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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines doppelwandig ausgebildeten Sicherheitsrohres sowie ein Sicherheitsrohr, insbesondere zur Anordnung in einem Wärmeübertrager einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung für Duschwasser.
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Doppelwandige Sicherheitsrohre, bestehend aus einem Innenrohr und einem Außenrohr, werden in Wärmeübertragern eingesetzt, die der Wärmerückgewinnung aus Duschabwasser dienen. Das doppelwandige Sicherheitsrohr soll ein Vermischen der den Wärmeübertrager zwecks Wärmeübertragung durchströmenden Fluide, zu erwärmendes Frischwasser und Duschabwasser, im Fall einer Leckage des Innerohres verhindern. Hierzu soll in einem Bereich zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr das das Sicherheitsrohr durchströmende Fluid, das Frischwasser, aufgenommen werden können. Eine in dem Rohr angeordnete Sensorik, beispielsweise ein Drucksensor oder ein Feuchtigkeitssensor, detektiert das Eintreten in den Zwischenraum, so dass ein Signal generiert werden kann, welches auf eine Leckage hinweist.
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Bei einem doppelwandigen Sicherheitsrohr in einem Wärmeübertrager stellt der Wärmeübergang vom Außenrohr auf das Fluid im Innenrohr eine besondere Herausforderung dar, um eine möglichst hohe Effizienz bei der Wärmeübertragung zu erreichen. Hierzu stehen die Außenmantelfläche des Innenrohres und die Innenmantelfläche des Außenrohres abschnittsweise in flächigem Kontakt miteinander.
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Ein Herstellverfahren zur Herstellung eines doppelwandigen Sicherheitsrohres ist aus
DE 314 22 23 A1 bekannt. So wird auf der Außenmantelfläche eines Innenrohres eine in Längsrichtung verlaufende Rille eingebracht. Ein Außenrohr wird anschließend über das Innenrohr geschoben und durch Aufweiten des Innenrohres wird der Kontakt zwischen der Außenmantelfläche des Innenrohres und der Innenmantelfläche des Außenrohres hergestellt.
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Die
DE 27 06 069 A1 beschreibt ein doppelwandiges Sicherheitsrohr für einen Wärmeübertrager, welches ein Innenrohr und ein dieses umschließendes Außenrohr aufweist. Das Innenrohr ist gerippt ausgebildet. Die Rippen liegen an der Innenmantelfläche des Außenrohres an, so dass durch den Kontakt ein Wärmeübergang zwischen dem das Außenrohr umströmende Fluid und das Innenrohr durchströmende Fluid ermöglicht wird. Die sich zwischen den Rippen des Innenrohres ausbildenden Zwischenräume nehmen im Fall einer Leckage das austretende Fluid auf.
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Um den Kontakt zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr herzustellen, wird das Innenrohr aufgeweitet. Das Aufweiten des Innenrohres erfolgt mechanisch durch das Einführen eines Dorns oder durch Innenhochdruckfügen, das sogenannte hydraulische Aufweiten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines doppelwandigen Sicherheitsrohres bereitzustellen, welches kostengünstiger und mit geringerem Aufwand durchführbar ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung eines doppelwandigen Sicherheitsrohres sowie einem Sicherheitsrohr der eingangs genannten Art durch die Merkmale der kennzeichnenden Teile der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Gemäß dem Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines doppelwandig ausgebildeten Sicherheitsrohres, welches zumindest einen zwischen einem Außenrohr und einem Innenrohr befindlichen Zwischenraum aufweist. Das Verfahren ist durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet: ein Einführen des Innenrohres in das Außenrohr, dessen Innenmantelfläche zumindest abschnittsweise profiliert ausgebildet ist, wobei das Innenrohr endseitig über das Außenrohr hinausragt; und ein Zuführen des ineinandergeschobenen Innenrohres und Außenrohres in eine Walzvorrichtung, durch welche das Außenrohr mittels paarweise angeordneter Walzen radial verformt wird, bis die Innenmantelfläche des Außenrohres abschnittsweise an der Außenmantelfläche des Innenrohres anliegt.
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Unter der Profilierung der Innenmantelfläche des Außenrohres ist erfindungsgemäß eine Oberflächenstrukturierung zu verstehen, durch welche ein oder mehrere Abschnitte ausgebildet werden, die in radialer Richtung zurückgesetzt sind. Das Herstellen des flächigen Kontaktes der Außenmantelfläche des Innenrohres und der Innenmantelfläche des Außenrohres wird durch einen einzelnen Durchgang durch die Walzvorrichtung erreicht, durch den das Außenrohr an das Innenrohr angeformt wird. Das im Vergleich hierzu aufwendige Aufweiten des Innenrohres entfällt. Dabei ist das endseitige Überlappen bzw. Hinausragen des Innenrohres über das Außenrohr vorteilhaft, da dadurch einem Verrutschen des Außenrohres über das Innenrohr hinaus begegnet wird, welches beim Zuführen in die Wälzvorrichtung auftreten kann. Die Durchmesserdifferenz zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr beträgt bis zu mehreren Millimetern, insbesondere bewegt sich die Durchmesserdifferenz im einstelligen Millimeterbereich. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine schnelle und einfache Durchführbarkeit aus.
