DE1501597A1

DE1501597A1 - Verfahren zur Herstellung eines Waermetauscherrohrbuendels aus flexiblen Rohren aus thermoplastischem Werkstoff

Info

Publication number: DE1501597A1
Application number: DE19661501597
Authority: DE
Inventors: Whiters Michael Somerville
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1965-01-14
Filing date: 1966-01-13
Publication date: 1971-12-23
Also published as: FR1465852A; CH442379A; NL151792B; NL6600371A; SE329181B; DE1501597B2; BE675061A; GB1130872A; US3315740A; NL151792C

Description

E.I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware, USA

Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherrohrbündels aus flexiblen Rohren aus thermoplastischem Werkstoff.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrbündels aus mehreren parallelen flexiblen Rohren aus thermoplastischem Werstoff, bei welchem die Rohrwände der Rohrendabschnitte über eine Länge, die dem Mehrfachen der durchschnittlichen Wandstärke entspricht, wenigstens an einem Ende durch Aufweiten und Verschweißen miteinander fest und flüssigkeitsdicht verbunden werden. Solche Rohrbündel werden in Wärmetauschern verwendet.

In der US-Patentschrift 2 433 546 ist ein Rohrbündel-Wärmeaustauscher und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben, dessen'.-Kunststoffrohre miteinander und mit einem Kragen an ihren Enden verschweißt sind. Zur Herstellung des Rohrbündels werden die Rohre einzeln über nebeneinander auf einer Grundplatte angeordnete Dorne mit vergrößertem Bund plaziert, worauf ein Druckstempel gegen die gegenüberliegenden Rohrenden angedrückt wird. Die Dorne v/erden dann erhitzt, so daß diese die zUci Erweichen der Rohrenden erforderliche Wärme abgeben. Dabei wir der Druckstenpel weiter vorgeschoben, damit .die unteren Rohrenden über die Dorne eich aufweiten und sich an dem äußeren Ende soweit expandieren, daß die Rohrenden mit ihren Außenwänuen in Berührung kommen, so daß sie miteinander

verschweißen. 109852/0198 BAD

NUtl

ißen.

109852/0198

UnttrlagenfArt.7 _(t a* _{t m} _IMHN

v. 4.·. 1*71

Dieses Herstellungsverfahren-eignet sich nicht für die Herstellung von Rohrbündeln aus flexiblen Rohren. Beim Ablassen des. Druckstempels kann dieser die unteren Enden der Rohre nicht über die sich erweiternden Dorne, ohne daß sie ausknicken, vorschieben. Dies gilt umsomehr, je tiefer die Rohrenden über den dicken Bereich des Dorns vorgeschoben v/erden müssen, um eine ausreichende Verbindungslänge zu erzielen. Außerdem würden Schwankungen in der Wandstärke in Umfangsrichtung der Rohre, die bei flexiblen und insbes. dünnen Rohren kaum vermeidbar sind, zu erheblichen Schwierigkeiten führen. Beim Vorschieben der Rohrenden zur Ausweitung über die sich erweiternden Dorne würden ,die dünnsten Rohre am stärksten aufgeweitet v/erden. Das Ergebnis wäre eine ausgesprochen schwache Bindung. Schließlich führt auch das bei der Verarbeitung von Kunststoffrohren unvermeidbare Auftreten von Schrumpfungen bei dem bekannten Verfahren zu besonders großen Schwierigkeiten. Kunststoffrohre v/erden üblicherweise durch Extrudieren hergestellt, wobei immer Längsspannungen im Rohr vorhanden sind. Werden solche Rohre auf Schmelz- bzw. Schweißtemperatur erhitzt, so tritt immer eine gewisse Schrumpfung auf. Diese würde bei dem bekannten Verfahren zu einem teilweisen Abziehen der Rohre von den Dornen führen, was der Erzielung einer langen Verbindung zwischen den Rohrenden zuwider liefe, insbes. dann, wenn die Stohrwandstärke klein ist. Eine Verbindung der Rohrbündelenden mit einem das Rohrbündel umgebenden Kragen unter Zuhilfenahme von die JErhitzungswärme von außen zuführender Heißgasstrahler oder Infrarotstrahler zur Erzielung einer besonders großen Verbindungslänge ist praktisch unmöglich, weil die Gefahr, daß es zu Verformungen und zum Zusammenfallen oder -falten der Rohre kommt, insbes. bei den am Außenumfang des Rohrbündels liegenden Rohren, viel zu groß wäre.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Herstellungsverfahren für Rohrbündel-Wärmeaustauscher aus flexiblen, insbea. dünnen thermoplastischen Kunststoffrohren, zu schaffen, welches

- 3 -109852/0198

einen betriebssicheren, flüssigkeitsdichten Verband der Rohrenden gewährleistet und daß in seiner Anwendbarkeit einfach ist und die Nachteile des bekannten Verfahrens nicht aufweist.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem ist für das eingangs genannte Verfahren dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung die Enden der zu einem Rohrbündel zusammengefaßten Rohre in einem Plans chicragen angeordnet werden, der gegenüber den Rohren starr ist und dessen freier CJuerschnitt zwischen den Rohren 5 °/° größer als der theoretische freie Querschnitt (freier Mindestquerschnitt) ist, daß dann ein erhitzes Strömungsmittel in das Innere der Endabschnitt der Rohre zu dessen Aufheizung wenigstens bis auf den Schmelzpunkt des Rohrmaterials geleitet wird und anschließend ein Druckgefälle an die Endabschnitte der Rohrwände derart gelegt wird, daß der Druck innerhalb der Rohre größer als der außerhalb ist, so daß sich die Rohre aufweiten und mit den Oberflächen der benachbarten Rohre verschweißen, und daß schließlich die Endabschnitte abgekühlt werden, um einen flüssigkeitsdichten Endverband zu bewirken.

