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Die Erfindung betrifft eine Trennblechdichtung für einen Wärmetauscher mit Lamellen, die eine Abwinklung zur federnden Anlage an einem Wärmetauschermantel aufweisen, wobei die Lamellen in einem Lamellenträger angeordnet sind, der eine Aufnahmenut für ein Trennblech aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Wärmetauscher mit einer Trennblechdichtung.
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Trennblechdichtungen werden zur Abdichtung des Spaltes zwischen dem Längstrennblech und dem Mantel des Wärmetauschers eingesetzt. Einer wirksamen Trennung kommt insbesondere bei Hochleistungswärmetauschern besondere Bedeutung zu, da vor allem bei kleinen Temperaturdifferenzen bereits geringe Kurzschlussströmungen zu beachtlichen Leistungsverlusten führen. Dies lässt sich durch Einsatz von Trennblechdichtungen weitgehend verhindern.
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In der
DE 2 712 207 wird ein Wärmetauscher mit einem zylindrischen Wärmetauschermantel beschrieben. In dem Wärmetauschermantel ist ein raumteilendes Trennblech eingesetzt. An der Trennblechlängsseite ist zwischen dem Trennblech und dem Wärmetauschermantel eine Trennblechdichtung angeordnet.
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Darüber hinaus sind Trennblechdichtungen bekannt die Lamellen umfassen, welche am Wärmetauschermantel anliegen. Entsprechende Trennblechdichtungen werden von der Kempchen Dichtungstechnik GmbH mit der Produktbezeichnung T4 vertrieben (Katalog der Kempchen Dichtungstechnik GmbH, Stand Juni 2012, Seiten 117–118). Die Lamellen weisen eine Abwinklung auf, die eine Federwirkung gewährleisten. Die Lamellen sind in einem Lamellenträger angeordnet. Der Lamellenträger umfasst eine Aufnahmenut die zum Aufschieben der Trennblechdichtung auf das Längstrennblech dient. Das Trennblech wird in die Aufnahmenut geschoben bis es am Boden der Aufnahmenut anschlägt. Die Lamellen sind im Lamellenträger so fixiert, dass sie ausgehend vom Boden der Aufnahmenut abwinkeln. Bei der Konstruktion des Wärmetauschers ist dabei darauf zu achten, dass der Spalt zwischen Trennblech und Wärmetauschermantel möglich klein ist. Die Abdichtung zwischen den Räumen des Wärmetauschers erfolgt durch Anliegen der Lamellen an der Innenseite des Wärmetauschermantels. Durch das Einspannen der Lamellen am Lamellenträger und die federnde Wirkung ergibt sich eine ausreichende Anpresskraft, mit der die Lamellen an die Innenwand des Wärmetauschermantels gepresst werden.
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Je größer der Spalt zwischen dem Trennblech und dem Wärmetauschermantel ist, desto geringer ist die Anpresskraft mit der die Lamellen gegen die Wärmetauschermantelwand gedrückt werden. Ab einer gewissen Spaltgröße kann eine Abdichtung nicht mehr gewährleistet werden, so dass Leistungsverluste am Wärmetauscher auftreten. Insbesondere problematisch ist der Einsatz von herkömmlichen Trennblechdichtungen als Ersatz bei bereits bestehenden Wärmetauschern. Beim Betrieb von Wärmetauschern kommt es dazu, dass sich diese Verziehen oder sich Verschmutzungen absetzen. Aufgrund des Verzuges kann sich ein größerer Spalt bilden. Ebenso kann es bei der Aufarbeitung von bereits gebrauchten Wärmetauschern beispielsweise durch Ausdrehen zu erheblichen Maßabweichungen kommen, so dass zum Teil große Spalte zwischen dem Trennblech und der Innenwand des Wärmetauschermantels auftreten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Trennblechdichtung für einen Wärmetauscher anzugeben, die einen möglichst großen Einsatzbereich hat. Die Trennblechdichtung soll mit möglichst geringem Aufwand in bereits bestehende Wärmetauschersysteme, beispielsweise auch als Ersatzteil, einsetzbar sein.
