PL218507B1 - Sposób wykonania grzejnika - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykonania grzejnika z aluminium i ze stopów aluminium zwłaszcza łazienkowego.

W większości znanych grzejników zwłaszcza łazienkowych poziome elementy grzewcze łączone są z pionowymi kolektorami za pomocą połączeń spawanych i lutowanych.

Znany z patentu PL97358 (U1), ze zgłoszenia nr. PL19930097358 19930319 jest sposób montażu grzejnika łazienkowego składającego się z dwóch pionowych kolektorów w postaci rur kwadratowych, zamkniętych od góry tłoczonymi kapturkami, zespolonych z sobą poprzecznymi rurami okrągłymi, rozmieszczonymi w jednakowej od siebie odległości. Poprzeczne rury są wspawane do tych kolektorów od wewnątrz poprzez podłużne szczeliny powstałe po wycięciu w ich tylnych ściankach pasków i później ponownie przyspawane.

Również znany z patentu PL328887 (A1), ze zgłoszenia nr. PL19980328887 19980928 jest sposób montażu grzejnika łazienkowego posiadającego dwa kolektory, pomiędzy którymi osadzone są rurkowe elementy grzewcze o dowolnym kształcie, przy czym kolektory składają się z dwóch kształtowników rynnowych o przekroju owalnym lub wielokątnym i są ze sobą trwale połączone na całej długości. Sposób wykonywania grzejnika łazienkowego polega na wykonaniu kolektorów grzejnika z czterech kształtowników rynnowych o przekroju owalnym lub wielokątnym parami wzdłużnie, trwale ze sobą połączonych. Przed połączeniem kształtowników w kolektory, w dwóch kształtownikach osadza się rurki grzewcze, a końce kolektorów zamyka się króćcami przyłączeniowymi.

Sposób wytwarzania i łączenia elementów z aluminium i stopów aluminium jest znany z patentu PL367844 (A1), ze zgłoszenia nr. PL20020367844 20020502. Półwyrób z przynajmniej jedną płaską powierzchnię otrzymuje się za pomocą wyciskania lub walcowania. Przynajmniej jedna płaska powierzchnia powlekana jest topnikiem do lutowania twardego zabezpieczającą powłoką, która jest kompozycją cząstek topnika i spoiwa, zawierającą przynajmniej 10% wagowo na bazie żywicy syntetycznej jako głównego składnika, homopolimeru metakrylanu lub kopolimeru metakrylanu. Następnie zachodzi przekształcenie półwyrobu w kształtowy wyrób. Kolejno podgrzanie kształtowego wyrobu do dostatecznej temperatury aby dostarczyć przynajmniej jedno lutowane połączenie pomiędzy określonymi częściami kształtowych wyrobów.

Łączenie elementów z aluminium i stopów aluminium za pomocą lutowania znane jest również z patentu PL380517 (A1), ze zgłoszenia nr PL20000380517 20000525. Na częściach konstrukcyjnych wytwarza się powłokę zawierającą stop glinowo-krzemowy sposobem pokrywania topnikiem na mokro lub sucho przez nanoszenie czystego heksafluorokrzemianu metalu alkalicznego lub mieszaniny heksafluorokrzemianu metalu alkalicznego i maksymalnie 5% wagowych fluoroglinianu w przeliczeniu na stosowany heksafluorokrzemian metalu alkalicznego, korzystnie razem ze środkiem wiążącym lub substancją powłokotwórczą. Następnie ogrzewa się, aż do utworzenia się stopu glinowo-krzemowego i lutuje się, ewentualnie z dodatkiem topnika do lutowania.

Znany jest sposób łączenia elementów wykonanych z aluminium i ze stopów aluminium za pomocą połączeń skurczowych. Sposób taki jest przedstawiony w patencie PL297802 (A1), ze zgłoszenia PL19930297802 19930218 i opisuje on sposób wykonania połączenia skurczowego lufy artyleryjskiej z nagrzanym płaszczem. Polega on na tym, że płaszcz umieszcza się na w zbiorniku z nagrzaną cieczą w przedziale temperaturowym 353°C - 673°C i przetrzymuje się w tej temperaturze od 5 do 120 min. Następnie opuszcza się lufę w otwór płaszcza i wkręca się wkrętkę w górny kołnierz płaszcza a po ostudzeniu odłącza się skojarzony płaszcz z lufą od zbiornika. Końcowym etapem jest odcięcie kołnierza górnego.

Wadą w przypadku połączeń spawanych jest wprowadzanie dodatkowej spoiny spawalniczej, co nie tylko wpływa na pracochłonność montażu grzejnika, ale w znacznym stopniu na estetykę połączeń. Ponadto proces spawania wprowadza znaczny przyrost temperatury w miejscu łączenia elementów, co prowadzi do przemian fazowych materiału i uniemożliwia otrzymanie jednolitego koloru powierzchni po procesie anodowania.

