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Dokumentenidentifikation DE19536300C1 03.04.1997
Titel Wärmetauscher
Anmelder Balcke-Dürr GmbH, 40882 Ratingen, DE
Erfinder Müller, Ulrich, Dr.-Ing., 41460 Neuss, DE;
Wittig, Horst, 40878 Ratingen, DE;
Schäfer, Gregor, Dipl.-Ing., 40882 Ratingen, DE;
Kimpenhaus, Rüdiger, 40882 Ratingen, DE;
Deibl, Werner, 40878 Ratingen, DE
Vertreter Stenger, Watzke & Ring Patentanwälte, 40547 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 29.09.1995
DE-Aktenzeichen 19536300
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse F28F 9/12
IPC-Nebenklasse F28F 21/06   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit mindestens einer Rohrplatte (1) und einer Mehrzahl von in abgestuften Bohrungen (2) angeordneten Rohren (3) aus Kunststoff, die zur Trennung der am Wärmeaustausch beteiligten Medien druckdicht in der Rohrplatte (1) befestigt sind. Um eine zuverlässige und dauerhafte Abdichtung der Kunststoffrohre (3) gegenüber der Rohrplatte (1) zu erzielen, ist in jede abgestufte Bohrung (2) der Rohrplatte (1) eine bezüglich ihrer Außenkontur entsprechend abgestufte Kunststoffhülse (5) eingesetzt, deren Innenkontur ebenfalls abgestuft ist und am Übergang zwischen dem größeren und dem kleineren, dem Außendurchmesser des Kunststoffrohres (3) entsprechenden Innendurchmesser (5f) einen konisch verlaufenden Auflagesattel (5g) aufweist. Das Ende des Kunststoffrohres (3) ist durch Aufweiten auf den größeren Innendurchmesser (5e) der Kunststoffhülse (5) mittels einer in das Rohrende eingesetzten Buchse (8) in der Kunststoffhülse (5) befestigt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit mindestens einer, vorzugsweise metallischen Rohrplatte und einer Mehrzahl von in abgestuften Bohrungen dieser Rohrplatte angeordneten Rohren aus Kunststoff.

Bei der Herstellung von Wärmetauschern für korrosive Medien werden immer häufiger Rohre aus Kunststoff, vorzugsweise Polytetrafluoräthylen angesetzt, da derartige Kunststoffe nicht nur kostengünstiger sind als korrosionsbeständige metallische Werkstoffe, sondern derartige Kunststoffrohre auch für den Fall korrosionsbeständig sind, daß im Zuge des Wärmeaustauschs, beispielsweise im Rahmen einer Rauchgas-Entschwefelungs-Anlage der Taupunkt des Rauchgases unterschritten wird.

Bei der Herstellung derartiger Wärmetauscher ist die druckdichte Befestigung der Rohrenden an der zugehörigen Rohrplatte problematisch, insbesondere wenn diese aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist. Aus der EP-0 393 221 B1 ist es in diesem Zusammenhang bekannt, die Kunststoffrohre zur Befestigung an der Rohrplatte mit einem einstückig aus dem Rohrende gebildeten Flanschring zu versehen, der an der ringförmigen Auflagefläche der in der Rohrplatte ausgebildeten Stufenbohrung anliegt und durch einen tellerfederartigen Haltering festgelegt wird, der sich einerseits mit seinem Außenrand an der Wand der Stufenbohrung abstützt und andererseits mit seinem Innenrand den Flanschring des Rohres gegen die Auflagefläche drückt.

Aus der GB 929 701 ist zwar bereits bei einem Wärmetauscher eine Abdichtung zwischen zwei Rohrplatten und Rohren aus korrosionsbeständigem Material mittels jeweils einer Art Buchse in Verbindung mit einer Dichtung bekannt, jedoch erfolgt bei dieser bekannten Konstruktion ein Anpressen der Dichtungen im Bereich beider Rohrplatten durch eine axiale Zugbelastung des Rohres mittels einer als Druckfeder wirkenden Wendelfeder, die zwischen einem abgebördelten Flansch an einem Ende des Rohres und der einen Dichtung wirkt. Die bekannte Konstruktion setzt somit das Vorhandensein zweier Rohrplatten voraus und ist für Rohre aus Kunststoff nicht verwendbar, da Kunststoff unter dem Einfluß von Druck und Temperatur fließt, so daß eine derartige zusätzliche Belastung der Rohre nur bei festen Materialien, wie Glas und Keramik möglich ist. Die erfindungsgemäße Ausbildung ist dagegen auch für U-förmig verlaufende Rohre einer einzigen Rohrplatte anwendbar und erzeugt die notwendige Dichtung zwischen Rohr und Kunststoffhülse sowie zwischen Kunststoffhülse und Rohrplatte durch radiales Aufweiten.