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Sie soll dabei auch in der Lage sein, bestehende Trennblechdichtungen zu ersetzen, ohne dass ein großer Anpassungsaufwand dafür erforderlich ist. Zudem soll die Trennblechdichtung eine effiziente Trennung von Räumen innerhalb des Wärmetauschers gewährleisten, so dass Leistungsverluste vermieden werden. Zudem soll sich die Trennblechdichtung durch eine einfache und preiswerte Herstellung auszeichnen und dabei eine hohe Qualität bieten, so dass auch über einen langen Betriebszeitraum eine Abdichtung gewährleistet bleibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Boden der Aufnahmenut gegenüber der Abwinklung der Lamellen um einen Abstand zur Mitte des Wärmetauschermantels versetzt angeordnet ist. Somit schließt im Gegensatz zu herkömmlichen Trennblechdichtungen der Boden der Aufnahmenut nicht bündig mit der Abwinklung der Lamellen ab, sondern ist zur Mittelachse des Mantels des Wärmetauschers verschoben. Diese Konstruktion ermöglicht es, dass größere Spalte zwischen dem Längstrennblech und dem Mantel überbrückt werden können, ohne dass die Anpresskraft der Lamellen am Wärmetauschermantel abnimmt. Grundsätzlich würde es zunächst in Betracht kommen, die Konstruktion der bekannten Trennblechdichtung beizubehalten und abhängig von einem erweiterten Spaltmaß neu zu skalieren, wodurch sich längere Lamellen ergeben würden. Der Erfindung liegt jedoch davon ausgehend die Erkenntnis zugrunde, dass dann die Anpresskraft bei gleichem Material der Lamellen annehmen würde und eine Abdichtung nicht mehr gewährleistet wäre.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auf einfache Weise Dichtungen von wieder aufgearbeiteten Wärmetauschern ersetzt werden. Da beim Wiederaufarbeiten des Wärmetauschers durch Ausdrehen größere Spalte vorhanden sind bzw. durch den Gebrauch aufgrund des Verzuges sich größere Spalte gebildet haben, kann der Einsatz von herkömmlichen Trennblechdichtungen zu einer schlechteren Abdichtung führen. Bei der erfindungsgemäßen Trennblechdichtung bleibt der Abstand der Abwinkelstelle zum Wärmetauschermantel weitgehend gleich wie bei der ursprünglichen Dichtung. Dadurch bleibt die Anpresskraft auch weitgehend gleich, so dass eine Trennung der einzelnen Räume im Wärmetauscher gewährleistet bleibt, ohne dass zu es Leistungsverlusten im Wärmetauscher kommt. Der größere Spalt wird erfindungsgemäß durch Verschiebung des Bodens der Aufnahmenut des Lamellenträgers kompensiert. Der Boden der Aufnahmenut ist zur Mittelachse des zylindrischen Wärmetauschermantels hin verschoben.
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Um bei den Trennblechdichtungen eine möglichst gute Dichtwirkung zu erzielen sollte die äußere Lamelle gegenüber dem Lamellenträger in etwa um 90° abgewinkelt sein. Ausgehend von der bekannten Ausführung der Trennblechdichtung bringt dabei die naheliegende Lösung, die äußerste Lamelle gegenüber dem Lamellenträger einfach länger zu gestalten oder eine weitere, längere Lamelle bereitzustellen, um einen größeren Spalt zu überbrücken, Nachteile mit sich. Aufgrund der größeren Schenkellänge der Lamellen verringert sich die Rückstellkraft und damit die Dichtwirkung. Dies wird durch die erfindungsgemäße Konstruktion, bei der der Boden der Aufnahmenut versetzt zur Wärmemitte des Wärmetauschermantels angeordnet ist, vermieden.
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Die Aufnahmenut des Lamellenträgers wird von einem Boden und zwei Wänden begrenzt. Die Tiefe der Aufnahmenut wird auch als Einschubhöhe für das Längstrennblech des Wärmetauschers bezeichnet. Die Tiefe der Aufnahmenut beträgt vorzugsweise mehr als 10 mm und weniger als 40 mm. Als besonders günstig erweist es sich, wenn die Tiefe der Aufnahmenut zwischen 20 mm und 30 mm liegt.
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Der Abstand um den der Boden der Aufnahmenut im Verhältnis zur Abwinklung der Lamellen nach innen zur Wärmetauschermitte hin versetzt ist, beträgt vorzugsweise mehr als 20 %, insbesondere mehr als 40 %, der Tiefe der Aufnahmenut. Unabhängig von der Tiefe der Aufnahmenut erweist es sich als besonders günstig, wenn der Abstand zwischen Boden und Abwinklung mehr als 4 mm, insbesondere mehr als 8 mm, beträgt. Je größer dieser Abstand ist, desto größere Spalte können auch überbrückt werden.
