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Tauchrohr
Die Erfindung bezieht sich auf ein Tauchrohr, bei welchem ein länglicher, starrer Hohlkem mit einem Verbindungsflansch an einem Ende mit einer Auskleidung und einer Ummantelung aus einem che- misch widerstandsfähigen Material, etwa Polytetrafluoräthylen, versehen und zum Befestigen an einer
Wand eines Behälters so angeordnet ist, dass zwischen Ummantelung und Behälter ein flüssigkeits-und druckdichter Abschluss gebildet ist, wobei sich die Auskleidung oberhalb des genannten Endes des Hohl- kernes radial nach aussen über die Fläche des Flansches sowie bis zum Gegenende des genannten Hohl- kernes erstreckt, wo ein Abschluss zwischen Rohr und Ummantelung vorgesehen ist.
Bei verschiedenen chemischen Reaktionsvorgängen ist es z. B. erforderlich, in das Reaktionsgefäss ein oder mehrere Tauchrohre einzusetzen, damit irgendwelche Stoffe eingefüllt oder abgezogen werden können.
Wenn korrodierende Stoffe an der Reaktion teilnehmen, benutzt man üblicherweise Metalleinrichtungen, die mit einer glasartigen Emailleschicht überzogen oder mit Porzellan od. dgl. umkleidet sind.
Derartige Geräte haben den Nachteil, dass sie eine sehr vorsichtige Behandlung erfordern und leicht beschädigt werden können.
Rohre, die mit einer Auskleidung und/oder Ummantelung aus Polytetrafluoräthylenharz versehen sind, können fast in allen Fällen, in denen korrodierendes Material behandelt wird, verwendet werden.
Um ein einwandfreies Tauchrohr herzustellen, mussten zahlreiche Schwierigkeiten überwunden werden. Eines der Probleme bildete die Durchlässigkeit von Polytetrafluoräthylenharz gegenüber gewissen Gasen und die Möglichkeit, dass zwischen dem Kern und dem schützenden Harzüberzug Gas oder Dampf eingeschlossen bleibt. Das eingeschlossene Gas dehnt sich beim Erhitzen des Rohres in bekannter Weise aus und bildet, wenn keine Gegenmassnahmen getroffen werden, Blasen und sogar Risse im Überzug oder in der Ummantelung.
Es sind bereits chemisch unempfindliche Rohre bekannt, die aus mindestens einer Lage aus mit Poly- tetrafluoräthylen imprägniertem G1asgewebe und einem inneren und äusseren Belag aus stranggepresstem gesintertem Polytetrafluoräthylenharz bestehen. Bei den bekannten Rohren sind die einzelnen Lagen fest miteinander verbunden und stellen somit Polytetrafluoräthylenrohre mit verstärkenden Einlagen dar.
Es sind auch Metallrohre bekannt, die mit einer Auskleidung aus Polytetrafluoräthylen versehen sind, wobei an einem Ende der Metallrohre Entlüftungsöffnungen als Auslass für eingeschlossene Luft vorgesehen sind.
Die Erfindung bezieht sich demgegenüber auf ein Tauchrohr der eingangs angeführten Art und besteht im Wesen darin, dass die Auskleidung und die Ummantelung aus gesinterten Rohren aus stranggepresstem Polytetrafluoräthylenharz in fester Berührung mit den Wänden des Hohlkernes steht, ohne mit diesem verbunden zu sein, wobei die Befestigungsvorrichtung die Ummantelung an der Befestigungsstelle gegen den Hohlkern drückt und mindestens eine Entlüftungsöffnung in an sich bekannter Weise vorgesehen ist, die oberhalb des Endes der Ummantelung, welches dem Flansch am nächsten ist, zu der Innenwand des Hohlkernes führt und mindestens eine weitere Öffnung in der Wand des Hohlkernes zwischen der Befestigungsstelle und dem Gegenende des Hohlkernes angeordnet ist und von der Auskleidung und der Ummantelung bedeckt ist,
um den Raum zwischen Hohlkern und Umhüllung einschliesslich des Raumes unter der Ummantelung zwischen dem Bereich, wo die Ummantelung mit dem Behälter verschlossen ist und dem genannten gegenüberliegenden Ende des Hohlkernes, zu entlüften.
