Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Wärmetauschers, insbesondere für Massen in der Süßwarenindustrie

Abstract

 Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (10) vorgeschlagen, bei dem der Wärmetauscher (10) mehrere, jeweils gleich ausgebildete Leitbleche (26) aufweist. Die Leitbleche (26) bilden eine wendelförmige Führung für die Masse aus. Die Leitbleche (26) sind von Wärmetauscherrohren (23) durchdrungen. Zur Ausbildung von Durchgangsöffnungen (28) in den Leitblechen (26) für die Wärmetauscherrohre (23) wird erfindungsgemäß eine Halteeinrichtung (30) vorgeschlagen, die mit einer Laserstrahleinrichtung (50) zusammenwirkt. Durch die Ausbildung der Durchgangsöffnungen (28) an den bereits mit ihrer endgültigen Steigung versehenenen Leitblechen (26) lassen sich die Durchgangsöffnungen (28) sehr genau an die Wärmetauscherrohre (23) anpassen. Dadurch werden Überströmverluste der Masse an den Leitblechen (26) reduziert und der Wirkungsgrad des Wärmetauschers (10) erhöht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, insbesondere für Massen in der Süßwarenindustrie, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Aus der DE 10 2004 028 528 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt, welcher aus einer Vielzahl von untereinander jeweils gleich ausgebildeten, insgesamt eine Wedel bildenden Führungselementen besteht. Die Führungselemente sind von parallel zur Längsachse des Gehäusemantels des Wärmetauschers angeordneten Rohren für ein Wärme- bzw. Kühlmedium durchdrungen. Die Führungselemente sind entweder stetig gekrümmt bzw. wendelförmig ausgebildet, oder sie haben neben senkrecht zur Längsachse des Gehäusemantels verlaufenden Führungsabschnitten schräg zur Längsachse des Gehäusemantels verlaufende Führungsabschnitte.

[0002] Um zu gewährleisten, dass eine üblicherweise zu erwärmende Süsswarenmasse stets den Führungselementen folgt und nicht im Bereich der Öffnungen für die Rohre von der einen Seite des Führungselements direkt zur anderen Seite gelangt, ist es erforderlich, die Öffnungen für die Rohre an den Führungselementen möglichst exakt den Rohren anzupassen. Dies ist insoweit problematisch, als die schräg zur Längsachse des Wärmetauschers verlaufenden Bereiche der Führungslemente im Sinne einer Spaltfreiheit ovalförmige Öffnungen erfordern, die je nach Steigung der Wendel von innen nach außen unterschiedlich geformt sein müssen. Denkbar wäre, die Öffnungen im Sinne einer möglichst einfachen Herstellung als runde Bohrungen mit großem Übermaß auszubilden. Die dadurch vorhandenen Spalte zwischen den Öffnungen und den Rohren bewirken infolge des schnelleren Durchtritts der Masse von der Eintritts- zur Austrittseeite des Wärmetauschers einen reduzierten Wirkungsgrad. Man könnte nun zwar zur Erhöhung des Wirkungsgrades versuchen, die Spalte beispielsweise zu verschweißen. Dies widerspricht jedoch dem Wunsch einer kostengünstigen Herstellung und ist aufgrund der engen Anordnung der einzelnen Rohre in der Praxis kaum durchführbar.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers bereitzustellen, das bei vertretbaren Kosten einen besonders hohen Wirkungsgrad des Wärmetauschers ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Öffnungen für die Rohre in den Führungselementen erst eingebracht werden, nachdem das betreffende Führungselemente in seine für die wendelförmige Führung erforderliche Form gebracht wurde. Dadurch läßt sich die Form der Öffnungen exakt, das heißt mit minimalem Spalt, an die Rohre anpassen.

[0004] Besonders vorteilhaft ist es, die Öffnungen mittels einer Laserstrahleinrichtung auszubilden, da dies eine rationelle Fertigung ermöglicht. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine zum Durchführen des Verfahrens geeignete Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0005] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung eines Wärmetauschers,

Figur 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausbildung der Öffnungen in einem Führungselement in perspektivischer Ansicht,

Figur 3 die Vorrichtung gemäß Figur 2 aus einer anderen Perspektive und

Figur 4 eine Seitenansicht auf die Vorrichtung gemäß Figur 2 und 3 während der Herstellung der Öffnungen in einem Führungselement.

