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EP0816777B1 - Verfahren zur Herstellung einer Brennkammer, insbesondere für gasbeheizte Wassererhitzer, und nach dem Verfahren hergestellte Brennkammer - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Brennkammer, insbesondere für gasbeheizte Wassererhitzer, und nach dem Verfahren hergestellte Brennkammer Download PDF

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Publication number
EP0816777B1
EP0816777B1 EP19970109618 EP97109618A EP0816777B1 EP 0816777 B1 EP0816777 B1 EP 0816777B1 EP 19970109618 EP19970109618 EP 19970109618 EP 97109618 A EP97109618 A EP 97109618A EP 0816777 B1 EP0816777 B1 EP 0816777B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion chamber
wall
weld seams
ducts
wall panels
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP19970109618
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0816777A2 (de
EP0816777A3 (de
Inventor
Heinz Ehrle
Ernst Schmidt
Hans-Ulrich Lenckner
Josef Reitstaetter
Hans-Jochen Schwarz
Michael Dinkelacker
Guenther Mayer
Hans-Joachim Braun
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19722289A external-priority patent/DE19722289A1/de
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0816777A2 publication Critical patent/EP0816777A2/de
Publication of EP0816777A3 publication Critical patent/EP0816777A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0816777B1 publication Critical patent/EP0816777B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/40—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
    • F24H1/12—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium
    • F24H1/124—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium using fluid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/44—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with combinations of two or more of the types covered by groups F24H1/24 - F24H1/40 , e.g. boilers having a combination of features covered by F24H1/24 - F24H1/40

Definitions

  • the invention is based on a method of manufacture a combustion chamber according to the preamble of claim 1 and one Combustion chamber for gas-fired Water heater according to the preamble of claim 13.
  • WO 92/20976 A1 describes a method for producing a Combustion chamber known, the walls of which are two together welded wall plates exist, the channels after welding the wall panels along the later channel edges by shaping the between the welds themselves located sheet metal areas by means of a pressure between the wall sheets introduced fluid working fluid formed become.
  • the recesses of the inner tool open out immediately in front of the corners in excess to accommodate Recessed pockets for materials. This will make one Stiffening achieves greater stability contributes when a heat exchanger for water to be heated is mounted on the combustion chamber. In addition, one Counteracted wrinkling of the inner wall plate.
  • the weld seams connecting the wall panels are used in the Manufacture of channels for the water-cooled combustion chamber in advantageously not directly between the inner and supported outer tool.
  • the welds as well as the adjacent sheet metal areas are thus at Making the channels stretched, reducing tensile strength increased, and the wall thickness of the sheet metal areas reduced becomes.
  • Working equipment can simply be one of the two wall plates welding to the other wall panel with an opening be provided, which can also be used to connect a Line for a fluid resource, in particular Heating water.
  • This opening is expedient in a dome-like Spreading of the wall plate is provided to reduce pressure losses in the flow of work equipment and operating supplies increases slightly hold.
  • the Wrinkles in the corners of the wall panels can also be counteracted if the weld seams like this be arranged that common chambers over the Extend corner areas of the wall panels.
  • the same purpose serves the proposal to offset the start of the individual channels to arrange each other.
  • the present invention further proposes that the Ends of the weld seams tapering in a circular line be carried out. This ensures that the Transition of the individual channels into the common chambers result in uniform, "pillow-shaped" widenings and therefore an impermissibly high stress on the material is avoided.
  • FIG. 1 shows a perspective view a combustion chamber for gas-fired water heaters with a lifted upwards as a slat block with passed through water pipes trained heat exchanger and one detachable with the side walls of the combustion chamber connectable front wall
  • Figure 2 on an enlarged scale a vertical section through the side wall of the Combustion chamber and a partial section through the attached Heat exchanger according to Figure 1
  • Figure 3 is a plan view one of two welded wall plates existing circuit board, which after welding to a die Rear wall and the two side walls of the combustion chamber forming the U-shaped part
  • Figure 4 is a enlarged section along the line IV in Figure 3
  • Figure 5 a cross section through a corner region of the combustion chamber, in the entrance area in front of the heat exchanger
  • 6 shows a cross section corresponding to FIG.
  • FIG. 5 an alternative corner area of the combustion chamber
  • Figure 7 is a plan view of a corner area of the Combustion chamber
  • Figure 8 is a partial section through a alternative design of the front wall
  • FIG. 9 and FIG. 10 Partial cuts through an inner and outer Tool existing device for receiving the U-shaped curved combustion chamber
  • Figure 11 is a stress-strain diagram.
  • the water heater has a combustion chamber (10) with a Rear wall (12) and two integrally connected to this Side walls (14, 16) on which a front wall (18) can be detached is attached.