Die theoretische freie Querschnitts!'lache ist definiert als die freie Querschnittsfläche des Kragens abzüglich der Sumne aller bis zum Außenaurchmesser reichenden Querschnittsflächen der Rohre, wenn diese so eng wie möglich, vorzugsweise in Dreiecksanordnung, im Kragen angeordnet sind, d.h. so eng, daß kein weiteres Rohr, ohne es zu beschädigen, eingefügt werden kann. Es hat sich als wichtig herausgestellt, daß die freie Querschnittsflache vor der Verbindung des Rohrbündels mit dem Kragen größer als die theoretische freie Querschnittsfläche sein muß, im die Enden der Rohre innerhalb disses Kragens besonders sicher zu einem flüssigkeitsdichten Verband zusammenfassen zu können und gleichzeitig den größtmöglichen freien Strönungsquerschnitt für die durch die Röliren strömende Flüssigkeit zu gewährleisten.

Mit uen benannten Verfahren liei'e sich keine Beindungs-Innee von uern Zenrn'aciion der Mittleren V/andrii.irko erzielen. Dicyes

109852/0198

BAD ur.!3!NAL 4 -

wäre bei relativ kurzrohrigen Wärmeaustauschern an sich auch gar nicht nötig. Eine große Verbindungslänge ist nämlich insbes. nur dann erforderlich, wenn die Rohre flexibel sind. Die Verwendung flexibler Rohre für Wärmeaustauscher ist aber in vielen Fällen deshalb vorteilhaft, weil keine starke Verkrustung an den Rohraußenseiten entstehen kann, da sie von den üblicherweise. Biegungen und Schwingungen ausgesetzten Rohren abplatzen wurden. Schließlich erlaubt die Verwendung flexibler Rohre ehe freizügigere Formgebung sowohl bei der Herstellung als auch bei der Aufstellung der Rohrbündel, wenn dies erforderlich ist. Die Ausnützung, der Flexibilität der Rohre bedeutet ihrerseits aber die Erzeugung größerer Spannungen an den flüssigkeitsdichten Rohrbündelenden. Würden dagegen mehr oder minder starre .Rohre im Gegensatz zu flexiblen Rohren verwendet werden, so ist das Auftreten von erheblichen Spannungen an den miteinander verschweißten Rohrenden nicht gravierend, so daß eine besonders lange Verbindung zwischen den Ehrenden nicht erforderlich ist. Die erforderliche Verbindungslänge zur Sicherstellung einer ausreichenden Festigkeit hängt insbes. von der Zahl der Rohre, deren Wandstärke und deren Durchmesser ab, welche alle zur gemeinsamen Querschnittsfläche des Rohrbündels an dessen Ende beitragen. Die Rohrenden sind deshalb zweckmäßig über eine Länge miteinander verschweißt, die wenigstens dem Zehnfachen der durchschnittlichen Wandstärke entspricht und die wenigstens das 0,4-fache des größen Querschnittsdurchmessers des Rohrbündels beträgt. Der Außendurchmesser der Rohre soll 0,05 bis 25 mm betragen und deren Wandstärke 5 bis 20 fo des Außendurchmessers. Wird das Rohrbündelende mit einem relativ starren Flanschkragen verschweißt, soll wenigstens die Innenfläche aus thermoplastischem Werkstoff bestehen. Als erhitztes Strömungsmittel eignet sich SilikonÖl.

Das Rohrbündel kann hergestellt sein aus einer zunächst gefertigten flachen Hatte aus parallelen Kunststoffrohren, nie durch einte Reihe auseinanderliegender Bänder miteinander verbunden sind, von denen wenigstens eines in längorichtung der

109852/0198 -4a-

Matte "bzw. normal zu den Röhren der Matte verläuft, und die quer zu den ^öhren zu einem Röhrenbündel aufgewickelt wurde. Das Herstellungsverfahren nach der Erfindung eignet sich besonders für relativ feste Rohrbündel aus flexiblen - im Gegensatz zu starren - thermoplastischen Rohren, deren Enden flüssigkeitsdicht miteinander veiunden sind. Die Rohrbündel haben gute

109852/0198 bad obi

mechanische Eigenschaften gegen Längs- und Querbeanepruohung. Die Dicke der Verbindungsschicht zwischen den Rohren entspricht wenigstens einem Zehntel der Rohrwandstarke. flexible Rohre sind in jedem fall dann erforderlich, wenn die Rohrbündel durch Aufwickeln einer durch Bänder zusammengehaltenen Rohrmatte gebildet werden, da das Bündel an den Stellen der Bänder notwendigerweise einen größeren Durchmesser als an den Enden, an denen die Rohre miteinander verbunden werden sollen, aufweisen. Nur flexible Rohre können »loh beiden Rohrbiindeldurchaessern ohne weiteres gleichzeitig anpassen. Flexible Rohre sind auch deshalb vorteilhaft, weil sich die Rohrbündel verschiedenen Ahwendungsumständen dann am leichtesten anpassen lassen. Uo werden flexible Rohre fUr '»'armetauscher vorteilhaft dann verwendet, wenn das Rohrbündel gebogen oder im Winkel geführt werden aus. flexible Rohre werden, auch bei laugen Rohrbiindeln, die in flexiblen größeren Rohren zum Drhit^en oder Kühlen von durch- oder ausströmenden Flüssigkeiten eingebaut werden, verwendet. Vor der Erfindung des hier beschriebenen Verfahrene aur Herstellung eines flüssigkeitsdichten Verbandes der Rohrenden eines Rohrbiindelo war es gerade die FlexlbHität und die Biegeamkcit der Iiohre, die ein erfolgreiches Verbinden bzw. Verschweißen der Rohrenden praktisch unmöglich maciife. Verfahren, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 2 433 516 beschrieben sind, wurden bei flexiblen Rohren vor deren Verbindung dazu führen, daß sie geetducht, ausgebeult oder »uoindcet verzogen werden, insbeeoadire dann, wenn die Rohre relatir lang eind·