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Bevorzugt kann das Innenrohr aus einem ersten Material hergestellt werden und das Außenrohr aus einem zweiten Material. Die Auswahl des ersten und zweiten Materials kann sich dabei einerseits an den materialspezifischen Wärmeübertragungseigenschaften und andererseits an den Materialeigenschaften orientieren, die für ein Umformen vorteilhaft sind. Im Unterschied zur Innenmantelfläche des Außenrohres ist die Außenmantelfläche des Innenrohres glattwandig ausgeführt.
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So kann als erstes Material Kupfer oder Edelstahl verwendet werden. Während Kupfer sich vor allem durch gute Wärmeleitfähigkeit auszeichnet, ist die Verwendung von Edelstahl insbesondere im Hinblick auf den Umformprozess des Außenrohres durch das Walzen wegen seiner Stabilität vorteilhaft. Für die Herstellung des Außenrohres ist Kupfer vorteilhaft, da es aufgrund seiner hohen Duktilität einfach umzuformen ist.
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In einer Ausführungsform kann die Profilierung als zumindest eine abschnittsweise koaxial zur Längsachse verlaufende Rinne auf der Innenmantelfläche des Außenrohres ausgebildet werden.
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In einer Ausführungsform kann die Profilierung als zumindest eine mäander- oder schraubenförmig verlaufende Vertiefung auf der Innenmantelfläche des Außenrohres ausgebildet werden.
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In einer Ausführung kann die Profilierung als eine Vielzahl von Nocken auf der Innenmantelfläche des Außenrohres ausgebildet werden.
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In einer Ausführung kann die Profilierung der Innenmantelfläche als durch Kanäle miteinander verbundene Vertiefungen ausgebildet werden. Dabei können die Kanäle eine geringere Tiefe aufweisen als die Vertiefungen, welche die Kanäle miteinander verbinden.
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Die Profilierung wird bevorzugt durch spanlose Bearbeitung der Innenmantelfläche hergestellt.
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Ferner wird die Aufgabe durch ein Sicherheitsrohr, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren zur Herstellung eines doppelwandigen Sicherheitsrohres gelöst, welches zumindest einen zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr befindlichen Zwischenraum aufweist. Erfindungsgemäß ist zwischen einer profilierten Innenmantelfläche des Außenrohres und einer Außenmantelfläche des Innenrohres durch radiales Verformen des Außenrohres mittels paarweise angeordneter Walzen ein abschnittsweiser Formschluss herstellbar.
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Im Folgenden werden weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Verweis auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Walzvorrichtung zur Herstellung eines doppelwandigen Sicherheitsrohres;
- 2 eine Ansicht eines doppelwandigen Sicherheitsrohres im Querschnitt.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer Walzvorrichtung 4 zur Herstellung eines doppelwandigen Sicherheitsrohres 1 für einen Wärmeübertrager. Zur Herstellung des Sicherheitsrohres 1 werden ein Außenrohr 2 und ein Innenrohr 3 auf definierte Längen zugeschnitten. Als Materialien für das Außenrohr 2 und das Innenrohr 3 kommen bevorzugt Kupfer oder eine Kombination aus Kupfer und Edelstahl in Frage. Das Zuschneiden von Außenrohr 2 und Innenrohr 3 erfolgt dabei in der Weise, dass das Innenrohr 3 länger ausgeführt ist als das Außenrohr 2, so dass das in das Außenrohr 2 eingeführte Innenrohr 3 an beiden Enden abschnittsweise über das Außenrohr 2 hinausragt. Mit DAR ist der Außendurchmesser des Außenrohres 2 vor dem Zuführen in die Walzvorrichtung 4 bezeichnet. Mit DIR ist der Außendurchmesser des Innenrohres 3 bezeichnet. Mit Bezugszeichen 7 und 8 ist eine Innenmantelfläche des Außenrohres 2 bzw. eine Außenmantelfläche des Innenrohres 3 bezeichnet. Die Innenmantelfläche 7 des Außenrohres 2 ist profiliert ausgeführt, was unter Bezugnahme auf 2 noch näher erläutert wird. Die Außenmantelfläche 8 des Innenrohres 3 hingegen ist glatt ausgeführt.