[0006] In der Figur 1 ist ein Wärmetauscher 10 dargestellt, wie er in der Süßwarenindustrie zum Herstellen bzw. Verarbeiten von Massen wie Zucker/Glukose-Lösungen oder ähnlichem dient. Der Wärmetauscher 10 weist einen hohlzylindrisch ausgebildeten Gehäusemantel 11 auf, welcher in der Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur teilweise sichtbar ist. An seinen Stirnseiten hat der Gehäusemantel 11 jeweils einen Anschlussflansch 12, 13, der mit jeweils einem Verschlußstück 14, 15 verbunden ist. Die jeweils glockenförmig ausgebildeten Verschlußstücke 14, 15 weisen einen Zulauf 16 bzw. einen Ablauf 17 für ein Heiz- oder Kühlmedium auf. Ferner sind im Gehäusemantel 11 nahe der Anschlußflansche 12, 13 ein Zulaufstutzen 18 bzw. ein Ablaufstutzen 19 für die zu erwärmende oder zu kühlende Masse angeordnet, welche in der Figur 1 nur vereinfacht dargestellt sind.

[0007] In den Innenraum des Gehäusemantels 11 ist ein Wärmetauschereinsatz 20 einsetzbar. Der Wärmetauschereinsatz 20 weist ein zentral in der Längsachse des Gehäusemantels 11 angeordnetes, rohrförmiges Stützelement 21 auf, das sich zwischen den beiden Anschlussflanschen 12, 13 erstreckt. Das Stützelement 21 kann ebenfalls von dem Heiz- bzw. Kühlmedium durchströmt sein. Im Zwischenraum zwischen dem Stützelement 21 und dem Gehäusemantel 11 sind eine Vielzahl von Wärmetauscherrohren 23 angeordnet, welche jeweils parallel zueinander verlaufen und in den Anschlussflanschen 12, 13 enden, welche hierzu entsprechende Durchgangsbohrungen aufweisen. Innerhalb der Wärmetauscherrohre 23 wird das Heiz- oder Kühlmedium transportiert und zwar aus Richtung des Zulaufes 16 in Richtung des Ablaufes 17. Weiterhin erstreckt sich im Zwischenraum zwischen dem Stützelement 21 und dem Gehäusemantel 11 ein wendelförmig ausgebildetes Leitelement 25 für die zu erwärmende bzw. zu kühlende Masse. An das Leitelement 25 schließt sich im Bereich des Zulaufstutzens 18 ein Zulaufadapter 22 und im Bereich des Ablaufstutens 19 ein Ablaufadapter 24 an.

[0008] Das Leitelement 25 besteht im Ausführungsbeispiel aus einer Vielzahl jeweils ring- bzw. wendelförmig ausgebildeter Leitbleche 26, welche aneinander anschließen und die wendelförmige Führung für die Masse ausbilden. Dazu sind die Leitbleche 26 an ihren schmalen Stirnseiten 27 jeweils beispielsweise miteinander verschweißt und an ihrem Innenumfang mit dem Stützelement 21 verbunden.

[0009] Im Ausführungsbeispiel ist die Anordnung der Leitbleche 26 innerhalb des Gehäusemantels 11 derart, dass über die gesamte Länge des Wärmetauschers 10 zwischen dem Zulaufadapter 22 und dem Ablaufadapter 24 jeweils die gleiche Steigung ausgebildet ist bzw. zwischen den einzelnen Leitblechen 26 jeweils derselbe Abstand besteht.

[0010] In den Leitblechen 26 sind entsprechend der Anordnung der Wärmetauscherrohre 23 Durchgangsöffnungen 28 ausgebildet, um die Wärmetauscherrohre 23 bei an dem Stützelement 21 montierten Leitblechen 26 montieren bzw. positionieren zu können. Dabei sind die jeweiligen Spalte zwischen den Durchgangsöffnungen 28 und den Wärmetauschrohren 23 möglichst klein ausgebildet, damit die Masse am Durchtritt an den jeweiligen Spalten gehindert ist.

[0011] Ergänzend wird erwähnt, dass in der Darstellung der Figur 1 der besseren Übersichtlichkeit halber lediglich ein Teil der Wärmetauscherrohre 23 dargestellt ist, während an den Leitblechen 26 alle Durchgangsöffnungen 28 dargestellt sind.

[0012] Der Wärmetauscher 10 arbeitet wie folgt: Die zu erwärmende bzw. zu kühlende Masse gelangt über den Zulaufstutzen 18 in den Zwischenraum zwischen dem Gehäusemantel 11 und dem Stützelement 21. Da der Zulauf der Masse unter Druck erfolgt, bewegt sich die Masse innerhalb der wendelförmigen Gänge, welche von den Leitblechen 26 begrenzt sind, vom Zulaufstutzen 18 zum Ablaufstutzen 19 hin. Während des Durchtransports durch den Wärmetauscher 10 ist die zu erwärmende bzw. zu kühlende Masse dabei in Kontakt zu denn Wärmetauscherrohren 23, welche mit einem entsprechenden Wärme- oder Kühlmedium durchströmt sind, wobei das Wärme- bzw. Kühlmedium über den Zulauf 16 in den Wärmetauscher 10 gelangt und über den Ablauf 17 aus diesem abgeführt wird.