  • the combustion chamber (10) is from above Heat exchanger (20) can be placed on it as a lamella block performed water pipes is formed.
  • the sidewalls (14, 16) of the combustion chamber (10) are with the upper front edge provided open recesses (22) to the fit Inclusion of protruding from the outer slats (24) Tube ends (26) ( Figure 2) of the heat exchanger (20) are used.
  • the crenellated between the recesses (22) Sections (28) of the side walls (14, 16) are with bead-shaped depressions (30) provided on the outer slats (24) fit without gaps and the Set the heat exchanger (20) without play.
  • the pipe ends (26) are connected to one another by caps (32a, b, c) also the connections (34, 36) of the heat exchanger (20) are provided.
  • the combustion chamber walls each consist of two together adjacent and welded wall plates (38.40) made of stainless steel, the molded sheet metal areas (42.44) have, between which a further below described channel system (46) for the combustion chamber (10) cooling heating water flow is formed.
  • the Channel system (46) is produced in that the Wall plates (38.40) initially still in their essence flat initial shape due to straight weld seams (48) be connected to each other and only then the duct system (46) by shaping the between the weld seams (48) located sheet metal areas (42, 44) by means of a Pressing pressure inserted between the wall plates (38.40) fluid working fluid is formed.
  • the channel system (46) in the rear wall (12) and Sidewalls (14, 16) is in accordance with the settlement of these Wall parts according to Figure 3 formed by one closed all-round weld seam (48a) and four straight weld seams (48b, c, d, e).
  • there are two individual channels (46a) in the side wall (14) connected to one another via a chamber (46b) are and opens into a chamber (46c).
  • Three of these lead parallel individual channels (46d) in the rear wall (12) further in a chamber (46e) which has two individual channels (46f) in the Sidewall (16) connected to an outer chamber (46g) is.
  • dome-like features (50) with openings (52) for inserting connecting pieces (54) are molded into the outer wall plate at the connection points of the duct system (46).
  • the front wall (18) is provided with connection elements (56).
  • the circuit board shown in FIG. 3 is bent into the U-shape according to FIG. 1 with a bending radius r 2 using a bending device (not shown ) .
  • the lines (58) drawn with dashed lines in FIG. 3 show the position and the limits of the corner regions which form, hereinafter referred to as bending zones (60).
  • the combustion chamber 10 After the combustion chamber 10 has been bent into a U shape, it is clamped into a device (FIG. 9) consisting of an inner (80) and an outer tool (82), the two bending zones (60) of the inner wall plate 40 being on the inner one Place the tool (80) on.
  • the bending radius of the inner tool (80) coincides with the bending radius r 2 of the inner wall plate (40).
  • recesses are formed between the inner wall plate (40) and the inner tool (80) and between the outer wall plate (38) and the outer tool (82) there are clearances for the duct system (46) to be produced.
  • the fluid working fluid for expanding the between the Weld seams (48) lying sheet metal areas (42,44) pressed between the wall plates (38.40), the to be formed sheet metal areas (42,44) in the recesses and the distances are pushed in.
  • Bending zones (60) are only the outer wall plate (38) deformed outside, while the inner wall plate (40) in this Area remains undeformed.
  • the outer tool (82) is in the bending zones (60) with a greater distance from the outside Provide wall plate (38). This can make it stronger Dimensions than in the stretched channel areas to the outside expand.
  • the device is in the outer tool (82) in the Bending zones (60) on a counterpart for limiting the outer wall plate (38) dispensed with because of a defined pressure supply the desired channel width a can be manufactured.
  • the weld seams (48) connecting the inner and outer wall plates (38, 40) to form the channel system (46) are deliberately not supported when the plate regions (42, 44) are expanded.
  • a tensile force is applied to the weld seams (48) and to the adjacent sheet metal areas and the material is stretched.
  • This stretching takes place as shown in the stress-strain diagram in FIG. 11, up to the plastic region with a permanent strain ⁇ r .
  • the line a shown in broken lines shows the stress-strain curve for the stretching method used, while line b represents a comparable curve curve without stretching.
  • the duct system (46) to be produced is based on a minimum flow cross section a min , which ensures adequate cooling of the combustion chamber (10). Therefore, the arrangement is such that the largest possible cooling of the combustion chamber (10), the channel width is selected both in the stretched channel area (sum of depth b and width c) and in the corner area (width a) so that the minimum flow cross section a min is observed.
  • the width a of the flow cross section in the Bending zones (60) equal to the sum of the depth b and the Width c selected in the stretched channel area.
  • the inside is Tool (80) next to the bending zones (60) locally provided recesses so that there are excess material (62) of the inner wall plate (40) can mold into it.
  • the inner tool (80) each with a trough-shaped depression to form a dome-shaped bulge of the inner wall plate (40) provided, whereby the flow resistance at the entrance and further reduced at the exit of the channel system (46).
