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DE1551455A1 - Endteil fuer Rohrbuendel-Waermeaustauscher,mit solchen Endteilen versehener Waermeaustauscher und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Endteil fuer Rohrbuendel-Waermeaustauscher,mit solchen Endteilen versehener Waermeaustauscher und Verfahren zu ihrer Herstellung

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DE1551455A1
DE1551455A1 DE19671551455 DE1551455A DE1551455A1 DE 1551455 A1 DE1551455 A1 DE 1551455A1 DE 19671551455 DE19671551455 DE 19671551455 DE 1551455 A DE1551455 A DE 1551455A DE 1551455 A1 DE1551455 A1 DE 1551455A1
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DE
Germany
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tubular elements
end part
tube bundle
tube
tubes
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DE19671551455
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Rene Lion
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Fives Penhoet S A Soc
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Fives Penhoet S A Soc
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Publication date
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

Priorität t Frankreich No„ 60 663 vom 60 Mai 1966
Die Erfindung betrifft einen Endteil für Rohrbündel-Wärmeaustauscher, wie auch einen mit einem solchen Endteil versehenen Wärmeaustauscherj ganz besonders betrifft die Erfindung einen ,Wärmeaustauscher, der an beiden Enden seines Rohrbündels mit solchen Endteilen versehen ist0
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des Endteils ο
Die Erfiadung betrifft im übrigen Wärmeaustauscher mit Sammelkasten und mindestens einem Endteil sowie mit den Endteil bildenden rohrförmigen Elementenβ
Die Wärmeaustauscher sind im allgemeinen durch ein Bündel gerader oder gekrümmter Rohre gebildet, welche mit ihren Enden an Rohrplatten angeschlossen sind, die in endseitigen Sammelkästen angeordnet sind, welche für den Ein- und Austritt des im Rohrbündel fließenden Strömungsmediums dienen·
Die Rohre des Bündels sind in den meisten lallen in den Rohrplatten durch Aufdornen befestigt, nachdem ihre Enden in die Löcher der Rohrplatten eingeführt sind, und/oder es erfolgt ihre Befestigung durch Verschweißen ihrer Stirnränder mit der Außenfläche der Rohr-
platte.
Diese herkömmliche Befestigungsart liat indessen zahlreiche Nachteile ο Namentlich bei Wärmeaustauschern mit einem unter hohem Druck stehenden Strömungsmedium, bei denen die Wandstärke der Rohre im Verhältnis zu ihrem Durchmesser erheblich sein muß, ist es als Folge des großen Außendurchmessers der Rohre nicht möglich, die Abstände zwischen den Löchern der Rohrplatte klein zu gestalten· Falls die Außenränder der Rohre mit der Außenfläche der Rohrplatte verschweißt sind, muß der Mindestabstand zwischen den Rohrplatten-Löchern noch größer sein als bei einer fehlenden Schweißverbindung, weil die Schweißverbindung Ringzonen der Rohrplatte in Anspruch nimmt, welche die Außenflächen der Rohre des Bündels umgeben. In derartigen Fällen beträgt der erwähnte Mindestabstand eine Größenordnung von 5 - 6 m« Dieses Erfordernis hat zur Folges
a) In Fällen, bei denen der Innendurchmesser der Rohre des Bündels klein sein muß, beispielsweise kleiner als 9 oder 10 mm ist eine hinreichende Verkleinerung des Querschnittes der Strömungswege an den Außenseiten der Rohre des Bündels nicht mögliche
b) Falls eine Befestigung von Rohren mit kleinem Innendurchmesser, beispielsweise kleiner als 9 oder 10 mm, in der Rohrplatte durch Aufdornen oder -walzen nicht zulässig ist, wie dies beispielsweise für Wärmeaustauscher zutrifft, bei denen wenigstens eines der Strömungsmittel durch ein flüssiges Metall wie Natrium oder Kalium gebildet ist, so ist ein Verschweißen mit der Außenfläche der Rohrplatte schwierig, sogar unmöglich«
Die Erfindung erschliesst den Weg, diese Nachteile zu überwinden.
