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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Halterahmen und mit mindestens einem im Halterahmen gehaltenen Schlauch. Der Schlauch ist seinerseits zu einer Spirale aufgewickelt. Die durch das Aufwickeln sich ergebenden Schlauchwindungen müssen für den Einsatz des Wärmetauschers in einem definierten Abstand zueinander positioniert sein. Hierzu ist es bekannt, einen oder mehrere Abstandshalter am Halterahmen vorzusehen. Diese Abstandshalter können beispielsweise als gelochte Platten ausgestaltet sein, wobei die Löcher in einem definierten Abstand zueinander angeordnet sind und durch jedes Loch eine Schlauchwindung hindurch gezogen ist.
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Das Durchfädeln der Schläuche durch die einzelnen Löcher einer solchen gelochten Platte wird als sehr aufwendig empfunden. Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher so zu gestalten, dass er einfacher zu montieren ist.
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Diese Aufgabe ist durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 in erfinderischer Weise gelöst. Die Unteransprüche beinhalten teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung.
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Die Erfindung beruht auf der Grundüberlegung, den Abstandshalter modular aufzubauen. Dies bedeutet, dass der Abstandshalter nicht fix und fertig montiert wird, bevor die Schlauchwindungen eingebracht werden. Vielmehr wird der Abstandshalter mehrteilig ausgeführt, um die Schlauchwindungen zunächst in dem Abstandshalter grob vorzumontieren, um sie anschließend in ihrer Montageendposition endzumontieren. Hierzu ist der Abstandshalter so aufgebaut, dass für jede Schlauchwindung eine Halteöse vorgesehen ist. Diese Halteöse ist zweigeteilt. Auf diese Weise muss der Schlauch nicht durch die Halteöse hindurch gefädelt werden, sondern kann seitlich in die Halteöse eingebracht und vormontiert werden, um anschließend durch das Verschließen der Halteöse in der gewünschten Montageendposition endmontiert zu werden.
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Zur weiteren Vereinfachung ist vorgeschlagen, den Halterahmen für den Wärmetauscher aus steckbaren Elementen zusammenzusetzen. Besonders geeignet sind Stäbe, vorzugsweise Kunststoffstäbe. Diese Kunststoffstäbe können mit muffenförmigen Eckverbindern zu einem Halterahmen miteinander verbunden werden. Der Halterahmen kann beispielsweise zwei durch Distanzlaschen voneinander beabstandete rechteckförmige oder quadratische Rahmenteile aufweisen. Zwischen diesen Rahmenteilen sind dann mehrere Abstandshalter mit mehreren übereinander angeordneten und zu Spiralen aufgewickelten Schläuchen angeordnet. Jeder zu einer Spirale aufgewickelte Schlauch bildet eine Art Schlauchscheibe, wobei zur Bildung eines Schlauchpakets mehrere Schlauchscheiben, die aus jeweils einem zu einer Spirale aufgewickelten Schlauch bestehen, bei einem liegenden Halterahmen übereinander und bei einem stehenden Halterahmen nebeneinander angeordnet sind. Um mehrere Schlauchpakete ihrerseits nebeneinander anordnen zu können ist es auch denkbar, den Halterahmen durch Steckmuffen mit mehreren Stecköffnungen, beispielsweise T-förmige Steckmuffen, zu erweitern, so dass zwei oder mehr Halterahmen zu einem Haltegestell mit mehreren Schlauchpaketen zusammengesetzt werden können.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung besteht der Abstandshalter zunächst aus einem Haltekamm. Der Haltekamm weist zwischen den einzelnen Kammzinken Haltenuten auf, deren Nutränder die Kammzinken bilden. Die Anzahl der Haltenuten an einem Haltekamm entspricht der Anzahl nebeneinander aufgewickelter Schlauchwindungen einer Schlauchscheibe bzw. einer Schlauchspirale. Zur Montage kann der Haltekamm so mit seinen Haltenuten durch die einzelnen übereinander oder hintereinander angeordneten Schlauchspiralen bzw. Schlauchscheiben hindurch geschoben werden, wobei die Haltenuten jeweils eine Schlauchwicklung einer jeden Schlauchscheibe bzw. Schlauchspirale aufnehmen. Alternativ können die Schlauchscheiben oder Schlauchspiralen auch auf den jeweiligen Haltekamm aufgespult werden. Dies kann maschinell erfolgen.