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Die erfindungsgemäße Trennblechdichtung überbrückt die großen Spalte zwischen Trennblech und Wärmetauschermantel, ohne dass es zu Dichtproblemen kommt, da durch die erfindungsgemäße Konstruktion die Anpresskraft weitgehend konstant bleibt.
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Neben der U-förmigen Aufnahmenut weist der Lamellenträger Schenkel auf, die vorzugsweise parallel zu den Wänden der Aufnahmenut angeordnet sind. Auf jeder Seite des Lamellenträgers sind Lamellen zwischen den Schenkeln und einer Wand der Aufnahmenut fixiert. Der Lamellenträger weist dabei ein Mförmiges bzw. W-förmiges Profil auf. Zwischen den äußeren Schenkeln des Lamellenträgers und den Wänden der U-förmigen Nut wird eine Art Tasche gebildet, in die Lamellen hineingesteckt werden. Erfindungsgemäßen werden sie dabei nicht zur Abwinklung eingeführt, sondern es verbleibt ein Abstand zwischen der Abwinklung und der Tasche. Die Länge des Teils der Lamelle, der in der Tasche fixiert ist, hängt von der Position der Lamelle ab. So weisen die äußeren Lamellen einen kürzeren Bereich auf, der innerhalb der Tasche liegt und die inneren Lamellen weisen vorzugsweise einen längeren Bereich auf, der innerhalb der Tasche angeordnet ist.
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Die Fixierung der Lamellen am Lamellenträger kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden die Lamellen durch Punktverschweißung mit dem Lamellenträger verbunden. Nach dem Einführen der Lamellen in den Lamellenträger wird entlang des Lamellenträgerprofils in bestimmten Abständen, beispielsweise alle 10 cm, eine Punktschweißung vorgenommen.
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Der Lamellenträger kann auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. Bei einer Variante wird er aus einem Stück Blech geformt. Das Blech wird dabei so gebogen, dass sich die U-förmige Aufnahmenut ausbildet und die beiden Außenschenkel.
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Bei einer anderen Variante der Erfindung wird zur Herstellung des Lamellenträgers zunächst ein separates U-Profil aus einem Blech geformt. An den Außenwänden des U-Profils werden dann Blechstreifen angesetzt und längsverschweißt, so dass ein M-förmiges bzw. W-förmiges Profil entsteht.
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Die Lamellen und der Lamellenträger sind mit einer nicht lösbaren Verbindung zu einer Einheit verbunden. Auf jeder Seite des Lamellenträgers, das heißt also oberhalb und unterhalb des Längstrennbleches, sind jeweils mehrere Lamellen in der von den Außenschenkeln und den Wänden des U-Profils gebildeten Tasche fixiert. Vorzugsweise sind auf jeder Seite des Lamellenträgers vier Lamellen in einer Tasche angeordnet. Eine größere Anzahl an Lamellen werden auch als Lamellenpaket bezeichnet, so dass auf jeder Seite des Lamellenträgerprofils jeweils ein Lamellenpaket mit vorzugsweise vier Lamellen angeordnet ist.
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Bei einer Variante der Erfindung schließen die Schenkel des Lamellenträgers bündig mit dem Boden der Aufnahmenut ab. Da erfindungsgemäß der Boden der Aufnahmenut gegenüber der Abwinklung bzw. Abknickung der Lamellen um einen Abstand zur Mitte des Wärmetauschers versetzt angeordnet ist, besteht dieser Abstand auch zwischen den Schenkeln des Lamellenträgers und der Abwinklung.
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Die Abwinklung unterteilt die Lamellen in zwei Lamellenschenkeln. Der äußere Lamellenschenkel liegt mit seiner Stirnseite bzw. Außenkante am Wärmetauschermantel an. Der innere Lamellenschenkel ist erfindungsgemäß nur bereichsweise in der Tasche des Lamellenträgers angeordnet. Bei herkömmlichen Trennblechdichtungen nach dem Stand der Technik ist der innere Lamellenschenkel dagegen vollständig in der Tasche des Lamellenträgers angeordnet.
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Schließen die Schenkel des Lamellenträgers bündig mit dem Boden der Aufnahmenut des Lamellenträgers ab, so wird eine Tasche gebildet, die bündig mit dem Schenkel des Lamellenträgers abschließt. Innerhalb der Tasche ist ein Teil des inneren Lamellenschenkels angeordnet, der andere Teil des inneren Lamellenschenkels ragt aus dieser Tasche heraus. Bei dieser Variante der Erfindung wird der Bereich des inneren Lamellenschenkels, der aus der Tasche herausragt, auch nicht von den Schenkeln des Lamellenträgers geführt.