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Nach dem Zuschneiden wird das Innenrohr 3 in das Außenrohr 2 eingeführt und für einen nachfolgenden Bearbeitungsschritt der Walzvorrichtung 4 zugeführt. Die Walzvorrichtung 4 umfasst mehrere paarweise angeordnete Walzen 5a, 5b, ..., 5n; 6a, 6b, ..., 6n, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Walzen 5a, 5b, ..., 5n; 6a, 6b, ..., 6n werden angetrieben, so dass das zugeführte Außenrohr 2 mitsamt dem darin befindlichen Innenrohr 3 eingezogen wird. Der jeweilige Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden, jeweils ein Paar bildenden Walzen 5a, 6a, 5b, 6b ..., 5n, 6n verringert sich in Förderrichtung FR des Außenrohres 2 gesehen kontinuierlich. Durch die Walzvorrichtung 4 wird der Außendurchmesser DAR des Außenrohres 2 durch radiale Verformung auf einen Durchmesser DSR verringert, welcher dem Außendurchmesser des fertigen Sicherheitsrohres 1 entspricht. Der Abstand des Endwalzenpaares 5n, 6n der Walzvorrichtung 4 entspricht dem Außendurchmesser DSR des herzustellenden Sicherheitsrohres 1.
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Durch die radiale Verformung wird das Außenrohr 2 in der Weise verformt, dass die Innenmantelfläche 7 zumindest abschnittsweise auf der Außenmantelfläche 8 des Innenrohres 3 aufliegt. Hierdurch stellt sich ein flächiger Kontakt zwischen dem Außenrohr 2 und dem Innenrohr 3 ein, der für eine effiziente Wärmeübertragung des Sicherheitsrohres 1 notwendig ist.
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Die Darstellung in 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellten doppelwandigen Sicherheitsrohres 1 im Querschnitt. Wie weiter oben bereits ausgeführt wurde, ist die Innenmantelfläche 7 des Außenrohres 2 profiliert ausgebildet. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Profilierung als eine Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckender rippenförmiger Erhebungen 9 ausgebildet, welche koaxial zur Längsmittelachse des Außenrohres 2 angeordnet sind. Durch die als Erhebungen 9 ausgeführte Profilierung der Innenmantelfläche 7 bilden sich nach dem radialen Verformen des Außenrohres 2 zwischen der Außenmantelfläche 8 des Innenrohres 3 und der Innenmantelfläche 7 kanal- oder rinnenartige Zwischenräume 10 aus, die sich über die Länge des Außenrohres 2 erstrecken. Der Verlauf entlang des Außenrohres 2 sowie die Kontur der Zwischenräume 10 lassen sich durch die Art der Profilierung vielfältig modifizieren. So sind neben im Wesentlichen geradlinigen Verläufen der Zwischenräume 10 auch mäander- oder schraubenförmige Verläufe denkbar. Eine weitere Alternative bilden zueinander beabstandet angeordnete Vertiefungen, welche zumindest teilweise untereinander durch Kanäle oder Rinnen verbunden sind, deren Tiefe geringer ist, als die der Vertiefungen. Die Zwischenräume 10 haben die Aufgabe, bei einer Leckage des Innenrohres 3 aus diesem austretendes Fluid bzw. bei einer Leckage des Außenrohres 2 eindringendes Fluid aufzunehmen. Hierdurch lässt sich eine ungewünschte Durchmischung der unterschiedlichen Fluide verhindern.
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Dies ist bei einer Verwendung des Sicherheitsrohres 1 in einem Wärmeübertrager, insbesondere einem Rohrbündelwärmeübertrager, notwendig, wenn mittels des Wärmeübertrages beispielsweise im Duschabwasser enthaltene Wärme auf zu erwärmendes Frischwasser übertragen werden soll, bevor das Frischwasser einem Durchlauferhitzer zum Erhitzen zugeführt wird. Das Duschabwasser umströmt die als Rohrbündel im Wärmeübertrager angeordneten Sicherheitsrohre 1 und gibt die enthaltene Wärme an das im Inneren der Sicherheitsrohre 1 strömende Frischwasser ab. Die doppelwandige Ausführung des Sicherheitsrohres verhindert im Fall der Leckage des Innenrohres oder Außenrohres, dass Frischwasser durch das Duschabwasser kontaminiert werden kann.
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Zur Detektion einer Leckage des Sicherheitsrohres 1 ist in zumindest einem Zwischenraum 10 ein Sensor, beispielsweise ein Feuchte- oder Drucksensor, vorgesehen. Tritt durch das in den Zwischenraum 10 eindringende Fluid eine Druckänderung auf bzw. wird eine Änderung der Feuchtigkeit sensiert, so lässt sich dieses Signal von einer Steuervorrichtung, insbesondere des Durchlauferhitzers, auswerten, um den Zufluss zumindest von Frischwasser in den Wärmeübertrager zu unterbinden und einen entsprechenden Warnhinweis auszugeben auf eine Leckage.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3142223 A1 [0004]
- DE 2706069 A1 [0005]