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Um die Schlauchwicklungen in ihrer gewünschten Position zueinander zu positionieren existiert eine Positionierschablone. Die Positionierschablone weist eine der Anzahl der übereinander angeordneten Schlauchscheiben oder Schlauchspiralen entsprechende Anzahl nebeneinander angeordneter und U-förmiger Ausnehmungen auf. Die Positionierschablone wird zur Montage einfach oberhalb oder unterhalb des Haltekamms ihrerseits durch die Schlauchscheiben bzw. Schlauchspiralen hindurch geschoben und anschließend so verschwenkt, dass jede U-förmige Ausnehmung eine Schlauchwindung aufnimmt. Betrachtet man die Kombination aus den Haltenuten an der Positionierschablone und die Nutränder der Haltenuten, wirken diese so zusammen, dass die Nutränder der Haltenuten die jeweilige Öffnung der U-förmigen Ausnehmung zu einer umlaufenden Halteöse für die Schlauchwindung verschließen.
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Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, die Montage der Abstandshalter an den Schlauchpaketen zu mechanisieren bzw. zu automatisieren. Auch ist es möglich, die Montageschritte gegeneinander auszutauschen, also im ersten Montageschritt die Positionierschablonen anzubringen und im zweiten Schritt den Haltekamm einzubringen. In der Montageendstellung des Abstandshalters sind der Haltekamm und die Positionierschablone dann miteinander verbunden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist klargestellt, dass sowohl der Haltekamm als auch die Positionierschablone jeweils um 90 Grad verschwenkt gegenüber der vorbeschriebenen Konstruktion in ein Schlauchpaket eingebracht werden können. Es entspricht dann die Anzahl der Haltenuten im Haltekamm der Anzahl der übereinander angeordneten Schlauchscheiben und vice versa entspricht die Anzahl der U-förmigen Ausnehmungen in der Positionierschablone der Anzahl der nebeneinander aufgewickelten Schlauchwindungen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung können die einzelnen Positionierschablonen auch zu integralen Bauteilen zusammengefasst werden. Beispielsweise ist es möglich, eine Doppelschablone so zu gestalten, dass die U-förmigen Ausnehmungen beidseitig aus den Langseiten einer rechteckförmigen Lasche ausgeschnitten sind. In weiterer Ausgestaltung ist es möglich, eine kammartige Positionierschablone zu realisieren mit den vorbeschriebenen rechteckförmigen Laschen mit beidseitig ausgeschnittenen U-förmigen Ausnehmungen als Kammzinken. Hier werden dann die kammartige Positionierschablone und der Haltekamm gleichsam auf Lücke gesetzt, um für die einzelnen Schlauchwindungen jeweils die umschlossenen Halteösen auszubilden.
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In weiterer Ausgestaltung ist es auch möglich, weitere Funktionsteile am Halterahmen zu lagern. Insbesondere sind Verteiler oder Sammler zum Anschluss der Schlauchenden vorgesehen als Zuleitung oder Ableitung in den Wärmetauscher.
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Sowohl der Halterahmen und seine Stäbe als auch die Abstandshalter für die Schlauchscheiben oder Schlauchspiralen sind bei der Erfindung formschlüssig miteinander verbunden. Die Einzelteile des Wärmetauschers können also durch Steckverbindungen miteinander gefügt und verbunden werden. Auf diese Weise ist es möglich, die einzelnen Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen zu wählen und sie so optimal an ihren jeweiligen Einsatzzweck anzupassen, ohne auf fügetechnische Verträglichkeiten der Bauteile Rücksicht nehmen zu müssen. Die durchgängige Anwendung formschlüssiger und nicht stoffschlüssiger Verbindungen ermöglicht es somit, die Teile hinsichtlich ihrer technischen Anforderungen zu optimieren und zu kombinieren. Bei stoffschlüssigen Verbindungen müsste immer auf die Verträglichkeit der einzelnen miteinander zu verbindenden Teile geachtet werden.
