TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Schweißverbindungen zwischen Innenrohren und Rohrträgerplatten eines Rohrbündels für einen Produkt-zu- Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher mittels einer Hilfsvorrichtung, wobei die jeweilige Rohrträgerplatte mit ihrer den Innenrohren zugewandten Stirnseite verschweißt wird. Das Herstellungsverfahren wird in an sich bekannter Weise mit fol genden Schritten durchgeführt: (i) Ausrichten der Innenrohre mit zugeordneten, in der Rohrträgerplatte angeordneten plattenseitigen Innenbohrungen derart, dass die Innenrohre und die plattenseitigen Innenbohrungen miteinander fluchten; (ii) Festlegen des jeweiligen Innenrohres und der Rohrträgerplatte zueinander in einer unverschweißten Ausgangslage mit einem Formschluss, der radial und gegeneinander gerichtet wirksam ist, wobei mehr als eine plattenseitige Innenbohrung vorgegeben und damit ein Rohrbelegungsmuster durch die Rohrträgerplatte festlegt wird für zugeordnete, parallel zueinander angeordnete Innenrohre; (iii) unverrückbares Festlegen einer jeweils notwendigen Anzahl Innenrohre in Gänze entsprechend dem Rohrbelegungsmuster zueinander und im jeweiligen Formschluss mit der Rohrträgerplatte mittels der Hilfsvorrichtung.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Hilfsvorrichtung für ein solches Herstellungsverfahren, ein mit einem solchen Herstellungsverfahren oder einer solchen Hilfsvorrichtung geschweißtes Rohrbündel, einen Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel- Wärmeaustauscher mit wenigstens einem solchen Rohrbündel sowie eine Schweißverbindung, hergestellt mittels eines solchen Herstellungsverfahrens.

STAND DER TECHNIK

In der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie kommen die verschiedensten Arten von Wärmeaustauschern zur Anwendung, mit denen Lebensmittelprodukte wär- mebehandelt werden. Die jeweilige Auswahl, beispielsweise Platten- oder Rohrwärmeaustauscher in ihren unterschiedlichsten Ausführungsformen, richtet sich nach dem zu behandelnden Lebensmittelprodukt. Der Rohrwärmeaustauscher ist sowohl für niedrigviskose Produkte wie Milch und andere Milchprodukte, Getränke und Säfte als auch für mittel- bis hochviskose Produkte wie Konzentrate, Suppen oder Desserts und darüber hinaus auch für derartige Produkte, die zusätzlich Fasern und/oder Pulpe beinhalten, geeignet. In der Regel strömt das Produkt zum Zwecke der Wärmebehandlung durch die sogenannten Innenrohre und ein Wärmeträgermedium, beispielsweise Dampf oder Wasser, umströmt diese Innenrohre, vorzugsweise im Gegenstrom, von außen in einem die Innenrohre umgebenden Gehäuse, vorzugsweise einem Mantelrohr.

Eine besonders energieeffiziente Ausführungsform der bekannten Rohrwärmeaustauscher ist ein sogenannter Rohrbündel-Wärmeaustauscher (siehe Figur 1). Dieser besteht aus einer Vielzahl von Rohrbündeln (Figuren 2a, 2b, 3), von denen jedes mehrere parallel geschaltete Innenrohre mit einem gemeinsamen Eintritt und einem gemeinsamen Austritt für das Produkt aufweist. Die jeweilige Gruppe von Innenrohren bzw. ein sogenannter Satz Innenrohre wird von dem Mantelrohr umschlossen, das jeweils nahe seiner Enden mit einem in dieses Mantelrohr radial ein- bzw. ausmündenden Anschlussstutzen für ein Wärmeträgermedium versehen ist. Das Wärmeträgermedium durchströmt das Mantelrohr vorzugsweise im Gegenstrom zur Rohrströmung in den Innenrohren, einem Produktstrom.

Die Innenrohre durchdringen beiderseits und jeweils endseitig eine plattenseitige Innenbohrung in einer sogenannten Rohrträgerplatte (Figur 3) und sind jeweils an ihrem Rohrende mit der Rohrträgerplatte, und zwar an deren den Innenrohren abgewandten Stirnseite (Vorderseite der Rohrträgerplatte), vorzugsweise mittels einer umlaufenden Rundschweißnaht verbunden. Anstelle einer Schweißverbindung sind auch andere stoffschlüssige Verbindungen mit oder ohne Zusatzmaterial möglich. Es liegt somit zwischen der Außenseite des Innenrohres und der zugeordneten plattenseitigen Innenbohrung in der Rohrträgerplatte ein umlaufender Ringspalt vor, der sich von der umlaufenden, stoffschlüssigen Verbindungsstelle zwischen Innenrohr und Rohrträgerplatte durch die Rohrträgerplatte hindurch bis in einen vom Wärmeträgermedium beaufschlagten Innenraum für das Rohrbündel bzw. des Mantelrohres erstreckt. Dieser umlaufende Ringspalt ist so lange unkritisch, wie das Wärmeträgermedium nur ausschließlich ein Wärmeträgermedium wie Wasser oder Dampf bleibt und nicht durch ein Lebensmittelprodukt substituiert wird.

Wenn allerdings aus Gründen einer verbesserten Wärmeübertragungseffizienz in einem Rohrbündel-Wärmeaustauscher eine sogenannte Produkt-zu-Produkt- Wärmeübertragung stattfinden soll, dann wird der vorgenannten umlaufende Ringspalt kritisch, weil sich hier Produkt festsetzen kann. Im günstigsten Falle kann dieses Produkt nur durch besonders intensive und langandauernde überdo sierte Reinigung im Durchfluss, sogenannte CIP-Reinigung (CIP: cleaning in place), abgereinigt werden, mit dem Ziel einer Überführung des umlaufenden Ringspalts in einen mikrobiologisch unkritischen Zustand für die nachfolgende Produktfahrt.

Besonders bei regenerativ betriebenen Wärmeübertragungssystemen, bei denen beispielsweise die bei der Abkühlung eines Endprodukts anfallende Wärme zur Vorwärmung eines noch zu behandelnden Produkts genutzt wird, ergibt sich bekanntlich bei einer Wärmeübertragung von Produkt-zu-Produkt (P-P) gegenüber einer Wärmeübertragung von Produkt-zu-Wärmeträgermedium-zu-Produkt (P-W- P) eine höhere Energieeffizienz bzw. Wirtschaftlichkeit, weil der Wärmedurchgang durch eine größere logarithmische Temperaturdifferenz sowie eine höhere Strömungsgeschwindigkeiten der Produktströme (höhere Reynolds-Zahl) verbessert und die Wärmeaustauschflächen dadurch verkleinert werden können. Durch die höheren Reynolds-Zahlen lassen sich darüber hinaus Rohrbündel mit größeren Rohrlängen realisieren, wodurch sich Kostensenkungen ergeben.

In der bekannten Form sind die Rohrbündel-Wärmeaustauscher unter sanitären oder gar aseptischen Gesichtspunkten nur um den Preis einer überdosierten Reinigung für einen Produkt-zu-Produkt-Wärmeaustausch geeignet. Es wurde daher vorgeschlagen (JP 2020 117 121), an der Rückseite der Rohrträgerplatte, das heißt an der den Innenrohren zugewandten Stirnseite der Rohrträgerplatte, eine zusätzliche Rundnahtschweißung vorzunehmen, um den kritischen Ringspalt dadurch gegen das Eindringen von Produkt zu schließen. Ein Nachteil einer jewei- ligen umlaufenden Rundschweißnaht an der Vorder- und zusätzlich an der Rückseite der Rohrträgerplatte besteht darin, dass zwischen den beiden Rundschweißnähten bzw. den beiden anderweitigen stoffschlüssigen Verbindungen ein geschlossener Ringraum bzw. Ringspalt gebildet wird, der ein Risiko für die Lebensmittelsicherheit darstellt, wenn die Rundschweißnähte bzw. stoffschlüssigen Verbindungen nicht fehler- und porenfrei hergestellt sind. Eine diesbezügliche Überprüfung ist nur schwer oder überhaupt nicht möglich. Es besteht dann die Gefahr, dass sich in dem geschlossenen Ringraum Mikroorganismen ansiedeln, die ein nachfolgendes Produkt rekontaminieren können.