Die Ausgestaltung am Ende des Rohrbündel-Wärmeaustauschers gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rohre des Rohrbündels endseitig verschweißt sind mit in ihrer Anzahl derjenigen der Rohre entsprechenden rohrförmigen Elementen, die ihrerseits an ihren einander zugewendeten, gegeneinanderliegenden Flächen ganzflächig zu einer- einteiligen Rohrplatte verschweißt sind, welche am Ende des Rohrbündels angeordnet ist und im Bereiche
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der verschweißten Längsflächen im wesentlichen die gleiche Festigkeit aufweist, wie im Inneren des Werkstoffes, aus dem die rohrförmigen Elemente gebildet sindo
Gemäss einem bevorzugten Merkmal der Erfindung sind die einander zugewendeten, gegeneinanderliegenden Längsflächen der rohrförmigen Elemente durch eine Elektroschweißung, vorzugsweise Widerstandsschweißung verbunden.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die rohrförmigen Elemente mit äußeren, über einen leil ihrer Länge reichenden Aussparungen versehen sind, die im Inneren der Rohrplatte Hohlräume bilden, um die Widerstandsfähigkeit der Rohrplatte gegen stossartig auftretende thermische Belastungen zu erhöhen.
Rohrbündel-Wärmeaustauscher gemäss der Erfindung könren durch ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren hergestellt werden, das darin besteht, daß zunächst die einzelnen Rohre des Rohrbündels mit den rohrförmigen Elementen endseitig verschweißt werden, worauf die so geschaffenen -Teile zueinander parallel und in gleicher Richtungsordnung mit ihren rohrförmigen Elementen in gemeinsamer Ebene angeordnet werden, woraufhin die rohrförmigen Elemente an ihren gegeneinanderliegenden Längsflächen ganzflächig durch Elektro-Schweißung miteinander verschweißt werden.
Gemäss einem weiteren bevorzugten Merkmal des Herstellungsverfahrens werden rohrförmige Elemente mit untereinander gleicher Vieleckgestalt derart zusammengesetzt, daß ihre gegeneinanderliegenden !lachen Gruppen von in Plächenrichtung fortlaufenden Linien eines Netzwerkes bilden, worauf fortschreitend das Verschweißen entlang den Linien erfolgt.
Dieses elektrische Verschweißen wird vorgenommen, nachdem die mit ihren zugehörigen Rohren verbundenen rohrförmigen Elemente in derjenigen Lage zueinander angeordnet sind, die sie im Endzustand für die Bildung der Rohrplatte oder eines Teiles der Rohrplatte einnehmen sollen und in dieser Lage miteinander durch eine geeignete
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Einrichtung verspannt sind, wie eine von außen wirkende Klemmeinrichtung.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in den Figuren dargestellt sind. Es zeigen?
Fig. 1 Eine Endansicht eines Endteiles eines Rohrbündel-Wärmeaustauschers gemäss der Erfindung,
Figo 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Figur 1,
Fig. 3 eine schaubildliche Ansicht eines rohrförmigen Elementes des Endteiles gemäss den Figuren 1 und 2,
Fig« 4 einen axLalfcii Längsschnitt durch das rohrförmige Element gemäss Figur 31 an dem ein Rohr angeschweißt ist,
Fig. 5 eine schaubildliche Darstellung eines weiteren rohrförmigen Elementes des Endteiles,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Wärmeaustauscher gemäss der Erfindung,
Fig» 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII der Figur 6,
Fig. 8 einen Schnitt ähnlich Figur 7> jedoch durch einen Wärmeaustauscher mit andersgestalteter Rohrplatte,
Figuren
9 u. 10 Endansichten von abgewandelten Ausführungen von Rohrplatten gemäss der Erfindung in Teilansichten,
Figo 11 einen Längsschnitt durch ein weiteres rohrförmiges Element gemäss der Erfindung,
Fig. 12 einen Längsschnitt durch einen Endteil, der aus rohrförmigen Elementen gemäss Figur 11 gebildet ist,
Figo 13 eine schaubildliche Darstellung einer Sammelkammer, die mittels eines Endteiles gemäss der Erfindung mit den Rohren des Wärmeaustauscher-Bündels verbunden ist.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen einen Endteil und seine Aufbau-Elemente, der eine metallische Rohrplatte 1 bildet, die aus einer Mehrzahl rohrförmiger Elemente 3 besteht, welche miteinander ganzflächig an ihren gegeneinanderliegenden Längsflächen verschweißt sind. An diesel Elementen 3 sind die Rohre 4 des Rohrbündels 5 des Wärmeaustauschers
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endseitig angeschweißt.
Ein rohrförmiges Element 3 besteht aus dem Körper 3la quadratischen Querschnittes und dem Fortsatz 3 b ring zylindri sehen Querschnittes. Das Element ist in axialer Richtung durchsetzt von einem zylindrischen Leitungsweg 3c» dessen Durchmesser dem Innendurchmesser des Rohres 4 entspricht, wie auch die Wandstärke des ringzylindrischen Fortsatzes 3 b gleich der Wandstärke des Rohres 4· ist.