  • the weld seams running between the individual channels (48) have circular ends (66), so the sheet metal material there when the individual channels are widened Bulge without pillows without the risk of cracking can.
  • the circle diameter of the ends (66) should not be smaller than 5 mm, but also not larger than 15 mm the consequent loss of more effective Keep heat transfer surface within reasonable limits. at a preferred embodiment was the circle diameter 12 mm selected. Wrinkling is also caused by the counteracted further measure that the ends (66) of the parallel channels (48c, d or 48g, h) offset to be arranged to each other.
  • the channel system (46) in the rear wall (12) extends up to the area overlapping the heat exchanger (20) and that there the wall plates (38, 40) in the bending zones (60) directly against one another issue.
  • the combustion chamber (10) has a corner radius r 1 of, for example, 5 mm in this upper region, which closely surrounds the heat exchanger (20), whereas in the corner regions of the combustion chamber (10) below, over which the chambers (46c, e) of the Extend channel system (46), the corner radius r 2 is dimensioned much larger and is, for example, 20 mm.
  • transition from one corner radius to the other is made without gaps in that the entire board, after it has been bent with the larger corner radius r 2 and is supported between the inner and outer tool, is stretched with the smaller corner radius r 1 by stretching the wall plates (38.40) is molded from the inside out.
  • the individual channels of the channel system (46) are through the Weld seams (48) immediately limited, so that at their Longitudinal edges (78) ( Figure 2) do not form any gaps in which corrosion products could deposit.
  • the welds (48) are in the practically still flat condition of the wall sheets (38.40), which makes manufacturing easier.
  • Through the detachable connections of the heat exchanger (20) and Front wall (18) of the other wall parts (12, 14, 16) of the Combustion chamber (10) will maintain and assemble the Heat exchanger (20), and the manufacture of the combustion chamber (10) relieved.
  • the connections (54, 56) of the duct system (46) are advantageously placed so that the channel system of is flowed through from the bottom up. This makes it possible Bleed the system more easily.
  • the heating efficiency can be improved when the heat transfer from heating gas to the combustion chamber wall by increasing the radiation number y increased due to oxidation or blackening of the inner surface becomes.
  • the front wall (68) shown in FIG. 8 consists of an outer wall plate (70) and one in parallel spacing arranged inner wall plate (72), which consists of a particularly temperature-resistant material.
  • inner wall plate (72) On the Inside of the wall plate (70) is preferably one shiny metallic radiation protection layer (74), optionally in the form of an additional sheet metal part, intended.
  • the between the two wall plates (70.72) formed space (76) goes through one Air flow, the heat absorbed there to the heat exchanger (20) transported.

Landscapes

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Brennkammer nach der Gattung des Anspruchs 1 und einer nach dem Verfahren hergestellten Brennkammer für gasbeheizte Wassererhitzer nach der Gattung des Anspruchs 13.
Bei einem bekannten Verfahren der genannten Gattung werden zur Bildung einer Brennkammer die beiden aus Edelstahl bestehenden Wandbleche zunächst jedes für sich mit der Kanalführung entsprechenden Ausformungen versehen, die nach dem Zusammenschweißen der Wandbleche miteinander korrespondierend die Kanäle bilden. Danach werden die Wandbleche zu U-förmigen Teilen gebogen und jeweils zwei Teile zu einer rundumgeschlossenen Brennkammer zusammengeschweißt. Bei dieser Ausführung lassen sich Spalte zwischen den Wandblechen in den an die Kanäle angrenzenden Zonen nicht oder nur mit einem hohen Aufwand beim Verschweißen der Bleche vermeiden. In diesen Zonen besteht daher die Gefahr der Spaltkorrosion, so dass auch an die Blechqualität hohe Anforderungen gestellt werden müssen.
Darüber hinaus ist es bekannt, bei der Herstellung von ebenen Wärmetauschern zwei aus Edelstahl bestehende Wandbleche zunächst durch Schweißnähte lokal miteinander zu verbinden und danach mit einem fluiden Arbeitsmittel unter hohem Druck zur Bildung von Kanälen aufzuweiten.
Aus der WO 92/20976 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Brennkammer bekannt, deren Wände aus zwei miteinander verschweißten Wandblechen bestehen, wobei die Kanäle nach dem Verschweißen der Wandbleche entlang der späteren Kanalränder durch Ausformen der zwischen den Schweißnähten sich befindenden Blechbereiche mittels eines mit Druck zwischen die Wandbleche eingeführten fluiden Arbeitsmittels gebildet werden.