109852/0198 ~ κ

BAD ORIGINAL

\ ■

Dae erfindungsgemäße Erzeugnis besteht au« einem Bündel flexibler thermoplastischer Rohre, das 1« allgemeinen aus wenigstens selben bie au etwa fünftausend oder mehr Bohren, maachmai bis bu 20 000 Rohren» besteht. Sie Rohre haben /Außendurchmesser τοη 0,05 bia 25 na, vorzugsweise von 1 bis 25 mm, und eine Wandstärke von 5 bis 205t des Außendurchmessers. Bie Rohre sind wenigstens aa einen Ende, normalerweise an beiden Inden, mit den Haohbarrohren an der Außenfläche über eine Länge Ton wenig- ^! stens dem Zehnfachen, vorzugsweise Jedoch dem Zwansigfachen, der durchschnittlichen Rohrwandatärke miteinander verbunden. Normalerweise weisen alle Rohre gleiche Wandstärke auf· Schwanken die Rohrwandstärken in gewissen Grenzen, so ergeben sich ausreichende mechanische und Scherfestig-Kelten, wenn man mit der mittleren Wandstärke rechnet» Die Länge der miteinander verbundenen Endabschnitte der Rohre soll andererseits wenigstens 0,4 aber nicht mehr als dreim 1 so lang wie der größte Durchmesser des Rohrbündels oder des fertigen Rohrverbandes betragen. In einer bevoxrzugten Aueführungsfora sind die miteinander verschweißten oder verbundenen Enden in einen relativ starren Kragen, Ring oder Flansch, der aus thermoplastischem Material, vor-

sugsweise dea gleichen wie die Rohre, besteht oder zumindest

mit einem solchen Material festhaftend beschichtet 1st, gehalto werden ferner mit der thermoplastischen Innentläohi Die miteinander verbundenen .unden/ucs Irugcns oder Flansches innig verbunden. Rohrbündel, mit I.anflanschen oder Ringen lassen eich leicht in v.'ämctauschcroäatel aus llotall (z,B·

109852/0198 ^BAü

aus Kohlenstoffstahl, Messing, rostfreiem Stahl, Aluminium) oder aus Kunststoff (z.B. aus unter dea Handelenamen Dolrin von der Anmelderin vertriebenem Acetatkunstharz, VinyUcunitharz) oder aus teflonbeschichtetem Stahl (Teflon ist der Handelsnahme für Setrafluoräthylen und deseen Copolymere der Anmelderin) einbauen· Auch wenn dio beschriebenen Rohrbündel vorzugsweise zum Wärmetausch dienen sollen, so können sie auch ar Gastrennung, Entsalzung von Salzwasser und dgl·, und wenn nur ein Endo des Rohrbändele zu einem Verband zusammengefaßt ist, als Einrichtung zum Einführen von Gas in Flüssigkeiten, wobei das Verbündende in die Flüssigkeit eintaucht, und αία Mischer für Piohrleitungsreaktoren, wobei das Verbundene .Vnde in die Rolirlcitung eingebaut ist, und das Gas durch einen Seil der Rohre und die Flüssigkeit durch einen anderen Eeil der Rohre geführt wird, verwendet werden·

Der Planschkragen kann kreisförmig, hexagonal, rechtwinkelig oder ähnlich, Je nach Verwendungszweck und zweckmäßigerForm des Rohrbundeis, ausgeführt sein.

Normalerweise haben die Rohre des Rohrbündelβ alle den gleichen Durchmesser und die gleiche Wandstärke· Dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig. Is können daher auch Rohre verschiedenen Durchmessers verwendet werden, um die freie Querschnittsfläche vor dom Verbindun^sproacss co klein wie möglich zu machen,.

-8-109852/0198

BAD ORIGINAL

Ferner werden normalerweise homogene, aus einen Stück gefertigte (atranggepreBte) thermoplastische Rohre verwendet. zM lassen sich jedoch auch Bohre verwenden, die aus spiral- und wendelförmig gewundenen thermoplastischen Bändern hergestellt sind, ferner kommen Rohre aus Kunststoffschichten oder solche Rohre in Trage, die aus einem mit Kunststoffbändern umwickelten Kernrohr bestehen. Als thermoplastische Werkstoffe für die Rühren, die Kragen oder die Kragenbesohichtungen kommen alle thermopl stischen Materialien, insbesondere Polymere, in Frage, die zu s+elbsttragenden Rohren verarbeitet und die sum Verbinden miteinander erweicht oder geschmolzen werden können, ohne daß sie sich dabei zersetzen oder oxydieren. Derartige thermoplastische Kunststoffe finden sich unter den Additions- und Kondeneationspolymeren aber auch unter den Polymeren, die duroh Qxydations-Kopplung gewonnen werden. Im folgenden sind einige, jedoch nicht alle verwendbare thermoplastische Werkstoffe genanntt polymerische Perhalogen-Kohlenwasserstoffharze, beispielsweise Polytetrafluorethylen, Polyhexafluorpropylen, Polytrifluorchlorethylen; Copolymere des Tetrafluoräthylens mit Hexafluorpropylen, Perfluorpenten-1, Perfluorhexen-1, Perfluoroyklobuten, Perfluorhepten-1, Pcrfluorocten-1, Perfluornonen-1; Polymere der aliphatischen Olefine, beispielsweise Uomopolymere und Copolyaero des Äthylen , Propylen, Buten-1, Penten-1, Hexen-1, Octen-1, Deccn-1, Butadien, Styrol; Polymere der Vinyl»halogenide,beispielsweise Polymere de· Vinylchlorid, Vinylfluorid, Vinylidenfluorid;