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Zur Erzeugung eines brauchbaren Tauchrohres ist eine befriedigende Verbindung zwischen den Poly- tetrafluoräthylen-Harzschichten erforderlich. Es wurde daher eine Anzahl diesbezüglicher Mittel ent- wickelt, um die Ummantelung mit der Auskleidung auf der Innenseite des Tauchrohres zu verbinden.
Diese haben alle ihre Vor-und Nachteile ; entsprechend der jeweiligen Umstände kann immer die günstig- ste Verbindungsart gewählt werden.
In einer Ausführungsform wird ein ringförmiger, becherartiger Teil aus einem chemisch unempfind- lichen Material, wie z. B. Tantal, vorgesehen, der eine innerhalb der Auskleidung aufgeweitete Rohr- innenwand und eine um die Ummantelung zusammengezogene Aussenrohrwand besitzt ; zwischen diesen
Wänden wird der Kern nebst Auskleidung und Ummantelung zusammengedrückt.
In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Auskleidung über das Kernende hinaus und wird nach aussen umgelegt, um-entweder unter oder über dem Ende der Ummantelung - eine Stulpe zu bil- den, welch letztere mittels eines aus ebenfalls chemisch unempfindlichem Stoff, beispielsweise Tantal, bestehenden Ringes an die Ummantelung angepresst wird.
Gemäss einem andern Ausführungsbeispiel wird die Verbindung durch ein besonderes Verfahren zwi- schen den über das Kernende hinausragenden Teilen der Ummantelung und der Auskleidung hergestellt.
Das erfindungsgemässe Tauchrohr mit der chemischen Unempfindlichkeit des Polyteirafluoräthylens kann mit einem Temperaturfühler ausgestattet werden, wodurch die Anzahl der bei einem Reaktions- oder Behandlungsgefäss erforderlichen Zugänge und Einsatzgeräte verringert werden kann und gleichzeitig die bei Glas- oder Porzellanüberzügen vorhandene Bruchgefahr beseitigt wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden mehrere Ausführungsformen derselben an Hand der
Zeichnungen beschrieben :
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Tauchrohres, das ein wärmeempfindliches Organ als Bestand- teile enthält, teilweise im Schnitt, Fig. 2 zeigt eine vergrösserte Teilansicht eines abgewandelten End- verschlusses für die Anordnung von Fig. 1, teilweise im Schnitt, Fig. 3 ist eine der Fig. 2 ähnliche An- sicht und zeigt eine weitere Abwandlung des Endverschlusses, Fig. 4 ist eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht und zeigt ebenfalls eine abgewandelte Ausführungsform des Endverschlusses. Fig. 5 eine Teilansicht des
Befestigungsendes eines Tauchrohres in einer weiteren Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt einen länglichen, starren Hohlkern 10, vorzugsweise in Form eines nahtlos gezogenen
Stahlrohres, an dessen einem Ende ein Verbindungsflansch 11 durch Anschrauben und Heftschweissung be- festigt ist. Dieser Kern ist entfettet und entgratet und weist eine Anzahl Entlüftungslöcher oder Öffnungen auf ; vorzugsweise werden etwa im Abstand von 180 , zirka 5 cm von der Dichtungsfläche 12 des Flansches 11 entfernt, zwei Löcher 13 und 14 vorgesehen.
Die Öffnung 15 ist nit einer etwa diametral gegenüberliegenden (nicht gezeigten) Öffnung zirka 28-cm von der Fläche 12 des Flansches entfernt, während die Öffnung 16 mit einer ebenfalls diametral gegenüberliegenden (nicht gezeigten) weiteren Öffnung etwa 5 - 8 cm über dem unteren Ende 17 des Tauchrohres angeordnet ist.
Am unteren Ende 17 wird das Rohr oder der Kern 10 auf einer Strecke von etwa 4 bis 5 cm nachbearbeitet, um jede Exzentrizität zwischen der Innen- und Aussenfläche zu beseitigen.