Bei dem Gebrauchsmuster DE 92 00 780 U1 wird eine Brennkammer mit Doppelmantel dadurch hergestellt, dass zwei s-fönnig gebogene Wandbleche mit zwei gegenüberliegenden Wandabschnitten beabstandet angeordnet und die rechtwinklig verlaufenden Schenkel miteinander verschweißt werden.
Eine weitere Brennkammer mit einem Doppelmantel aus Wandblechen zum Durchströmen von Flüssigkeit ist aus der DE 42 24 212 A1 bekannt, wobei über die Fläche der Außenund Innenwände verteilt angeordnete Sicken vorgesehen sind, die die Steifigkeit der Wandfläche des Doppelmantels erhöhen sollen.
Vorteile der Erfindung
Beim erfindungsgemäßen Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 wird auch in den Biegezonen der Eckenbereiche der Brennkammer eine gleichmäßige Aufweitung der Kanäle für die Strömungsführung erreicht und es wird verhindert, daß sich das innenliegende Wandblech faltet und sich dort die Kanalquerschnitte verengen.
Dadurch, daß die Abstände eines äußeren Werkzeuges im Eckenbereich größer als in den gestreckten Stützbereichen bemessen sind, können die Strömungskanäle in den Eckenbereichen mit derselben Querschnittsbreite wie in den gestreckten Kanalbereichen hergestellt werden.
Die Ausnehmungen des inneren Werkzeuges münden unmittelbar vor den Eckenbereichen in zur Aufnahme überschüssigen Materials dienende vertiefte Taschen ein. Dadurch wird eine Versteifung erzielt, die zu einer höheren Stabilität beiträgt, wenn ein Wärmeübertrager für zu erhitzendes Wasser auf die Brennkammer montiert wird. Zusätzlich wird einer Faltenbildung des inneren Wandbleches entgegengewirkt.
Die die Wandbleche verbindenden Schweißnähte werden bei der Herstellung der Kanäle für die wassergekühlte Brennkammer in vorteilhafter Weise nicht direkt zwischen dem inneren und äußeren Werkzeug abgestützt. Die Schweißnähte sowie die daran angrenzenden Blechbereiche werden damit bei der Herstellung der Kanäle gereckt, wodurch die Zugfestigkeit erhöht, sowie die Wandstärke der Blechbereiche reduziert wird.
Zum Zuführen des die Kanäle aufweitenden fluiden Arbeitsmittels kann einfach eines der beiden Wandbleche vor dem Verschweißen mit dem anderen Wandblech mit einer Öffnung versehen werden, die auch zum späteren Anschließen einer Leitung für ein fluides Betriebsmittel, insbesondere Heizungswasser, dienen kann.
Diese Öffnung wird zweckmäßig in einer domartigen Ausbringung des Wandblechs vorgesehen, um Druckverluste in der Strömung der Arbeits- und Betriebsmittel gering zu halten.
Das Verschweißen der Wandbleche wird erleichtert und die zur Verfügung stehende Wandflächen der Brennkammer werden für einen Wärmeaustausch mit dem fluiden Betriebsmittel optimal genutzt, wenn die Schweißnähte so angeordnet und ausgebildet werden, daß sich parallel laufende Einzelkanäle und deren Eingangs- und Ausgangsbereichen gemeinsame Kammern ergeben, und ferner wenn die Öffnungen für die Anschlußleitungen im Bereich der außenliegenden Kammern vorgesehen werden.
Bei dieser Anordnung der Schweißnähte und Kanäle kann der Faltenbildung in den Eckenbereichen der Wandbleche zusätzlich entgegengewirkt werden, wenn die Schweißnähte so angeordnet werden, daß sich gemeinsame Kammern über die Eckenbereiche der Wandbleche erstrecken. Dem gleichen Zweck dient der Vorschlag, den Beginn der Einzelkanäle versetzt zueinander anzuordnen.
Die vorliegende Erfindung schlägt weiterhin vor, daß die Enden der Schweißnähte kreislinienförmig auslaufend ausgeführt werden. Dadurch ist erreicht, daß sich beim Übergang der Einzelkanäle in die gemeinsamen Kammern gleichmäßige, "kissenförmige" Aufweitungen ergeben und daher eine unzulässig hohe Spannungsbeanspruchung des Materials vermieden wird.