109852/0198 ^ΒΛ°

Polymere der Amide, beispielsweise Hexamethylene Adipaaid, Hexamethylensebacamid, Caprolactaa, usw.-, Polyacetate» beispielsweise Polyoxymethylea, Formaldehyd-Copolymerej Polyaromatische Ister, beispielsweise Polyphenyleaoxyd, Metha-diäthynylbenzol-Polymerej Polyurethane; Polyester, beispielsweise Polycarbonate, Polyacrylate (Polymethylaetaorr lat), Polyalkylendicarboxylate (Polyäthylenterephtalat); - ohlorinierte Polyäther owe. Kine bevorzugte Stellung nennen dio Copolymere des letrafluoräthylens und Hexafluor— propylene, der Polyamide, der Polyolefine und Polyacetate ein·

Sie Erfindung wird anhand schematischer Darstellungen an mehreren vorteilhaften AusfUhrungsbelspielen erläutert^ Ss zeigen»

Fig. 1,2 und 3 die Heretellungsechrltte eines wabenförmigen Rohrbündelverbands aus freibeweglichen, flexiblen thermoplr.stischen Höhren oder Rohren, der mit einem thermoplastischen oder innen mit einem thermoplaatischen Werkstoff beschichteten Slanschkragen verbunden ist;

Pig. 4 eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach der Erfindung;

Fig. 5 eine Vorrichtung zur Durchführung eines anderen Verfahrens nach der !Erfindung, und

Fig· 6 bis 10 verschiedene Rohrbündel, die unter Anwendung der Vorfahren nach der iurflndung hergostollt sind.

109852/0198

-10-

BAD ORIGINAL

In. Fig· 4 let das aus parallelen. Rohren 10 gebildete Rohrbündel 11 aus Fig. 1 dargestellt, das in einem starren Flanschkragen 12, der aus gleichem thermoplastischen Werk·" stoff wie die Rohre besteht oder zumindest damit innen beschichtet 1st, gehalten ist. Die freie Querschnittsflache ist etwa 5# größer als die theoretische freie Querschnittsfläche· Ein für das Verfahren nach der Erfindung besonders geeigneter thermoplastischer Werkstoff ist Teflon F2P, ein Copolymer des Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen. Tabelle I enthält beispielhafte Angaben über Rohrbündel, Planschkrageninneadurchmesocr, erreichbare freie Querschnittsflaächen und die Vcrbindungalängen der Rohrenden. Die Rohre und Flanschkragen oder deren Innenflächen bestehen aus Tetrafluoräthylen / Hexafluorpropylen Copolymer. Die Rohre haben ei ^r-n Außendurclimeoser von 2,5 ma (0,1 inch) und eine Vr-ndotürke von 0,25 mm (0,01 inch).

: I

Rohrbündel

Planschkragen

Ansahl der länge der Rohre Rohre.

(cm)

Iaaeaciurchraesscr (mm)

Wandstärke (mm)

Freier Querschnitt (rra)

Verbia-

(mm)

140	33-114	35	6,4	237	?25
165	SO-240	37,5	6,4	275	>25
250	60-240	46	10,1	378	>25
650	1£0-240	72,5	11,5	825	;>5o

-11-

109852/0198

Pig.2 stellt ein Rohrbündel 11 mit einem Flanaohkragen 12 dar. Ha« in Pig. 4 gezeigte Rohrbündel ist in einem hohlen zylindrischen Behälter 13 mit einen Stützrohr 14 und einem Einlaßstutzen 15 gehalten. Die Innenfläche des Behälters 13 ist flUssigkeitsdicht mit der Außenfläche des Planschkragens verbunden. Bei der Herstellung dee Sndverbandes wird zunächst das Rohrbündel ende gerade abgeschnitten» so daß alle Rohre 10 und der Flansehkragon 12 in einer gemeinsamen Ebene enden· Ale nächstes wird das Ende des Rohrbündele, das vom Behälter 13 umschlossen ist und dessen Rohre 10 in regelmäßiger Anordnung in den Flansohkragen 12 reichen, sehr nahe (0,8-3 mm) an die Oberfläche einer auf eine Temperatur ron etwa 500⁰C (95O⁰F) elektrisch behijtezten Platte 16a gebracht. Diese Temperatur reicht aus, um die Rohre aus letrafluoräthylen/Hexafluorpropylen-Copolyiaer-Kunststoff etwa 0,12-4 mm tief zu erweichen. Sie dadurch bewirkte Ausdehnung in radialer und Umfangsrichtung der Röhren 10 gegen die relativ dicke Wand des äußeren Flanschkragene 12 bewirkt, daß die Zwischenräume zwischen den Rühren und dem Flansohkragen eich zunehmend verklein/ern. Nachdem die Rohrenden b^is zum Erweichungspunkt erwärmt worden sind, wird ein Unterdruck von etwa 75 bis 125 mm Quecksilbersäule innerhalb des Kragens an die Außenseite der Rohre über den £iinlaiistutzen deo Behälters U celcgt. liierüurcli entsteht din Kraftbzw· Eruckgei'ällo normal au. den Burührungsflachen der orweiohten Oberflächen der Rohre 10· Dieses Druckgefälle

