DE19519121C1 - Vorrichtung zum Erhitzen von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erhitzen von Flüssigkeiten, wie für eine Getränkeaufbereitungsmaschine oder dergleichen, mit einer zumindest teilweise ein Durchflußrohr geringerer Wärmeleitfähigkeit umschließen­ den Ummantelung mit auf deren Innenseite angebrachter Lotplattierung sowie einem im wesentlichen parallel zum Durchflußrohr angeordneten und wärmeleitend mit der Ummantelung verbundenen Rohrheizkörper.

Aus der DE 94 00 205 U1 ist eine gattungsgemäße Vorrich­ tung, kurz elektrischer Durchlauferhitzer genannt, be­ kannt. Bei der Ummantelung für das Wasserdurchflußrohr handelt es sich dabei um einen auf der Innenseite einsei­ tig mit einer Lotplattierung versehenen Blechstreifen U-förmiger Ausbildung, dessen Enden nach Aufnahme des Wasserdurchflußrohres im Scheitelpunkt von letzterem aufeinander zu gebogen werden, so daß eine vollkommene Umhüllung des Wasserdurchflußrohres erfolgt. Anschließend erfolgt eine Verformung parallel zum hufeisenförmig gebogenen Rohrheizkörper. Der Längen- und Spannungsaus­ gleich in der Ummantelung soll dabei dadurch erfolgen, daß die sich gegenüberliegenden Enden gegeneinander verschieben. Abschließend erfolgt die Verbindung zwischen Wasserdurchflußrohr und Umhüllung durch Verlöten. Da hier die Ummantelung des Wasserdurchflußrohres mit parallel geführter Naht erfolgt, ist auf deren genaue Position zu achten. Es muß immer der wasserführende Bereich des Wasserdurchflußrohres ohne dort verlaufende Naht umgrif­ fen sein, da sonst kein kontrollierter Wärmeübergang zum Verdampferdurchflußrohr möglich ist.

Die DE-GM 77 07 584 betrifft einen Durchlauferhitzer, dessen Wasserführungsrohr wenigstens teilweise von einem mit dem Rohrheizkörper wärmeleitend verbundenen Mantel aus Kupfer umgeben ist. Der Mantel kann dabei aus einem Rohr bestehen, in welches das Wasserführungsrohr einge­ schoben ist. Oder aber der Mantel ist aus einem nach dem Einlegen des Wasserführungsrohres zu einem Rohr geformten Kanal gebildet. Mit dem Rohrheizkörper ist der Mantel durch Löten wärmeleitend verbunden. Auch hier bilden die Enden des Mantels entweder eine parallel geführte Naht, oder aber es ergeben sich beim Verbiegen des Rohres in Hufeisenform nicht kontrollierbare Hohlräume, die die Übertragung der Wärme vom Rohrheizkörper zum wasserfüh­ renden Verdampferrohr erschweren bzw. verhindern.