Das rohrförmige Element 6 entsprechend Figur 5 ist ähnlich dem Element 3 der Figur 3» jedoch ist sein durch den Fortsatz 6 b verlängerter Körper 6 a mit rhombenförmigern Querschnitt anstelle eines quadratischen Querschnittes gestaltet» In analoger Weise ist dieses rohrförmige Element in seiner Längsrichtung mit einem zylindrischen Leitungsweg 6 c versehen»
Der Wärmeaustauscher gemäss Figuren 6 und 7 besteht im wesentlichen aus einem Rohrbündel 7 mit Rohren 8, welche zusammen mit den an ihren beiden Enden angeordneten rohrförmigen Elementen 9 a und 9 b einen Endteil entsprechend demjenigen der Figuren 1 bis 4 bilden, (quadratisches Netzwerk, wie es in Figur 7 dargestellt ist) dessen rohrförmige Elemente miteinander in gleicher Weise verschweißt sind, wie bei den genannten Figuren„
Falls die Begrenzungswände 10 a und 10 b von endseitigen Sammelkästen 11 a und 11 b des Wärmeaustauschers eine zylindrische Anschlußbasis bilden, wird die Verbindung solcher Begrenzungswände mit den Rohrplatten 9 a und 9 b mit Hilfe von Ergänzungsteilen 12, 13» 14 und 15 bewirkt, deren Profilumgrenzung innen mit dem Umriss verlauf der. quadratischen Rohrplatten 9 a und 9 b übereinstimmt. Falls die AuBenform des Wärmeaustauschers im Bereich der Rohrplatten kreisförmig ist, weisen die Ergänzungsteile 12, 13, 14, 15 außen eine entsprechende Profilbegrenzung auf β Sie sind vorzugsweise durch Schweißung mit den Begrenzungswänden der Sammelkasten und den Rohrplatten an den ihnen zugewendeten Flächen ganzflächig verbunden«
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Der in Figur b veranschaulichte Wärmeaustauscher weist eine s eckige Rohrplatte 16 auf, welche durch Schweißung mit Ergänzungsteilen 18, 19, 20, 21, 22 und 23 derart verbunden ist, dassim Querschnitt des Wärmeaustauschers in ihrem Bereiche eine kreisförmige Umrissgestalt gebildet ist, welche den Anschluß der Rohrplatte 1b an die Begrenzungswand eines Sammelkastens gängiger Art ermöglicht. Die Rohrplatte 16 ist durch ein Zusammenfügen von rohrförmigen Elementen 17 a mit rhombenförmigentQuerschnitt gebildet, der mit demjenigen in Figur 5 übereinstimmt, ferner durch kleine dreieckige Ergänzungselemente 17 b.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss den Figuren 11 und 12 ist jedes rohrförmige Element 24 der Rohrplatte 25 mit einem Rohr 26 des Rohrbündeis 27 verbunden und mit zwei in seiner Längsrichtung sich erstreckenden ringförmigen Ausnehmungen 24 a, 24 b versehen, welche Hohlräume 2ö, 29 im Inneren der Rohrplatte 25 bilden. Eine solche gehöhlte Rohrplatte ist weniger empfindlich gegenüber stossweise auftretenden thermischen Beanspruchungen. Hierin liegt ein wichtiger Fortschritt auf dem Gebiete des Schutzes von Rohrplatten gegen stossweise auftretende thermische Beanspruchungen in Wärmeaustauschern, die unter einem hohen Druck und einer hohen ^temperatur stehen, wie dies beispielsweise der Fall ist bei Wärmeaustauschern, die für flüssiges Metall bestimmt sind»
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Figur 9» dessen Rohrplatte nur in einer leilansicht dargestellt ist und bei dem die rohrförmigen Elemente 31 denjenigen der Figur 5 entsprechen, sind zusätzlich vollwandige Elemente 32 vorhanden, welche durch gerade Prismen gebildet sind, deren Querschnitt rhombisch gestaltet ist»
Bei einer abgewandelten Ausführungsform gemäss Figur 10, deren Rohrplatte 33 nur in Teilansicht dargestellt ist, besteht die Rohrplatte aus rohrförmigen Elementen 34, entsprechend denjenigen der Figur 3, und vollwandigen Elementen 35» welche durch gerade Prismen mit quadratischem Querschnitt gebildet sind.