Powyższe wady występują w przypadku łączenia elementów wykonanych z aluminium i stopów aluminium poprzez lutowanie, opisane w wyżej wymienionym patencie PL367844 (A1). Różnica polega jedynie na wprowadzaniu topnika zamiast spoiny spawalniczej.

Połączenie wynikające z patentu PL328887 (A1), ze zgłoszenia nr. PL19980328887 19980928 również wprowadza złożony proces montażu poprzez konieczność łączenia kolektorów pionowych składających się z podzespołów, co wiąże się z przyrostem kosztów i stratą czasu montażowego.

PL 218 507 B1

Złożoność procesu łączenia poprzez lutowanie elementów z aluminium i stopów aluminium opisanego w patencie PL380517 (A1) prowadzi również do zwiększenia kosztów produkcji przy jednoczesnym braku poprawy walorów estetycznych łączenia.

Istota połączenia skurczowego została również szeroko opisana w artykule „Niedoceniane połączenie skurczowe” opublikowanym w 2009 roku we wrześniowym wydaniu miesięcznika „Projektowanie i konstrukcje inżynierskie” o numerze 9(24). Jak sam tytuł artykułu sugeruje, autor poza objaśnieniem technicznym omawianego sposobu łączenia, ukazuje nam zalety i potencjał zastosowania go w różnych dziedzinach techniki.

Sam montaż takiego połączenia polega na zmianie temperatury jednego lub obu montowanych elementów w celu uzyskania wystarczającego luzu montażowego. Po wyrównaniu się temperatur prawidłowo zaprojektowane połączenie jest uważane za nierozłączne i swoimi właściwościami odpowiada części monolitycznej.

Najbardziej złożoną operacją towarzyszącą montażowi takiego połączenia nie jest jak by się mogło wydawać fizyczna operacja montażu, lecz uprzednie dobranie parametrów wymiarowych łączonych elementów uwzględniając ich właściwości fizyczne wraz z ustaleniem temperatury nagrzewania i chłodzenia części łączonych. Powyższe parametry można ustalić korzystając ze wzorów empirycznych:

tn = (W + Lnagrz)/a · d · 10^{3 t}chł = ^(W + ^Lchłodz^{)/ α} · ^d · ¹⁰

Gdzie:

tn - temperatura nagrzewania w °C tchł - temperatura nagrzewania w °C

W - to wcisk wyliczany z obciążenia przenoszonego przez złącze w μm

L - luz niezbędny (luz montażowy) w μm (najczęściej dobierany z tablic) d - średnica złącza w mm α - współczynnik rozszerzalności cieplnej (najczęściej dobierany z tablic) „Połączenie skurczowe pozwala wyeliminować złącza typu wpust lub wielowypust i zapewnia najwyższą nośność, zbliżoną do monolitu. Technologia pozbawiona nacinania elementów uzębionych jest znacznie tańsza” Nawiązując do tych słów należy uznać wyższość połączenia skurczowego nad metodami połączeń obecnie stosowanymi przy montażu grzejników drabinkowych pod względem wytrzymałościowym jak i estetycznym. Ponadto połączenie to pozwala na wdrożenie materiału o bardzo korzystnym współczynniku przewodności cieplnej jakim jest aluminium i stopy aluminium do powyższej branży. Skutkować to będzie drastycznym spadkiem zużycia energii a co za tym idzie i kosztów.

Istotą wynalazku jest to, że pionowe kolektory z otworami nagrzewa się do temperatur od 100°C - 250°C w czasie od 1-30 minut, gdzie równocześnie poziome elementy grzewcze są chłodzone w zakresie temperatur od 20°C do - 78,5°C w czasie od 1-30 minut, a następnie po tym czasie wkłada się poziome elementy grzewcze w otwory pionowych kolektorów i całość pozostawia do wyrównania temperatur łączonych elementów, co powoduje trwałe połączenie.

Przed montażem grzejnika pionowe elementy grzejnika nagrzewa się równolegle w dwóch piecach, pomiędzy którymi znajdują się chłodzone poziome elementy grzewcze.

Po zmontowaniu grzejnik jest poddany obróbce powierzchniowej za pomocą anodowania.

Sposób wykonania grzejnika zwłaszcza łazienkowego z aluminium i ze stopów aluminium według wynalazku tj. dzięki zastosowaniu połączenia skurczowego przy łączeniu poziomych elementów grzewczych z pionowymi kolektorami umożliwia wykluczenie dodatkowej spoiny łączącej elementy wpływając tym samym korzystnie na estetykę produktu końcowego. Grzejnik aluminiowy wykonany w ten sposób charakteryzuje się również jednolitą powłoką wykończeniową po obróbce powierzchniowej anodowania.

