohrungsschulter und einer Gegenbohrung von geringerer Länge als der Endring, sowie das Durchstoßen des Preßpolierwerkzeugs durch die gesamte Länge des Endrings hindurch zu diesem Erfolg ganz wesentlich beitragen.

Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der Erfindung wird der beschriebene zweite Metallbearbeitungsschritt unter Verwendung eines automatisierten Geräts durchgeführt. Eine Vielzahl von Stirnplatten ist gemeinsam auf einem Tisch angebracht, der eine schrittweise Drehbewegung ausführen kann, wobei die Umfangsabschnitte der Platten abgestützt sind. Darüber oder in gegenüberliegender Beziehung ist ein Satz von drehbaren Preßpolierwerkzeugen in einem Maschinenkopf angebracht, der sich auf den Tisch zu und von diesem

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weg hin und her bewegen kann. Bei einer Annäherungsbewegung der Werkzeuge werden diese in Endringe eingeführt, die in Rohrenden eingesetzt sind und die Werkzeuge führen den zweiten der beiden beschriebenen Metallbearbeitungsvorgänge durch. Bei einer Rückziehbewegung der Werkzeuge wird der Gerätetisch in Drehrichtung schrittweise vorgeschoben, um neue Rohrpositionen mit den gegenüberliegenden Werkzeugen auszurichten; während einer vorbestimmten Folge von Schritt- bzw. Einstellbewegungen werden alle Rohrpositionen in allen Stirnplatten durch die hia· und herbewegten und sich drehenden Werkzeuge bearbeitet.

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer mechanischen Rohrverbindung zu schaffen, das die vorstehend diskutierten Merkmale aufweist. Die Erfindung betrifft also ein Verfahren zur Herstellung mechanischer Rohrverbindungen in einem ersten und einem zweiten Metall— bearbeitungsvorgang, die über einen in einem Rohrende innerhalb einer Stirnplatte angebrachten Endring durchgeführt werden, wobei zuerst ein enger Sitz des Rohrends in der Platte und danach.ein abdichtender Kontakt erzielt wird. Gemäß dem Verfahren wird ein maschineller Vorgang vorgeschlagen, bei dem mehrere Stirnplatten mit jeweils mehreren Rohrpositionen zur Durchführung von Einstellbewegungen bezüglich eines Satzes von Werkzeugen zur Durchführung des zweiten der beiden Metallbearbeitungsvorgange gehaltert sind und vollständig abgedichtete Verbindungen aller Rohrpositionen in allen Platten in einer einzigen Reihe von automatischen Vorgängen erzeugt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

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Fig. 1 eine Seitenansicht eines Rohrwärmeaustauscherkerns aus Stirnplatten und darin angebrachten Rohren, wobei ein Teil der Platten weggebrochen ist, um eine Rohrverbindung zu zeigen;

Fig. 2 eine im Vergleich zu Fig. 1 vergrößerte Einzelansicht eines !Teils einer Stirnplatte und eines Endes eines darin angebrachten Rohrs vor der Expandierung zur Formung der Rohrverbindung;

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, in welcher ein Endring im Rohrende angeordnet und ein Dorn in den Endring vorbereitend für die Ausführung des ersten von zwei Metallbearbeitungsvorgängen eingesetzt ist;

Fig., 4- eine den Fig. 2 und 3 ähnliche Ansicht, in der die Rohrverbindung gezeigt ist, wie sie nach dem ersten Metallbearbeitungsvorgang erscheint;

Fig. 5 eine stark vergrößerte Ansicht eines Teils der Fig. 4_? in der die nach dem ersten der beiden Metallbearbeitungsvorgänge in der Rohrverbindung verbliebenen Spalte gezeigt sind;

Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnliche Ansicht, in der der Endring und das Rohr gezeigt sind, wie sie während des zweiten der beiden Metallbearbeitungsvorgänge expandiert wurden;

Fig. 7 eine Ansicht des zur Durchführung des zweiten der beiden Metallbearbeitungsvorgänge verwendeten Geräts ; und

Fig. 8 eine Einzeldarstellung, in der die Zuordnung der Teile des Geräts der Fig. 7 gezeigt ist.