109852/0198

BAD ORIGINAL _

bleibt für etwa 50 Sekunden angelegt. Danach, läßt nan die ganze Anordnung abkühlen, indem man entweder die Warne Btch in die angrenzenden Bereiche ausgleichen läßt oder indem man

eine Kühlflüssigkeit aufgibt oder Luft durch die Rohre preßt. Durch die Abkühlung werden die Rohre im in der Nähe der Stirnflächen miteinander verschmolzenen Zustand fixiert. Danach wird ein leichter Überdruck auf die Außenflächen der Rohre gegeben, um zu prüfen, daß kein Leck zwischen den Rohren und den Flanschkragen des Stirnflächenverbandee vorhanden ist.

Bei diesem Stirnflächenverbindungsschritt wird eine Verbindung der Rohrenden auf eine Länge von etwa 4 mm erreicht. Um eine Vergrößerung der Länge der miteinander verschmolzenen. Zonen zu bewirken, sieht das Herstellungsverfahren nach der l·rfinduag einen weiteren Verfahrrneschritt vor. Hierbei wird das an der Stirnfläche abgedichtete Rohrbündel im Behälter 13 abwechselnd in ein heißes Siliconölbad 16B eingetaucht und herausgezogen. Die Badtemperatur beträgt etwa 7Qj6 der Erweichungstemperatur des gerade verarbeiteten thermoplastischη Werkstoffes, im vorliegenden " 1 11 etwa 2QO⁰C (400°?). Die iiintauchticfe in das Bad entspricht dein Innendurchmesser des tflcnschkragens. Dr β abwechselnde >int mchcn und Herausziehen bewirkt ein Eindringen heißen UIs in und um die Rohre .una auf die Außenseite des Plunschkragcns, wodurch der thermoplastische Werkstoff schrittweise erwärmt wird, nachdem die Temperatur auf etwa 200⁰C angestiegen 1st, wird die Anordnung Rohrbündel-Behältor

109852/0198

aue dem heißen ölbad herausgenommen und wieder Unterdrück

Über dit öffnung 15 etwa 15 Sekunden 1- ng zur Auerichtung der aun teilweise aufgeweiteten Rohre 10 angelegt, wobei sie- eich in ihre stabile Lage legen.

Ale nähates wird die vorgewärmte Anordnung über ein «weites heißes ölbad 16C gebracht, das aber auf einer Temperatur Ton etwa 315⁰C (6oo°P) gehalten ist. Die? Temperatur ist hoch genug, um die thermoplastischen Rohre und den Kragen erweichen zu 1 soon. Durch abwechselndes lintauchen und Herausnehmen aus dem heißen ölbad in 'bätänden von 5 Sekunden werden die Rohre zusammen mit dem fragen schrittweise auf die Erweichungstemperatur erhitzt· Im erweichten Zustand und mit aufgeweiteten Rohren, die einander eng berühren, wird die Anordnung aus dem Ölbad herausgenommen und danach winder Unterdruck von -twa 125 mm Quecksilbersäule aa die Außenfläche der Rohre 15 bis 45 Sekunden lang gelegt. Der äußere Unterdruck zusammen mit dem athmosphärischen Druck innerhalb der Rohre bewirkt eine lionaulkraft auf die geschmolzenen Berührungsflächen der Rohre und damit deren Verbindung miteinander und mit der Innenfläche des /Fragens. Lan-ch wird die gesamte Anordnung wieder abgekühlt, wodurch sich der flüssigkeitsdichte Verband der Rohre gegenüber den Fl: nschkragen und untereinander voll ausbildet. Zum Schluß wird die nordnung auf Dichtigkeit geprüft; gleichseitig wird nachgesehen, ob die Rohre offen geblieben sind. Ist eine ebc-ne Stirnfläche des RohrbuudeiS erwünscht, so kann sie Jetzt nachgearbeitet werden.

109852/0198

BAD ORIGINAL -U-

<5

SIo Rohre haben eich nun verformt; aus Ihrer UBprung-Iich kreisförmigen Querschnitteform «lad el« in eine polygonale Querschnitteform übergegangen· Das Querschnitt·- polygon kunn drei bis sechs Seiten aufweisen. Ein flüeslgkeitsdichtcr sogenannter Waben-Verband ist In Pig. 3 dargestellt. Bei dem erwähnten Tauchen k nn die Tauchtiefe schrittweise gesteigert werden, un ein gleichmäßiges Ansteigen der Temperatur entlang der Länge der Rohrenden zu bewirken und ungewollte Temp*raturgefälle zwischen den Rohren auf ein Mindestmaß zu beschränken. Ia beschriebenen Beispiel wurde heißes Siliconöl verwendet, Eb können natürlich auch andere Stoffe (Legierungen, Salze aw]s.) verwendet werden, die bei der Schmelztemperatur des thermoplastischen Werkstoffes stabil sind, mit dem Merkstoff nicht reagieren und ausreichend leichtflüssig sind, um ins Innere der Rohre aufzusteigen.

