DE202021105447U1

DE202021105447U1 - Gaserhitzer

Info

Publication number: DE202021105447U1
Application number: DE202021105447.6U
Authority: DE
Original assignee: KVT BIELEFELD GmbH
Current assignee: KVT BIELEFELD GmbH
Priority date: 2021-10-08
Filing date: 2021-10-08
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2031-10-09
Also published as: DE102022118919A1

Abstract

Gaserhitzer mit einem von dem zu erhitzenden Gas durchströmten Wärmetauscher (12), dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (12) ein längliches Gehäuse (14) aufweist, das eine in Längsrichtung des Gehäuses orientierte Heizpatrone (10) aufnimmt, dass mehrere Paare von Gaszufuhrleitungen (28) und Gasaustrittsleitungen (32) in Querrichtung des Gehäuses (14) in das Gehäuse eintreten und aus diesem austreten, und dass die Gaszufuhrleitungen und Gasaustrittsleitungen jedes Paare innerhalb des Gehäuses durch eine Ringleitung (22) verbunden sind, die die Heizpatrone (10) eng umschließt und einen Einbau (24; 24') zur Erhöhung der Wärmeaustauschfläche enthält.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gaserhitzer mit einem von dem zu erhitzenden Gas durchströmten Wärmetauscher sowie ein Heißgas-Schweißgerät mit einem solchen Gaserhitzer.
Heißgas-Schweißgeräte werden häufig zum Schweißen von Kunststoffteilen eingesetzt, insbesondere zum Verbinden zweier Kunststoffteile. Beispielsweise sind dabei die miteinander zu verbindenden Kunststoffteile so in jeweiligen Werkstückaufnahmen gehalten, dass die miteinander zu verschweißenden Oberflächen einander zugewandt sind. Das Schweißgerät weist dann für jedes Werkstück einen Düsenkopf auf und wird so in den Zwischenraum zwischen den beiden Werkstücken gefahren, dass die Düsen jedes Düsenkopfes auf eine Schweißlinie auf der Oberfläche des betreffenden Werkstücks gerichtet sind. Die Werkstücke werden dann so weit an das Schweißgerät herangefahren, dass die Mündungen der Düsen nur noch einen geringen Abstand zur Werkstückoberfläche aufweisen. Durch Abgabe des Heißgases aus den Düsen wird dann das Kunststoffmaterial entlang der Schweißlinien erhitzt und plastifiziert. Anschließend wird das Schweißgerät aus dem Zwischenraum zwischen den Werkstücken herausgefahren, und die Werkstückaufnahmen werden aufeinander zu bewegt, so dass die beiden Werkstücke mit ihren Schweißlinien fest gegeneinander gedrückt werden, bis das Kunststoffmaterial abkühlt und erstarrt, so dass die Werkstücke längs der Schweißlinie miteinander verschweißt sind.
Aus EP 1 415 789 B1 ist ein Schweißgerät dieser Art bekannt, bei dem die Düsen jedes Düsenkopfes durch Bohrungen in einer Heizplatte gebildet werden, in die elektrische Heizpatronen eingebettet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gaserhitzer zu schaffen, der einen kompakten Aufbau aufweist und eine effiziente Erhitzung des Gases ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Wärmetauscher ein längliches Gehäuse aufweist, das eine in Längsrichtung des Gehäuses orientierte Heizpatrone aufnimmt, dass mehrere Paare von Gaszufuhrleitungen und Gasaustrittsleitungen in Querrichtung des Gehäuses in das Gehäuse eintreten und aus diesem austreten, und dass die Gaszufuhrleitungen und Gasaustrittsleitungen jedes Paares innerhalb des Gehäuses durch eine Ringleitung verbunden sind, die die Heizpatrone eng umschließt und einen Einbau zur Erhöhung der Wärmeaustauschfläche enthält.
Der in dieser Weise aufgebaute Wärmetauscher ermöglicht es, mehrere Schweißdüsen des Schweißgerätes parallel mit Heißgas zu speisen. Da das Gas, das einer einzelnen Schweißdüse zugeführt wird, eine Ringleitung durchströmt, die die Heizpatrone eng umschließt, wird ein effizienter Wärmeübergang erreicht, der durch den in der Ringleitung vorhandenen Einbaut noch verbessert wird. Da die mehreren Ringleitungen und die Heizpatrone in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, werden Wärmeverluste minimiert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das Gehäuse kann mehrere parallel zueinander angeordnete Heizpatronen aufweisen, die jeweils von mehreren an die Gaszufuhrleitungen und Gasaustrittsleitungen angeschlossenen Ringleitungen umgeben sind. Auf diese Weise lässt sich die Zahl der Schweißdüsen erhöhen, die mit dem Gaserhitzer gespeist werden können. Es ist jedoch auch möglich, mehrere Ringkanäle, die jeweils eine andere Heizpatrone umgeben, in Reihe zu schalten, so dass das Gas auf eine höhere Temperatur erhitzt werden kann oder bei gegebener Endtemperatur ein größerer Gasdurchsatz ermöglicht wird.
Bei den Einbauten in den Ringleitungen kann es sich um Körper mit einer offenzelligen Schaumstruktur aus wärmeleitendem Material handeln. Diese Schaumstrukturen können beispielsweise im 3D-Metalldruckverfahren hergestellt werden.
In einer anderen Ausführungsform handelt es sich bei den Einbauten um radial und parallel zueinander in jeder Ringleitung angeordnete Rippen, die die Heizpatrone umgeben. Für den Aufbau der in dieser Weise mit Einbauten versehenen Ringleitungen können bekannte Rippenrohre aus Metall eingesetzt werden, die außenseitig mit den radialen Rippen bestückt sind und innenseitig die Heizpatrone aufnehmen.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 einen Querschnitt eines Gaserhitzers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 den Gaserhitzer nach 1 in der Draufsicht; und