Die DE 93 17 727 U1 trifft einen Durchlauferhitzer mit einem Führungsrohr aus einem lotplattierten Band aus gut wärmeleitendem Material, welches bei der Fertigung um das Wasserdurchlaufrohr so gelegt wird, daß sich über dem Wasserdurchlaufrohr ein Schlitz ergibt, welcher zur Verlötung von Führungsrohr und Wasserdurchlaufrohr mit Lot aufgefüllt wird. Das Führungsrohr besteht dabei jeweils aus zueinander beabstandeten Segmenten, um Luft­ spalte auszubilden. Hierdurch soll eine durchgehende, spannungsfreie und vollflächige Lötung zwischen dem Wasserdurchlaufrohr und dem Führungsrohr gewährleistet werden, ohne daß sich die Lötverbindung durch thermische Spannungen löst. Hierbei muß aber die Länge der Segment­ teile auf die Wasserdurchflußmenge im Wasserdurchlaufrohr und die Leistungsgröße des Rohrheizkörpers jeweils abge­ stimmt werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche auf einfache Weise hergestellt werden kann und bei der ein konstanter und sicherer Wärmeübergang auf die im Wasserrohr stehende Wassersäule ohne die Gefahr des Lösens der Lötverbindungen zwischen Ummantelung und Durchflußrohr gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß einander gegenüberliegende Enden der das Durchfluß­ rohr umhüllenden Ummantelung in Form wechselseitig inein­ andergreifender Zungen ausgebildet sind. Aufgrund der ineinandergreifenden Zungen ist eine ganzheitliche Umfas­ sung des Wasserdurchflußrohres, das bevorzugt aus Edel­ stahl besteht, durch die Ummantelung, welche bevorzugt aus Aluminium besteht, gegeben. Entsprechend kann die Überwachung der genauen Lage und des Verlaufs der Naht entfallen, da aufgrund des durch die ineinandergreifenden Zungen verursachten "mäanderförmigen" Verlaufs der Naht kein über die gesamte Längserstreckung des Durchflußroh­ res ausgesparter Bereich vorliegt. Es ergibt sich also immer ein optimaler Wärmefluß vom Rohrheizkörper auf das wasserführende Durchflußrohr. Entsprechend liegen dann bei der Fertigung auch keine unverhältnismäßig großen Ausschußmengen vor.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung treten beim Verbiegen von Durchflußrohr mit Ummantelung keine Span­ nungen im Bereich der Naht auf, welche beim Aufheizen des wasserführenden Durchflußrohres aufgrund thermischer Spannungen zu einem Abscheren der Lötverbindung führen würden. Die wegen der unterschiedlichen Ausdehnungskoef­ fizienten von Edelstahl (Durchflußrohr) und Aluminium (Ummantelung) und im Hinblick auf die Länge der miteinan­ der verbundenen unterschiedlichen Werkstoffe auftretenden thermischen Spannungen werden optimal durch die ineinan­ dergreifenden Zungen aufgefangen und verteilt. Hierzu trägt weiterbildend bei, daß die ineinandergreifenden Zungen beabstandet zueinander angeordnet sind. Ohne einen solchen durch die Beabstandung gebildeten Spalt, der bevorzugt eine Breite von ca. 0,7 mm aufweist, würden die Enden bei Temperaturerhöhung aneinander stoßen, so daß die Lötverbindung zwischen dem Durchflußrohr und der lotplattierten Ummantelung durch die entstehenden Scher­ spannungen nicht dauerhaft gewährleistet wäre. Desweite­ ren wird durch die Beabstandung der ineinandergreifenden Zungen Fertigungstoleranzen bei der Ummantelung sowie dem variierenden Durchmesser des Durchflußrohres Rechnung getragen. Auch wird dafür gesorgt, daß die beim abschlie­ ßenden Lötvorgang gewünschten Lotauffüllungen in dem Maße, wie es für optimale Wärmeübergänge notwendig ist, vorhanden sind. Wären die Abstände der ineinandergreifen­ den Zungen zu groß, wäre dies nicht mehr gewährleistet.

Nach der Umhüllung wird das Durchflußrohr mit der Umman­ telung in einem Lottunnelofen durch Lötung vollflächig verbunden, so daß die von einem ebenfalls mit der Umman­ telung verlöteten Rohrheizkörper abgegebene Wärme gleich­ mäßig der im Durchflußrohr vorhandenen Wassersäule zuge­ führt werden kann.

Um nun die Spalte auszubilden, ist vorgesehen, daß die Zungen zumindest eines Endes jeweils gleiche Größe auf­ weisen und in zwischen den Zungen des gegenüberliegenden Endes ausgebildete Ausnehmungen größerer Ausmaße eingrei­ fen. Bei der Ummantelung handelt es sich dabei bevorzugt um einen durch Stanzen geformten Blechstreifen. Entspre­ chend kann der Blechstreifen fertigungstechnisch in einfacher Weise als Stanzteil in einem Schritt und Schnitt hergestellt werden.

Die Zungen können zur Erfüllung ihrer Funktion unter­ schiedlich ausgeführt sein. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform sind die Zungen rechteckförmig ausgebil­ det. Sie können aber auch wellenförmig oder in Form von Dreiecken ausgebildet sein. Derartig ausgebildete Zungen können dann auf einfache Weise an den beiden gegenüber­ liegenden Enden wechselseitig zueinander versetzt unter Beachtung der notwendigen Toleranzwerte ausgestanzt werden. Auch ist bei einer solchen Ausgestaltung die ganzheitliche Umfassung des Durchlaufrohres gegeben, so daß eine optimierte Wärmeübertragung und damit eine optimierte Aufheizung der im Durchlaufrohr vorhandenen Wassersäule durch den an der Ummantelung festgelegten Rohrheizkörper erfolgt. Auch bei der Erwärmung reißt die vollflächige Verbindung der Einheit nicht ab, da der Längen- und Spannungsausgleich insbesondere in Längser­ streckungsrichtung der Zungen erfolgt.