Die Herstellung einer gekühlten Brennkammer für gasbeheizte Wassererhitzer und die Wartung der in der Brennkammer enthaltenen Funktionselemente, wie Brenner und Wärmeübertrager, wird erleichtert, wenn die miteinander verschweißten Wandbleche zu einem die Rückwand und die Seitenwände der Brennkammer bildenden U-förmigen Körper gebogen werden, und die Vorderwand der Brennkammer als getrenntes Teil hergestellt und mit den Seitenwänden lösbar verbindbar ausgestaltet wird.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 in perspektivischer Darstellung eine Brennkammer für gasbeheizte Wassererhitzer mit einem nach oben abgehobenen, als Lamellenblock mit hindurchgeführten Wasserrohren ausgebildeten Wärmeübertrager und einer lösbar mit den Seitenwänden der Brennkammer verbindbaren Vorderwand, Figur 2 in vergrößertem Maßstab einen senkrechten Schnitt durch die Seitenwand der Brennkammer und einen Teilschnitt durch den aufgesetzten Wärmeübertrager nach Figur 1, Figur 3 eine Draufsicht auf eine aus zwei miteinander verschweißten Wandblechen bestehende Platine, die nach dem Schweißen zu einem die Rückwand und die beiden Seitenwände der Brennkammer bildenden U-förmigen Teil gebogen wird, Figur 4 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie IV in Figur 3, Figur 5 einen Querschnitt durch einen Eckenbereich der Brennkammmer, in deren vor dem Wärmeübertrager liegenden Eingangsbereich, Figur 6 einen der Figur 5 entsprechenden Querschnitt durch einen alternativ ausgeführten Eckenbereich der Brennkammer, Figur 7 eine Draufsicht auf einen Eckenbereich der Brennkammer, Figur 8 einen Teilschnitt durch eine alternative Ausführung der Vorderwand, Figur 9 und Figur 10 Teilschnitte durch eine aus einem inneren und äußeren Werkzeug bestehenden Vorrichtung zur Aufnahme der U-förmig gebogenen Brennkammer sowie Figur 11 ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Der Wassererhitzer hat eine Brennkammer (10) mit einer Rückwand (12) und zwei einstückig mit diesen verbundenen Seitenwänden (14,16), an denen eine Vorderwand (18) lösbar befestigt ist. Auf die Brennkammer (10) ist von oben her ein Wärmeübertrager (20) aufsetzbar, der als Lamellenblock mit durchgeführten Wasserrohren ausgebildet ist. Die Seitenwände (14, 16) der Brennkammer (10) sind mit zum oberen Stirnrand hin offenen Ausnehmungen (22) versehen, die zur paßgerechten Aufnahme von über die äußeren Lamellen (24) hervorstehenden Rohrenden (26) (Figur 2) des Wärmeübertrager (20) dienen. Die zwischen den Ausnehmungen (22) gebildeten zinnenartigen Abschnitte (28) der Seitenwände (14,16) sind mit sickenförmigen Vertiefungen (30) versehen, die an den äußeren Lamellen (24) spaltfrei anliegen und den Wärmeübertrager (20) spielfrei festlegen. Die Rohrenden (26) sind durch Kappen (32a,b,c) miteinander verbunden, an denen auch die Anschlüsse (34,36) des Wärmeübertrager (20) vorgesehen sind.
Die Brennkammerwände bestehen je aus zwei aneinander anliegenden und miteinander verschweißten Wandblechen (38,40) aus Edelstahl, die ausgeformte Blechbereiche (42,44) aufweisen, zwischen denen ein nachstehend noch näher beschriebenes Kanalsystem (46) für einen die Brennkammer (10) kühlenden Heizungswasserstrom gebildet ist. Das Kanalsystem (46) wird dadurch hergestellt, daß die Wandbleche (38,40) zunächst noch in ihrer im wesentlichen ebenen Ausgangsform durch geradlinige Schweißnähte (48) miteinander verbunden werden und erst danach das Kanalsystem (46) durch Ausformen der zwischen den Schweißnähten (48) sich befindenden Blechbereiche (42,44) mittels eines mit Preßdruck zwischen die Wandbleche (38,40) eingeführten fluiden Arbeitsmittels gebildet wird.
Das Kanalsystem (46) in der Rückwand (12) und den Seitenwänden (14,16) ist gemäß der Abwicklung dieser Wandteile nach Figur 3 gebildet durch eine in sich geschlossene umlaufende Schweißnaht (48a) und vier gestreckte Einzelschweißnähte (48b,c,d,e). Demzufolge ergeben sich in der Seitenwand (14) zwei Einzelkanäle (46a) die randzeitig über eine Kammer (46b) miteinander verbunden sind und in eine Kammer (46c) mündet. Von dieser führen drei parallele Einzelkanäle (46d) in der Rückwand (12) weiter in eine Kammer (46e), die über zwei Einzelkanäle (46f) in der Seitenwand (16) mit einer äußeren Kammer (46g) verbunden ist. Analog zu dieser Ausbildung sind auch die beiden Wandbleche der Vorderwand (18) durch eine umlaufende Schweißnaht (48f) und durch Einzelschweißnähte (48g,h) miteinander verbunden, zwischen den Kanäle (46h) gebildet sind, die beidseitig in Kammern (46i,j) münden.