Figur 13 beschreibt einen Endteil 36, der durch zwei Reihen rohr-
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förmiger Elemente 37 gebildet und durch Schweißung mit einer gewölbten Begrenzungswand 38 verbunden ist, die zusammen mit der . Außenfläche des Endteils einen Sammelkasten 39 für das in den Rohren 4Ό des Wärmeaustauschers strömende Medium bildete
Das Herstellungsverfahren der Endteile des Wärmeaustauschers gemäss der Erfindung ist nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 1 bis 4 und 6 beschriebene
Vor der Bildung des Rohrbündels 5 oder 7 werden an beiden Enden eines jeden Rohres je ein rohrförmiges Element gemäss Figur 3 in der Weise angeschweißt, daß Aufbauteile entsprechend Figur 4 entstehen» Die endseitige Verschweißung kann dabei durch Schweißvorgänge bekannter Art bewirkt werdeno
Nachdem alle Rohre des herzustellenden Rohrbündels mil- rohrförmigen Elementen versehen sind, erfolgt der Zusammenbau des ^ohrbündels, indem die rohrförmigen Elemente gemäss den Figuren 1 und 2 so angeordnet werden, daß sie die endgültige geometrische Lage für die Bildung der Rohrplatten 9 a und 9 b einnehmen. Die gegeneinandergefügten und mit ihren zugehörigen Rohren versehenen rohrförmigen Elemente werden sodann geklammert, um ihren Zusammenhalt während des Schweißvorganges zu gewährleisten,, Sodann wird das Verschweißen der rohrförmigen Elemente jeder Rohrplatte unter sich entlang den Richtungen bewirkt, welche durch die, gegeneinanderliegenden Flächen der rohrförmigen Elemente definiert /T^Sodann erfolgt das elektrische Verschweißen reihenweise» Hierdurch ist das Verschweißen von Elementen ermöglicht, die eine verhältnismässig große Wandstärke aufweisen, ohne daß zusätzliches Schweißmaterial aufgetragen wird und ohne die Struktur des Werkstoffes der besagten rohrförmigen Elemente zu beeinträchtigen, bis auf eine Zone geringer Dicke (1 bis 2 mm)β Ferner sind bei der Schweißung nennenswerte innere Verengungen vermieden» Das Verschweißen vollzieht sich aufeinanderfolgend zunächst entlang den Linien al, b1, a2, b2 bis a6, b6, sodann entlang den Linien Ci, d1, c2, d2, c3, d3 bis c6, d6, wobei jeder Einzelvorgang des elektrischen Schweißens sich entlang einem ununterbrochenen geraden leil vollzieht, dessen äussere Enden frei sind, was die Durchführung der elektrischen Sohweißung erleichtert und die Wirtschaftlichkeit verbessert.
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Sodann wird das an seinen beiden Enden mit den Rohrplatten versehene Rohrbündel mit Ergänzungsteilen 12, 13$ Ί4- und 15 , vorzugsweise ebenfalls durch Elektro-Schweißung, vereinigt. Dabei wird vorgegangen in der Weise,^ daß erst die Ergänzungsteile 12 und 14-, sodann die Teile 13 und 15 mit der Rohrplatte vereinigt werden, damit die Strecken des Schweißens an ihren beiden Enden freiliegen. Schliesslich werden die in beschriebener Weise durch die Ergänzungsteile vervollständigten Rohrplatten mit den Begrenzungswänden der Sammelkammern und mit der Längswand 41 (!figur 6) an den entsprechenden Ergänzungsstücken der Rohrplatten 9a und 9 b verschweißt, womit der Wärmeaustauscher entsprechend tfigur 6 geschaffen isto
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch in der Weise durchgeführt werden, daß nur am einen Ende des Rohrbündels eine Rohrplatte der erfindungsgemässen Art angeordnet ist, während am anderen Rohrbündel-Ende eine Gestaltung in herkömmlicher Weise gewählt wird. Indessen wird einem Rohrbündel-Wärmeaustauscher der Vorzug gegeben, der an beiden Enden in beschriebener Weise erfindungsge» mäss gestaltet isto
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr sind Abwandlungen im Rahmen der Erfindung möglich.