Als besonders vorteilhaft für den Ausgleich unterschied­ licher Durchmesser des Wasserdurchflußrohres haben sich überraschend trapezförmig ausgebildete Zungen erwiesen. Bei einer solchen erfindungsgemäßen Ausgestaltung können die Durchmesser unterschiedlicher Wasserführungsrohre bzw. Durchflußrohre optimal ausgeglichen werden, da die Annäherung sich einander gegenüberliegender Trapezseiten (Flanken), d. h. die nebeneinander liegenden Trapezseiten bei Ineinandergreifen der Zungen, innerhalb engster Grenzen erfolgen kann. Dabei ist lediglich darauf zu achten, daß der Abstand zwischen den Zungen 0,7 mm nicht unterschreitet bzw. zu groß wird, da bei letzterem die beim abschließenden Lötvorgang gewünschten Lotauffüllun­ gen nicht mehr in dem Maße, wie es für die optimalen Wärmeübergänge notwendig ist, vorhanden wären. Aufgrund dieser Ausgestaltungen können die Abmessungen der Ausneh­ mungen und Zungen der Enden gleichgroß sein, wobei sich für den Toleranzausgleich ein Öffnungswinkel oder zwi­ schen den trapezförmigen Zungen gebildeten Ausnehmungen in Höhe von etwa 60° als besonders vorteilhaft erweist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschrei­ bung, in der Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt

Fig. 1 eine teilweise Seitenansicht von Durchflußrohr und dieses umhüllender Ummantelung einer ersten Ausführungs­ form;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Ummantelung aus Fig. 1 vor der Umhüllung des Durchflußrohres;

Fig. 3 eine teilweise Seitenansicht entspre­ chend Fig. 1 einer zweiten Ausfüh­ rungsform;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Ummantelung aus Fig. 3 vor der Umhüllung des Durchflußrohres;

Fig. 5 eine teilweise Seitenansicht einer dritten Ausführungsform;

Fig. 6 eine teilweise Seitenansicht einer vierten Ausführungsform; und

Fig. 7 einen Teilausschnitt der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung in Vorderansicht mit an der Ummantelung festgelegtem Rohrheizkörper.

Die in Fig. 7 teilweise dargestellte Vorrichtung 1 weist ein wasserführendes Durchflußrohr 2, beispielsweise aus Edelstahl, auf. Das Durchflußrohr 2 ist, wie auch den Fig. 1, 3 sowie 5 und 6 zu entnehmen ist, jeweils von einer Ummantelung 3, 3′, 3′′, 3′′′ aus einem gut wärme­ leitenden Material, z. B. Aluminium oder einer Aluminium­ legierung, bis auf einen im wesentlichen "mäanderförmig" verlaufenden Spalt 4, 4′, 4′′, 4′′′ der Breite c voll­ ständig umhüllt. Lediglich die Enden 5 des U-förmig oder aber kreisförmig abgebogenen Durchflußrohres 2 ragen aus der Ummantelung 3, 3′, 3′′, 3′′′ heraus und sind so leicht an Wasseranschlüsse anbindbar.

Das Durchflußrohr 2 und die Ummantelung 3 (s. Fig. 7) sind vollflächig miteinander verlötet. Hierzu weist die Ummantelung 3 auf ihrer Innenseite eine Lotplattierung 6 auf.

Parallel verlaufend zum Durchflußrohr 2 und der Ummante­ lung 3 ist direkt an der Ummantelung 3 ein Rohrheizkörper 7 angeordnet, welcher an der Berührungsfläche 8 mit der Ummantelung 3 flächig verlötet ist. Der Rohrheizkörper 7 weist einen rautenförmigen Querschnitt auf und ist bevor­ zugt mit einem Aluminiummantel versehen. In diesem Mantel ist ein elektrischer Heizleiter 9 in einer gut wärmelei­ tenden und elektrisch isolierenden Masse 10, z. B. MGO, eingebettet. Der Rohrheizkörper 7 überragt das Durchfluß­ rohr 2 mit Ummantelung 3, so daß beabstandet zu diesen auf der flachen Seite 11 des Rohrheizkörpers 7 eine Warmhalteplatte 12 aufgelegt werden kann. Eine solche Warmhalteplatte 12 dient dann zum Abstellen und zum Warmhalten des hergestellten Brühgetränkes. Dadurch, daß der Rohrheizkörper 7 das Durchflußrohr 2 mit Ummantelung 3 überragt, wird bewirkt, daß nach Ablauf des Getränkebe­ reitungsvorganges der Wärmefluß vom Rohrheizkörper 7 zur Warmhalteplatte 12 bevorzugt wird.