[0013] Zur Herstellung des Wärmetauschers 10 und insbesondere der Durchgangsöffnungen 28 für die Wärmetauschrohren 23 in den Leitblechen 26 wird nachfolgend auf die Figuren 2 bis 4 Bezug genommen. Man erkennt eine Halteeinrichtung 30, die eine in etwa rechteckförmige Grundplatte 31 und eine mit der Grundplatte 31 verbundene Halteplatte 32 aufweist. In der Grundplatte 31 ist an den einander gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Durchgangsbohrung 33, 34 ausgebildet, die es ermöglicht, die Grundplatte 31 an einem Adapter einer (nicht dargestellten) Dreheinrichtung anzuflanschen. Mittels der Dreheinrichtung läßt sich die Grundplatte 31 in der Achse 35, in der auch die Halteplatte 32 angeordnet ist, in Richtung des Pfeiles 36 drehen.

[0014] In der Grundplatte 31 ist im Bereich der gegenüberliegenden Breitseiten mit geringem Abstand zum Rand der Grundplatte 31 jeweils eine schlitzförmige Ausfräsung 38, 39 ausgebildet, die dazu geeignet ist, den jeweiligen Abschnitt 41, 42 eines Leitbleches 26 an seinem Außenumfang aufzunehmen. Die in der Mitte zwischen den beiden Durchgangsbohrungen 33, 34 angeordnete, senkrecht zur Grundplatte 31 angeordnete Halteplatte 32 weist an den den Stirnseiten 27 des Leitblechs 26 zugewandten Seiten jeweils ebenfalls eine Ausfräsung 43, 44 zur Aufnahme des Leitblechs 26 an seiner entsprechenden Stirnseite 27 auf. Mittels der soweit beschriebenen Halteeinrichtung 30 läßt sich ein Leitblech 26 in seiner im Wärmetauscher 10 erforderlichen und vorgesehenen Einbauposition positionieren, wobei das Leitblech 26, bevor es in der Halteeinrichtung 30 montiert wird, mit einer entsprechenden Steigung versehenen bzw. vorgeformt ist.

[0015] Um das Leitblech 26 in der Halteeinrichtung 30 bzw. deren Ausfräsungen 38, 39, 43, 44 zu fixieren ist eine rechteckförmige Fixierplatte 45 vorgesehen, die mittels Schrauben auf der bis in Höhe der zentralen Öffnung 46 des Leitelements 26 ragenden Halteplatte 32 befestigbar ist. Die Fixierplatte 45 ragt dabei in die Öffnung 46 hinein und positioniert somit das Leitblech 26 in den Ausfräsungen 38, 39, 43, 44.

[0016] In der Figur 4 ist eine Laserstrahleinrichtung 50 schematisch angedeutet. Die Laserstrahleinrichtung 50 erzeugt einen Laserstrahl 51 zum Ausbilden der Durchgangsöffnungen 28 in einem Leitblech 26. Die Laserstrahleinrichtung 50 ist mittels eines Stellantriebs in Richtung der Doppelpfeile 53, 55, sowie senkrecht zur Zeichenebene der Figur 4 in dem Bereich des Leitbleches 26 bewegbar, in dem die Durchgangsöffnungen 28 auszubilden sind. Dabei erfolgt das Ausbilden der Durchgangsöffnungen 28 aus fertigungstechnischen Gründen wegen der vorrichtungsnahen Durchgangsöffnungen 28, die mit dem Laserkopf der Laserstrahleinrichtung 50 kollidieren würden in zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten. In einem ersten Arbeitsschritt werden dabei zuerst diejenigen Durchgangsöffnungen 28 ausgebildet, welche auf dem einen Halbsektor 54 des Leitbleches 26 angeordnet sind (vergleiche Figur 2). Dabei wird der Laserstrahl 51 für jede Durchgangsöffnung 28 in der Ebene senkrecht zur Achse 56 auf einer kreisförmigen Bahn bewegt, deren Durchmesser, unter Berücksichtigung entsprechender Montagetoleranzen, im wesentlichen dem Durchmesser der Wärmetauscherrohre 23 entspricht. Anschließend wird das Leitblech 26 mitsamt der Halteeinrichtung 50 in der Achse 35 um 180° gedreht, um den anderen Halbsektor 55 entsprechend bearbeiten zu können. Nachdem die Durchgangsöffnungen 28 in den beiden Halbsektoren 54, 55 ausgebildet sind, kann das Leitblech 26 aus der Halteeinrichtung 50 entnommen werden, um im nächsten Leitblech 26 die Durchgangsöffnungen 28 auszubilden.