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispial der Erfindung dargestellt, die insbesondere, jedoch, nicht ausschließlich zur Herstellung eines Rohrv/ärmeaustauscherkerns, wie er in der iig. 1 gezeigt ist, geeignet ist. Der Kern weist zueinander im Abstand angeordnete Stirnplatten 10 und 11 auf, die durch Rohre 12 miteinander verbunden sind. Der die Endplatten 10 und 11 und die Rohre 12 umfassende Kernaufbau ist bei herkömmlicher Verwendung eines derartigen Aufbaus innerhalb einer umgebenden Hülle angeordnet und mit einem oder beiden Enden an einen Sammelleitungsaufbau angeschlossen. Die Stirnplatten weisen jeweils äußere Nuten 13 und 14 auf, in denen ein Dichtring oder ähnliches angebracht ist. Ein erstes Fluid ist durch die umgebende Hülle eingegrenzt und fließt über die Rohre hinweg und zwischen den Rohren 12 hindurch. Ein zweites Fluid hat durch den Sammelleitungsaufbau Zugang zu einer Endfläche einer der Platten 10 oder 11 und strömt in Längsrichtung durch die Rohre 12, wobei es aus deren entgegengesetzten Enden austritt. Durch diese Anordnung wird ein Wärmeaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid durch die Wände der Rohre 12 hindurch herbeigeführt. Die in den Nuten 13 und 14- angebrachten Dichtvorrichtungen verhindern eine Verbindung zv/ischen dem ersten und dem zweiten Fluid um die Stirnplatten herum. indianische, leckfreie Verbindungen an den Stellen, an denen die Rohre in den Stirnplatten aufgenommen sind, verhindern eine Verbindung des ersten und des zweiten Fluids um die Rohrenden herum.

Die Stirnplatten 10und 11 sind im wesentlichen identisch, so daß die Beschreibung der einen für beide genügt. Auch die Art und V/eise, in der eine fest abgedichtete Verbindung zwischen jedem Rohrende und der jeweiligen Platte erzielt wird, ist die gleiche für alle Rohre 12, so daß eine Beschreibung einer Verbindung für alle genügt. Die Platte 10 weist eine Durchgangsbohrung 15 auf, die ein zugehöriges Rohr 12 aufnimmt. An einem Ende.der Bohrung 15 ist eine Gegen-

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bohrung 16 vorgesehen, die sich durch eine äußere Endfläche 17 der Stirnplatte öffnet. Das Rohr 12 ist aus metallischem Material hergestellt und weist eine ausreichende Steifigkeit auf, um zusammen mit anderen Rohren und mit den Stirnplatten 10 und 11 eine verhältnismäßig feste stationäre Anordnung der den Kernaufbau bildenden Teile zu gewährleisten. Das Rohr ist im Interesse guter Warmeubertragungseigenschaften verhältnismäßig dünn und dergestalt deformierbar, daß Teile davon innerhalb der Stirnplatte in eine engpassende Berührung mit den die Bohrung I5 und die Gegenbohrung 16 begrenzenden Wänden expandiert bzw. ausgeweitet werden können, wie gezeigt wird. Der Außendurchmesser des Rohres 12 ist ungefähr gleich dem Durchmesser der Bohrung I5. Das Rohr 12 wird in geeigneter Weise, beispielsweise von Hand oder maschinell, in die Bohrung 15 eingeführt und nimmt darin im wesentlichen eine Stellung ein, wie sie in der Fig. 2 gezeigt ist, wobei ein Ende des Rohrs im wesentlichen in der Ebene der Stirnfläche I7 angeordnet ist. Das äußere Rohrende erstreckt sich demgemäß durch die Gegenbohrung 16 hindurch und steht in radialer Abstandsbeziehung zu der die Gegenbohrung begrenzenden zylindrischen Wandoberfläche. Der Boden der Gegenbohrung begrenzt eine Schulter 18 und die Formung der Gegenbohrung wird derart durchgeführt, daß die Schulter 18 als scharfkantige Fläche senkrecht zur äußeren Fläche des Rohrs 12 ausgebildet ist. Dabei kann die Bohrung I5 in irgendeiner herkömmlichen Weise beispielsweise durch Bohren geformt sein. Die ^egenbohrung kann einzeln oder in Verbindung mit der Bildung der Bohrung 15 geformt sein, beispielsweise mittels eines die Gegenbohrung formenden, mit einer Schulter versehenen Bohrwerkzeugs als Teil des gleichen Vorgangs, durch den die Bohrung I5 geformt wird.