In der US 2 996 600 A ist im Rahmen eines Rohrwärmeaustauschers eine Schweißverbindung zwischen einem Rohr und einer Rohrträgerplatte beschrieben. Das Rohr besitzt einen Innendurchmesser, dem der Durchmesser einer dem Rohr zugeordneten Bohrung in der Rohrträgerplatte entspricht. Rohr und Rohrträgerplatte werden derart miteinander verschweißt, dass der Innendurchmesser des Rohres und der Durchmesserder Bohrung miteinander fluchten. Die diesbezüglich notwendige Ausrichtung und Zentrierung des Rohres an der Rohrträgerplatte wird durch einen Rezess an der Rohrträgerplatte, in den das Rohr eingreift, erreicht. Eine Umkehrung dieses Prinzips wird ebenfalls offenbart, bei dem ein Rezess am zu verbindenden Rohrende vorgesehen ist, der eine die Bohrung in der Rohrträgerplatte umgebende Aushalsung von außen umschließt. Der jeweilige Formschlussbereich zwischen dem Rohr und der Rohrträgerplatte wird mittels eines or bital umlaufenden Schweißwerkzeuges, ausgehend von der Innenseite des Innen durchmessers des Rohres sowie der Bohrung der Rohrträgerplatte, einlagig und durchgängig von radial innen bis radial außen verschweißt.

In der WO 2014060425 A1 werden die unterschiedlichsten Vorschläge offenbart, wie die in Rede stehende Verbindung zwischen einem Innenrohr und einer Rohr trägerplatte eines Rohrbündels eines Rohrbündel-Wärmeaustauschers unter Vermeidung eines umlaufenden Ringspalts zwischen der Außenseite des Innenrohres und der Bohrung in der Rohrträgerplatte ausgestaltet werden kann.

In der DE 1501 463 A wird eine Vorrichtung zum horizontalen Zusammenbau von Wärmeaustauschern offenbart, bei der ein durch Halterungen zusammengehalte- nes Rohrbündel, dessen Rohre mit ihren Rohrenden in zugeordnete Bohrungen eines Rohrbodens einmünden, in einen beiderseits offenen Mantel des Wärmeaustauschers eingeführt werden. Die Halterungen verbleiben offensichtlich am und im Rohrbündel, auch nach dem Zusammenbau und im Betrieb des Wärmeaustauschers.

Merkmale für die Einbettung der Rohre des Rohrbündels im Rohrboden und die Verbindung (beispielsweise Schweißverbindungen) mit diesem sind nicht offenbart. Es kann vermutet werden, dass die einzelnen Rohre des Rohrbündels durch zugeordnete Bohrungen im Rohrboden hindurchgeschoben und an den offenen Rohrenden mit der Stirnseite des Rohrbodens, die den Rohren abgewandt ist, stoffschlüssig verbunden, vermutlich verschweißt sind. Diesbezügliche Schweißverbindungen zeitigen, wie vorstehend bereits thematisieret, einen kritischen Ringspalt zwischen dem Außendurchmesser des jeweiligen Rohres und dem Innendurchmesser der aufnehmenden Bohrung im Rohrboden.

Die vorstehend angegebenen Merkmale aus dem Stand der Technik sind im Kontext zu der Ausgestaltung einer Schweißverbindung zwischen Innenrohr und Rohrträgerplatte (US 2 996 600 A) sowie zu einer Halterung bzw. Hilfsvorrichtung, mit der die Rohre eines Rohrbündels zusammengehalten werden (DE 15 01 463 A), in Kombination miteinander gattungsbildend für den Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das mittels einer Hilfsvorrichtung eine unter hygienischen und sanitären Gesichtspunkten sichere, maßgenaue und mit hoher reproduzierbarer Qualität ausgeführte Schweißverbindung zwischen den Innenrohen und der Rohrträgerplatte eines Rohrbündels für einen Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher sicherstellt. Darüber hinaus ist es Ziel der Erfindung, eine Hilfsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens anzugeben. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist Gegenstand des zugeordneten Unteranspruchs. Eine erfindungsgemäße Hilfsvorrichtung für ein solches Herstellungsverfahrens ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs 3. Vorteilhafte Ausführungsformen der Hilfsvorrichtung sind in den zugeordneten Unteransprüchen beschrieben. Ein erfindungsgemäßes Rohrbündel ist Gegenstand der Nebenansprüche 8 und 9, ein erfindungsgemäßer Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher mit wenigstens einem solchen Rohrbündel ist Gegenstand des Nebenanspruchs 10 und eine erfindungsgemäße Schweißverbindung, hergestellt mittels des Herstellungsverfahrens nach Anspruch 1 oder 2, ist Gegenstand des Nebenanspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schweißverbindung sind in den zugeordneten Unteransprüchen beansprucht.

Die Erfindung geht verfahrenstechnisch aus von einem Herstellungsverfahren für Schweißverbindungen zwischen Innenrohren und Rohrträgerplatten eines Rohr bündels für einen Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher mittels einer Hilfsvorrichtung, wobei die jeweilige Rohrträgerplatte mit ihrer den Innenrohren zugewandten Stirnseite verschweißt wird, durchgeführt mit folgenden an sich bekannten Schritten (i) bis (iii):

(i) Ausrichten der Innenrohre mit zugeordneten, in der Rohrträgerplatte angeordneten plattenseitigen Innenbohrungen derart, dass die Innenrohre und die plattenseitigen Innenbohrungen miteinander fluchten, d.h. ihre Rotationsachsen verlaufen koaxial.

(ii) Festlegen des jeweiligen Innenrohres und der Rohrträgerplatte zueinander in einer unverschweißten Ausgangslage mit einem Formschluss, der radial und gegeneinander gerichtet wirksam ist, wobei mehr als eine plattenseitige Innenbohrung vorgegeben und damit ein Rohrbelegungsmuster durch die Rohrträgerplatte festlegt wird für zugeordnete, parallel zueinander ange ordnete Innenrohre.

Die radiale Festlegung wirkt in beiden Richtungen, die axiale Festlegung beschränkt sich darauf, dass das Innenrohr an der Rohrträgerplatte in der einen Richtung anliegt und in der umgekehrten Richtung von dieser gelöst werden kann.

(iii) Unverrückbares Festlegen einer jeweils notwendigen Anzahl n Innenrohre in Gänze entsprechend dem Rohrbelegungsmuster zueinander und im jeweiligen Formschluss mit der Rohrträgerplatte mittels der Hilfsvorrichtung. Die Rohrträgerplatte legt durch die Vorgabe von mehr als einer Innenbohrung ein Rohrbelegungsmuster fest für die Anordnung zugeordneter, parallel zueinander angeordneter Innenrohre. Die Anzahl n der möglichen Innenrohre beträgt zwei und mehr, wobei eine Anordnung mit n = 7 Innenrohren bevorzugt ist, von denen eines zentral in der Rohrträgerplatte und die ande ren gleichverteilt auf einem einzigen Teilkreis angeordnet sind, der konzentrisch zum Zentrum der Rohrträgerplatte verläuft. Die Hilfsvorrichtung dient der unverrückbaren Festlegung der Innenrohre zueinander.