Vor dem Verschweißen werden in das außenliegende Wandblech an den Anschlußstellen des Kanalsystems (46) domartige Ausprägungen (50) mit Öffnungen (52) zum Einsetzen von Anschlußstutzen (54) eingeformt. In gleicher Weise wird die Vorderwand (18) mit Anschlußelementen (56) versehen. Nach dem Verschweißen wird die in Figur 3 dargestellte Platine mit Hilfe einer nicht dargestellten Biegevorrichtung in die U-Form nach Figur 1 mit einem Biegeradius r2 gebogen. Durch die in Figur 3 gestrichelt gezeichneten Linien (58) sind die Lage und die Grenzen der sich ausbildenden Eckenbereiche, im folgenden als Biegezonen (60) bezeichnet, dargestellt.
Nachdem die Brennkammer 10 U-förmig gebogen wurde, wird sie in eine aus einem inneren (80) und einem äußeren Werkzeug (82) bestehende Vorrichtung (Fig.9) gespannt, wobei die beiden Biegezonen (60) des inneren Wandbleches 40 auf dem inneren Werkzeug (80) aufliegen. Der Biegeradius des inneren Werkzeuges (80) stimmt dabei mit dem Biegeradius r2 des inneren Wandbleches (40) überein. In den übrigen Zonen werden zwischen dem inneren Wandblech (40) und dem inneren Werkzeug (80) Ausnehmungen und zwischen dem äußeren Wandblech (38) und dem äußeren Werkzeug (82) Abstände für das herzustellende Kanalsystem (46) gebildet.
Das fluide Arbeitsmittel zum Aufweiten der zwischen den Schweißnähten (48) liegenden Blechbereiche (42,44) wird zwischen die Wandbleche (38,40) gepreßt, wobei die auszuformenden Blechbereiche (42,44) in die Ausnehmungen und die Abstände hineingedrückt werden. Im Bereich der Biegezonen (60) wird nur das äußere Wandblech (38) nach außen verformt, während das innere Wandblech (40) in diesem Bereich unverformt bleibt. Das äußere Werkzeug (82) ist in den Biegezonen (60) mit einem größeren Abstand vom äußeren Wandblech (38) versehen. Damit kann es sich in stärkerem Maße als in den gestreckten Kanalbereichen nach außen aufweiten. In der in Fig. 9 gezeigten Ausführung der Vorrichtung wird bei dem äußeren Werkzeug (82) in den Biegezonen (60) auf ein Gegenstück für die Begrenzung des äußeren Wandbleches (38) verzichtet, da durch eine definierte Druckzufuhr die gewünschte Kanalbreite a hergestellt werden kann.
Wie Figur 10 zeigt, werden die das innere und äußere Wandblech (38, 40) verbindenden Schweißnähte (48) zur Bildung des Kanalsystems (46) beim Aufweiten der Blechbereiche (42, 44) bewußt nicht abgestützt. Dadurch wird auf die Schweißnähte (48) sowie auf die daran angrenzenden Blechbereiche definiert eine Zugkraft aufgebracht und das Material gereckt. Dieses Recken erfolgt wie am Spannungs-Dehnungs-Diagramm in Figur 11 dargestellt, bis in den plastischen Bereich mit einer bleibenden Dehnung εr. Die gestrichelt dargestellte Linie a zeigt den Spannungs-Dehnungsverlauf für das verwendete Reckverfahren, während Linie b einen vergleichbaren Kurvenverlauf ohne Recken darstellt. Durch das Recken bis in den plastischen Bereich wird einhergehend mit einer Wandstärkenreduzierung die Zugfestigkeit im Schweißnahtbereich erhöht und die Dehnung reduziert. Der für die Herstellung der wassergekühlten Brennkammer verwendete rostfreie Stahl eignet sich aufgrund seiner hohen Bruchdehnung besonders für dieses Reckverfahren.
Dem herzustellenden Kanalsystem (46) wird ein minimaler Strömungsquerschnitt amin zugrundegelegt, der für eine ausreichende Kühlung der Brennkammer (10) Sorge trägt. Daher ist die Anordnung so getroffen, daß bei einer möglichst großflächigen Kühlung der Brennkammer (10) die Kanalbreite sowohl im gestreckten Kanalbereich (Summe aus Tiefe b und Breite c) als auch im Eckenbereich (Breite a) so gewählt ist, daß der minimale Strömungsquerschnitt amin eingehalten wird.
Weiterhin ist die Breite a des Strömungsquerschnitts in den Biegezonen (60) gleich der Summe aus der Tiefe b und der Breite c im gestreckten Kanalbereich gewählt. Dadurch und durch den Umstand, daß sich in den Biegezonen (60) die Kammern (46c,e) befinden, wird die Wasserströmung in den Eckenbereichen bzw. Biegezonen (60) nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt. Zur Ausbildung von symmetrischen Blechbereichen (42,44) wird die Tiefe b des Querschnitts der Ausnehmung gleich der Breite c des Querschnitts des Abstandes gewählt.