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Anhand der in den Zeichnungsfiguren beschriebenen Ausführungsbeispiele ist die Erfindung mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsmäßigen Wärmetauschers,
- 2 eine Vorderansicht des Wärmetauschers aus 1,
- 3 den Schnitt III - III aus 2,
- 4 ein aus drei Halterahmen modular aufgebautes Haltegestell in horizontaler Ausrichtung,
- 5 ein aus drei Halterahmen modular zusammengesetztes Haltegestell mit in Serie geschalteten Verteilern in vertikaler Ausrichtung,
- 6 eine perspektivische Darstellung einer kammartigen Positionierschablone,
- 7 eine Darstellung eines Haltekamms,
- 8 mehrere Varianten einer Positionierschablone,
- 9 die Positionierschablone aus 8 a) in ihrer auf den Haltekamm gemäß 7 aufgelegten Position,
- 10 die Darstellung der 9 um 180 Grad gedreht mit auf der Positionierschablone aufliegendem Haltekamm.
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Der in 1 dargestellte Wärmetauscher besteht zunächst aus einem Halterahmen 1 und einem im Halterahmen 1 gehaltenen Schlauchpaket 2. Das Schlauchpaket 2 besteht seinerseits aus sieben jeweils zu einer planaren Spirale aufgewickelten Schläuchen 3. Jeder zu einer Spirale aufgewickelte Schlauch 3 bildet in der Terminologie der hiesigen Anmeldung eine Schlauchscheibe. Folglich zeigt 1 ein Schlauchpaket 2 mit sieben in Querrichtung 4 nebeneinander bzw. hintereinander angeordneten Schlauchscheiben. Analog dazu zeigt 2 die vordere, obenauf liegende Schlauchscheibe des Schlauchpakets 2.
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Der Halterahmen 1 besteht seinerseits aus zwei in Querrichtung 4 beabstandeten Teilrahmen. Die Teilrahmen bestehen aus steckbaren Stäben 5 und Rohrmuffen 6. Die Rohrmuffen 6 bilden zugleich die Eckverbinder der beiden den Halterahmen 1 bildenden Teilrahmen. In Querrichtung 4 sind die beiden den Halterahmen 1 bildenden Teilrahmen durch mehrere Distanzlaschen 7 miteinander verbunden. Die Distanzlaschen 7 werden dabei in entsprechenden Bohrungen einfach von den Stäben 5 durchsetzt und halten die Teilrahmen auf der gewünschten Distanz in Querrichtung 4. In 1 sind noch Zusatzmuffen 8 erkennbar. Diese Zusatzmuffen 8 sind von den Stäben 5 jeweils durchsetzt und dienen zum Anschluss von nicht näher erläuterten Beschlagteilen 9, die z.B. als Halter oder zur Fixierung dienen können.
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Schließlich ist in 1 auf beiden Seiten des Halterahmens 1 jeweils ein Verteiler 10 erkennbar. Die Verteiler 10 weisen jeweils eine Aufnahme 11 für das Schlauchende 12 jeweils eines Schlauches 3 auf. Die Verteiler 10 weisen ferner in Vertikalrichtung 13 verlaufende und rechtwinklig abgebogene Rohrstutzen 14 auf. Über die Rohrstutzen 14 leiten die Verteiler 10 das Wärmeträgermedium entweder in die Schläuche 3 hinein oder aus den Schläuchen 3 und damit aus dem Wärmetauscher heraus.
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Schließlich zeigt 1 vier jeweils um 90 Grad versetzt angeordnete Abstandshalter 15 für die einzelnen Schlauchwindungen der Schläuche 3.
