DE19526590A1 - Durchlauferhitzer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer für Kaffee- und Espressomaschinen zur Herstellung von Aufgußgetränken, bestehend aus einem mit einem Mantelrohr versehe­ nen Rohrheizkörper und einem mit diesem über eine Schweißnaht sowohl mechanisch wie thermisch verbundenen Wasserrohr mit einer Einlaufseite für die Zufuhr von Kalt­ wasser und mit einer Auslaufseite für den Ablauf des im Durchlauferhitzer erhitzten Wassers.

Ein derartiger Durchlauferhitzer ist bereits aus dem deutschen Gebrauchsmuster 83 36 499.4 bekannt. Bei diesem Durchlauferhitzer ist das Wasserrohr längs einer schmalen Fußlinie mit dem Mantelrohr des Rohrheizkörpers sowohl mechanisch wie thermisch verbunden, wobei die Verbindung entweder mittels eines Löt- oder eines Schweißvorganges hierbei erfolgen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Durchlauferhitzer für Kaffee- und/oder Espresso­ maschinen zu schaffen, bei dem eine genau definierte und örtlich begrenzte Wärme­ einbringung vom Rohrheizkörper zum Wasserrohr erfolgt, so daß eine Verkalkung an bestimmten Stellen verhindert, die Geräuschbildung reduziert und gleichzeitig die Was­ sertemperatur an der Auslaufseite erhöht wird. Ebenso sollen mit dem Durchlauferhitzer korrosive Vorschäden während der Herstellung des Durchlauferhitzers vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die Zunahme der Schweißnaht zur Auslaufseite des Wasserrohrs hin wird eine Blasenbildung und damit Schubwirkung des zu erhitzenden Wassers erst dann erzeugt, wenn das Wasser im Rohr ausreichend erhitzt ist. Der Wärmeübergang der Heizung nimmt also zum Auslaufende hin zu, so daß im Bereich des Auslaufendes die größte Wärmemenge pro Längeneinheit in das Wasserrohr geschickt wird. Im Einlaufbereich hingegen erhitzt sich das Wasser aufgrund der geringeren Wärmebeaufschlagung konstant, ohne daß bereits Dampfblasen erzeugt werden; diese sollen nämlich erst am Auslaufende zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Durchlauferhitzers erzeugt werden, um so eine optimale Schubwirkung auf das Wasser auszuüben, das dann aufgrund der entstehen­ den Dampfblasen über das Steigrohr einer Entnahmestelle zugeführt wird. Eine derartige vorteilhafte Ausbildung läßt sich bei einem Durchlauferhitzer besonders einfach mittels eines Schweißverfahrens realisieren.

Durch die Vergrößerung der thermischen Anbindung des Rohrheizkörpers gegenüber dem Wasserrohr zum Auslaufende hin wird nach der Erfindung das thermische Verhalten des Durchlauferhitzers optimiert, so daß auch korrosive Vorschäden, die beim Löten durch das Flußmittel entstehen können, vermieden werden. Durch die gezielte Anbin­ dung des Rohrheizkörpers an das Wasserrohr mittels einer genau definierten Schweiß­ naht werden auch die Verkalkungseigenschaften verbessert. Ebenso wird durch die genau definierte Schweißnaht eine unerwünschte Überhitzung und Wärmeankopplung am Wasserrohr vermieden. Gleichzeitig wird die Geräuschbildung reduziert und die Wassertemperatur optimiert.

Um für die Wärmeankopplung genügend Schweißlot zwischen dem Rohrheizkörper und dem Wassesrohr anbringen zu können, sind die Merkmale des Patentanspruchs 2 vorgesehen. Dabei kann entweder der das Schweißlot aufnehmende Raum nur so groß gestaltet werden, daß er - allerdings stets zur Auslaufstelle des Wasserrohrs hin an Masse von Schweißlot zunehmend - immer voll mit dem Schweißlot ausgefüllt ist oder er kann aber auch über die Länge des Wasserrohrs und des Rohrheizkörpers gleichmäßig groß ausgebildet sein, so daß dieser Aufnahmeraum an der Einlaufseite nur teilweise und an der Auslaufseite dann praktisch vollständig mit Schweißlot gefüllt ist. Um den Querschnitt des Aufnahmeraums über die Länge des Rohrheizkörpers und des Wasser­ rohrs zu vergrößern, kann auf einfache Weise die Außenfläche des Rohrheizkörpers und des Wasserrohrs entsprechend ausgestaltet sein, wie rund oder V-förmig. Wird ein im Querschnitt dreieckförmiger Rohrheizkörpers und ein im Querschnitt kreisförmiges Wasserrohr gewählt, so entstehen größere Aufnahmeräume, als wenn beispielsweise zwei im Querschnitt viereckige Rohre gewählt werden, die an einer ihrer Längsseiten aneinander anliegen und an ihren außenliegenden Ecken verschweißt sind.