In einem auf die Einführung des Rohrs 12 in die Stirnplatte folgenden Arbeitsschritt wird ein rohrförmiger Niet oder ein Endring 19 in dasjenige Ende des Rohrs eingesetzt, welches

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sich durch die Plattenfläche 17 öffnet. Der Endring 19 weist einen zylindrischen Körper bzw. Schaftabschnitt 21 auf, der zur Aufnahme innerhalb des Rohrs ausgebildet ist, sowie einen Kopfteil 22, der an der Fläche 17 anliegt. Der Körperabechnitt 21 des Endrings weist einen Außendurchmesser auf, der ungefähr gleich dem Innendurchmesser des Rohrs 12 ist. Der Endring weist eine zentrale Bohrung auf, die sich einerseits durch den Kopf 22 und andererseits an einer Stelle öffnet, die als das innere Ende des Endrings angesehen werden kann. Der Endring 19 ist entsprechend seiner Funktion bei der Unterstützung der Deformierung des Rohrs 12 aus einem verhältnismäßig steifen, jedoch verformbaren Material hergestellt. Der Endring wird in das Rohrende als Teil eines Aufbaus eingeführt, der überdies einen drahtähnlichen Kern 24 umfaßt, an dessen einem Ende ein allgemein zylindrisches Glied 25 befestigt ist, dessen Durchmesser etxtfas größer ist als der Durehmesser der Bohrung 23. Der Dorn 24 ist an seinem entgegengesetzten Ende in einem pneumatischen Werkzeug aufgenommen, von dem in der Fig. 3 ein Nasenteil 26 gezeigt ist. Der Nasenteil 26 */eist eine Endvertiefung 27 auf, die zur Aufnahme des Endringkopfes 22 ausgebildet ist. Innerhalb des Werkzeugs 26 weist der Dorn 24- eine lösbare Verbindung mit einem Zugmechanismus auf, der beim Einschalten auf den Dorn eine axiale Zugbewegung ausübt. Bevor der Dorn mit dem Zugmechanismus innerhalb des Werkzeugs 26 in Eingriff gebracht wird, wird ein Endring 19 über den Dorn geschoben und in eine Stellung gebracht, in der er im Eingriff mit dem vergrößerten kugeligen Glied 25, das das äußere Ende des Doms begrenzt, ruht. Der Dorn wird dann mit dem Zugmechanismus im Werkzeug in Eingriff gebracht und der ETasenabschnitt 26 wird derart angeordnet, daß er an dem Endring-Kopf 22 anliegt. Zu diesem Zeitpunkt nehmen die Teile eine Stellung zueinander ein, wie sie im wesentlichen in der Fig. 3 dargestellt ist. Wie zu sehen ist, übersteigt dabei die Länge des Schafts oder

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zylindrischen Abschnitts 21 des Endrings 19 die Tiefe der Gegenbohrung 16 beträchtlich. Wenn nun das pneumatische Werkzeug 26 zur Ausübung einer Zugkraft auf den Dorn 24-eingeschaltet wird, wird das vergrößerte kugelige Endglied 25 des Dorns durch die Bohrung 23 hindurchgezogen, wobei die Reaktion auf'diese ausgeübte Kraft durch den Eingriff des Nasenabschnitts des Werkzeugs 26 mit dem Endringkopf 22 abgestützt wird. Bei dem Vorgang der Bewegung durch die Bohrung 23 versetzt das kugelige Glied 25 das die Wand der Bohrung begrenzende Material in allgemein radialem Sinn. Die auf diese V/eise ausgeübten Deformierungsdrücke werden durch den Schaftkörper 21 des Endrings auf das Rohr 12 übertragen, wo sie dazu führen, daß das Rohr in einen eng sitzenden Kontakt mit der Wand der Plattenbohrung 15 hineingedrängt wird. Während das Glied 25 durch eine mit der Schulter 18 zusammenfallende Ebene hindurchtritt, wird Rohrmaterial· in die Gegenbohrung 16 hinein verformt, und während das Giied 25 vollständig aus der Bohrung 83 herausgezogen wird, expandiert das Rohr beträchtlich um die Gegenbohrung 16 auszufüllen. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich die Teile im wesentlichen in einer Stellung, wie sie in der Fig. 4-gezeigt ist, wobei der Endring wirksam in einem Roiir 12 angebracht ist und bei seiner Expandierung das Rohr in einen verhältnismäßig strammen Paßsitz in der Bohrung 15 und der Gegenbohrung 16 deformiert hat.