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4 zeigt ein aus mehreren Halterahmen 1 modular aufgebautes Haltegestell 16. Beim Haltegestell 16 sind die äußeren beiden Halterahmen 1 mit dem mittleren Halterahmen 1 über T-Steckmuffen 17 miteinander verbunden. In der Darstellung der 4 sind auch die vier im 90 Grad-Abstand angeordneten Abstandshalter 15 angedeutet. Die drei im Halter 16 horizontal nebeneinander angeordneten Schlauchpakete 2 sind in der Darstellung der 4, ebenso wie in der Darstellung der 5 der Einfachheit halber fortgelassen.
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5 zeigt ihrerseits ein vertikal orientiertes Haltegestell 16, welches wiederum aus drei über T-Steckmuffen 17 verbundenen Halterahmen 1 modular zusammengesetzt ist. In 5 ist jedem der drei Halterahmen 1 beidseitig jeweils ein Verteiler 10 zugeordnet. Die Verteiler 10 sind durch die durchgängigen Rohrstutzen 14 miteinander verbunden und somit in Serie geschaltet.
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7 zeigt schließlich einen Haltekamm 18 mit mehreren nebeneinander angeordneten Haltenuten 19. Jeder Abstandshalter 15 ist gemäß der Erfindung aus einem solchen Haltekamm 18 und einer nachstehend beschriebenen Positionierschablone 20 zusammengesetzt.
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8 d) zeigt schließlich eine Positionierschablone 20. Die Positionierschablone 20 ist als rechteckförmige Lasche 24 ausgestaltet und weist an ihren Langseiten jeweils U-förmige Ausnehmungen 21 auf. Die in 8 e) gezeigte Positionierschablone 20 unterscheidet sich von der in 8 d) gezeigten Positionierschablone 20 lediglich durch randseitige Befestigungsaugen 22. Mit den Befestigungsaugen 22 und einem entsprechenden Bolzen kann die Positionierschablone 20 beispielsweise am Haltekamm 18 adaptiert werden.
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Die 8 a), b) und c) zeigen kammartig ausgebildete Positionierschablonen 20. Die in 8 c) dargestellte Positionierschablone 20 weist wiederum Befestigungsaugen 22 auf. Ansonsten sind die in 8 b) und 8 c) gezeigten Positionierschablonen 20 baugleich. Von der in 8 a) dargestellten Positionierschablone 20 unterscheiden sich die in 8 b) und 8 c) dargestellten Positionierschab-Ionen 20 lediglich durch die Orientierung. Die Verbindungsschiene 23 für die einzelnen Laschen 24 mit den Ausnehmungen 21 verläuft in 8 a) oben und in 8 b) und c) unten. In 6 ist eine Positionierschablone 20 mit sechs Laschen 24 dargestellt. In die Langseiten der Laschen 24 sind jeweils die U-förmigen Ausnehmungen 21 eingeformt. In der Darstellung der 6 und 8 sind nicht alle U-förmigen Ausnehmungen 21 der besseren Lesbarkeit halber mit Bezugsziffern versehen.
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Die Positionierschablonen 20 sind im Ausführungsbeispiel so ausgestaltet, dass für jede Schlauchwindung der das Schlauchpaket 2 bildenden aufgewickelten Schläuche eine U-förmige Ausnehmung 21 vorgesehen ist. Anhand des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ist erkennbar, dass insgesamt sieben Schlauchenden 12 vorhanden sind. Also besteht das im Ausführungsbeispiel gezeigte Schlauchpaket 2 aus sieben planar gewickelten Schläuchen bzw. planar gewickelten Schlauchscheiben. Die planar gewickelten Schlauchscheiben sind in Querrichtung 4 hintereinander im Halterahmen 1 angeordnet.