Im folgenden wird auf die einzelnen in den Fig. 1-6 dargestellten Ausführungsformen der Ummantelung Bezug genommen. Wie Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, ist die Ummantelung 3, welche bevorzugt als Stanzteil ausgebildet ist, an ihren Enden 13, 14 abwechselnd mit Ausnehmungen 15, 15′ sowie Zungen 16, 16′ versehen, welche im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel die Form von Rechtecken aufweisen. Die Ausnehmungen 15 des Endes 13 sind dabei jeweils versetzt zu den Ausnehmungen 15′ des Endes 14 angeordnet bzw. umgekehrt. Gleiches gilt für die Zungen 16, 16′. Hier­ durch greifen die Zungen 16 des Endes 13 beim Aufrollen der Ummantelung 3 auf das Durchflußrohr 2 jeweils in die Ausnehmungen 15′ des Endes 14 ein, bzw. die Zungen 16′ in die Ausnehmungen 15. Die Breite a der Zungen 16, 16′ sowie b der Ausnehmungen 15, 15′ und die Breite des Blechstreifens 3 sind dabei so gewählt, daß nach dem Aufrollen um das Durchflußrohr 2 ein Spalt 4 der Breite c im Bereich von = oder <0,7 mm ausgebildet wird.

Bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform sind die Zungen 18, 18′ sowie die Ausnehmungen 17, 17′ trapezförmig ausgebildet. Die Ausnehmungen weisen dabei bevorzugt einen Öffnungswinkel von α = 60° auf. Die sich aufgrund der trapezförmigen Form der Zungen 18, 18′ ergebenden Flanken bzw. Trapezseiten 19, 20′ bzw. 20, 19′ können sich innerhalb enger Grenzen bei Aufrollen der Ummantelung 3′ auf das Durchflußrohr 2 aneinander annä­ hern. Die Ausnehmungen 17 des Endes 13′ sowie die Ausneh­ mungen 17′ des Endes 14′ weisen dabei gleiche Abmessungen auf.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sind die Flanken 21 sowie die Ausnehmungen 22 jeweils in Form von Dreiecken ausgebildet. Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform weisen die Flanken 23 und Ausnehmungen 24 jeweils einen wellenförmigen Verlauf auf.

Insgesamt wird so ein Durchlauferhitzer geschaffen, bei dem eine gleichmäßige Übertragung der Wärme auf die Wassersäule ohne die Gefahr des Abscherens der Lötverbin­ dung erfolgt und bei der der Verlauf und die Anordnung der durch den Spalt 4, 4′, 4′′, 4′′′ gebildeten Naht gegenüber herkömmlichen Durchlauferhitzern beliebig ist.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Erhitzen von Flüssigkeiten, wie für eine Getränkebereitungsmaschine oder dergleichen, mit einer zumindest teilweise ein Durchflußrohr geringerer Wärmeleitfähigkeit umschließenden Umman­ telung mit auf deren Innenseite angebrachter Lot­ plattierung sowie einem im wesentlichen parallel zum Durchflußrohr angeordneten und wärmeleitend mit der Ummantelung verbundenen Rohrheizkörper, dadurch gekennzeichnet, daß einander gegenüberliegende Enden (13, 13′, 14, 14′) der das Durchflußrohr (2) umhül­ lenden Ummantelung (3, 3′, 3′′, 3′′′) in Form wech­ selseitig ineinandergreifender Zungen (16, 16′, 18, 18′, 21, 23) ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinandergreifenden Zungen (16, 16′, 18, 18′, 21, 23) beabstandet zueinander angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch die Beabstandung gebildeter Spalt (4, 4′, 4′′, 4′′′) eine Breite von ca. 0,7 mm aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zungen (16, 16′, 21, 23) zumindest eines Endes (13, 14) jeweils gleiche Größe aufweisen und in zwischen den Zungen (16′, 16, 21, 23) des gegenüberliegenden Endes (14, 13) ausge­ bildete Ausnehmungen (15′, 15, 22, 24) größerer Ausmaße eingreifen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (3, 3′, 3′′, 3′′′) ein durch Stanzen geformter Blechstreifen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zungen (16, 16′) rechteckförmig ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zungen (23) wellen­ förmig ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zungen (21) in Form von Dreiecken ausgebildet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (18, 18′) trapezförmig ausgebildet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel (α) der zwischen den trapez­ förmigen Zungen (18, 18′) gebildeten Ausnehmungen (17, 17′) in etwa 60° beträgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zungen (18, 18′) und die Ausneh­ mungen (17, 17′) gleiche Größe aufweisen.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (3, 3′, 3′′, 3′′′) aus Aluminium ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchflußrohr (2) aus Edelstahl ist.