Der erfinderische Grundgedanke besteht bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren darin, im Sinne der Aufgabenstellung eine Lösung nicht nur für ein einzelnes Innenrohr, wie dies im Stand der Technik offenbart ist, vorzusehen, sondern eine Lösung für eine Gruppe bzw. einen Satz von parallel zueinander ver laufenden Innenrohren in einem fortlaufenden Schweißprozess vorzuschlagen, der alle Innenrohre des Satzes nacheinander erfasst.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird nach dem Herstellungsverfah ren durch die folgenden weiteren Schritte (iv) bis (viii) gelöst.

(iv) Anpressen der Stirnseite der Rohrträgerplatte in Richtung der Innenrohrlängsachsen der Innenrohre an die Stirnseite der Innenrohre über die Zeitdauer der Schweißungen für alle Innenrohre mit einem ersten Formschluss, der radial sowie axial und jeweils gegeneinander gerichtet wirksam ist, wobei die plattenseitige Innenbohrung und eine rohrseitige Innenbohrung des Innenrohres gleichgroße Innendurchmesser aufweisen. Durch das Anpressen werden unerwünschte Spaltbildungen zwischen den Stirnseiten der Innenrohre und der Rohrträgerplatte, die durch den Wärmeeintrag beim Schweißen verursacht werden können, vermieden bzw. minimiert. (v) Unverrückbares Festlegen der jeweils notwendigen Anzahl n Innenrohre in Gänze entsprechend dem Rohrbelegungsmuster zueinander mittels eines zweiten Formschlusses der Hilfsvorrichtung, der lösbar ausgestaltet ist.

Der zweite Formschluss verzichtet vorzugsweise auf eine kraftschlüssige Komponente, wobei diese Ausgestaltung auch ein gegebenenfalls vorhandenes zentrales Innenrohr umfasst.

(vi) Ausführen einer umlaufenden Rundschweißnaht orbital, von der plattenseitigen und der rohrseitigen Innenbohrung ausgehend, einlagig und von radial innen bis radial außen durchgängig, wobei von einer Schweißnahtbreite der umlaufenden Rundschweißnaht mindestens eine axiale Formschlusstiefe des ersten Formschlusses erfasst wird.

Die Schweißung erfolgt vorzugsweise ohne Zusatzmaterial und unter einer für die zu verbindenden Materialien geeigneten Schutzgasatmosphäre. Die axiale Formschlusstiefe ist auf eine sich unter den gegebenen Schweiß- und Wandstärkenbedingungen ergebende Schweißnahtbreite abgestimmt. Die axiale Formschlusstiefe darf eine mögliche Schweißnahtbreite nicht überschreiten. Unter umlaufender Rundschweißnaht ist eine Schweißnaht zu verstehen, die in sich geschlossen, d.h. ohne örtliche Unterbrechungen ausge führt ist.

(vii) Verschweißen der Innenrohre mit der Rohrträgerplatte nacheinander.

In der einmal eingenommenen Anordnungslage der Innenrohre, die durch die Hilfsvorrichtung unverrückbar festgelegt ist, werden alle diesbezüglichen Schweißverbindungen ausgeführt.

(viii) Lösen und Entfernen der Hilfsvorrichtung von der verschweißten Rohranordnung.

Um Materialspannungen im Verlauf des über alle Schweißverbindungen währenden Schweißprozesses zu minimieren, ist eine Schweißabfolge so vorgesehen, dass, falls vorhanden, zunächst ein zentral in der Rohrträgerplatte angeordnetes Innenrohr und anschließend die auf einem Teilkreis um das zentrale Innenrohr herum angeordneten außenliegenden Innenrohre, jeweils in gegenüberliegender Abfolge, mit der Rohrträgerplatte verschweißt werden. Die Erfindung geht vorrichtungstechnisch aus von einer Hilfsvorrichtung für ein Herstellungsverfahren für Schweißverbindungen zwischen Innenrohren und Rohrträgerplatten eines Rohrbündels für einen Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel- Wärmeaustauscher, wobei die Schweißverbindung in an sich bekannter Weise folgendermaßen ausgestaltet ist:

• Das Innenrohr mit seiner rohrseitigen Innenbohrung ist in einer Ebene senkrecht zu einer Innenrohrlängsachse mit einer den Innenrohren zugewandten Stirnseite der scheibenförmigen Rohrträgerplatte, die eine plattenseitige Innenbohrung aufweist, verbunden.

• Die rohrseitige Innenbohrung und die plattenseitige Innenbohrung weisen gleichgroße Innendurchmesser auf und sind miteinander fluchtend ausgerichtet.

• In einer unverschweißten Ausgangslage sind das Innenrohr und die Rohrträgerplatte mit einem ersten Formschluss, der radial sowie axial und jeweils gegeneinander gerichtet wirksam ist, zueinander festgelegt.

• Eine umlaufende Rundschweißnaht ist orbital, von der rohrseitigen Innenbohrung ausgehend, einlagig und von radial innen bis radial außen durchgängig ausgeführt.

• Eine Schweißnahtbreite der umlaufenden Rundschweißnaht erfasst mindestens eine axiale Formschlusstiefe des ersten Formschlusses.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit einer erfindungsgemäßen Hilfsvorrichtung für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren durch die folgenden Merkmale gelöst.

• Es sind im Rahmen der Hilfsvorrichtung eine erste und eine zweite Halteringhälfte vorgesehen, die einen geschlossenen Ring bilden.

• Die Halteringhälften berühren sich in einer Trennebene, die durch ein Zentrum der Hilfsvorrichtung verläuft, und in der Trennebene bilden die Halteringhälften einen unverschieblichen zweiten Formschluss miteinander.

• Die Rohrträgerplatte legt durch die Vorgabe von mehr als einer in ihr vorgesehenen Innenbohrung ein Rohrbelegungsmuster fest für die Anordnung parallel zueinander angeordneter Innenrohre.

• Das Rohrbelegungsmuster ist in den Halteringhälften derart abgebildet, dass auf einem einzigen Teilkreis gleichverteilt angeordnete Innenrohre jeweils maximal halbseitig von den Halteringhälften umschlossen sind, wobei die Öffnung der jeweils umschließenden Kontur dem Zentrum der Halteringhälften zugewandt ist. Diese Bedingungen werden durch entsprechende Bemessung eines Innendurchmessers der zu einem Ring geschlossenen Halteringhälften erfüllt, wobei die Bemessung von der Anzahl der auf dem Teilkreis befindlichen Innenrohre abhängt.

• Die Trennebene verläuft zusätzlich durch mindestens eine auf dem Teilkreis liegende Innenrohrlängsachse. Dadurch ist sichergestellt, dass die Halteringhälften sämtliche Innenrohre umschließen und in Gänze festlegen können und dass nach dem Verschweißen aller Innenrohre mit der Rohrträgerplatte ein Lösen und Entfernen der Halteringhälften von der verschweißten Rohranordnung möglich ist.

• Es sind Haltemittel vorgesehen, die jeweils am Umfang der Halteringhälften und sternförmig zum Zentrum hin orientiert in die Halteringhälften verschieblich eingreifen.

• Die Haltemittel tangieren beiderseits mit ihrer Mantelfläche jeweils auf dem Teilkreis angeordnete, benachbarte Innenrohre.

• Die Haltemittel legen mit ihrer jeweiligen dem Zentrum zugewandten Stirnsei te erforderlichenfalls ein im Zentrum angeordnetes Innenrohr fest und sind in dieser Position selbst jeweils lösbar festgelegt.

Eine entsprechend den vorstehenden Merkmalen ausgestaltete erfindungsgemäße Hilfsvorrichtung ist geeignet, Rohranordnungen mit wenigstens zwei Innenrohren in sich bestimmungsgemäß aufzunehmen.