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Bei einer anderen Variante der Erfindung ragen die Schenkel des Lamellenträgers über den Boden der Aufnahmenut hinaus. Durch dieses Hinausragen über den Boden der Aufnahmenut wird der Bereich des inneren Lamellenschenkels, der aus der Tasche hinausragt, zumindest teilweise geführt. Als besonders günstig erweist sich dabei, wenn die Schenkel des Lamellenträgers bis zur Abwinklung der Lamellen ragen. Dadurch wird der gesamte Bereich des inneren Lamellenschenkels, der aus der Tasche herausragt, von dem Schenkel des Lamellenträgers geführt.
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Bei dieser Variante der Erfindung ist der Boden der Aufnahmenut nicht nur gegenüber der Abknickung der Lamellen nach innen versetzt, sondern auch gegenüber der äußeren Abschlusskante des Lamellenträgerschenkels. Die über den Boden der Aufnahmenut hinausragenden Schenkel des Lamellenträgers geben den Bereich des inneren Lamellenschenkels, der nicht in der Tasche geführt wird, zusätzlichen Halt und verhindern ein Abknicken. Durch die äußeren Schenkel des Lamellenträgers werden die Lamellen gestützt. Ragen die Schenkel des Lamellenträgers bis zur Abwinklung der Lamellen, so wird der gesamte Bereich der inneren Lamellenschenkel gestützt.
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Schließen die Schenkel des Lamellenträgers bündig mit dem Boden der Aufnahmenut ab, so übernimmt auch der innere Lamellenschenkel eine federnde Wirkung. Nicht nur der radial äußere Lamellenschenkel, dessen Stirnseite bzw. Außenkante am Wärmetauschermantel anliegt, wirkt federnd, sondern der Bereich des inneren Lamellenschenkels, der nicht in der Tasche angeordnet ist, hat eine Federwirkung. Bei dieser Variante, bei der die äußeren Schenkel des Lamellenträgers bündig mit dem Boden der Aufnahmenut abschließen, weist die Trennblechdichtung somit zwei Federkonstanten auf.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen, anhand von Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst. Dabei zeigt:
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1 eine Trennblechdichtung mit bündig abschließenden Schenkeln des Lamellenträgers,
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2 eine Trennblechdichtung mit über den Boden der Aufnahmenut hinausragenden Schenkeln des Lamellenträgers,
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3 eine Trennblechdichtung mit längsverschweißtem Lamellenträger.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer radialen Schnittdarstellung durch einen Wärmetauschermantel 1. Der zylindrische Wärmetauschermantel 1 ist Teil eines Wärmetauschers, der an seinen beiden Stirnseiten mit entsprechenden Böden versehen ist. In dem Wärmetauscher sind in 1 nicht dargestellte Rohre angeordnet. Weiterhin ist in dem Wärmetauscher ein Trennblech 2 angeordnet. Das Trennblech 2 unterteilt den Wärmetauscher räumlich. Es bildet eine Barriere für die durch den Wärmetauscher geführten Fluide. Bei den Fluiden kann es sich um Flüssigkeiten und/oder Gase handeln.
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Zwischen dem Trennblech 2 und dem Wärmetauschermantel besteht ein Spalt f. Der Spalt f wird von einer Trennblechdichtung 3 abgedichtet. Die Trennblechdichtung 3 umfasst Lamellen 4, die in einem Lamellenträger 5 angeordnet sind. Bei der Trennblechdichtung 3 handelt es sich um eine Ganzmetalldichtung. Die Lamellen 4 werden aus Blechstreifen gebildet. Diese Blechstreifen werden gebogen, so dass die Lamellen 4 eine Abwinklung 6 aufweisen. Die Abwinklung 6 ermöglicht eine federnde Anlage der Lamellen 4 am Wärmetauschermantel 1.
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Der Lamellenträger 5 umfasst eine U-förmige Aufnahmenut 7 in der das Trennblech 2 entlang seiner Längsseite angeordnet ist. Zur Befestigung der Trennblechdichtung 3 sind keinerlei Schrauben erforderlich. Es entfallen deshalb bei der Montage auch das Bohren von Löchern sowie alle üblichen Verschraubungsarbeiten. Bei der Montage wird die Trennblechdichtung 3 mit ihrer Aufnahmenut 7 auf die Längsseite des Trennbleches 2 geschoben.