Vorstehend wurde ein erster Metallbearbeitungsschritt gemäß der Erfindung beschrieben. Wenn jedoch die durch den ersten Metallbearbeitungsvorgang geformten Teile einer mikrofotografischen Untersuchung oder einer ähnlichen Inspektion unterzogen werden, dann findet man, daß die Deformierung des Rohrs 12 auswärts in Kontakt mit der Bohrung 15 und auswärts in Kontakt mit der die Gegenbohrung begrenzenden Wand keinen abdichtenden Eingriff der Teile mitein-

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ander herbeigeführt hat. Die Zuordnung der Teile kann beispielsweise wie in Fig. 5 dargestellt sein, wobei die Fig. eine Vergrößerung eines Teils der in Fig. 4- gezeigten Verbindung ist. Bei einer gewöhnlichen Untersuchung würde es zwar scheinen, daß das Rohr 12 in gleichförmig berührender Beziehung zu der Wand der Bohrung 15 steht und die Gegenbohrung 16 ausfüllt, liegt jedoch tatsächlich, wie in der Fig. 5 angedeutet ist, ein Mangel an Gleichförmigkeit des Kontakts in diesen Bereichen vor, was zu Spalten 28 zwischen dem Rohr und einer Platte und in Spalten 29 innerhalb der Gegenbohrung, insbesondere zu einem Spalt 29a an der Schulter 18 führt. Die auftretenden Spalte bzw. Lücken stellen einen Leckpfad bzw. eine Undichtigkeit um die Rohre 12 herum dar und die entstehenden Undichtigkeiten können in Abhängigkeit von der Art und dem Druck des zwischen den Stirnplatten 10 und 11 eingeschlossenen Fluids und gemäß den Unterschieden in den Herstellungstoleranzen der Teile von kleineren oder größeren Ausmaßen sein.

Ein gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehener zweiter Metallbearbeitungsvorgang wird unter Verwendung eines Preßpolier-Werkzeugs 51 (siehe Fig. 6 und 8) durchgeführt. Dieses Werkzeug weist einen Körperabschnitt 52 auf, der an einem äußeren Ende in einer Schulter 55 abschließt, von welcher aus sich ein zylindrischer Abschnitt 54- mit verhältnismäßig vermindertem Durchmesser erstreckt, der mit einem stumpfen, gekrümmten Ende 55 abschließt. Der zylindrische Abschnitt 5^· weist einen Durchmesser auf, der etwas den inneren Durchmesser des durch das sphärische Glied. 25 expandierten Endrings übersteigt. Das Werkzeug 51 wird durch das äußere bzw. Kopfende des Endrings 19 in diesen eingesetzt und in Längsrichtung durch den Endring geschoben, während es gleichzeitig verhältnismäßig schnell gedreht wird. Die Kombination von axialem Schub und der Drehbewegung hat zur Folge, daß der zylindrische

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Abschnitt 3^ des Werkzeugs in die Bohrung 23 eindringt und eine weitere radial nach außen verlaufende Verschiebung des Endring-Materials herbeiführt. Dementsprechend wird auf das Rohr ein zusätzlicher Deformierungsdruck ausgeübt, der das Rohr fest in die Gegenbohrung 16 hineinpreßt und alle betroffenen Teile des Rohrs jenseits der Gegenbohrung in einen gleichmäßigen, engen Kontakt mit der die Wand begrenzenden Bohrung 15 bringt. Dabei wird eine Anordnung der Teile im wesentlichen wie in Pig. 6 gezeigt erzielt, wobei hervorzuheben ist, daß alle Lücken 28-29 geschlossen wurden; insbesondere aber wurde die verhältnismäßig scharfkantige Schulter 18 in das Material des Rohrs 12 derart eingedrückt, daß die Lücke 29a sicher geschlossen ist. Die axiale Schubkraft des Preßpolier-Werkzeugs 31 wird aufrechterhalten, bis der zylindrische Abschnitt 34- durch die volle Erstreckung der Endring-Bohrung 23 hindurchgeführt ist. Nachdem das Werkzeug zurückgezogen worden ist, haben die Teile die in Pig. gezeigte Anordnung und Ausbildung angenommen, bei der eine einwandfreie Abdichtung gegen ein Entweichen von zwischen den Stirnplatten 10 und 11 eingeschlossenem Fluid um das Rohr 12 herum erzielt worden ist.