3 einen axialen Schnitt durch ein Rippenrohr für einen Gaserhitzer gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Der in 1 gezeigte Gaserhitzer weist vier elektrische Heizpatronen 10 auf, die parallel zueinander in einem Wärmetauscher 12 angeordnet sind. Der Wärmetauscher hat ein in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene in 1 langgestrecktes Gehäuse 14, das innenseitig eine wärmeisolierende Auskleidung 16 aufweist. Im Inneren weist der Wärmetauscher 12 eine Füllung 18 auf, die vier parallele Kanäle 20 zur Aufnahme der Heizpatrone 10 bildet. Jeder der Kanäle 20 ist an mehreren auf seiner Länge verteilten Positionen im Durchmesser erweitert, so dass jeweils eine Ringleitung 22 gebildet wird, die innenseitig durch die Umfangsfläche der Heizpatrone 10 begrenzt wird. Jede Ringleitung 22 weist einen Einbau 24 auf, der im gezeigten Beispiel durch eine offenzellige Schaumstruktur X aus wärmeleitendem Material gebildet wird, die in der Zeichnung in einer Detailvergrößerung dargestellt ist. Die Ringleitungen 22 auf der in 1 rechten Seite des Wärmetauschers sind jeweils über einen Gasanschluss 26 mit einer Gaszufuhrleitung 28 verbunden, während die Ringleitungen auf der linken Seite durch Gasanschlüsse 30 mit Gasaustrittsleitungen 32 verbunden sind. Die Paare von Ringleitungen 22, die sich auf gleicher Höhe und in der gleichen Längsposition des Wärmetauschers befinden, sind durch eine Verbindungsleitung 34 miteinander verbunden.
Über jede Gaszufuhrleitung 28 wird ein inertes Schweißgas, beispielsweise Stickstoff, zugeführt, das über den Gasanschluss 26 in die zugehörige Ringleitung 22 eintritt, die Heizpatrone 10 umströmt, dann über die Verbindungsleitung 34 in die benachbarte Ringleitung einströmt und, nachdem sie auch die dortige Heizpatrone 10 umströmt hat, über den Gasanschluss 30 und die Gasaustrittsleitung 32 austritt. Die Einbauten 24 in den Ringkanälen bilden eine große Wärmeaustauschfläche und stehen in gutem thermischen Kontakt mit dem betreffenden Längsabschnitt der Heizpatrone 10, so dass das Gas beim Durchströmen der Ringleitungen effizient erhitzt werden kann. Die offenzellige Schaumstruktur X ist dabei so gestaltet, dass sie der Gasströmung nur einen mäßigen Widerstand entgegensetzt. Beispielsweise kann die Schaumstruktur X im 3D-Metalldruckverfahren hergestellt werden, so dass sich die Porengröße und damit die Gasdurchlässigkeit präzise einstellen lässt.
In 2 sind die Gaszufuhrleitungen 28, die Gasaustrittsleitungen 32 und die zugehörigen Gasanschlüsse 26, 30 in der Draufsicht zu erkennen. Die innerhalb des Gehäuses 14 liegenden Teile der Gasanschlüsse, die Heizpatronen 10 und die Ringleitungen 22 sowie die Verbindungsleitungen 34 sind gestrichelt eingezeichnet. Außerdem sind elektrische Anschlüsse 36 der Heizpatronen 10 an den entgegengesetzten Enden des Gehäuses 14 zu erkennen.
Als Alternative zu den Einbauten 24 mit der offenzelligen Schaumstruktur zeigt 3 einen Einbau 24' in der Form eines Rippenrohres. Bei diesem Rippenrohr handelt es sich beispielsweise um einen Abschnitt eines zylindrischen Rohres aus Kupfer, das auf seinem äußeren Umfang eine Schaar radial vorspringender umlaufender Rippen 38 trägt. Die äußere Begrenzung der Ringleitung 22 kann durch ein Außenrohr 40 gebildet werden, das in 3 gestrichelt dargestellt ist. Sie kann jedoch, sofern die in 1 gezeigte Füllung 18 gasdicht ist, wahlweise auch unmittelbar durch diese Füllung gebildet werden.
Während in dem in 2 gezeigten Beispiel die Ringleitungen 22, die die gleiche Heizpatrone 10 umgeben, in axialer Richtung voneinander getrennt sind, zeigt 3 ein Beispiel, bei dem die Ringleitungen unmittelbar aneinander anschließen und miteinander verbunden sind, so dass die äußere Begrenzung durch das durchgehende Außenrohr 40 gebildet werden kann.
In 3 grenzten die Rippen 38 mit ihrem äußeren Umfangsrand an die Innenfläche des Außenrohres 40 an, und die Gasanschlüsse 26 bzw. 30 erstrecken sich jeweils über die gesamte Länge der zugehörigen Ringleitung, so dass sich das Gas gleichmäßig auf die Zwischenräume zwischen den Rippen 38 verteilen kann.
In einer anderen Ausführungsform kann zwischen den äußeren Umfangsrändern der Rippen 38 und der äußeren Begrenzung der Ringleitung ein radialer Zwischenraum bestehen, der die Verteilung des Gases ermöglicht. Die Zentrierung des Einbaus 24' erfolgt in dem Fall durch die in 3 nicht gezeigte Heizpatrone, die sich durch das Rippenrohr erstreckt und ihrerseits auf irgendeine geeignete Weise im Gehäuse 14 zentriert wird. Wenn die Ringkanäle 22 wie in 2 getrennt voneinander ausgebildet sind, so kann die Heizpatrone 10 in den Abschnitten der Füllung 18 zentriert und gehalten werden, die die einzelnen Ringleitungen 22 voneinander trennen.
Bei dem in 3 gezeigten Rippenrohr sind die Rippen 38 so angeordnet, dass die Rippe am rechten Ende bündig mit dem Ende des Rohres abschließt, während die Rippe am linken Ende gegenüber dem Ende des Rohres um eine Distanz versetzt ist, die der Breite der Lücken zwischen den einzelnen Rippen entspricht. So lassen sich mehrere Rippenrohre der in 3 gezeigten Art axial aneinander ansetzen, um eine längere Rippenstruktur zu bilden, ohne dass das regelmäßige Raster der Rippen durchbrochen wird. So lassen sich aus mehreren vorfabrizierten Rippenrohren auch Einbauten 24' mit einer größeren axialen Länge herstellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1415789 B1 [0003]