[0017] Die Montage der Leitbleche 26 im Wärmetauscher 10 erfolgt dadurch, dass zunächst die einzelnen Leitbleche 26 auf dem rohrförmigen Stützelement 21 aufgefädelt werden, wobei der Durchmesser des Stützelements 21 der Weite der Öffnung 46 in den Leitblechen 26 angepasst ist. Dadurch läßt sich eine Vorausrichtung der Leitbleche 26 erzielen. Anschließend werden einige der Wärmeaustauschrohre 23 durch die Durchgangsöffnungen 28 eingefädelt, wodurch sich auch infolge der exakt axialen Ausrichtung der gelaserten Durchgangsöffnungen 28 die entgültige Ausrichtung der Leitbleche 26 ergibt. Dann werden die so ausgerichteten Leitbleche 26 mit dem Stützelement 21 verbunden, insbesondere verschweißt. Zuletzt können die restlichen Wärmeaustauschrohre 23 montiert werden und die so gebildete Einheit, nachdem sie mit dem Zulaufadapter 22 und dem Ablaufadapter 24 versehen ist, in den Gehäusemantel 11 eingeschoben werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (10), insbesondere für Massen in der Süßwarenindustrie, der in einem von Endstücken (14, 15) verschlossenen, hohlzylindrischen Gehäusemantel (11) eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten, zur Längsachse des Gehäusemantels (11) verlaufende Rohre (23) für ein Wärmemedium aufweist, und mit einer im Gehäusemantel (11) angeordneten wendelförmigen Führung (25) für die zu erwärmende bzw. zu kühlende Masse, wobei die Führung (25) aus mehreren, jeweils gleich ausgebildeten Führungselementen (26) besteht, welches zumindest bereichsweise schräg zur Längsachse des Gehäusemantels (11) verlaufende Abschnitte aufweist, in denen Durchgangsöffnungen (28) ausgebildet sind, durch die die Rohre (23) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (26) vor Einbringen der Durchgangsöffnungen (28) in ihre zumindest nahezu endgültige Form vorgeformt werden und dass die vorgeformten Führungselemente (26) in einer Halteeinrichtung (30) montiert werden, die mit einer Einrichtung (50) zur Erzeugung der Durchgangsöffnungen (28) zusammenwirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (26) aus gebogenen Blechteilen bestehen und dass die Einrichtung (50) zur Erzeugung der Durchgangsöffnungen (28) einen Laserstrahl (51) erzeugt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (28) in zwei voneinander getrennten Arbeitsschritten erzeugt werden, wobei in jedem der beiden Arbeitsschritte alle Durchgangsöffnungen (28) in einem von zwei Bereichen (54, 55) des jeweiligen Führungselements (26) erzeugt werden, und wobei zwischen den beiden Arbeitsschritten das Führungselement (26) in einer Achse (35) um 180° gedreht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (26) nach dem Ausbilden der Durchgangsöffnungen (28) auf ein rohrförmiges Element (21) aufgefädelt werden, wobei die Führungselemente (26) entsprechende Öffnungen (46) für das rohrförmige Element (21) aufweisen, dass anschließend wenigstens ein Rohr (23) durch die zueinander ausgerichteten Durchgangsöffnungen (28) der Führungselemente (26) gesteckt wird und dass zuletzt die Führungselemente (26) mit dem rohrförmigen Element (21) verbunden, insbesondere verschweißt werden.

5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Führungselemente (26) zum Einbringen der Durchgangsöffnungen (28) in einer Halteeinrichtung (30) montiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (30) Aufnahmen (38, 39, 43, 44) für Bereiche (27) des Führungselements (26) aufweist, die das Führungselement (26) in einer der Einbauposition im Wärmetauscher (10) entsprechenden Stellung fixieren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadruch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (30) eine Grundplatte (31) und eine mit der Grundplatte (31) verbundene Halteplatte (32) aufweist, in denen die Aufnahmen in Form von Ausfräsungen (38, 39, 43, 44) ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (26) mittels eines Fixierelements (45) in den Ausfräsungen (38, 39, 43, 44) positionierbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (31) über Anschlüsse (33, 34) mit einer Dreheinrichtung verbindbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass beabstandet zur Halteeinrichtung (30) eine Laserstrahleinrichtung (50) angeordnet ist, deren Laserstrahl (51) mit dem Führungselement (26) ausgerichtet ist.

Zeichnung