Bei den beschriebenen Herstellungsverfahren wird ein flüesigkeitsdichter Verband der Rohre mit einem äßeren Flanschkrngen hergestellt. Bei der Abwandlung dieses Herstellungsverfahrens kann der Behälter selbst, der normalerweise aus luiainiuQ gefertigt ist, als nichtthermoplastischer Fl.Mischlcragon wirken, der mit den Rohren keine Verbindung eingeht, dieeeB gegenüber also inert ist. N.ch dem zuerst beschriebenen Verfahren k nn auch ein fltiseig-

-15-10 9 8 5 2/0198 _BAD

keistdichter Verband der Rohrenden allein hergestellt werden, wenn der gegenüber diesen nicht haftende Behälter 13 als äußerer Planschkragen während des Verfahrens dient. Hach dem Herausnehmen aus der Büchse weißt das Rohrbündel dann nur einen flüsslgkeitsdichten Torband .'seiner Rohrenden auf. Bei einigen plastischen Werkstoffen, wie beispielsweise Polyvinylchlorid, können z.B. Lösungsmittel statt Wärme zum Erweichen und Aufweiten der Bohre verwendet werden. Die Anwendung solcher Lösungsmittel in .Verbindung alt der Aufbringung einer Druckdifferenz auf die Rohrwände ergibt ebenfalls den gewünschten flüssigkeitsdichten, aus einem Stück bestehenden Verband der Rohrenden.

.Bei der In Pig. 5 dargestellten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird lediglich ein Lufterhitzer verwendet, der eine geregelte abgemessene Luftströmung durch daa Rohrbündel leitet, um den gewünschten und bereits beschriebenen flüsaigkeitedichtca. Verband zu bewirken. Dieses Verfahren bildet eine Portsetzung der zuerst beschriebenen Stirnflächenverbindung bei dem die Verbindung der Rohre immer tiefer in das Rohrbündelende vordringt, indem sorgfältig gesteuerte heiße Luft durch das Bündel geleitet wird. Dieses Verfahren wird für Rohre und Kragen aus dem gleichen M tcrial erläutert, wie es bei den bereits beschriebenen Verfahren verwendet wurde. •Es wird ein auf eine !temperatur von etwa 300⁰O (580⁰P)

109852/0198 -16-

BAD ORIGINAL

Torgeväxater Flanschkragen 12 in ein« Ausnehmung tiae· . Ofens 17 eingebracht, welche bei 18 an den Flanechkragen dichtend anliegt. Wegen der Vorwärmung iat ea vorteilhaft, daß nur die Innenfläche des Planeohkragen« statt der gante Flanechkragen aus thermoplastischem Werkstoff besteht. Djpnn ist die Gefahr, daß sich der Flansohkragen während des Vorwärmeas und vor dem Einführen, des Rohrbundeis verformt, gebannt. Nach dem Vorwärmen wird das bereits suge-Bchnittene und im Behälter 13 angeordnete Rohrbündel 11 in den Kragen 12 bis auf eine vorbeetiramte liefe eingeführt, was durch die Führungsplatte 21 dee Behälters und die Führungsauffe 22 erleichtert ist. Die Rohranzahl eee RohrbUndels 11 und aie Größe des Flanschkragens sind so aufeinander abgestimmt, daß die gesamte freie Querschnittsfläche etwa 5# größer als dio theoretische freie Querschnittsfläche ist. Der das Rohrbündel-11 umschließende geteilte Führungsring 19 dichtet den 71-nschkragen 12 bei 20 ab.

Um das Rohrbündel im Behälter 13 in richtiger Loge EU halten, wird überdruck auf die Gummirohrabschnitte 24 und 25 gegeben. D nach wird auf etwa 315⁰C (600⁰F) erhitzte Luft bei'23 durch das Ofenteil 17 und durch die Rohre mit einer Durchsatzleietung von 0,03 bis 0,11 m^/min (3 bis 4 feet^/min) geleitet. Ltwa 15 Sekunden danach wird dann der unterdruck von etwa 75 bis 125 am Quecksilbersäule an den Anschlussstutzen 15 gelegt. Dadurch wird das Drucks^fällc von der Innen- zur Außenwand der Robre eraeugt. iJer Unterdruck bleibt etwa 20 bis 45 Sekunden

109852/0198

-π- ■

angelegt, während die heiße luft im ganzen etwa' 60 bie 90 Sekunden durch die Rohre geleitet wird. Haoh der Abkühlung hat die Stirnfläche den gleichen wabenartigen Yerband wie das in Fig. 5 dargestellte Rohrbündel; die ' ⁱ länge der Verbindung zwischen den Rohren beträgt 40 bie 75 na»

Dieses Verfahren kann anstelle des zuerst beschriebenen angewendet werden. Bei einem /usführungsbeispiel wurden 155 bis 275 Rohre mit einem Durchmesser von 2,5 am und einer Wandstärke von 0,25 mm, jedes 38 bis 240 cm lang, verwendet. Die Vorteile des z-.eiten Verfahrens liegen auf der Hand. Ls sind keine fremden Flüssigkeiton, die das Rohrbündel verschmutzen könnten, notwendig und das Verfahren bärenötigt nur eine vergleichsweise kurze Zeit. ... Wird je Zeiteinheit weniger Luft als angegeben durch die Rohre geleitet, so sind, um gleiche Verbinaungslängen zu erzielen, längere Verfahrenszyklon erforderlich.