Es ist hinreichend, wenn der zweite Formschluss die erste und die zweite Halteringhälfte in radialer Richtung zueinander festlegt. Die Festlegung der Halteringhälften in axialer Richtung zueinander erfolgt zweckmäßig dadurch, wie dies vorgesehen ist, dass die erste und die zweite Halteringhälfte durch ein am Umfang der ersten und der zweiten Halteringhälfte angeordnetes Verbindungsmittel, bei spielsweise eine Verbindungsschraube, die diametral zueinander angeordnet sind, lösbar miteinander verbunden sind. Befindet sich die Hilfsvorrichtung in der geschlossenen Position und legt sie in dieser Position eine bestimmungsgemäße Anzahl von Innenrohren fest, damit diese mit der zugeordneten Rohrträgerplatte gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren verschweißt werden können, dann sind die Haltemittel, die die Innenrohre im zweiten Formschluss festlegen, jeweils durch ein Feststellmittel, beispielsweise eine Feststellschraube, in der zugeordneten Halteringhälfte selbst unverrückbar festgelegt.

Ein besonders vorteilhaftes Rohrbelegungsmuster zeichnet sich dadurch aus, dass sieben Innenrohre vorgesehen sind, wobei sich ein Innenrohr koaxial im Zentrum der Hilfsvorrichtung befindet und sechs Innenrohre gleichverteilt auf dem Teilkreis angeordnet sind und dass die Trennebene zusätzlich durch zwei diametral zueinander angeordnete Innenrohre verläuft. In dieser Anordnung bilden die Innenrohrlängsachsen jeweils dreier benachbarter Innenrohre die Ecken eines gleichseitigen Dreiecks, wodurch der radiale Abstand aller jeweils benachbarten Innenrohre gleichgroß ist, da im Regelfall alle Innenrohre einen gleichgroßen Au ßendurchmesser aufweisen. Die Wärmeübertragungs- und Wärmedurchgangsbedingungen sind unter diesen Randbedingungen für alle Innenrohre annähernd gleich, wenn man von den besonderen Umströmungsbedingungen des zentralen Innenrohres gegenüber den auf dem Teilkreis befindlichen anderen Innenrohren absieht.

Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren und der erfindungsgemäßen Hilfsvorrichtung für Schweißverbindungen zwischen Innenrohren und Rohrträgerplatten ist die Herstellung eines Rohrbündels, das aus einer Vielzahl von Innenrohren besteht, für einen Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher gemäß der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung möglich. Weiterhin erlaubt die vorliegende Erfindung die Herstellung eines Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel- Wärmeaustauschers mit wenigstens einem Rohrbündel, das mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren und/oder der erfindungsgemäßen Hilfsvorrichtung für Schweißverbindungen zwischen Innenrohren und Rohrträgerplatten geschweißt ist. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren und die erfindungsgemäße Hilfsvorrichtung basieren auf einer an sich bekannten Schweißverbindung zwischen Innenrohren und Rohrträgerplatten eines Rohrbündels für einen Produkt-zu-Produkt- Rohrbündel-Wärmeaustauscher. Diese Schweißverbindung stellt sicher, dass der vorstehend thematisierte und unter hygienischen und sanitären Gesichtspunkten kritische umlaufende Ringspalt zwischen Außendurchmesser des Innenrohres und dem Innendurchmesser der zugeordneten plattenseitigen Innenbohrung vermieden wird.

Die vorliegende Erfindung hat sich weiterhin zum Ziel gesetzt, diese bekannte Schweißverbindung im Rahmen von weiteren Ausgestaltungen zu optimieren. Die bekannte Schweißverbindung zeichnet sich in ihrer grundsätzlichen Ausgestaltung dadurch aus,

• dass das Innenrohr mit seiner rohrseitigen Innenbohrung in einer Ebene senkrecht zu einer Innenrohrlängsachse mit einer den Innenrohren zugewandten Stirnseite der scheibenförmigen Rohrträgerplatte, die eine plattenseitige Innenbohrung aufweist, verbunden ist,

• dass die rohrseitige Innenbohrung und die plattenseitige Innenbohrung gleichgroße Innendurchmesser aufweisen und miteinander fluchtend ausgerichtet sind,

• dass in einer unverschweißten Ausgangslage das Innenrohr und die Rohrträgerplatte mit einem ersten Formschluss, der radial sowie axial und jeweils gegeneinander gerichtet wirksam ist, zueinander festgelegt sind,

• dass eine umlaufende Rundschweißnaht orbital, von der plattenseitigen und der rohrseitigen Innenbohrung ausgehend, einlagig und von radial innen bis radial außen durchgängig ausgeführt ist und

• dass eine Schweißnahtbreite der umlaufenden Rundschweißnaht mindestens eine axiale Formschlusstiefe des ersten Formschlusses erfasst.

Eine sehr einfache Ausgestaltung der Schweißverbindung mit Blick auf die Verbindungsgeometrie zwischen Innenrohr und Rohrträgerplatte wird realisiert, wenn die umlaufende Rundschweißnaht so positioniert ist, dass die Schweißnahtbreite maximal um die Formschlusstiefe in die Rohrträgerplatte, von der Seite des Innenrohres aus gesehen, eingreift. In diesem Falle ist die Rohrträgerplatte lediglich mit dem Außendurchmesser des Innenrohres und mit maximal der Formschlusstiefe aufzusenken bzw. aufzubohren. Durch diese quantitative Ausgestaltung ist sichergestellt, dass kein Spalt mehr zwischen dem Außendurchmesser des Innenrohres und der Innenbohrung in der Rohrträgerplatte existiert, der nicht von der umlaufenden Rundschweißnaht überbrückt ist. Eine Aufsenkung mit weniger als der Formschlusstiefe verlagert einen Teil der Breite der umlaufenden Rundschweißnaht in einen der Rohrträgerplatte vorgelagerten Rohrbereich.

Eine Verlagerung der umlaufenden Rundschweißnaht teilweise oder vollständig in die Rohrträgerplatte hinein zeitigt in an sich bekannter Weise einen unstetigen Verlauf der Verbindungsquerschnitte vom relativ kleinen Verbindungsquerschnitt des Innenrohres zum massiven Querschnitt der Rohrträgerplatte. Ein derartiger Verlauf ist festigkeitsmäßig ungünstig. Um hier Abhilfe zu schaffen, sieht ein weiterer Vorschlag vor, dass die Rohrträgerplatte, radial außenseits von der umlaufenden Rundschweißnaht beabstandet, eine umlaufende, axial sich erstreckende, ringspaltförmige plattenseitige Ausnehmung aufweist, die so ausgebildet ist, dass die mit der umlaufenden Rundschweißnaht zu verschweißende Wandstärke der Rohrträgerplatte einen Wert annimmt, der zwischen der einfachen bis zur zweifachen Rohrwandstärke liegt.