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Claims (1)

  1. 56 WUPPERTAL-VOHWINKEL 5. Mai 1967
    Zaunbusdi 27 . Postschließfach 52 I?U/S0 ·
    Telefon 7803 67
    Akte: 3? 1077 In Antwort bitte wiederholen
    Ansprüche
    Endteil für Rohrbündel-Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rohre (4, 26, 40) vxk endseitig verschweißt sind mit in ihrer Anzahl derjenigen der Rohre entsprechenden rohrförmigen Elementen ( 3a, 6a, 24), die ihrerseits an ihren einander zugewendeten, gegeneinanderliegenden Flächen ganzflächig zu einer einteiligen Rohrplatte (1) verschweißt sind, welche am Ende des Rohrbündels angeordnet ist und im Bereiche der verschweißten Längsflächen im wesentlichen die gleiche festigkeit aufweist, wie im Xnneren der rohrförmigen Elemente, aus denen sie gebildet ist,
    2. Endteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewendeten gegeneinanderliegenden Längsflächen der rohrförmigen Elemente durch eine Elektro-Schweißung miteinander verbunden sind·
    3· Endteil nach einem der Ansprüche 1 ader 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes rohrförmige Element an der seinem zugehörigen Rohr zugewendeten Seite in einen Fortsatz ringzylindrischen Querschnittes endigt, dessen Außendurchmesser kleiner ist als die Querabmessungen des rohrförmigen Elementes und der die gleiche Dicke sowie den gleichen Innendurchmesser aufweist, wie das zugehörige Rohrο
    4. Endteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächen der rohrförmigen Elemente im wesentlichen einen Yieleck-Querschnitt begrenzen·
    5· Endteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Elemente einen unveränderten Innendurchmesser aufweisen.
    6· Endteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeich-
    _ 10 . 909849/0578
    net, daß die von den rohrförmigen Elementen gebildeten Vielecke untereinander gleich sind und Maschen eines Netzwerkes "beschreiben, in das die Rohre des Rohrbündels eingeordnet sind.
    , 7° Endteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vieleck-Flächen Rhomben beschreiben.
    8ο Endteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vieleck-Flächen Quadrate beschreiben»
    9» Endteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch am Umfang der von den rohrförmigen Elementen gebildeten RohrplatteVErgänzungsteile <angeordnef£siesL, welche die Rohrplatte zu einem kreisförmigen Umrissverlauf ergänzen und dem Anschluß einer Begrenzungswand mit entsprechend kreisförmigem Umrissverlauf dienen,,
    10. Endteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Elemente mit äußeren, über einen Teil ihrer Länge reichenden Aussparungen versehen sind, die im Inneren der Rohrplatte Hohlräume bilden,
    ο Endteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den rohrförmigen Elementen Zusatz-Elemente angeordnet sind, die vollwandig und ohne einen Anschluß an Rohre des Rohrbündels sind.
    12. Rohrbündel-Värmeaustauseher, dadurch gekennzeichnet, daß an einem oder beiden Enden des Rohrbündels Endstücke gemäss einem der Ansprüche 1 bis 11 angeordnet sind,
    β Rohrförmiges Element nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als Aufbauteil für Wärmeaustauscher nach Anspruch 12.
    Sammelkästen für Wärmeaustauscher gemäss Anspruch 12, die mit Endteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 11 vereinigt sind.
    909849/0578 " 11 " ORIGINAL INSPECTED
    155U55
    15«, Verfahren zur Herstellung von Rohrbündel-Wärmeaus tauschem mit Endteilen gemäss einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die einzelnen Rohre des Rohrbündels mit rohrförmigen Elementen endseitig verschweißt werden, worauf die so geschaffenen Teile zueinander parallel und in gleicher" Richtungsordnung mit ihren rohrförmigen Elementen in gemeinsamer Ebene angeordnet werden, woraufhin die rohrförmigen · Elemente an ihren gegeneinanderliegenden Längsflächen ganssflächig durch eine Elektro-Schweißung miteinander verschweißt werden.
    16ο Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre des Rohrbündels mit den Fortsätzen der rohrförmigen Elemente verschweißt werden»
    17ο Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß rohrförmige Elemente mit untereinander gleicher Vieleckgestalt derart zusammengesetzt werden, daß ihre ge gene inander Ii egonden Flächen Gruppen von in Flächenrichtung fortlaufenden Linien eines Netzwerkes bilden, worauf fortschreitend das Elektro-Schweißen entlang den Linien erfolgt.
    16. Verfahren nach den Ansprüchen 15 bis 17» dadurch gekennzeichnet, daß mit ihren zugehörigen Rohren versehene rohrförmige Elemente gegeneinandergefügt und sodann von außen her zur Erzielung ihres Zusammenhaltes miteinander verspannt werden und während des Schweißens miteinander verspannt gehalten werden«,
    909849/0578
    Leerseite
DE19671551455 1966-05-06 1967-05-06 Rohrboden fuer waermeaustauscher Pending DE1551455B2 (de)

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DE1551455B2 DE1551455B2 (de) 1971-12-23

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