DE2635842C2 - Vorrichtung zum dichten Befestigen von Rohren eines Rohrbündels in einem Rohrboden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dichten Befestigen von Rohren eines Rohrbündels in einem Rohrboden gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster 17 98 551 bekannt. Dort ist eine Verankerung von Rohren in Rohrboden offenbart, die von beiden Seiten durch Druck belastet sind. Zur Verankerung eines jeden Rohres bedient man sich hierbei einer Hülse aus einem geeigneten eigenelastischen weichen Werkstoff. Um den für eine feste Aufnahme des Rohres im Rohrboden erforderlichen Festsitz der Hülse in der Öffnung des Rohrbodens zu verwirklichen, bedarf es bei der vorbekannten Vorrichtung einer speziellen Formgebung der Hülse sowie des Randes der Öffnung im Rohrboden. Die Hülse setzt sich zusammen aus zwei einen Doppelkonus bildenden gegeneinander gerichteten konischen Ringkörpern, die durch einen zylindrisehen, dünnwandigen mittleren Ringteil miteinander verbunden sind. Entsprechend komplementär ist der Rand der Öffnung ausgebildet. Diese Ausbildung von Hülse und Öffnungsrand hat zur Folge, daß die Hülse passend und fest im Rohrboden eingebettet ist Diese spezielle Formgebung von Hülse und öffnur.gsrand ist jedoch nachteilig. Verwendet man nämlich anstelle von den bislang zumeist aus Wärmeübertragungsgründen verwendeten Rippenrohren glatte zylindrische Kunststoffrohre, um z.B. einen besseren Korrosionsschutz und eine Verminderung der Pumpleistung zu erreichen, so ergibt sich aus der gegenüber den Rippenrohren zwangsläufig verminderten Austauscherfläche eine erhebliche Vergrößerung der Anzahl der Rohre des Rohrbündels. Der Einsatz glatter Kunststoffrohre gegenüber den herkömmlichen Rippenrohren bedeutet jedoch eine Vervielfachung der erforderlichen Rohre um den Faktor 20, um ein vergleichbares Wärmeaustauschvermögen zu erreichen. Bedenkt man, daß bei solchen Vorrichtungen Rohrbündel mit bis zu 500 000 Rohren erforderlich sein können, was im Falle von beidseitig der Rohre angeordneten Rohrboden zu 1 Mio Verbindungsstellen führt, so ergibt sich ohne weiteres, daß jeder Vereinfachung des Aufbaues bzw. der Formgebung von Hülse und Offnungsrand erhebliche Bedeutung zukommt

Aus der DE-AS 12 79 044 ist eine aus einem Asbestgewebe hergestellte Muffe bekannt, die beidseitig einer Platte mit Rohrwülsten versehen ist Diese Muffe dient zur dichten Halterung und Sicherung von stehend angeordneten, eine Ausbauchung aufweisenden Rohren von Lufterhitzern gegen Hindurchgleiten durch die öffnungen der die Rohre tragenden unteren Rohrplatte. Da die vertikal stehenden Rohre an ihren unteren Enden jeweils mit einer Ausbauchung versehen sind, mittels welcher die Rohre jeweils gegenüber dem unteren Rohrboden durch Verkeilung mittels einer Muffe abgestützt sind, ist die Verbindung der oberen Rohrenden am oberen Rohrboden weitgehend kräftefrei. Diese Muffen verhindern zwar ein Hindurchgleiten durch die Öffnungen der die Rohre tragenden unteren Rohrplatte bei vertikal angeordneten Rohren, werden den im Druckbetrieb auftretenden Belastungen bei der gattungsgemäßen Befestigung von Rohren jedoch nicht gerecht

Im DE-GM 73 42 159 ist eine Dichtung für Wärmetauscher beschrieben. Diese Dichtung weist eine spezielle komplizierte Formgebung auf mit einem vergrößerten kegelstumpfförmigen Teil, der durch Keilwirkung zur Erhöhung der Haftkraft beiträgt Insoweit ist der Gegenstand dieser Druckschrift mit dem Gegenstand der Druckschrift DE-GM 17 98 551 vergleichbar.