Ein anderer Vorschlag schafft diesbezüglich gleichfalls Abhilfe und verbessert insbesondere die Festigkeitseigenschaften unter wechselnden mechanischen und/oder thermischen Belastungen. Er sieht vor, dass die umlaufende Rundschweißnaht, bezogen auf die Rohrträgerplatte, um einen vorgelagerten axialen Formschlussabstand des ersten Formschlusses von der Rohrträgerplatte entfernt positioniert ist, wobei die Rohrträgerplatte in diesem Bereich auf eine Wandstärke zwischen der einfachen bis zur zweifachen Rohrwandstärke ausgehalst ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Eine eingehendere Darstellung der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren der Zeichnung sowie aus den Ansprüchen. Die Erfindung ist in den verschiedensten Ausgestaltungen eines Herstellungsverfahrens der gattungsgemäßen Art realisierbar. Weiterhin ist die Erfindung in den verschiedensten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Hilfsvorrichtung für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren verwirklicht. Nachfolgend werden mit Bezug auf die Zeichnung das Herstellungsverfahren und die Hilfsvorrichtung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen

Figur 1 in schematischer und perspektivischer Darstellung einen Rohrbün- del-Wärmeaustauscher nach dem Stand der Technik; Figur 2a in perspektivischer Darstellung ein Rohrbündel nach dem Stand der Technik mit einer Anzahl Innenrohren und mit Blick auf eine den In nenrohren abgewandte Stirnseite (Vorderseite) und eine den Innenrohren zugewandte Stirnseite (Rückseite) der Rohrträgerplatte;

Figur 2b in perspektivischer Darstellung das Rohrbündel gemäß Figur 2a aus einer gegenüber Figur 2a umgekehrten Blickrichtung; Figur 3 im Meridianschnitt ein Rohrbündel gemäß den Figuren 2a, 2b nach dem Stand der Technik, eingebettet in ein Gehäuse für die Zu- und Abfuhr eines Wärmeträgermediums;

Figur 4 einen Meridianschnitt durch eine erste Schweißverbindung zwischen einem Innenrohr und einer Rohrträgerplatte in Verbindung mit einem Schweißwerkzeug;

Figur 4a in vergrößerter Darstellung eine zur Ausgestaltung der ersten

Schweißverbindung gemäß Figur 4 alternative zweite Ausgestaltung; Figur 4b in vergrößerter Darstellung eine zur Ausgestaltung der ersten

Schweißverbindung gemäß Figur 4 alternative dritte Ausgestaltung; Figur 5 in vergrößerter Darstellung eine zur Ausgestaltung der ersten

Schweißverbindung gemäß Figur 4 alternative vierte Ausgestaltung; Figur 6 in vergrößerter Darstellung eine zur Ausgestaltung der ersten

Schweißverbindung gemäß Figur 4 alternative fünfte Ausgestaltung; Figur 7 in perspektivischer Darstellung eine Rohrträgerplatte für sieben Innenrohre; Figur 7a in perspektivischer Darstellung einen Meridianschnitt durch die Rohrträgerplatte gemäß einem in Figur 7 mit „C-C“ gekennzeichneten Schnittverlauf;

Figur 7b in Ansicht den Meridianschnitt durch die Rohrträgerplatte gemäß

Figur 7a; Figur 8 in perspektivischer Darstellung eine Gesamtansicht einer geschlossenen Hilfsvorrichtung ohne Innenrohre;

Figur 9 in perspektivischer Darstellung eine Gesamtansicht der geschlossenen Hilfsvorrichtung gemäß Figur 8 mit darin festgelegten Innenrohren und

Figur 10 eine Ansicht der geschlossenen Hilfsvorrichtung gemäß Figur 9 entsprechend einer in Figur 9 mit „G“ gekennzeichneten Blickrichtung.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Rohrbündel-Wärmeaustauschers 100, bei dem in der Regel eine Vielzahl von Rohrbündel 10 mit Verbindungsbogen 5 strömungstechnisch in Reihe geschaltet werden. Das Rohrbündel 10 besteht aus einem Satz mit mehreren Innenrohren 16 (siehe Figuren 2a, 2b), die parallel zueinander verlaufen und strömungstechnisch auch parallel geschaltet sind, jeweils endseitig eine jeweilige plattenseitige Innenbohrung 17 in einer ersten und einer zweite Rohrträgerplatte 12, 14 durchdringen (Figur 3), sich dort abstützen und an ihrem Rohraußendurchmesser des Rohrendes an der den lnnenrohren16 zugewandten Stirnfläche (Vorderseite) der Rohrträgerplatte 12, 14 mit dieser umlaufend verschweißt sind. Jeder Satz Innenrohre 16 ist in einem Außenrohr bzw. Mantelrohr 15 angeordnet (Figuren 1, 3). Ein Produkt, beispielsweise ein Lebensmittelprodukt, wird durch die Innenrohre 16 geleitet, und ein sogenanntes Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser oder Dampf, umströmt die Außenseite der Innenrohre 16 innerhalb des Außenrohres 15. Die Figuren 2a, 2b zeigen weiterhin jeweils einen Ringspalt S, der zwischen einem Außendurchmesser jedes Innenrohres 16 und der jeweils zugeordneten plattenseitigen Innenbohrung 17 innerhalb der Rohrträgerplatte 12, 14 (Figur 3) gebildet wird.

Das aus dem Stand der Technik bekannte Rohrbündel 10 (Figur 3 - nur die hier relevanten Bauteile sind bezeichnet; siehe auch DE 9403 913 U1) besteht in seinem mittleren Teil, der unterbrochen dargestellt ist, aus dem einen Außenkanal 15 ^* begrenzenden Außenrohr 15 (bzw. Außenmantel) mit einem, bezogen auf die Darstellungslage, nicht bezeichneten linksseitig angeordneten festlagerseitigen und einem nicht bezeichneten rechtsseitig angeordneten loslagerseitigen Außenmantelflansch. An letzterem schließt sich ein erstes Gehäuse mit einem zweiten Eintritt 22 und an den festlagerseitigen Außenmantelflansch schließt sich ein zwei- tes Gehäuse mit einem zweiten Austritt 24 an. Eine Anzahl n von sich achsparallel zum Außenrohr 15 durch den Außenkanal 15* erstreckenden, gemeinsam einen Innenkanal 16* bildenden Innenrohre 16 ist endseitig jeweils in der linksseitigen Rohrträgerplatte 12, die Teil eines Festlagers ist, und der rechtsseitigen Rohrträgerplatte 14, die Teil eines Loslagers ist, abgestützt und an ihrem Rohraußendurchmesser über eine umlaufende Schweißnaht SN mit der den Innenrohren 16 zugewandten Stirnfläche der jeweils zugeordneten Rohrträgerplatte 12, 14 verschweißt. Diese Gesamtanordnung ist über eine nicht näher bezeichnete Öffnung am zweiten Gehäuse in das Außenrohr 15 eingeführt und über einen festlagerseitigen Austauscherflansch, der einen ersten Eintritt 18 aufnimmt, mit dem zweiten Gehäuse unter Zwischenschaltung von jeweils einer Dichtung zusammengespannt. Das Innenrohr 16, dessen Innenrohrlängsachse mit R bezeichnet ist, weist eine rohrseitige Innenbohrung 16a mit einem Innendurchmesser D auf. Die festlagerseitige und die loslagerseitige Rohrträgerplatte 12, 14 besitzen jeweils eine Plattenrotationsachse A, die koaxial zueinander angeordnet sind und die wiederum bei einem zentralen Innenrohr 16 zu dessen Innenrohrlängsachse R koaxial verlaufen. Die loslagerseitige Rohrträgerplatte 14 ist mit einem loslagerseitigen Anschlussstutzen verbunden, der einen ersten Austritt 20 aufnimmt.

Abhängig von der Anordnung des jeweiligen Rohrbündels 10 im Rohrbündel-Wär- meaustauscher 100 und seiner jeweiligen Beschaltung können die Innenrohre 16, bezogen auf die Darstellungslage, über den ersten Eintritt 18 entweder von links nach rechts zum ersten Austritt 20 oder umgekehrt von einem ersten Produkt P1, das wärmebehandelt werden soll, durchströmt werden. Beim jeweils benachbarten Rohrbündel 10, das mit dem vorstehend beschriebenen Rohrbündel 10 jeweils über den Verbindungsbogen 5 in Reihe geschaltet ist, kehren sich diese Ein- und Austrittsverhältnisse jeweils entsprechend um.