Ein derartiges radiales Aufweiten eines Rohres mit dem Ziel, eine in einer trichterförmigen Büchse angeordnete Dichtung anzupressen, ist zwar aus der AT 64 312 bekannt. Auch diese bekannte Konstruktion ist jedoch für Rohre aus Kunststoff nicht geeignet, da auch hier das Kunststoffmaterial der Rohre unter dem Einfluß von Druck und Temperatur fließen würde.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine druckfeste Verbindung der Kunststoffrohre mit der vorzugsweise metallischen Rohrplatte zu schaffen, deren Druckdichtigkeit und Dauerfestigkeit gegenüber der bekannten Ausführung erhöht sind.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Durch das Aufweiten des Rohrendes des Kunststoffrohres mittels einer bis an den Auflagesattel heran reichenden Buchse wird das Kunststoffrohr auf einfache und zuverlässige Weise druckdicht in der Kunststoffhülse befestigt, die ihrerseits druckdicht in der Stufenbohrung der Rohrplatte angeordnet ist. Der konische Auflagesattel vermeidet hierbei einerseits eine Überbeanspruchung des Kunststoffrohres im Bereich zwischen dem aufgeweiteten Endstück und dem nicht aufgeweiteten Teil des Rohres und bewirkt andererseits durch den konischen Verlauf eine gute Abdichtwirkung.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der konische Auflagesattel der Kunststoffhülse im Bereich des größeren Außendurchmessers der Kunststoffhülse ausgebildet. Da die Kunststoffrohre mit Zug belastet werden, ergibt sich hierdurch für die Kunststoffhülse im Bereich des Auflagesattels eine Druckbelastung, da sich die Kunststoffhülse in Belastungsrichtung durch ihren Übergang vom größeren zum kleineren Außendurchmesser an der Stufung der Bohrung in der Rohrplatte abstützt. Insgesamt wird hiermit die Belastbarkeit der Kunststoffhülse erhöht.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung beträgt der Konuswinkel des Auflagesattels etwa 20°.

Mit der Erfindung wird weiterhin vorgeschlagen, die zum Aufweiten des Endes der Kunststoffrohre verwendete Buchse auf ihrer Mantelfläche mit einer haftungserhöhenden Profilierung zu versehen. Hierdurch wird sichergestellt, daß nach der Montage die Buchse nicht aus dem aufgeweiteten Rohrende herausrutschen kann.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Buchse mit einem nach außen abstehenden, an der Stirnfläche des Kunststoffrohres anliegenden Flansch versehen, so daß sich eine definierte Zuordnung von Buchse und aufzuweitendem Kunststoffrohr ergibt.

Um die Dichtwirkung zu erhöhen und eine Beaufschlagung der Kunststoffhülse mit dem durch die Kunststoffrohre strömenden Medium zu verhindern, kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung zwischen der Unterseite des Flansches der Buchse und der Stirnfläche der Kunststoffhülse bzw. der Außenfläche der Rohrplatte ein Dichtring angeordnet werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Außendurchmesser des Flansches kleiner als der größte Innendurchmesser der Stufenbohrung der Rohrplatte; der Flansch liegt innerhalb der Stufenbohrung; der Dichtring wird zwischen der Unterseite des Flansches und der gegenüber der Rohrplatte zurückliegenden Stirnfläche der Kunststoffhülse angeordnet. Es ergibt sich somit eine Unterbringung sowohl der vorzugsweise aus korrosionsbeständigem Metall bestehenden Buchse einschließlich ihres Flansches als auch des Dichtringes innerhalb der Stufenbohrung in der Rohrplatte.

Um eine besonders einfache und definierte Festlegung der Kunststoffhülse an der Rohrplatte zu schaffen, weist die Kunststoffhülse gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung eine aus der Innenseite der Rohrplatte herausragende, mit einem Außengewinde versehene Verlängerung auf, auf die eine Mutter zur Festlegung der Kunststoffhülse in der Rohrplatte aufschraubbar ist. Auch zwischen der Mutter und der Innenseite der Rohrplatte kann erfindungsgemäß eine Dichtung angeordnet werden.

Schließlich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, die Innenseite der Rohrplatte in an sich bekannter Weise mit einer Kunststoff-Folie zu versehen, die im Bereich ihrer Öffnungen für die Kunststoffrohre bzw. Kunststoffhülsen durch die Muttern gehalten wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers anhand eines Längsschnittes durch ein in einer Stufenbohrung einer Rohrplatte angeordnetes Kunststoffrohr dargestellt.