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An der in 9 gezeigten Positionierschablone 20 ist erkennbar, dass an jeder Lasche 24 beidseitig sieben U-förmige Ausnehmungen 21 ausgebildet sind. Der besseren Lesbarkeit halber sind wiederum nur einige Ausnehmungen 21 mit Bezugsziffern gekennzeichnet. In der zur Querrichtung 4 der 8 rechtwinklig verlaufenden Horizontalrichtung 25 der 9 weist die Positionierschablone 20 eine der Anzahl der Schlauchwindungen eines einzelnen Schlauches 3 entsprechende Anzahl von in Querrichtung 4 verlaufenden Reihen von U-förmigen Ausnehmungen 21 auf. Für jede der hintereinander in Querrichtung 4 liegenden Schlauchwindungen der Schläuche 3 ist somit eine separate Reihe von U-förmigen Ausnehmungen 21 vorgesehen. Die Positionierschablone 20 gemäß 9 wird in Querrichtung 4 in das Schlauchpaket 2 eingeschoben. Die einzelnen Schläuche 3 bzw. Schlauchwindungen werden jeweils in die zugeordnete U-förmige Ausnehmung 21 eingebracht.
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Anschließend wird der Haltekamm 18 ebenfalls in Querrichtung 4 in das Schlauchpaket 2 eingeschoben. Aus der Darstellung der 10 ist erkennbar, dass die Haltenuten 19 am Haltekamm 18 mit den U-förmigen Ausnehmungen 21 an der Positionierschablone 20 fluchten. Somit können die Schläuche 3 sowohl den Haltekamm 18 in dessen Haltenuten 19 als auch die Positionierschablone 20 in den U-förmigen Ausnehmungen 21 durchsetzen. Aus der Darstellung der 9 und der 10 ist weiterhin erkennbar, dass die Nutränder 26, also die Zinken des Haltekamms 18, die Öffnungen der U-förmigen Ausnehmungen 21 verschließen. Die Nutränder 26 ergänzen die U-förmigen Ausnehmungen 21 folglich zu umlaufenden Halteösen für die Schläuche 3. Zum dauerhaften Verschließen der so gebildeten Halteösen sind die Positionierschablone 20 und der Haltekamm 18 entweder aneinander fixiert oder ebenfalls mit dem Halterahmen 1 verbunden. Verwendet man die in 8 b) oder in 8 c) gezeigten Positionierschablonen 20 zusammen mit dem Haltekamm 18 werden die Haltenuten 19 mit zusätzlichen, quer zu den Haltenuten 19 verlaufenden Fixierstreifen an ihren offenen Enden verschlossen .
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Die Schnittdarstellung in 3 zeigt in der oberen Hälfte einen Blick auf die verbaute Positionierschablone 20 und in ihrer unteren Hälfte den Blick auf den dort verbauten Haltekamm 18.
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Die vorstehende Erfindung eignet sich besonders für Wärmetauscher mit Kunststoffschläuchen 3. Insbesondere bestehen die Kunststoffschläuche 3 aus Fluorkunststoffen und dienen zur Zu- und Ableitung des Wärmeträgermediums bzw. des Prozessfluids. Der Halterahmen 1 ist möglichst auch aus Kunststoff gefertigt.
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Die Verwendung von Kunststoffen führt zu einem geringeren Gewicht des Wärmetauschers und damit zu besonders guten Handhabungseigenschaften des Wärmetauschers. Die einzelnen Teile sind besonders gut geeignet, temperaturänderungsbedingte Ausdehnungen oder Schrumpfungen der Schläuche 3 zu kompensieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Halterahmen
- 2
- Schlauchpaket
- 3
- Schlauch
- 4
- Querrichtung
- 5
- Stab
- 6
- Rohrmuffe
- 7
- Distanzlasche
- 8
- Zusatzmuffe
- 9
- Beschlagteil
- 10
- Verteiler
- 11
- Aufnahme
- 12
- Schlauchende
- 13
- Vertikalrichtung
- 14
- Rohrstutzen
- 15
- Abstandshalter
- 16
- Haltegestell
- 17
- T-Steckmuffe
- 18
- Haltekamm
- 19
- Haltenut
- 20
- Positionierschablone
- 21
- U-förmige Ausnehmung
- 22
- Befestigungsauge
- 23
- Verbindungsschiene
- 24
- Lasche
- 25
- Horizontalrichtung
- 26
- Nutrand