Der Außenkanal 15* kann von einem Wärmeträgermedium wie Wasser oder Dampf beaufschlagt sein. Bei einem sogenannten Wärmeaustausch Produkt-zu- Produkt ist das Wärmeträgermedium ein zweites Produkt P2. Die Durchströmung des Außenkanals 15 ^* kann vom zweiten Eintritt 22 zum zweiten Austritt 24 oder umgekehrt erfolgen. Abhängig von der Orientierung der Strömungsführung in den Innenrohren 16 und im Innenkanal 15* liegt dann ein Wärmeaustausch im Gleichoder im Gegenstrom vor.

Bei einem Wärmeaustausch Produkt-zu-Produkt ist der Ringspalt S, der bereits im Zusammenhang mit den Figuren 2a, 2b thematisiert wurde, reinigungskritisch, weil das zweite Produkt P2, das während der Produktfahrt hier eindringen kann, nur durch eine überdosierte CIP-Reinigung vollständig oder hierbei sogar unter besonders schwierigen Bedingungen nicht hinreichend bis zur nächsten Produktfahrt abgereinigt werden kann.

Schweißverbindungen

Der in den Figuren 2a, 2b und 3 offenbarte Ringspalt S wird beseitigt, wenn die Schweißverbindung zwischen dem Innenrohr 16 und der Rohrträgerplatte 12, 14, wie anhand einer ersten Schweißverbindung in Figur 4 gezeigt und an sich bekannt ist, ausgestaltet ist. Die erste Schweißverbindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Innenrohr 16 mit seiner rohrseitigen Innenbohrung 16a in einer Ebene senkrecht zu der Innenrohrlängsachse R mit einer dem Innenrohr 16 zugewandten Stirnseite der scheibenförmigen Rohrträgerplatte 12, 14, die die plat tenseitige Innenbohrung 17 aufweist, verbunden ist. Die rohrseitige Innenbohrung 16a und die plattenseitige Innenbohrung 17 weisen bevorzugt gleichgroße Innendurchmesser D auf und sind miteinander fluchtend ausgerichtet. Eine umlaufende Rundschweißnaht 36 ist, bezogen auf die Rohrträgerplatte 12, 14, um einen vor gelagerten axialen Formschlussabstand B2 eines ersten Formschlusses F1 von der Rohrträgerplatte 12, 14 entfernt positioniert, wobei die Rohrträgerplatte 12, 14 in diesem Bereich bis auf eine Rohrwandstärke d ausgehalst ist.

In einer unverschweißten Ausgangslage sind das Innenrohr 16 und die Rohrträgerplatte 12, 14 durch den ersten Formschluss F1, der radial sowie axial und jeweils gegeneinander gerichtet wirksam ist, zueinander festgelegt. Hierzu weist die rohrförmige Aushalsung der Rohrträgerplatte 12, 14 einen zur Innenrohrlängsachse R koaxial orientierten plattenseitigen Innenrezess 26 auf, der in axialer Richtung eine axiale Formschlusstiefe B1 besitzt und der einen rohrseitigen Außenre- zess 32, der die gleiche Formschlusstiefe B1 besitzt, außenseits und koaxial umgreift.

Ein Schweißwerkzeug 40 wird in Richtung der Innenrohrlängsachse R in die plattenseitige Innenbohrung 17 bis zur planmäßigen Lage der Schweißnaht 36 eingeführt und führt mit einer senkrecht zur plattenseitigen und rohrseitigen Innenbohrung 17, 16a orientierten Schweißelektrode 42 die umlaufende Rundschweißnaht 36 mit einer orbitalen Bewegung U aus, und zwar bevorzugt einlagig und radial von innen bis radial außen durchgängig. Dabei wird eine Schweißnahtbreite b der umlaufenden Rundschweißnaht 36 so eingerichtet, dass sie mindestens die axiale Formschlusstiefe B1 des ersten Formschlusses F1 erfasst.

Im Verlauf der einzelnen Schweißung und über die gesamte Schweißabfolge aller Schweißungen für einen Satz Innenrohre 16, die mit der zugeordneten Rohrträgerplatte 12, 14 zu verschweißen sind, werden die Innenrohre 16 und die Rohrträgerplatte 12, 14 mit einer Anpresskraft PR gegeneinander gepresst.

Bei dem zum Einsatz kommenden Innenrohr 16 mit dem Innendurchmesser D, der Rohrwandstärke d sowie einer Innenrohrlänge L handelt es sich in der Regel um ein schlankes, dünnwandiges Innenrohr 16, das mit der in der Regel massiven Rohrträgerplatte 12, 14, die eine Plattenwandstärke B besitzt, zu verschweißen ist. Die konkreten quantitativen jeweiligen Abmessungen sind von der Größe des Rohrbündels 10 und von dessen Wärmeübertragungsleistung abhängig und kön nen daher in einer allgemeinen Betrachtung nur durch die folgenden Verhältnisse der Abmessungen überschlägig angegeben werden:

D/d > 10; L/D > 100 und B/d > 10.

Figur 4a zeigt eine zweite Schweißverbindung zwischen dem Innenrohr 16 mit der Innenbohrung 16a und der Rohrträgerplatte 12, 14 mit der durchmessergleichen plattenseitigen Innenbohrung 17. In einer unverschweißten Ausgangslage sind das Innenrohr 16 mit der Rohrwandstärke d und die Rohrträgerplatte 12, 14 durch den ersten Formschluss F1, der radial sowie axial und jeweils gegeneinander gerichtet wirksam ist, zueinander festgelegt. Hierzu weist die rohrförmige Aushalsung der Rohrträgerplatte 12, 14 mit ihrem vorgelagerten axialen Formschlussabstand B2 einen zur Innenrohrlängsachse R koaxial orientierten plattenseitigen Außenrezess 28 mit einer Rezesswandstärke a auf, der in axialer Richtung die axiale Formschlusstiefe B1 besitzt und der in einen rohrseitigen Innenrezess 30, der die gleiche Formschlusstiefe B1 besitzt, innenseits und koaxial eingreift.

Eine dritte Schweißverbindung zwischen dem Innenrohr 16 mit der rohrseitigen Innenbohrung 16a und der Rohrträgerplatte 12, 14 mit der durchmessergleichen plattenseitigen Innenbohrung 17 ist in Figur 4b dargestellt. Hier befindet sich zur Realisierung des ersten Formschlusses F1 nur in der Aushalsung der Rohrträger platte 12, 14 der plattenseitige Innenrezess 26, der die volle Rohrwandstärke d mit der axialen Formschlusstiefe B1 außenseits koaxial umgreift, wobei die radiale Abmessung der Wandstärke der Aushalsung, die sich über den vorgelagerten axi alen Formschlussabstand B2 erstreckt, die Rohrwandstärke d um die Rezesswandstärke a übersteigt.

Die erste bis dritte Schweißverbindung der Figuren 4, 4a und 4b zeichnen sich jeweils weiterhin dadurch aus, dass die umlaufende Rundschweißnaht 36, bezogen auf die Rohrträgerplatte 12, 14, um den vorgelagerten axialen Formschluss abstand des ersten Formschlusses F1 von der Rohrträgerplatte 12, 14 entfernt positioniert ist, wobei die Rohrträgerplatte 12, 14 in diesem Bereich auf eine Wandstärke zwischen der einfachen bis zur zweifachen Rohrwandstärke d ausgehalst ist.