Außer den völlig aus thermoplastischen Werkstoffen hergesteilteaglanschkragco. können auch Metallkragen, die innen mit einem thermoplastischen Werkstoff beschichtet eind, oder perforierte Metallkragen, die in einen thermoplastischen Werkstoff eingebettet sind, oder schließlich Kragen aus zwei Schichten thermoplastischen Werkstoffe verwendet werden, wobei die äußere Schicht aus einem Kunststoff alt höherem Schmelzpunkt (2c-flon, rolytetraflupräthylen) und die innere Schicht au« einen niedriger

109852/0198

—18—

BAD ORIGINAL

150159^

schmelzenden thermoplastischen Werkstoff (x.B. Teflon FEP), de» gleichea wie die Rohre, bestehen. Venn es euch besonders vorteilhaft iat, die Rohre und die Flauschkragen oder wenigstens ihre Innenflächen au· dea gleichen thermo* plastischen Werkstoff zu fertigen, so können jedoch auch unterschiedliche thermoplastische Werkstoffe zur Anwendung kommen.

Zu der Vielzahl von Wärmetaueeherα, bei denen die Flexibilität der Rohre bedeutungsvoll ist, und deren Rohrbündel nach einem der Verfahren nach der Erfindung herstellbar sind, zählen zwei sogenannte U~Rohrwän2etauscher, wie sie in den Flg. 6 und 7 dargestellt" sind. Diese ^l armetauscher können dort verwendet werden, wo nur wenig -^latz zur Verfügung steht· Serartige Värmetauocher werden als GaskUhler, uIb SohmierÖlkühler, als Taucherhitzer und dgl. verwendet. FUr die Ausführung nach .Pig. 6 ist der Flanschkragen 12 mit einer Kunststoffzwischenplatte 26 versehen, die den Querschnitt in zwei gleiche Teile unterteilt. Bachdea das eine Ende des Rohrbündels 11 in dit eine durch die Zwischenplatte unü die Innenfläche des Kragens 12 gebildete Hälfte und das andere Rohrbiindelende in die andere durch die Zwischenwand und die Innenfläche des Kragens gebildete Öffnung eingeführt worden sind, können die Rohrenden nach einem zuncmnen mit den beiden in den FIg. 4 und 5 dargestellten Verfahren miteinander mit der Zwischenwand und

BAD ORIGINAL

109852/0198 -19-

mit der Innenfläche dee Kragens zu einem-fluesigkeitsdichtea Torband zusammengefaßt werden· Bas Verfahren läßt natürlich auch zu, einen aus geraden Rohren und nicht aus U-Rohren gefertigten Wärmetauscher mit einer Zwischenwand zwischen zwei Hälften des Rohrblind elendes herzustellen. Die Zwischenwand 26 braucht nicht länger als die Länge des Plans chicrag cns zu sein.

Die in Pig. 7 dargestellte Anordnung wird in zwei Schrit ten gefertigt; Jeder HerBtellungsschrltt entspricht jeweils einem der Verfahren nach der Erfindung. Zunächst wird das eine Ende 27 des Bohrbandeis mit dem Flanschkragen 28, wie zusammen mit den Fig. 4- und 5 beschrieben, hergestellt. Dann werden die Rohre U-förmig umgebogen und ganau passend in den Ringraum zwischen dem Kragen 28 und 29, demau3eren Ring, eingepaßt. Die miteinander verbundenen inneren Rohre 27 zusammen mit dem mit ihnen verbundenen Teil des Fl-aiochlcragcns 28 werden dann so abgeschlossen, daß ein Differenzdruck an die Rohre angelegt werden kann. D-=nn wird vorzugsweise nach dem zusammen mit Fig. 5 erläuterten zweiten Verfahren nach der Erfindung die Verbindung der Rohre in dem Ringraum miteinander und mit den Kragen 28 und 23 durchgeführt. Hack dem soeben erläuterten Verfahren kann auch ein WärDi*-. tauscher aus geraden, nicht U-förmigen Rohren hergestellt werden, indem der erste Verbindungsschritt an beiden Enden zunächst erfolgt und dann weitere Rohrlagcα u:a den inneren ri-nschkragen htrumgele-gt und nach dem zweiten Verfnhre na schritt an den Enden miteinander verbunden werden.

109852/0198 . bad original

Die Auafiihrungsforo'gemäß Pig, 8 eines U-Rohrväraetauochers k nn. nach dem la Zusammenhang alt Fig. 4 oder 5, beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Nach der ?er~

des flüssigkeitsdichten Ündverbandes können die Rohre auseinander in die- flache Anordnung 30 gelegt werden. Solche Ausführungaformon finden alo Tauchkühler, beispielsweise als SchwefelsäurekUhler, KrI-etallisationsvorrichtung für tfatroncarbonat usw. oder als Verdampfungskühler Verwendung.

/uch die in Fig. 9 dargestellte Ausführung eines Wärmetauschers läßt eich nach einem der erfinderischen Verfahren herstellen. Bei dieser wird zunächst der zentrale King 32 bei 31 verschlossen unu dann dos Rohrbündel 11 in den Ringraum zwischen den Ring 32 mit thermoplastischer Außenoberfläche und den äußeren Flanschkragen 33 mit thermoplastischer Inaenoberflache eingepaßt. Die Zwischenwände 34 und 35 aus thermoplastischem Werkstoff können zur Halterung des Rinses 32 in.seiner Lage vorgesehen worden. Die Verbindung der Rohre £»4r mit der Außenfläche dps inneren Rings, mit der Innenfläche der 2?lan8Chkra£ea, mit den Zwischenringen und untereinander kann nach einem der beiden in Zusammenhang mit Fig. 4 und beschriebenen Verfahren erfolgen, üach dom Intfernen des Stopfens bei 31 kann .die Offaung als liiulaß ftfcr das innerhalb des '•/änaßtauacb.erraantele strömende Medium dieuen.