Bei der alternativen Ausführung nach Figur 6 ist das innere Werkzeug (80) neben den Biegezonen (60) örtlich mit vertieften Ausnehmungen versehen, so daß sich dort überschüssiges Material (62) des inneren Wandblechs (40) hineinformen kann. In den den Anschlußstutzen (54) gegenüberliegenden Stützflächen ist das innere Werkzeug (80) je mit einer muldenförmigen Vertiefung zur Bildung einer kuppenförmigen Auswölbung des inneren Wandblechs (40) versehen, wodurch sich der Strömungswiderstand am Eingang und am Ausgang des Kanalsystems (46) weiter verringert.
Die zwischen den Einzelkanälen verlaufenden Schweißnähte (48) haben kreislinienförmig verlaufende Enden (66), damit sich dort beim Aufweiten der Einzelkanäle das Blechmaterial ohne Rißbildungsgefahr faltenlos kissenförmig aufwölben kann. Der Kreisdurchmesser der Enden (66) sollte nicht kleiner als 5 mm, aber auch nicht größer als 15 mm sein, um den dadurch bedingten Verlust an wirksamer Wärmeübergangsfläche in vertretbarem Rahmen zu halten. Bei einer bevorzugten Ausführung wurde der Kreisdurchmesser mit 12 mm gewählt. Einer Faltenbildung wird auch durch die weitere Maßnahme entgegengewirkt, daß die Enden (66) der parallel laufenden Einzelkanäle (48c, d bzw. 48g,h) versetzt zueinander angeordnet werden.
Aus Figur 3 ist ersichtlich, daß sich das Kanalsystem (46) in der Rückwand (12) nach oben bis in den den Wärmeübertrager (20) übergreifenden Bereich erstreckt und daß dort die Wandbleche (38,40) in den Biegezonen (60) unmittelbar aneinander anliegen. Die Brennkammer (10) hat in diesem oberen, den Wärmeübertrager (20) eng umgreifenden Bereich einen Eckenradius r1 von beispielsweise 5 mm, wogegen in den darunterliegenden Eckenbereichen der Brennkammer (10), über die sich auch die Kammern (46c,e) des Kanalsystems (46) erstrecken, der Eckenradius r2 wesentlich größer bemessen ist und beispielsweise 20 mm beträgt. Der Übergang von einem zum anderen Eckenradius ist spaltfrei dadurch hergestellt, daß die gesamte Platine nachdem sie mit dem größeren Eckenradius r2 gebogen wurde und zwischen dem inneren und äußeren Werkzeug abgestützt wird mit dem kleineren Eckenradius r1 durch Verstrecken der Wandbleche (38,40) von innen nach außen geformt wird.
Die einzelnen Kanäle des Kanalsystems (46) werden durch die Schweißnähte (48) unmittelbar begrenzt, so daß sich an ihren Längsrändern (78) (Figur 2) keine Spalte bilden, in denen sich Korrosionsprodukte ablagern könnten. Die Schweißnähte (48) werden im praktisch noch ebenen Zustand der Wandbleche (38,40) hergestellt, wodurch die Fertigung erleichtert wird. Durch die lösbaren Verbindungen von Wärmeübertrager (20) und Vorderwand (18) von den übrigen Wandteilen (12,14,16) der Brennkammer (10) wird Wartung und Montage des Wärmeübertragers (20), sowie die Fertigung der Brennkammer (10) erleichtert. Die Anschlüsse (54,56) des Kanalsystems (46) sind vorteilhaft so gelegt, daß das Kanalsystem von unten nach oben durchströmt wird. Dadurch läßt sich das System einfacher entlüften. Der Heizungswirkungsgrad kann verbessert werden, wenn der Wärmeübergang von Heizgas auf die Brennkammerwand durch Vergrößerung der Strahlungszahl y infolge Oxidation oder Schwärzung der Innenoberfläche erhöht wird.