Im Zusammenhang mit dem zweiten Metallbearbeitungsschritt ist insbesondere hervorzuheben, daß das preßpolier-ähnliche Werkzeug 31 durch die Endring-Bohrung 23 in einer Richtung hindurchtritt, die derjenigen entgegengesetzt ist, in der das kugelige Glied 25 bewegt wird, und daß das Glied 31 durch den Endring 19 so weit hindurchgeschoben wird, bis dessen volle Länge durchdrungen wurde. Es wird nicht ganz verstanden, warum die Kombination der vorgeschlagenen Metallbearbeitungsschritte zu dem beabsichtigten Erfolg führt, während ein Verfahren, das nur aus einem einzigen Metallbearbeitungsschritt besteht erfolglos bleibt. Es ist jedoch anzunehmen, daß die Länge des Endrings 19 im Verhältnis zur

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Tiefe der Gegenbohrung 16 ebenso wesentlich zu diesem Ergebnis beiträgt, wie dies das Ausmaß des Eindringens des Werkzeugs 31 und die bezüglich zueinander entgegengesetzten Bewegungen des Dorns 24-25 und des Werkzeugs 31 bewirken. In letzterem Zusammenhang soll angemerkt werden, daß die von den jeweiligen Werkzeugen ausgeübten Verformungskräfte axiale Komponenten aufweisen, die gemäß dem erfinderischen Gedanken im komplementären Sinn zueinander ausgeübt werden. Es wurde bereits angeregt, daß dann, wenn ein größeres Ausmaß der Verformung des Endrings und des Rohrs wünschenswert ist, das kugelförmige Glied 25 größer gemacht werden könnte oder daß der Endring in Stufen unter Verwendung von progressiv größeren sphärischen Dornen expandiert werden könnte. Es bestehen jedoch Begrenzungen der Festigkeit des drahtähnlichen Gliedes 24, welche diese Maßnahmen ebenso begrenzen wie Kostenfaktoren, die wiederholte Verfahrensschritte unpraktisch erscheinen lassen. Überdies wird durch keine dieser Möglichkeiten eine rückwärts gerichtete axiale Schubkraft ausgeübt, wie sie durch den erfindungsgemäßen zweiten Metallbearbeitungsschritt herbeigeführt wird und es besteht eine Unstetigkeit beim Schließen der Spalte 28-29 uid insbesondere bei der Sicherstellung einer eindeutigen eingedrückten Beziehung zwischen dem Rohr und der Schulter 18 der Gegenbohrung.

Gemäß der Erfindung wird das Rohrmaterial in einem zweistufigen Vorgang sicher und bestimmt deformiert, und zusammen mit der vorgesehenen Gegenbohrung ein eng abdichtender Kontakt des Rohrs mit der Stirnplatte erzielt.

Bei einem Wärmeaustauseher aus Mehrfachrohren 12, wie im wesentlichen in der Fig. 1 dargestellt, sind Endringe 19 in allen Rohrenden an beiden Enden des Kernaufbaus angebracht und der beschriebene erste Mei;allbearbeitungsvorgang wird jeweils einzeln an den mehreren Rohren ausgeführt. Dabei

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können auf dem drahtähnlichen Dorn 24 mehrere Endringe 19 hintereinander angeordnet sein. Das pneumatische Werkzeug kann dementsprechend schnell von einer Rohrstellung zu einer anderen bewegt werden, wobei es nacheinander die anfängliche Expansion bzw. Ausweitung von mehreren Rohren durchführt. Der zweite Metallbearbeitungsvorgang kann mit Bezug auf die einzelnen Rohre in ähnlicher Weise ausgeführt werden, indem das preßpolierartige Werkzeug 31 in einem Drehantriebswerkzeug montiert wird und das gesamte Werkzeug nacheinander an den einzelnen Rohrstellungen angewendet wird. Gemäß der Erfindung kann jedoch der zweite Metallbearbeitungsschritt mit einer Maschine ausgeführt werden, die gleichzeitig an einer Vielzahl von Kernaufbauten arbeiten und die Arbeit an den vielen Rohrpositionen all dieser Aufbauten in einer einzigen Reihe von Vorgängen durchführen kann.