Nachdem der Kern so vorbereitet worden ist, werden zwei in bekannter Weise erzeugte Rohre aus gesintertem stranggepresstem Polytetrafluoräthylen ausgewählt, u. zw. eines für die Auskleidung und das andere für die Ummantelung. Letztere wird über den Kern gezogen und vorläufig mittels eines Schlauchbinders oder einer andern Einrichtung unmittelbar hinter dem Flansch 11 befestigt. Die Auskleidung wird in den Kern eingeführt ; sowohl die Ummantelung, als auch die Auskleidung sind so bemessen, dass sie etwa 10 - 13 cm über dem Ende 17 des Kerns hinausragen. Die Auskleidung reicht in gleicher Länge auch über die Fläche 12 des Flansches 11 hinaus. Gleichzeitig mit der Auskleidung wird auch eine Isolierhülse 18 in das Rohr eingeführt, die ein Paar elektrischer Leitungen 19 enthält.
Letztere führen zu einem Thermoelement oder einem andern wärmeempfindlichen Organ. Die Hülse 18 nebst Leitungen befindet sich zwischen dem Kern 10 und der Auskleidung, wobei das Thermoelement über das untere Ende 17 des Kerns hinausragt, die Leitungen 19 gehen durch die Öffnung 14 hindurch.
Wie bereits früher ausgeführt wurde, kann ein Rohr aus stranggepresstem, gesintertem Polytetrafluor- äthylen auf eine Temperatur knapp unterhalb des Gelierpunktes des Harzes erhitzt und anschliessend radial verformt werden, um seinen Umfang zu vergrössern oder zu verkleinern. Wenn das Rohr unter Aufrechterhaltung der verformenden Kraft rasch abgekühlt wird, behält es seinen deformierten Zustand im wesentlichen unbegrenzt bei ; d. h. es bewahrt seine veränderten Abmessungen während des Erhitzens bis zu einer Temperatur unterhalb des Gelierpunktes, vorzugsweise etwa bis zur Formungstemperatur. Oberhalb dieses Erhitzungsgrades sucht das Rohr wieder zu seinen ursprünglichen Abmessungen zurückzukeh-
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Bei geeigneter Wahl der ursprünglichen Grösse bezüglich des rohrförmigen Kerns ist es möglich, die
Ummantelung auf den Kern aufzuschrumpfen und die Auskleidung im Kern sich aufweiten zu lassen, wodurch festverbundene Rohrlagen entstehen.
Die Gesamtheit von Kern, Polytetrafluoräthylen-Rohren und gegebenenfalls elektrischen Teilen wird daher erhitzt und anschliessend abgekühlt, um eine dichte Ummantelung und Auskleidung zu erhalten.
Danach wird das über das untere Ende 17 hinausragende Harz mit dem Kernende abgeglichen.
Nun wird ein wärmeleitendes, chemisch unempfindliches Organ, wie z. B. ein runder becherförmi- ger Teil 24 aus Tantal, mit einer inneren Rohrwand 21 und einer äusseren Rohrwand 22 von geeigneten
Abmessungen an das Thermoelement angelötet und auf den Boden des Tauchrohres geschoben. Mittels eines Riffelwerkzeuges wird nun die Wand 21 geriffelt und aufgeweitet, sowie die Wand 22 des Teiles 24 geriffelt und zusammengedrückt, um Ummantelung und Auskleidung fest an den Kern 10 anzupressen.
Das untere Ende des Tauchrohres gewinnt dadurch die in Fig. 1 gezeigte Gestalt. Gegebenenfalls kann im Kern 10, insbesondere im Bereich des Teiles 24, eine (nicht gezeigte) Rille vorgesehen werden, um die Hülse 18 nebst Leitungen aufzunehmen und gegenüber der Klemmwirkung des becherförmigen Teiles eine glatte Fläche zu bilden.
Anschliessend kann die Ummantelung 25 nach Entfernung der Befestigungsmittel beim Flansch 11 zu- rückgeschnitten werden, bis die Öffnungen 13 und 14 auf die dargestellte Weise in Erscheinung treten.
Entweder zu dieser Zeit oder vor dem End-Verschlussvorgang, je nachdem, wie es am zweckmässig- sten erscheint, wird die Auskleidung 26 unter Anwendung von Hitze und Druck radial aufgeweitet und nach aussen über die Dichtungsfläche des Flansches 11 gelegt, wie bei 27 gezeigt.