Die in Figur 8 dargestellte Vorderwand (68) besteht aus einem äußeren Wandblech (70) und einem im Parallelabstand dazu angeordneten inneren Wandblech (72), welches aus einem besonders temperaturfesten Material besteht. Auf der Innenseite des Wandblechs (70) ist vorzugsweise eine metallisch-glänzende Strahlungsschutzschicht (74), gegebenenfalls in Form eines zusätzlichen Blechteils, vorgesehen. Der zwischen den beiden Wandblechen (70,72) gebildete Raum (76) geht zum Hindurchführen eines Luftstromes, der dort aufgenommene Wärme zum Wärmübertrager (20) transportiert.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Brennkammer, insbesondere für gasbeheizte Wassererhitzer, deren Wände aus miteinander verschweißten inneren und äußeren Wandblechen (42, 44) gebildet sind, die mit örtlichen Ausformungen zur Bildung von Kanälen (46) für ein Fluid, insbesondere für als Kühlmittel dienendes Heizungswasser, versehen sind, wobei die Kanäle (46) nach dem Verschweißen entlang der späteren Kanalränder durch Ausformen der zwischen den Schweißnähten (48) sich befindenden Blechbereiche (42, 44) mittels eines mit Druck zwischen die Wandbleche (38, 40) eingeführten fluiden Arbeitsmittels gebildet werden und wobei die Wände mit den verschweißten Wandblechen Biegezonen (60) aufweisen, in denen die Wände zur Brennkammer gebogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Wandblech (40) vor dem Zuführen des fluiden Arbeitsmittels in der Biegezone (60) auf einem inneren Werkzeug (80) abgestützt wird und das äußere Wandblech (38) zu einem äußeren Werkzeug (82) einen Abstand bildet, der nach dem Zuführen des fluiden Arbeitsmittels die Grenzen für die Ausformung der Kanäle (46) bildet, wobei der Abstand des äußeren Werkzeuges (82) zum äußeren Wandblech (38) in der Biegezone (60) größer als in den gestreckten Stützbereichen bemessen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Werkzeug (80) vor der Biegezone (60) mindestens eine Ausnehmung aufweist, die zur Aufnahme überschüssigen Materials (62) diendende vertiefte Taschen am inneren Wandblech (40) ausbildet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissnähte (48) sowie die daran angrenzenden Blechbereiche (42, 44) bei der Herstellung der Kanäle (46) gereckt werden, indem die Schweissnähte zwischen dem inneren Werkzeug (80) und dem äußeren Werkzeug (82) abstützungsfrei angeordnet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Recken bis in den plastischen Bereich mit einer bleibenden Dehnung εr erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissnähte (48) so angeordnet werden, dass sich gemeinsame Kammern (46c, e) über die Eckenbereiche der Wandbleche (38, 40) erstrecken.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Wandblech (38) vor dem Verschweissen mit dem inneren Wandblech (40) mit einer Öffnung (52) zum Zuführen des fluiden Arbeitsmittels und späteren Anschliessen einer Leitung für ein fluides Betriebsmittel, insbesondere Heizungswasser, versehen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (52) in einer domartigen Ausprägung (50) des Wandblechs (38) vorgesehen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissnähte (48) so angeordnet und ausgebildet werden, dass sich parallel verlaufende Einzelkanäle (46 a, d, f, h) und in deren Eingangs- und Ausgangsbereichen gemeinsame Kammern (46 b, c, e, g, i, j) ergeben, und ferner, dass die Öffnungen (52) für die Anschlussleitungen im Bereich der außenliegenden Kammern (46 b, g i , j) vorgesehen sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissnähte (48) so angeordnet werden, dass sich gemeinsame Kammern (46c, e) über die Eckenbereiche der Wandbleche (38, 40) erstrecken.
  10. Verfahren nnach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn der Einzelkanälen (46 d, h) zueinander versetzt angeordnet wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (66) der Schweissnähte (48) kreislinienförmig auslaufend ausgeführt werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander verschweissten Wandbleche (38, 40) zu einem die Rückwand (12) und die Seitenwände (14, 16) der Brennkammer (10) bildenden U-förmigen Körper gebogen werden und die Vorderwand (18) der Brennkammer (10) als getrenntes Teil hergestellt und mit den Seitenwänden (14, 16) lösbar verbindbar ausgeführt sind.
  13. Brennkammer für gasbeheizte Wassererhitzer hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 12, deren Wände aus zwei miteinander verschweissten Wandblechen (42, 44) bestehen, zwischen denen in örtlichen Ausformungen Kanäle (46) für einen die Brennkammer (10) kühlenden Wasserdurchlauf gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Strömungsquerschnitt amin der für eine Kühlung der Brennkammer (10) notwendigen Durchflussmenge für das Fluid, insbesondere Heizungswasser, entspricht, und dass bei einer vorgegebenen Kühlfläche für die Brennkammer (10) die Kanalbreite sowohl im gestreckten Kanalbereich als auch im Eckenbereich der Biegezone (60) größer oder gleich dem minimalen Strömungsquerschnitt amin ist.
  14. Brennkammer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im gestreckten Kanalbereich die Tiefe (b) der Ausnehmung gleich der Breite (c) des Abstandes ist.
  15. Brennkammer nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (a) des Strömungsquerschnitts in den Biegezonen (60) gleich der Summe aus der Tiefe (b) der Ausnehmung und der Breite (c) des Abstandes im gestreckten kanalbereich ist.
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