Wie in der Fig. 7 dargestellt ist, weist eine derartige Maschine eine Basis 36 auf, die einen relativ hierzu drehbaren Tisch 37 trägt, in welchem eine kreisförmige Reihe von Hohlräumen 38 ausgebildet ist. Jeder Hohlraum ist eine zylindrische Ausnehmung in dem Tisch und weist eine derartige Größe auf, daß er einen Kernaufbau aufnehmen kann und die umgebende Wand der Ausnehmung in verhältnismäßig eng begrenzender Beziehung zu der obersten Stirnplatte 10 oder 11 hält. Dementsprechend wird die Stirnplatte gegen eine seitliche Deformation durch den v/ährend des zweiten Metallbearbeitungsvorgangs ausgeübten Druck gehalten.

Über dieser Basis 36 der Maschine ist ein Kopf 39 angebracht , der entlang der Führungsstangen 41, 42 und 43 zur Vor- und Rückführbewegung bezüglich der Basis hin- und herbeitfegbar ist. In hier nicht dargestellten Drehspindeln weist der Kopf 39 mehrere Preßpolier-Werkzeuge 31 auf. Die Werkzeuge 31 sind in einem Muster angeordnet, das eine vorbe-

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stimmte Anzahl von Werkzeugen in eine vorbestimmmte Beziehung zu ausgewählten Rohrpositionen der verschiedenen auf dem Tisch 37 gelagerten Kernanordnungen bringt. Der Tisch 37 wird schrittweise in zeitlicher Koordinierung mit der Hin- und Herbewegung des Kopfes 39 gedreht. Wach jedem Absenken des Kopfes 39 treten die Werkzeuge 31 in die Endringe 19 an den ausgerichteten Rohrpositionen ein und bewirken den zweiten der beiden Metallbearbeitungsvorgänge wie vorstehend beschrieben. Nachdem die Werkzeuge durch eine Anhebebewegung des Kopfes 39 zurückgezogen wurden, werden die Schaft- bzw. Arbeitsenden 3^ der Werkzeuge aus den Kernanordnungen herausgezogen, worauf der Tisch in die nächste Einstellposition bewegt wird. Der Kopf 39 senkt sich dann zur Bearbeitung von Rohren einer weiteren ausgewählten Gruppe von Rohrpositionen ab und diese Vorgangsfolge wird fortgesetzt, bis alle Rohrpositionen in allen Kernanordnungen bearbeitet worden sind. In diesem Zusammenhang soll angemerkt werden, daß die Anordnung der Rohrpositionen und der gehaltenen V/erkzeuge derart getroffen ist, daß während einer vorbestimmten Anzahl von Einstellbewegungen des Tisches 37 eine vollständige Bearbeitung aller Rohrpositionen in allen Kernaufbauten durchgeführt wird.

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Claims

Λ Λ Verfahren zur Herstellung einer lecMichten Verbindung j zwischen einem Rohrende und einer aufnehmenden Stirnplatte durch mechanische Mittel in einem Wärmeaustauscher mit Rohren und einer Umhüllung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stirnplatte mit einer ein Rohr aufnehmenden Durchgangsbohrung vorgesehen wird, daß ein Rohr aus einem deformierbaren metallischen Material verwendet wird, dessen Außendurchmesser ungefähr gleich dem Lochdurchmesser in der Stirnplatte ist, daß ein Ende des Rohrs in das Loch in der Stirnplatte eingesetzt wird, so daß es darin mit einem Ende an oder in der Nähe einer