Claims

Gaserhitzer mit einem von dem zu erhitzenden Gas durchströmten Wärmetauscher (12), dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (12) ein längliches Gehäuse (14) aufweist, das eine in Längsrichtung des Gehäuses orientierte Heizpatrone (10) aufnimmt, dass mehrere Paare von Gaszufuhrleitungen (28) und Gasaustrittsleitungen (32) in Querrichtung des Gehäuses (14) in das Gehäuse eintreten und aus diesem austreten, und dass die Gaszufuhrleitungen und Gasaustrittsleitungen jedes Paare innerhalb des Gehäuses durch eine Ringleitung (22) verbunden sind, die die Heizpatrone (10) eng umschließt und einen Einbau (24; 24') zur Erhöhung der Wärmeaustauschfläche enthält.
Gaserhitzer nach Anspruch 1, bei dem der Einbau (24) ein Körper mit einer offenzelligen Schaumstruktur (X) aus wärmeleitfähigem Material ist.
Gaserhitzer nach Anspruch 2, bei der die Schaumstruktur (X) im 3D-Metalldruckverfahren hergestellt ist.
Gaserhitzer nach Anspruch 1, bei dem der Einbau (24') ein Rippenrohr ist.
Gaserhitzer nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit mehreren parallel zueinander in dem Gehäuse (14) angeordneten Heizpatronen (10), die jeweils von mehreren Ringkanälen (22) umgeben sind.
Gaserhitzer nach Anspruch 5, bei dem mehrere Ringkanäle (22), die verschiedene Heizpatronen (10) umgeben und in Längsrichtung des Gehäuses (14) in der gleichen Position angeordnet sind, durch Verbindungsleitungen (34) in Reihe miteinander verbunden und zwischen eine der Gaszufuhrleitungen (28) und eine der Gasaustrittsleitungen (32) geschaltet sind.
Gaserhitzer nach Anspruch 6, mit vier im Querschnitt im Viereck angeordneten Heizpatronen (10) und umgebenden Ringleitungen (22), die paarweise durch Verbindungsleitungen (34) miteinander verbunden sind.
Gaserhitzer nach Anspruch 6 oder 7, bei dem jede Gaszufuhrleitung (28) durch einen Gasanschluss (26) mit einer der Ringleitungen (22) verbunden ist, jede der Gasaustrittsleitungen (32) durch einen Gasanschluss (30) mit einer anderen der Ringleitungen (22) verbunden ist und die Gasanschlüsse (26, 30) symmetrisch zueinander ausgebildet und angeordnet sind.
Heißgas-Schweißgerät mit einem Gaserhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 8.