Die Darstellung zeigt einen Teil einer metallischen Rohrplatte 1, die mit einer Stufenbohrung 2 zur druckfesten Aufnahme eines Kunststoffrohres 3 versehen ist. Der größere Durchmesser 2a der Stufenbohrung 2 liegt hierbei in der Nähe der Außenseite der Rohrplatte 1, der kleinere Durchmesser 2b der Stufenbohrung 2 in der Nähe der Innenseite 1b der Rohrplatte 1, die beim Ausführungsbeispiel mit einer Kunststoff-Folie 4 versehen ist.

In die Stufenbohrung 2 der Rohrplatte 1 ist eine Kunststoffhülse 5 eingesetzt, deren Außenkontur der der Stufenbohrung 2 entspricht. Die Kunststoffhülse 5 liegt demgemäß mit ihrem ringförmigen Übergang zwischen dem größeren Außendurchmesser 5a und dem kleineren Außendurchmesser 5b an einer ringförmigen Auflagefläche 2c der Stufenbohrung 2 an.

Um die Kunststoffhülse 5 druckdicht in der Stufenbohrung 2 der Rohrplatte 1 zu befestigen, ist sie beim Ausführungsbeispiel mit einer Verlängerung 5c versehen, die aus der Innenseite 1b der Rohrplatte 1 herausragt und ihrerseits zumindest auf einer Teillänge mit einem Außengewinde 5d versehen ist. Auf dieses Außengewinde 5d der Kunststoffhülse 5 wird eine Mutter 6 aufgeschraubt, die beim Ausführungsbeispiel unter Zwischenfügen einer Dichtung 7 die Kunststoffhülse 5 in der Stufenbohrung 2 der Rohrplatte 1 festlegt. Hierbei wird zugleich die mit einer Öffnung für die Kunststoffhülse 5 versehene Kunststoff-Folie 4 an der Innenseite 1b der Rohrplatte 1 festgelegt.

Auch die Innenkontur der Kunststoffhülse 5 weist endseitig einen größeren Innendurchmesser 5e als auf dem restlichen Bereich auf. Der kleinere Innendurchmesser 5f der Kunststoffhülse 5 entspricht dem Außendurchmesser des Kunststoffrohres 3. Zwischen dem größeren Innendurchmesser 5e und dem kleineren Innendurchmesser 5f ist ein konischer Auflagesattel 5g ausgebildet, der beim Ausführungsbeispiel im Bereich des größeren Außendurchmessers 5a der Kunststoffhülse 5 liegt. Bei einer Zugbelastung des Kunststoffrohres 3 ergibt sich auf diese Weise eine Druckbelastung der Kunststoffhülse 5 im Bereich ihres Auflagesattels 5g.

Um das Kunststoffrohr 3 druckfest in der Kunststoffhülse 5 zu befestigen, wird es von unten her in die in die Rohrplatte 1 eingebaute Kunststoffhülse 5 derart eingeschoben, daß es mit seinem Ende aus der Rohrplatte 1 herausragt. In dieses herausragende Ende wird von oben her eine vorzugsweise aus korrosionsbeständigem Metall hergestellte Buchse 8 eingeschoben, wodurch das Ende des Kunststoffrohres 3 aufgeweitet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Aufweitung 2 mm, die Länge der Buchse 8 etwa 15 mm. Zur besseren Haftung im Kunststoffohr 3 kann die Buchse 8 auf ihrer Mantelfläche mit einer haftungserhöhenden Profilierung versehen sein. Der Konuswinkel des Auflagesattels 5g beträgt beispielsweise 20°.

Beim Ausführungsbeispiel ist die Buchse 8 mit einem rechtwinklig nach außen abstehenden Flansch 8a versehen, der nicht nur die Endlage der Buchse 8 innerhalb des Kunststoffrohres 3 bestimmt, sondern auch das Herausrutschen eines Dichtringes 9 verhindert, der beim Ausführungsbeispiel zwischen der Unterseite des Flansches 8a und der Stirnfläche 5h der Kunststoffhülse 5 angeordnet ist. Damit Dichtring 9 und Flansch 8a der Buchse 8 innerhalb des größeren Durchmessers 2a der Stufenbohrung 2 liegen, ist der Außendurchmesser des Flansches 8a kleiner als der Durchmesser 2a der Stufenbohrung 2 ausgeführt; die axiale Länge des den größeren Durchmesser 5a aufweisenden Teils der Kunststoffhülse 5 ist kürzer als die axiale Länge des Bereichs der Stufenbohrung 2 mit dem größeren Durchmesser 2a, so daß die Stirnfläche 5h der Kunststoffhülse 5 zur Aufnahme sowohl des Dichtringes 9 als auch des Flansches 8a innerhalb der Stufenbohrung 2 liegt.