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Der Lamellenträger 5 weist Schenkel 8 auf. Bei der Ausführung gemäß 1 wird der Lamellenträger 5 aus einem Blechstreifen so gebogen, dass sich ein M-förmiges Profil ergibt, welches in der Mitte eine Aufnahmenut 7 aufweist. Die Aufnahmenut 7 wird von zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden 9 und einem Boden 10 gebildet. An den Seitenwänden 9 sind jeweils die Schenkel 8 des Lamellenträgers 5 angeformt. Zwischen den Schenkeln 8 und den Seitenwänden 9 bildet der Lamellenträger 5 auf jeder Seite der Aufnahmenut 7 jeweils eine Tasche, in welcher die Lamellen 4 angeordnet sind. Das in dieser Tasche angeordnete Lamellenpaket wird durch Punktschweißung entlang des Lamellenträgers 5 am Lamellenträger fixiert. Erfindungsgemäß ist der Boden 10 der Aufnahmenut 7 gegenüber der Abwinklung 6 um einen Abstand zur Mitte des Wärmetauschermantels 1 hin versetzt angeordnet. Somit ist der Boden 10 der Aufnahmenut 7 gegenüber der Abwinklung 6 der Lamellen 4 radial nach innen verschoben.
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Durch diese erfindungsgemäße Konstruktion kann ein größerer Spalt f abgedichtet werden, ohne dass die Anpresskraft der Lamellen 4 am Wärmetauschermantel 1 abnimmt.
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Die Tiefe der Aufnahmenut 7 beträgt im Ausführungsbeispiel gemäß 1 20 mm. Der Abstand S, um den der Boden 10 der Aufnahmenut 7 gegenüber der Abwinklung 6 der Lamellen 4 zur Mitte des Wärmetauschermantels 1 hin versetzt angeordnet ist, beträgt im Ausführungsbeispiel mehr als 20 % der Tiefe der Aufnahmenut 7 und somit mehr als 4 mm.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 schließen die Schenkel 8 des Lamellenträgers 5 bündig mit dem Boden 10 der Aufnahmenut 7 ab. Die Abwinklung 6 unterteilt die Lamellen 4 in einen äußeren Lamellenschenkel 11 und einen inneren Lamellenschenkel 12. Der radial äußere Lamellenschenkel 11 liegt mit seiner Stirnseite am Wärmetauschermantel 1 an. Der innere Lamellenschenkel 12 ist nur zum Teil in der Tasche des Lamellenträgers 5 angeordnet. Der andere Teil ragt aus der Tasche des Lamellenträgers 5 heraus. Die Breite des herausragenden Teils des inneren Lamellenschenkels 12 entspricht dem Abstand S. Dieser Teil des inneren Lamellenschenkels 12 wird nicht geführt und kann somit auch eine federnde Funktion übernehmen.
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2 zeigt eine Variante bei der die Schenkel 8 des Lamellenträgers 5 über den Boden 10 der Aufnahmenut 7 hinausragen. Sie erstrecken sich in radialer Richtung nach außen zum Wärmetauschermantel 1 hin. Die Schenkel 8 ragen bis zur Abwinklung 6 der Lamellen 4. Da der Boden 10 der Aufnahmenut 7 gegenüber der Abwinklung 6 der Lamellen 4 radial nach innen versetzt angeordnet ist, weisen die inneren Lamellenschenkel 12 einen Bereich auf, der in der Tasche des Lamellenträgers angeordnet ist und einen Bereich der aus der Tasche herausragt. Dieser Bereich wird jedoch im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel von den Schenkeln 8 des Lamellenträgers geführt. Dadurch wird ein unerwünschtes Abknicken vermieden. Weiterhin führt diese Konstruktion zu einer insgesamt weniger elastischen und weniger federnden Wirkung, die sich jedoch durch eine größere Stabilisierung der Lamellen 4 auszeichnet.
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3 zeigt eine Trennblechdichtung 3, bei welcher der Lamellenträger aus einem U-förmigen Profil gefertigt wird, an das zwei Blechstreifen angeschweißt werden. Dabei wird eine Längsschweißung vorgenommen. Die Blechstreifen bilden die Schenkel des Lamellenträgers 5.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Katalog der Kempchen Dichtungstechnik GmbH, Stand Juni 2012, Seiten 117–118 [0004]