In einer vierten Schweißverbindung (Figur 5) und in einer fünften Schweißverbindung (Figur 6) greift zur Realisierung des ersten Formschlusses F1 das Innenrohr 16, das in seiner rohrseitigen Innenbohrung 16a den gleichen Innendurchmesser D wie die plattenseitige Innenbohrung 17 in der Rohrträgerplatte 12, 14 aufweist, mit der vollen Rohrwandstärke d und mit der axialen Formschlusstiefe B1 unmittelbar in die Stirnfläche der Rohrträgerplatte 12, 14 ein. Bei der Ausführung gemäß Figur 5 ist die axiale Formschlusstiefe B1 des plattenseitigen Innenrezesses 26 so bemessen, dass sich die notwendige Schweißnahtbreite b der umlaufenden Rundschweißnaht 36 nur zum einem Teil innerhalb der Rohrträgerplatte 12, 14 befindet und zum anderen Teil einen Abschnitt des außenseits freien Innenrohres 16 erfasst. Bei der Ausführung gemäß Figur 6 ist die axiale Formschlusstiefe B1 des plattenseitigen Innenrezesses 26 maximal, und zwar derart bemessen, dass die notwendige Schweißnahtbreite b die axiale Formschlusstiefe B1 vollständig erfasst und somit vollständig in die Rohrträgerplatte 12, 13, von der Seite des Innenrohres 16 aus gesehen, eingreift. Dieser Sachverhalt ergibt sich dadurch, dass die umlaufende Rundschweißnaht 36 so positioniert ist, dass die Schweißnahtbreite b maximal um die axiale Formschlusstiefe in die Rohrträgerplatte 12, 14, von der Seite des Innenrohres 16 aus gesehen, eingreift.

Zur Vermeidung eines unstetigen, im vorliegenden Falle eines sprunghaft sich verändernden Querschnittsverlaufs der zu verschweißenden Wandstärken ist die vierte Schweißverbindung gemäß Figur 5 dadurch weiterhin gegenüber der fünften Schweißverbindung gemäß Figur 6 modifiziert, dass die Rohrträgerplatte 12, 14, radial außenseits von der umlaufenden Rundschweißnaht 36 beabstandet, ei ne umlaufende, axial sich erstreckende, ringspaltförmige plattenseitige Ausnehmung 34 aufweist. Diese ist hinsichtlich ihres radialen Abstandes von der Schweißnaht 36 und ihrer radialen Breite so ausgebildet, dass die mit der umlaufenden Rundschweißnaht 36 zu verschweißende Wandstärke der Rohrträgerplatte 12, 14 einen Wert annimmt, der zwischen der einfachen bis zur zweifachen Rohrwandstärke d liegt (siehe auch Figuren 7a, 7b).

Verfahren

Die in den Figuren 4, 4a, 4b, 5 und 6 beschriebenen ersten bis fünften Ausgestal tungen der Schweißverbindungen werden aufgabengemäß mit einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren mittels einer erfindungsgemäßen Hilfsvorrichtung 50 (Figuren 8, 9 und 10) realisiert. Das Herstellungsverfahren geht davon aus, dass die Rohrträgerplatte 12, 14 durch die Vorgabe von mehr als einer plattenseitigen Innenbohrung 17 ein Rohrbelegungsmuster M festlegt (Figur 7) für die Anordnung zugeordneter, parallel zueinander angeordneter Innenrohre 16. Die jeweilige Plattenrotationsachse A der Rohrträgerplatte 12, 14 muss nicht notwendigerweise mit einem Innenrohr 16 belegt sein. Die limitierende Begrenzung für eine Anzahl n Innenrohre 16 ist dann gegeben, wenn ein einzig möglicher Teilkreis T (Figur 10; eine mehrfache Teilkreisanordnung ist mit der vorgeschlagenen Hilfs- Vorrichtung 50 nicht realisierbar) die auf diesem anzuordnenden Innenrohre 16 unter den gebotenen Wärmeübertragungsbedingungen (notwendige Abstände der Innenrohre 16 voneinander) nicht mehr aufnehmen kann.

Die Hilfsvorrichtung 50 legt die jeweils notwendige Anzahl n Innenrohre 16 in Gänze entsprechend dem Rohrbelegungsmuster M zueinander und im jeweiligen ersten Formschluss F1 mit der Rohrträgerplatte 12, 14 mittels eines zweiten Formschlusses F2 unverrückbar fest (Figuren 9, 10). Über die Zeitdauer der Schweißungen für alle Innenrohre 16 wird die Rohrträgerplatte 12, 14 in Richtung der Innenrohrlängsachsen R an die Innenrohre 16 mit der Anpresskraft PR ange presst (Figur 9; Rohrträgerplatte 12, 14 ist nicht dargestellt) und es werden die Innenrohre 16 nacheinander mit der Rohrträgerplatte 12, 14 verschweißt.

Eine vorteilhafte Schweißabfolge sieht diesbezüglich vor, dass, falls vorhanden, zunächst das zentrale Innenrohr 16 und anschließend die auf dem Teilkreis T um das zentrale Innenrohr 16 herum angeordneten außenliegenden Innenrohre 16, jeweils in gegenüberliegender Abfolge, mit der Rohrträgerplatte 12, 14 verschweißt werden.

Hilfsvorrichtunq

Die erfindungsgemäße Hilfsvorrichtung 50 (Figuren 8, 9, 10) ermöglicht eine

Schweißverbindung, die folgendermaßen ausgestaltet ist:

• Das Innenrohr 16 mit seiner rohrseitigen Innenbohrung 16a ist in einer Ebene senkrecht zu der Innenrohrlängsachse R mit einer den Innenrohren 16 zu gewandten Stirnseite der scheibenförmigen Rohrträgerplatte 12, 14 , die eine plattenseitige Innenbohrung 17 aufweist, verbunden.

• Die rohrseitige Innenbohrung 16a und die plattenseitige Innenbohrung 17 weisen gleichgroße Innendurchmesser D auf und sind miteinander fluchtend ausgerichtet.

• In einer unverschweißten Ausgangslage sind das Innenrohr 16 und die Rohrträgerplatte 12, 14 mit dem ersten Formschluss F1 , der radial sowie axial und jeweils gegeneinander gerichtet wirksam ist, zueinander festgelegt. • Die umlaufende Rundschweißnaht 36 ist orbital, von der plattenseitigen und der rohrseitigen Innenbohrung 17, 16a ausgehend, einlagig und von radial innen bis radial außen durchgängig ausgeführt.

• Die Schweißnahtbreite b der umlaufenden Rundschweißnaht 36 erfasst mindestens die axiale Formschlusstiefe B1 des ersten Formschlusse F1.

Die Hilfsvorrichtung 50 besteht aus einer ersten und einer zweiten Halteringhälfte 50.1, 50.2, die nach einer Fügung miteinander einen geschlossenen Ring bilden. Die Halteringhälften 50.1, 50.2 berühren sich in einer Trennebene E, die durch ein Zentrum Z der Hilfsvorrichtung 50 verläuft, und in dieser Trennebene E bilden die Halteringhälften 50.1, 50.2 über eine Trennebenekontur 50.1a und eine Trenne- benegegenkontur 50.2a (Figuren 8, 10) den unverschieblichen zweiten Formschluss F2 miteinander.

Vorzugsweise legt der zweite Formschluss F2 die erste und die zweite Halbringhälfte 50.1, 50.2 in radialer Richtung zueinander fest. Die erste und die zweite Halbringhälfte 50.1, 50.2 sind darüber hinaus vorteilhaft durch ein am Umfang der ersten und der zweiten Halbringhälfte 50.1, 50.2 angeordnetes Verbindungsmittel 56, beispielsweise eine Verbindungsschraube, die diametral zueinander angeordnet sind, lösbar miteinander verbunden. Dadurch wird der radial orientierte zweite Formschluss F2 zusätzlich fixiert und eine axiale Verschiebung der Halteringhälften 50.1, 50.2 gegeneinander verhindert.