-21-109852/0198 ^ßAD original

-fct- .. .

Abweichungen der Ια den Flg. 6, 7 und 9 dargestellten Ausführungsform la dem eine, zwei oder drei oder mehr -Zwischenwände, eine, zwei oder mehrere Flanschkragon oder Ringe usw. vorgesehen werden, lassen sich ohne weiteres durchführen und auch diose Ausführungsformen sollen rom Schutsrecht eingeschlossen sein.

In Fig. 10 1st schließlich noch eine weitere Ausführungsform des Endverbandes eines Rohrbündels dargestellt, der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung herstellbar ist. Hier wird ein Rohrbündel 36 aus Rohren 40 mit große.. Durchmesser mit dem Planschkragen 41 nach einem der beschriebenen Verfahren flüssigkeitsdicht zusammengefaßt. Danach werden Rohre 37 mit kleinerem Durchmesser in dio Rohre des Rohrbündels 36 gesteckt und an ihren Enden das durch öle gebildete Rohrbündel 39 mit einem Planschkragen 38 ebenfalls nach einem der Verfahren nach der Irfladung zu einem flüssigkeitsdichten Lndverband unter Verbindung der Rohre untereinander und der Innenfläche des Planschkragcns 38 zusammengefaßt.

ι .·

Pr t"ntauo orüchcι

109852/0198

BAD ORIGINAL

Claims

. iwo. τ. vrvmamum ·'*.,'

niru τχα. ο. rvia

DH E.T.PRCHMANN DH. ISO. 0. BEHRENS

i P 15 CM

8 MÜNCHEN ·0 1A-31

· _25β

Patentansprüche

1. Verfuhren zur Heioteilung.«iuea Rohrbündel!! aus Kohl ex on poziillelen flexiblen Koliren aus thermoplastischer:» Werkstoff, bei welchen die Ilohrv/ände der Rohrendabschnitte über eine L!»!i£e, die dem Mehrfachen dci durchschnittlichen Wandstärke entspricht, wen^iotens an eiaea in de durch Aufweiten und Verschv/eisaen miteinander fest und flüaolgktitioüicht verbundei werden, daduich ^ekonneeic h η e t , dass die Endeu der zu einem Ivohxbündel susammengefsosten Ilohxe in einem Flanschkiugen angeordnet werden, der ^efcOiiüber den Kohlen alurr iui und uey^cn freier Querschnitt zwinchen den Rohren 5^ grööBor als der theoretische freie Querschnitt (freier Ilindestqucrachnitt) ist, daso dann ein. erhitztes Gtiöaung,eait tel in das Innere der ündabachnitte der Rohre zu deaeen Aulheisung wenigstena bia auf Jen Schmelzpunkt des Eohnaa.terials geleitet wird und anschlieseend ein ijLUükgef^lle an dia Bnaabachnltte dci holixwände derart gelegt wird, daes der Druck innerhalb der Rohre grosser als der auncerhalb iat, so daos sich die Kohre aufweiten und mit den Oberflächen der benachbarten Hohie vejL-£>ui*veieeen_v und dass echliesslich- die Endabschnitte abgekühlt werden, un einen flüoaigkeitsdichton 'Indverband zu bev/irken· Neue Unterlagen (Art. 7 5 I Abs. 2 U, I Sal* 3 des Är.derungsgee. v. 4. 9.1987J

BAD QRiGINAL 109852/0198

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g β k t η η - * zeichnet , dass der flüsßigkeitsdichte Endverband dor Rohre mit der aus thermoplastischem Werkstoff bestehenden Innenfläche de3 verholtnismäasig starren Planechkragena rerbunden vixd.

3. · Yei'fahren nn.eh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet t d*usa Rohre aus einem therooplastischen Verkatoff verwendet wexdeu, der aus der Gxüppe der Kopolj'iaere des Tetrafluoräthylens und Ilexafiuoi propylen^ Jtr Polyamide, Polyolefine und Polyacetate

4· Yerfs-hren nach Ancpxuch 1, dadurch g e k e η η -

seiehnet , dasc üie Ivohrc £<.u& eint-ia C op ο lye er des betrafluoiüthj'lens und Ilexafluoipropylens tcGthen und ale erhitztes Strüüiungemittel Siliconöl dient. ^/

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet , a&ss die HohrendCE. Über eine Lün^e miteinander vöracüweiist werden, die «reni&gteii dea *1C-ficlien der duichachaiitlichen Wandstärke cutspri-cht.

6. Verfahren na.ch einem doi /.u^iuilche 1 bia S-» d-idurch gekennzeichnet , ά£2£ die iiühxonä^n libor

109852/0198

BAD ORiGINAL

eine Lunge miteinander verschwelest werden, die wenigstens dem 0,4-fachen des grössten Queröchnittsduichxaesaers dea Rohrbündelendes betragt.

?. Vorfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daBs der Aussendurchiaeoßcr der IiOhXQ 0,05 bis 25 mm und deren Wandstärke l> bio 20 £ dea Auasündurcluaessera betragen.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daao daß Rohrbündelende nit einem relativ starren !"lanschkragen verschwelest wird, bei welchem wenigsten!die eiche aua tiisrraoplaatiachesi Iv'orkatoffee besteht«

I. .

109852/0198