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äußeren Fläche der Stirnplatte aufgenommen ist, daß von der äußeren Fläche her in ein eingesetztes Rohrende ein metallischer Endring mit einem zylindrischen Körperabschnitt, der einen Außendurchmesser ungefähr gleich dem Innendurchmesser des Rohrs aufweist, eingesetzt und in dem Rohrende in Längsrichtung derart positioniert wird, daß ein äußeres Ende des Endrings im wesentlichen mit dem äußeren Ende des Rohrs übereinstimmt, und daß in einem ersten und in einem zweiten Metallbearbeitungsschritt zuerst eine anfängliche Ausx^eitung des Endrings bewirkt wird, um das umgebende Rohrende in engen Paßkontakt mit einer das Durchgangsloch begrenzenden Stirnplattenwandfläche zu bringen, sowie eine zweite nachfolgende weitere Ausweitung des Endrings, um das Rohrende zusätzlich in abdichtende Berührung mit der das Loch begrenzenden Wandfläche zu verformen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Stirnplatte eine mit der Durchgangsbohrung zusammenfallende Gegenbohrung aufweist, die sich zu der einen Fläche öffnet, daß die Tiefe der Gegenbohrung geringer ist als die Länge des Endrings, und daß das Rohrende durch die Metallbearbeitungsschritte in die Gegenbohrung hinein verformt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der erste der beiden Metallbearbeitungsschritte dadurch ausgeführt wird, daß. ein Dorn mit einem vergrößerten Kopf in Längsrichtung vom inneren Ende des Endrings her durch den Endring hindurch und aus dem äußeren Ende des Endrings herausgezogen wird, und daß gleichzeitig auf den Endring eine entgegengerichtete Reaktionskraft ausgeübt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 3? dadurch gekennzeich net, daß der zweite der beiden Metallbearbeitungsschritte dadurch ausgeführt wird, daß ein Werkzeug durch das äußere Ende des Endrings in den Körperabschnitt des Endrings eingeführt wird, daß das Werkzeug den Endring in einer Längsbewegung zum inneren Ende hin durchdringt und dabei gleichzeitig eine Drehbextfegung des Werkzeugs ausgeführt wird, daß das Ausmaß des Eindringens des Werkzeugs in den Endring in Längsrichtung um eine Strecke größer ist, als die Tiefe der Gegenbohrung, und daß das Werkzeug ein zylindrisches Glied mit einer abgerundeten Spitze ist, dessen Körper einen Durchmesser aufweist, der etwas größer ist als der Innendurchmesser des Endrings in seiner durch den ersten Metallbearbeitungsschritt ausgeweiteten Gestalt.

5* Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Eindringbewegung von dem äußeren Ende des Endrings in Richtung zum inneren Ende des Endrings fortgesetzt wird, bis das Werkzeug durch das innere Ende des Endrings hindurch und aus diesem herausragt .

6. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Endring an dem äußeren Ende seines Körperabschnitts einen vergrößerten Kopf aufweist und daß der vergrößerte Kopf gegen, die äußere Fläche der Stirnplatte begrenzend anliegt.

7. Verfahren nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet , daß in der Stirnplatte eine Vielzahl von rohraufnehmenden Löchern vorgesehen sind, und daß Rohre mit ihren Rohrenden in allen Löchern angeordnet werden, bevor die Endringe eingesetzt und ausgeweitet werden.

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8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß eine Vielzahl von Stirnplatten an deren Rohrpositionen jeweils bereits der erste der beiden Metallbearbeitungsschritte ausgeführt worden ist, allgemein gegenüberliegend einer Vielzahl von Werkzeugen zur Durchführung des zweiten der beiden Metallbearbeitungsschritte angebracht werden, daß die Werkzeuge gedreht und alternativ vorgeschoben und zurückgezogen werden, während sie sich relativ zu den Stirnplatten drehen, und daß in zeitlicher Beziehung zu der Vorschub- und Rückziehbewegung der Werkzeuge eine gemeinsame drehende Einstellbewegung der Stirnplatten durchgeführt wird, um den zweiten der beiden Metallbearbeitungsschritte an allen der Vielzahl von Stirnplatten schrittweise durchzuführen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch g ek e η η zeichnet , daß die Vielzahl von Stirnplatten eine gemeinsame Befestigung in einem drehbaren Tisch aufweisen, und daß der Tisch Ausnehmungen aufweist, die die Stirnplatten aufnehmen und umfangsmäßig einschließen.

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