Die Rohrträgerplatte 12, 14 legt durch die Vorgabe von mehr als einer in ihr vorgesehenen plattenseitigen Innenbohrung 17 das Rohrbelegungsmuster M fest für die Anordnung parallel zueinander angeordneter Innenrohre 16 (Figuren 7, 7a, 7b). Das Rohrbelegungsmuster M ist in den Halteringhälften 50.1, 50.2 derart abgebildet, dass auf dem einzigen Teilkreis T vorzugsweise gleichverteilt angeordnete Innenrohre 16 jeweils maximal halbseitig von den Halteringhälften 50.1, 50.2 umschlossen sind (Figur 10), wobei die Öffnung der jeweils umschließenden Kontur dem Zentrum Z der Hilfsvorrichtung 50 zugewandt ist. Die Trennebene E verläuft zusätzlich durch mindestens eine auf dem Teilkreis T liegende Innenrohrlängsachse R eines Innenrohres 16. Es sind Haltemittel 52, beispielsweise vorzugsweise zylindrische Haltebolzen, vorgesehen, die jeweils am Umfang der Hai- teringhälften 50.1, 50.2 und mit einer Haltemittellängsachse r sternförmig zum Zentrum Z hin orientiert in die Halteringhälften 50.1, 50.2 verschieblich in Richtung der Halteringlängsachse r eingreifen. Die Haltemittel 52 tangieren beiderseits mit ihrer Mantelfläche jeweils auf dem Teilkreis T angeordnete, benachbarte Innenrohre 16. Weiterhin legen die Haltemittel 52 mit ihrer jeweiligen dem Zentrum Z zugewandten Stirnseite erforderlichenfalls ein im Zentrum Z angeordnetes Innenrohr

16 fest und sind in dieser Position selbst jeweils lösbar festgelegt (Figur 10). Vorzugsweise jeweils durch ein Feststellmittel 54 in der zugeordneten Halteringhälfte 50.1, 50.2, vorzugsweise durch eine Feststellschraube, sind die Haltemittel 52 unverrückbar festgelegt.

Im Ausführungsbeispiel einer besonders vorteilhaften Rohrbelegung gemäß den Figuren 7, 7a, 7b sind sieben plattenseitige Innenbohrungen 17 vorgesehen, wobei sich eine plattenseitige Innenbohrung 17 koaxial zur Plattenrotationsachse A der Rohrträgerplatte 12, 14 befindet und sechs plattenseitige Innenbohrungen

17 gleichverteilt auf dem Teilkreis T (Figuren 8, 9, 10) angeordnet sind. In diesem Falle verläuft die Trennebene E zusätzlich durch zwei diametral zueinander angeordnete Innenrohre 16 bzw. plattenseitige Innenbohrungen 17 (Figur 10).

Die Festlegung der Innenrohre 16 in der Hilfsvorrichtung 50 durch Haltemittel 52 kann auch in anderer als in der vorstehend beschriebenen Weise erfolgen, bei spielsweise durch verschiebliche und fixierbare Formstücke, die in axialer Richtung von der der Rohrträgerplatte 12, 14 abgewandten Seite der Hilfsvorrichtung 50 in eine ringförmige, lösbar teilbare Hilfsvorrichtung 50 zwischen die Innenrohre 16 eingelegt werden können und die Innenrohre 16 unverrückbar zueinander festlegen. Jedwede Ausgestaltung der Hilfsvorrichtung 50, die den Satz Innenrohre 16 während der Schweißabfolge zueinander unverrückbar mittels des zweiten Formschlusses F2 festlegt und die Innenrohre 16 in Gänze dabei im ersten Formschluss F1 gegenüber der Rohrträgerplatte 12, 14 justiert und gegen letztere mit der Anpresskraft PR anpresst, ermöglicht die Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für Schweißverbindungen zwischen Innenrohren 16 und Rohrträgerplatten 12, 14 eines Rohrbündels 10 für einen Produkt-zu-Produkt- Rohrbündel-Wärmeaustauscher 100. Die vorliegende Erfindung beansprucht weiterhin ein Rohrbündel 10 für einen Pro- dukt-zu-Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher 100, wie es in seinem grundsätzlichen Aufbau im Stand der Technik bekannt und in der Figur 3 in Verbindung mit den Figuren 2a, 2b beispielhaft dargestellt ist. Im Gegensatz zu dieser bekannten Ausführung wird der kritische Ringspalt S dadurch vermieden, dass das Rohrbündel 10 in diesem Bereich mit einem Herstellungsverfahren für Schweißverbindungen zwischen Innenrohren 16 und Rohrträgerplatten 12, 14 nach Anspruch 1 oder 2 geschweißt ist.

Die vorliegende Erfindung beansprucht weiterhin ein Rohrbündel 10 für einen Pro- dukt-zu-Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher 100, wie es in seinem grundsätzlichen Aufbau im Stand der Technik bekannt und in der Figur 3 in Verbindung mit den Figuren 2a, 2b beispielhaft dargestellt ist. Im Gegensatz zu dieser bekannten Ausführung wird der kritische Ringspalt S dadurch vermieden, dass das Rohrbündel 10 in diesem Bereich mit einer Hilfsvorrichtung 50 für ein Herstellungsverfahren für Schweißverbindungen zwischen Innenrohren 16 und Rohrträgerplatten 12, 14 nach einem der Ansprüche 3 bis 7 geschweißt ist.

Die vorliegende Erfindung beansprucht weiterhin einen Produkt-zu-Produkt- Rohrbündel-Wärmeaustauscher mit wenigstens einem Rohrbündel 10, wie es in seinem grundsätzlichen Aufbau im Stand der Technik bekannt und in der Figur 3 in Verbindung mit den Figuren 2a, 2b beispielhaft dargestellt ist. Im Gegensatz zu dieser bekannten Ausführung wird der kritische Ringspalt S dadurch vermieden, dass das Rohrbündel 10 in diesem Bereich nach Anspruch 8 und/oder Anspruch 9 geschweißt ist.

BEZUGSZEICHENLISTE DER VERWENDETEN ABKÜRZUNGEN

100 Rohrbündel-Wärmeaustauscher

5 Verbindungsbogen

10 Rohrbündel

12 erste Rohrträgerplatte

14 zweite Rohrträgerplatte

15 Außenrohr (Mantelrohr) 15 Außenkanal

16 Innenrohr 16a rohrseitige Innenbohrung 16 Innenkanal

17 plattenseitige Innenbohrung

18 erster Eintritt 20 erster Austritt 22 zweiter Eintritt 24 zweiter Austritt 26 plattenseitiger Innenrezess 28 plattenseitiger Außenrezess 30 rohrseitiger Innenrezess 32 rohrseitiger Außenrezess 34 plattenseitige Ausnehmung 36 umlaufende Rundschweißnaht 40 Schweißwerkzeug 42 Schweißelektrode

50 Hilfsvorrichtung

50.1 erste Halteringhälfte 50.1a T rennebenekontur

50.2 zweite Halteringhälfte 50.2a T rennebenegegenkontur 52 Haltemittel (-bolzen 54 Feststellmitel (-schraube)

56 Verbindungsmittel (-schraube)

A Plattenrotationsachse

B Plattenwandstärke

B1 axiale Formschlusstiefe

B2 vorgelagerter axialer Formschlussabstand

D Innendurchmesser

E Trennebene

F1 erster Formschluss

F2 zweiter Formschluss

L Innenrohrlänge

M Rohrbelegungsmuster

P1 erstes Produkt

P2 zweites Produkt

PR Anpresskraft

R Innenrohrlängsachse

S Ringspalt

SN Schweißnaht

T Teilkreis u orbitale Bewegung z Zentrum a Rezesswa nd stärke b Schweißnahtbreite d Rohrwandstärke n Anzahl (Innenrohre; Innenbohrungen) r Haltemittellängsachse

D/d > 10 Verhältnis des rohrseitigen Innendurchmessers D des Innenrohres 16 zur Rohrwandstärke d

L/D > 100 Verhältnis der Innenrohrlänge L zum rohrseitigen Innendurchmesser D des Innenrohres 16

B/d > 10 Verhältnis der Plattenwandstärke B zur Rohrwandstärke d