Um eine besonders große Anbindungsfläche der Schweißnaht zum Auslaufende des Wasserrohrs zu erreichen, sind die Merkmale des Patentanspruchs 3 vorgesehen. Durch die Bildung eines oberen und unteren Aufnahmeraums kann auf besonders einfache Weise der Wärmeübergang auf das Wasserrohr in Abhängigkeit der Länge verändert bzw. variiert werden. Hierbei ist es möglich, entweder nur den oberen oder nur den unteren Aufnahmeraum mit Schweißlot zu versehen (Anspruch 5) oder nur Teilbereiche (Anspruch 6) oder gar abwechselnd den oberen und unteren Aufnahmeraum mit Schweißlot zu versehen. Die Ausbildung der Schweißnaht hängt ganz davon ab, welche Durchmesser, Querschnitte, Materialien für das Wasserrohr gewählt werden, wobei auch der Querschnitt der Rohrheizung und ihre Heizleistung von besonderer Bedeutung sind, die die Dimensionierung des Querschnitts der Schweißnaht beeinflussen.

Als besonders vorteilhaft hat sich zum Herstellen der Schweißverbindung eine Laser­ schweißung erwiesen, bei der während des Schweißvorgangs nur sehr wenig Wärme in das Wasserrohr und den Rohrheizkörper eingebracht werden, so daß korrosive Vor­ schäden am Durchlauferhitzer nicht auftreten, was Spannungen, Risse und Material­ ermüdungserscheinungen während des Betriebs des Durchlauferhitzers vermeidet. Mittels der Lasertechnologie können auch bereits innen beschichtete Wasserrohre mit dem Rohrheizkörper verschweißt werden, da die beim Schweißvorgang an dem Schweißort auftretende Schweißwärme nur sehr kurzzeitig aufgrund der räumlich sehr eng gebündelten Energie ist. So können beispielsweise innen emaillierte oder eloxierte Wasserrohre mit dem Rohrheizkörper verschweißt werden. Mit anderen Schweißverfah­ ren, wie dem Mikroplasma-, WIG-, MIG- und dem MAG-Schweißverfahren kann die Erfindung ebenfalls realisiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Draufsicht auf einen skizzenhaft dargestellten Durchlauferhitzer nach der Erfin­ dung,

Fig. 2 Schnitt durch den Durchlauferhitzer gemäß der Schnittführung A-A nach Fig. 1, allerdings in die Horizontale gelegt,

Fig. 3 Schnitt durch den Durchlauferhitzer gemäß der Schnittführung B-B nach Fig. 1, allerdings gemäß Fig. 2 in die Horizontale gelegt und

Fig. 4 Schnitt durch den Durchlauferhitzer gemäß der Schnittführung C-C nach Fig. 1, allerdings gemäß den Fig. 2 und 3 in die Horizontale gelegt.

Nach den Fig. 1 bis 4 besteht der Durchlauferhitzer 1 aus einem U-förmig ausge­ bildeten Rohrheizkörper 2, an dessen Innenseite 3 ein ebenfalls U-förmig verlaufendes Wasserrohr 4 mit geringem Abstand verläuft oder direkt an der Innenseite 3 des Rohr­ heizkörpers 2 an der Berührungslinie 27 anliegt.

Die Schnitte in den Fig. 2 bis 4 sind gegenüber Fig. 1 maßstabvergrößert dargestellt. Das Wasserrohr 4 weist in den Fig. 1 bis 4 eine Einlaufseite 5 und eine Auslaufseite 6 auf. An der Einlaufseite 5 fließt von einem Wassertank (nicht dargestellt) kommendes kaltes Wasser ein und an der Auslaufseite 6 fließt dieses aus dem Durchlauferhitzer 1 heraus, was durch den Strömungspfeil 7 angezeigt wird. Das Wasserrohr 4 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen kreisringförmigen Querschnitt auf; es sind aber auch andere Querschnitte durchaus denkbar. Der Rohrheizkörper 2 besteht hingegen nach den Fig. 2 bis 4 aus einem im Querschnitt viereckigen Mantelrohr 8, mit einem zentral angeordneten, im Querschnitt ebenfalls rechteckigen Kanal 9, in dem der Heizwendel 10 über eine Isoliermasse 11 zentral gelagert ist. Der Heizwendel 10 ist an seinen freien Schenkeln nach Fig. 1 gegenüber dem Mantelrohr 8 gedichtet und ragt aus diesem über die Anschlußstifte 14, 15 heraus, die über nicht dargestellte Stromleitungen mit einer Spannungsquelle verbindbar sind.