Zwecks Befestigung in einer Gefässwand kann nun das Tauchrohr mit einem Rohrflansch 28 versehen werden, welcher eine konische Öffnung 29 besitzt. Letztere ist, wie bei 30 gezeigt, mit Polytetrafluor- äthylen ausgekleidet. Eine Pressdichtung oder Dichtungskappe 31 aus Polytetrafluoräthylen weist eine kop nische Aussenfläche auf, welche in die Öffnung 29 des Rohrflansches 28 passt, um das Tauchrohr (nach
Art eines Klemmringes) fest und flüssigkeitsdicht darin einzuklemmen. Ein Kappenflansch 32 wird an den Rohrflansch angeschraubt, um die Dichtungskappe 31 in wirksamer Stellung zu halten.
Der Rohrflansch 28 ist in einem solchen Abstand vom Flansch 11 angeordnet, dass er über der Ummantelung 25 liegt, u. zw. zwischen der Öffnung 15 und dem Ende der Ummantelung.
Eine Anzahl, vorzugsweise vier Stützbänder 33 dienen zur Verbindung des Rohrflansches mit dem Flansch 11. Diese Stützbänder verhindern mit Erfolg eine hin-und hergehende Bewegung des Tauchrohres in der plastischen Dichtungskappe 31. Die die jeweiligen Flanschen verbindenden (nicht gezeigten) Schrauben können gleichzeitig zur Befestigung der Stützbänder benutzt werden.
Nach der Beschreibung einer typischen Ausführungsform der Erfindung wird nun die Wirkungsweise der Entlüftungsöffnungen näher erörtert. Auf Grund verschiedener Ursachen, wie z. B. der Anwesenheit organischer Stoffe auf dem Stahlkern 10 oder der Durchlässigkeit des Polytetrafluoräthylen-Schutzüberzuges, können zwischen dem Kern und der Auskleidung bzw. der Ummantelung Gase oder Dämpfe vorhanden sein.
Wenn diese sich zwischen der Auskleidung 26 und dem Kern 10 befinden, können sie, wie in Fig. 1 gezeigt, zwischen dem Kern und der Auskleidung, da diese nicht miteinander verbunden sind, nach oben steigen und durch die Öffnungen 13 und 14 entweichen. Nach unten können diese Gase infolge des durch den becherförmigen Teil 24 gebildeten dichten Druckverschlusses nicht gehen. Eventuell zwischen dem Kern und der Ummantelung oberhalb der Dichtungskappe 31 und der Befestigungsmittel befindliche Gase können am offenen Ende der Ummantelung entweichen. Wenn sie unterhalb der Dichtungskappe eingeschlossen sind, wird ihnen dieser Weg durch den auf die Ummantelung ausgeübten Pressdruck versperrt ausserdem wird eine Abwärtsbewegung der Gase durch den Druck des Teiles 24 unterbunden.
So bleibt denselben nur. die Möglichkeit, durch die Öffnungen 15 und 16 sowie durch diametral gegenüberliegenden Öffnungen auszutreten. Wie jedoch vorstehend ausgeführt, können die Gase, wenn sie einmal die Innenseite des Kerns erreicht haben, frei nach oben steigen und durch die Öffnungen 13 und 14 entweichen. Auf diese Weise wird das Problem der Ableitung eventuell eingeschlossener Gase und Dämpfe durch die geeignete Anordnung der Entlüftungslöcher im Kern vollständig gelöst.
Aus dem vorangegangenen geht deutlich hervor, dass das wärmeempfindliche Organ auch weggelassen und die gleiche Einrichtung als übliches Tauchrohr verwendet werden kann. An Stelle eines becherförmigen Teiles 24 kann der Endverschluss auch gemäss Fig. 2 verwirklicht werden. In dieser Ausführungsform wird die über das Ende des Kerns ragende Auskleidung 34 nach aussen umgeschlagen, um eine Stulpe 35 zu bilden, die auf das Ende der Ummantelung 25 zu liegen kommt. Ein aus chemisch unempfindlichem Stoff, z. B. Tantal, bestehender Ring 36 wird über die Stulpe gezogen oder gefalzt, um dieselbe gegen die Ummantelung zu pressen und dadurch einen dichten Verschluss zu bilden.