Sposób wykonania grzejnika przedstawiony jest w przykładach wykonania.

P r z y k ł a d wykonania I

W pionowych kolektorach mających przekrój poprzeczny w kształcie profilu zamkniętego zostają wyfrezowane liniowo na jednej płaszczyźnie w równych odstępach otwory o średnicy „d1”. Poziome elementy grzewcze będące rurkami zostają na przeciwległych końcach zatoczone na długości „L1” do wymiaru średnicy zewnętrznej „d2” tak, że d2>d1 a następnie fazowane na długości „L2” tak, że L2<L1. Dwa pionowe kolektory zostają umieszczone w osobnych piecach w sposób horyzontalny tak, że osie otworów w nich wyfrezowanych tworzą kąt prosty do poziomu a z faktu, iż piece te są usytuowane równolegle po obu stronach stołu montażowego osie otworów w obu kolektorach pokrywają się.

PL 218 507 B1

Następnie kolektory te zostają nagrzane do temp 100°C w czasie 30 minut. Pomiędzy piecami na stole montażowym zostają horyzontalnie zamontowane poziome elementy grzewcze w pozycji prostopadłej do kolektorów znajdujących się w piecach a współliniowo do osi otworów w nich wyfrezowanych. Elementy te dodatkowo za pomocą rozprowadzenia po ich powierzchni „suchego lodu” (sprasowany dwutlenek węgla) zostają schłodzone w czasie 30 minut do temperatury -78,5°C. Tak przygotowane zarówno kolektory pionowe jak i poziome elementy grzewcze zostają połączone jednostajnym ruchem zsynchronizowanych siłowników pneumatycznych, które wysuwają rozgrzane kolektory w kierunku poziomych elementów grzewczych. Wszystkie łączone elementy poddaje się powolnemu chłodzeniu do temperatury otoczenia. Końcowym etapem wykończenia jest poddanie gotowego grzejnika obróbce powierzchniowej poprzez anodowanie.

P r z y k ł a d wykonania II

W pionowych kolektorach mających przekrój poprzeczny w kształcie profilu zamkniętego zostają wyfrezowane liniowo na jednej płaszczyźnie w równych odstępach otwory o średnicy „d1”. Poziome elementy grzewcze będące rurkami zostają na przeciwległych końcach zatoczone na długości „L1 do wymiaru średnicy zewnętrznej „d2” tak, że d2>d1 a następnie fazowane na długości „L2” tak że L2< L1. Dwa pionowe kolektory zostają umieszczone w osobnych piecach w sposób horyzontalny tak, że osie otworów w nich wyfrezowanych tworzą kąt prosty do poziomu a z faktu, iż piece te są usytuowane równolegle po obu stronach stołu montażowego osie otworów w obu kolektorach pokrywają się. Następnie kolektory te zostają nagrzane do temp 250°C w czasie 1 minuty. Pomiędzy piecami na stole montażowym w temperaturze otoczenia zostają horyzontalnie zamontowane poziome elementy grzewcze w pozycji prostopadłej do kolektorów znajdujących się w piecach a współliniowo do osi otworów w nich wyfrezowanych. Tak przygotowane zarówno kolektory pionowe jak i poziome elementy grzewcze zostają połączone jednostajnym ruchem zsynchronizowanych siłowników pneumatycznych, które wysuwają rozgrzane kolektory w kierunku poziomych elementów grzewczych. Wszystkie łączone elementy poddaje się powolnemu chłodzeniu do temperatury otoczenia. Końcowym etapem wykończenia jest poddanie gotowego grzejnika obróbce powierzchniowej poprzez anodowanie.

Claims (3)

1. Sposób wykonania grzejnika z aluminium i ze stopów aluminium poprzez trwałe łączenie pionowych kolektorów z poziomymi elementami grzewczymi, znamienny tym, że pionowe kolektory z otworami nagrzewa się do temperatur od 100°C-250°C w czasie od 1-30 minut, gdzie równocześnie poziome elementy grzewcze są chłodzone w zakresie temperatur od 20°C do -78,5°C w czasie od 1-30 minut, a następnie po tym czasie wkłada się poziome elementy grzewcze w otwory pionowych kolektorów i całość pozostawia do wyrównania temperatur łączonych elementów, co powoduje trwałe połączenie.

2. Sposób wykonania według zastrz. 1, znamienny tym, że pionowe elementy grzejnika nagrzewa się równolegle w dwóch piecach, pomiędzy którymi znajdują się chłodzone poziome elementy grzewcze.

3. Sposób wykonania według zastrz. 1, znamienny tym, że zmontowany grzejnik jest poddany obróbce powierzchniowej za pomocą anodowania.