Durch das Eindrücken des mittels der Buchse 8 aufgeweiteten Endes des Kunststoffrohres 3 bis zur Anlage am Auflagesattel 5g der Kunststoffhülse 5 erfolgt eine druckdichte Befestigung des Kunststoffrohres 3 in der Kunststoffhülse 5. Der Dichtring 9 verhindert eine Beaufschlagung der Kunststoffhülse 5 mit dem in den Kunststoffrohren 3 strömenden Medium und eine zusätzliche Abdichtung zwischen Kunststoffrohr 3 und Rohrplatte 1.

Bezugszeichenliste

1 Rohrplatte

1a Außenseite

1b Innenseite

2 Stufenbohrung

2a größerer Durchmesser

2b kleinerer Durchmesser

2c Auflagefläche

3 Kunststoffrohr

4 Kunststoff-Folie

5 Kunststoffhülse

5a größerer Außendurchmesser

5b kleinerer Außendurchmesser

5c Verlängerung

5d Außengewinde

5e größerer Innendurchmesser

5f kleinerer Innendurchmesser

5g Auflagesattel

5h Stirnfläche

6 Mutter

7 Dichtung

8 Buchse

8a Flansch

9 Dichtring


Anspruch[de]
  1. 1. Wärmetauscher mit mindestens einer vorzugsweise metallischen Rohrplatte (1) und einer Mehrzahl von in abgestuften Bohrungen (2) dieser Rohrplatte (1) angeordneten Rohren (3) aus Kunststoff, wobei in jede abgestufte Bohrung (2) der Rohrplatte (1) eine bezüglich ihrer Kontur entsprechend abgestufte Kunststoffhülse (5) eingesetzt ist, deren Innenkontur ebenfalls abgestuft ist und am Übergang zwischen dem größeren Innendurchmesser (5e) und dem kleineren, dem Außendurchmesser des Rohres (3) entsprechenden Innendurchmesser (5f) einen konisch verlaufenden Auflagesattel (5g) aufweist, und das Ende des Rohres (3) durch Aufweiten auf den größeren Innendurchmesser (5e) der Kunststoffhülse (5) mittels einer in das Rohrende eingesetzten Buchse (8) in der Kunststoffhülse (5) befestigt ist.
  2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Auflagesattel (5g) der Kunststoffhülse (5) im Bereich des größeren Außendurchmessers (5a) der Kunststoffhülse (5) ausgebildet ist.
  3. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel des Auflagesattels (5g) etwa 20° beträgt.
  4. 4. Wärmetauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (8) auf ihrer Mantelfläche mit einer haftungserhöhenden Profilierung versehen ist.
  5. 5. Wärmetauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (8) mit einem nach außen abstehenden, an der Stirnfläche des Kunststoffrohres (3) anliegenden Flansch (8a) versehen ist.
  6. 6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Unterseite des Flansches (8a) der Buchse (8) und der Stirnfläche (5h) der Kunststoffhülse (5) ein Dichtring (9) angeordnet ist.
  7. 7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Flansches (8a) kleiner als der größere Durchmesser (2a) der Stufenbohrung (2) der Rohrplatte (1) ist, daß der Flansch (8a) innerhalb der Stufenbohrung (2) liegt und daß der Dichtring (9) zwischen der Unterseite des Flansches (8a) und der gegenüber der Außenseite (1a) der Rohrplatte (1) zurückliegenden Stirnfläche (5h) der Kunststoffhülse (5) angeordnet ist.
  8. 8. Wärmetauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffhülse (5) eine aus der Unterseite der Rohrplatte (1) herausragende, mit einem Außengewinde (5d) versehene Verlängerung (5c) aufweist, auf die eine Mutter (6) zur Festlegung der Kunststoffhülse (5) in der Rohrplatte (1) aufschraubbar ist.
  9. 9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Mutter (6) und der Innenseite (1b) der Rohrplatte (1) eine Dichtung (7) angeordnet ist.
  10. 10. Wärmetauscher nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite der Rohrplatte (1) in an sich bekannter Weise mit einer Kunststoff-Folie (4) versehen ist, die im Bereich ihrer Öffnungen für die Kunststoffrohre (3) bzw. Kunststoffhülsen (5) durch die Muttern (6) gehalten ist.






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