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Bei der Herstellung des Tauchrohres gemäss der Fig. 2 muss nur die Aussenseite des Kernendes kon- zentrisch nachbearbeitet werden, wonach Auskleidung und Ummantelung auf die gleiche Weise wie bei der vorgegangenen Ausführungsform ein-bzw. aufgebracht werden. Danach wird jedoch nur die Umman- telung in gleicher Höhe mit dem Kernende abgeschnitten, während die Auskleidung mit Hilfe eines er- hitzten Aufweitwerkzeuges und eines Massringes über die Ummantelung geschlagen wird.
Wahlweise kann auch die Ausführungsform gemäss Fig. 3 Verwendung finden. Hier wird die Ausklei- dung 37 um denKem 10 umgeschlagen, kommt jedoch unter die Ummantelung 38 zu liegen ; danach wird das Band oder der Ring 36 aufgesetzt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 muss die Auskleidung zuerst eingebracht und die Stulpe am Ende des Rohres umgeschlagen werden, bevor die Ummantelung in ihre
Stellung geschrumpft wird. Obwohl dieser Vorgang eine zusätzliche Erhitzung erfordert, ist er in Fällen, wo eine beschädigte Ummantelung ausgebessert werden soll, doch vorteilhaft.
Die bisher beschriebenen Ausführungsformen haben alle das gemeinsame Merkmal, dass zur Erzielung eines Abschlusses am Rohrende ein aufgezogener oder-gefalzter Ring bzw. ein becherförmiger Teil not- wendig ist. Beim nun folgenden Beispiel können die Verlängerungen der Ummantelung 39 und der Aus- kleidung 40 miteinander verbunden werden, wie bei 41 in Fig. 4 dargestellt.
Hier wird der Kern 10, genau wie bezüglich Fig. 1 beschrieben, mit einer Auskleidung und einer Um- mantelung versehen ; dabei reichen diese beiden Polytetrafluoräthylenschichten mehrere Zentimeter über das Kernende hinaus, dessen Rand vorher durch Entfernung der scharfen Kanten abgerundet wurde, Die zu verbindenden Flächen werden mit Tetrachlorkohlenstoff gereinigt ; danach wird ein Streifen aus unge- schmolzenemPolytetrafluoräthylen zwischen die Enden der Auskleidung und der Ummantelung gelegt. An den Enden der Harzrohre wird eine geeignete Klemme befestigt. Anschliessend wird der eingeklemmte Teil auf geeignete Weise allmählich auf etwa 382, 2 C erhitzt und während zirka 30 - 60 min auf dieser Tem- peratur gehalten.
Hiebei kann es erforderlich sein, die Wärme zu lokalisieren und die benachbarten Bereiche auf einer niedrigeren Temperatur zu halten. Anschliessend wird die Vorrichtung, vorzugsweise durch Abschrecken, gekühlt und die Klemme entfernt. Überschüssiges Material kann abgeschnitten wer- den. Es ist darauf zu achten, dass während des Erhitzungsvorganges ein zu starker Klemmdruck vermieden wird.
Die Ausführungsformen nach den Fig. 2, 3 und 4 können gewünschtenfalls mit einem Temperaturfühler versehen werden.
Unter bestimmten Bedingungen kann es erforderlich sein, die Ummantelung (Fig. 1) bis zur rückwärtigen Fläche des Flansches 11 hinaufzuführen und sie radial nach aussen aufzuweiten, wonach der aufgeweitete Rand an den Flansch geklemmt wird. Da dabei die Öffnungen 13 und 14 verdeckt würden, müssen diese durch Bohrungen ersetzt werden, die radial oder winkelig den Flansch 11 sowie die Wand des Kernes 10 beim Verbindungspunkt mit dem Flansch durchqueren. Diese Abwandlung wird in Fig. 5 dargestellt, wobei die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der aufgeweitete Rand der Ummantelung ist bei 46 gezeigt, während die winkelige Bohrung oder Entlüftungsöffnung bei 47 ersichtlich ist.
Selbstverständlich kann der Dichtungskappenflansch des Rohrflansches weggelassen und das Tauchrohr unmittelbar zwischen einem Übergangsformstück und der Gefässwandung eingeklemmt werden. Im weiteren kann die Gestaltung der Einrichtung von Fig. 5 gemäss jeder andern beschriebenen Ausführungsform erfolgen.
Selbstverständlich sind bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen zahlreiche Abwandlungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.