Wie aus Fig. 1 weiterhin deutlich ersichtlich ist, ragen die freien Enden 16, 17 des Wasserrohrs 4 über die freien Schenkel 12, 13 des Rohrheizkörpers 2 hinaus, damit diese mit in der Zeichnung nicht dargestellten Schlauchanschlußverbindungen gekoppelt werden können. Sowohl die Querschnitte wie die Anordnung von Rohrheizkörper 2 gegenüber dem Wasserrohr 4 können - entgegen der Fig. 1 bis 4 - beliebig gewählt werden, wenn dies im Sinne der Erfindung vorteilhaft ist.

Nach den Fig. 2 bis 4 liegt ein Bereich der Umfangsfläche 26 des Wasserrohrs 4 nahezu an der Innenseite der Umfangsfläche 3 des Rohrheizkörpers 2 etwa mittig an, so daß zu beiden Seiten ein im Querschnitt fast dreieckförmiger Aufnahmeraum 18, 19 entsteht, in dem nach der Erfindung mehr oder weniger Masse an Schweißlot 20 eingebettet ist, welches einerseits eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Rohrheizkörper 2 und dem Wasserrohr 4 herstellt und andererseits über die Länge des Durchlauferhitzers 1 veränderte Wärmeübergangsquerschnitte ergibt. Gleichzeitig dient das Schweißlot 20 dazu, die im Betrieb des Durchlauferhitzers 1 von dem Heizwendel 10 ausgehende Wärme über das Mantelrohr 8 auf das Wasserrohr 4 zu übertragen, wo sie dann an der Innenwandung 21 des Strömungskanals 22 und von dort auf das im Strömungskanal 22 befindliche Wasser übergeleitet wird, das sich somit erhitzt, bis es an der Auslaufseite 6 als kochendes oder siedendes Wasser austritt.

Wie aus Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 2 ersichtlich wird, sind die Aufnahmeräume 18, 19 zur Auslaufseite 6 hin mehr mit Schweißlot 20 gefüllt als dies in den Fig. 3 und 4 der Fall ist. In Fig. 4, also ein Schnitt nach Fig. 1 im Bereich der Einlaufseite 5, sind die kleineren Aufnahmeräume 18, 19 auch mit der geringsten Menge von Schweißlot 20 gefüllt, d. h., die Querschnitte der Schweißnähte 23, 24, 25 sind unterschiedlich groß. Ebenso ist aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich, daß sowohl der obere 19 wie der untere Aufnahmeraum 18 mit Schweißlot 20 gefüllt sind. Es ist aber durchaus denkbar, daß nur einer der Aufnahmeräume 18, 19 oder beide, aber dann wechselseitig mit Schweißlot 20 gefüllt sein können. All diese Maßnahmen tragen dazu bei, nach der Erfindung den Wärmeübergang vom Rohrheizkörper 2 zum Wasserrohr 4 zur Auslaufseite 6 hin zu vergrößern, damit vorwiegend Dampfblasen erst im letzten Drittel des Durchlauferhitzers 1 im Wasserrohr 4 erzeugt werden. Zu früh erzeugte Dampfblasen bereits an der Einlaufseite würden den Wirkungsgrad des Durchlauferhitzers 1 verringern, weil Dampf­ blasen zwar die Förderleistung von Wasser steigern, nicht aber den Wärmeübergang zum Wasser erhöhen, sondern vielmehr verringern. Dadurch, daß nun anhand der Erfindung im Einlaufbereich die Anbindung des Rohrheizkörpers 2 zum Wasserrohr 4 hin geringer ist als der sich anschließende Bereich, wird diesem nachteiligen zu frühen Dampfblaseneffekt entgegengewirkt. Dies führt letztendlich wegen geringerer Korro­ sionsanfälligkeit, besserer Wirkungsgradausnutzung und weniger Dampfblasenbildung zu einer längeren Lebensdauer des Durchlauferhitzers 1. Auch der Kalkansatz an der Innenwandung 21 des Wasserrohrs 4 wird reduziert.

Selbstverständlich können auch andere Querschnitte und Dicken für den Rohrheizkörper 2 und das Wasserrohr 4 gewählt werden, auch kann der Durchlauferhitzer 1 nach der Erfindung spiralförmig, geschlängelt oder sonst eine beliebige Form annehmen. Insbesondere dann, wenn das die Aufnahmeräume 18, 19 füllende Schweißlot 20 im Laserschweißen eingebracht wird, fließt aufgrund der punktuellen und sehr kurzen Erwärmung besonders wenig Wärme in das Innere des Rohrheizkörpers 2 und des Wasserrohrs 4. Selbstverständlich ist es im Sinne der Erfindung auch denkbar, daß das in den Aufnahmeräumen 18, 19 befindliche Schweißlot 20 nicht beide Aufnahmeräume 18, 19 verbindet, sondern daß dazwischen ein Hohlraum ausgebildet ist, durch den dann eine geringere Wärmeankopplung zwischen dem Rohrheizkörper 2 und dem Wasserrohr 4 erreicht wird. Vorzugsweise besteht das Wasserrohr 4 aus Aluminium oder Kupfer oder sonst einem gut wärmeleitenden, gegen Wasser verhältnismäßig korrosionsbestän­ digem Metall, das sich gut mit dem Rohrheizkörper 2 verschweißen läßt.

In Fig. 1 sind die drei unterschiedlichen Schweißzonen D, E und F deutlich zu erkennen, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel jede Schweißzone D, E, F etwa ein Drittel der gesamten Länge der Schweißnaht 23, 24, 25 einnimmt. Andere Längenaufteilungen der Schweißzonen D, E, F sind ebenfalls möglich. Die Schweißnähte 23, 24, 25 können aber auch stufenlos, also stetig zunehmend, ineinander übergehen.

Claims (8)

1. Durchlauferhitzer (1) für Kaffee- und Espressomaschinen zur Herstellung von Aufgußgetränken, bestehend aus einem mit einem Mantelrohr (8) versehenen Rohrheizkörper (2) und einem mit diesem über eine Schweißnaht (23, 24, 25) sowohl mechanisch wie thermisch verbundenen Wasserrohr (4) mit einer Ein­ laufseite (5) für die Zufuhr von Kaltwasser und mit einer Auslaufseite (6) für den Ablauf des im Durchlauferhitzer (1) erhitzten Wassers, dadurch gekennzeichnet, daß die Anbindung der Schweißnaht (23, 24, 25) über die Länge von Wasserrohr (4) und Rohrheizkörper (2) derart gestaltet ist, daß die Wärmeübergangsfläche der Schweißnaht (23, 24, 25) zur Auslaufseite (6) hin zunimmt.

2. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den einander zugewandten Umfangsflächen (3, 26) von Rohr­ heizkörper (2) und Wasserrohr (4) gebildete Raum (18, 19) zur Aufnahme des Schweißgutes (20) dient und daß zur Auslaufseite (6) hin die Menge des Schweiß­ gutes (20) in diesem Raum (18, 19) zunimmt.

3. Durchlauferhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Mantelrohres (8) des Rohrheizkörpers (2) und der Quer­ schnitt des Wasserrohres (4) so gewählt sind, daß durch sie beim Zusammenfügen ein oberer (18) und unterer Aufnahmeraum (19) für die Aufnahme des Schweißlo­ tes (20) entsteht.

4. Durchlauferhitzer nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß der obere (18) und untere Aufnahmeraum (19) zur Auslaufseite (6) hin über ihre Länge etwa gleichermaßen mit der gleichen Menge an Schweißlot (20) gefüllt sind.

5. Durchlauferhitzer nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß nur der obere (18) oder nur der untere Aufnahmeraum (19) mit Schweißlot (20) versehen ist.

6. Durchlauferhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur Teilbereiche des oberen (18) und unteren Aufnahmeraums (19) mit Schweißlot (20) versehen sind.

7. Durchlauferhitzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd der obere (18) und/oder der untere Aufnahmeraum (19) mit Schweißlot (20) versehen sind.

8. Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnähte (23, 24, 25) durch Laserschweißung hergestellt sind.