Weiterhin ist aus der DE-AS 12 05 564 eine Rohr-Rohrboden-Verbindung für jeweils beide Rohrenden in einem Rohrbündelwärmetauscher bekannt Jedes Rohr ist an seinen beiden Rohrenden über eine Muffe an den Rohrboden angeschlossen. Allerdings ist hierbei nicht das Rohr, sondern die Muffe in eine Rohrbodenbohrung eingesetzt. Das Rohr wird nicht durch die Muffe hindurchgeführt, sondern stößt im Innern der Muffe gegen einen Ansatz. Aus dem DE-GM 69 45 014 ist eine Durchführung von Blasrohren durch die Platten eines Wärmetauschers bekannt, die mit der Durchführung gemäß der DE-AS 12 79 044 vergleichbar ist, so daß die gleichen Nachteile wie bei jenem Gegenstand auftreten.

Schließlich ist aus der DE-PS 8 91 994 ein Wärmetauscher bekannt, dessen Heizfläche aus nichtmetallischen Rohren besteht, die mittels elastischer, z. B. aus Gummi bestehender Ringe an zylindrischen Dichtungsflächen in den Rohrboden abgedichtet sind. Hierbei ist zwar der Dichtungsring einfach ausgebildet, die Formgebung der Durchführung selbst jedoch ist kompliziert und aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß zum Zwecke der Montagevereinfachung und der Verringerung der Herstellkosten eine einfache Gestaltung der Verbindungselemente verwirklicht ist, die zugleich den im Druckbetrieb auftretenden Belastungen gerecht wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.

Die Erfindung kommt mit einem Öffnungsrand und einer Hülse nät zylindrischer Form aus, so daß es einer speziellen Formgebung dieser bei einem Rohrbündel der betrachteten Art zahlreichen Bauteile nicht bedarf. Aufgrund der im Anspruch 1 enthaltenen Abmessungsverhältnisse zwischen Rohr, Hülse und Öffnungsrand ergibt sich zwischen dem Rohr und dem Rohrboden ein dichter Preßsitz, der dennoch die im Druckbetrieb auftretenden Beanspruchungen kompensieren kann. Da die Hülse aus einem elastischen Material hergestellt ist, bilden sich aufgrund der angegebenen Abmessungsverhältnisse die Randwüiste beidseits des Rohrbodens, weiche zudem den Halt der Hülse innerhalb der öffnung begünstigen, prinzipiell zwangsläufig aus. Aufgrund der über das Druckmittel auf die Hülse eingeleiteten Kräfte im Betrieb der Vorrichtung ergibt sich im Bereich der Hülse zwischen dem Rohr und dem Öffnungsrand ein radial gerichteter Kraftvektor, der eine feste Verspannung der Hülse zwischen Öffnungsrand und Rohr und damit auch eine feste Verankerung des Rohrs im Rohrboden bedingt Gleichzeitig begünstigt diese radiale Vorspannung in Verbindung mit der elastisch nachgiebigen Ausbildung der Hülse die Abdichtung der Kammer gegenüber der Außenumgebung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert v, erden, in denen

F i g. 1 eine schematische Ansicht eines Wärmeaustauscherrohrbündels für Luftkühler ist;

Fig.2 ein Teilschnitt in größerer Darstellung einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zur dichten Befestigung eines Rohres der F i g. 1 in einer Rohrträgerplatte ist;

F i g. 3 eine Darstellung analog F i g. 2 einer anderen Ausführungsform zeigt;

F i g. 4 in einer Darstellung ähnlich F i g. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung zeigt, wobei das Rohr noch nicht im Rohrträgerboden befestigt ist; und

Fig.5 eine Darstellung entsprechend Fig.4 erkennen läßt, wobei das Rohr in der Rohrträgerplatte befestigt ist.

F i g. 1 zeigt ein Rohrbündel 1 eines Wärmetauschers mit einer Reihe von Rohren 2, die an ihren jeweiligen Enden in Platten oder Böden 3 von Verteilerkammern 4 und Sammlerkammern 5 für das jeweilige Fluid befesl igt sind. Die Kammern 4 und 5 sind jeweils mit einer Fluidverteilerleitung und einem nicht dargestellten Sammler verbunden; mehrere Rohrbündel 1 sind in an sich bekannter Weise im Innern einer Kammer eines nicht dargestellten Luftkühlers angeordnet. Die Rohre sind in Parallelreihen oder versetzt angeordnet, wobei die Teilung auf den Platzbedarf des Rohrbündels 1 abgestimmt ist.

Nach der Darstellung der F i g. 2 ist jedes Rohr 2 an einem seiner Enden in einer öffnung 6 einer Platte 3 aufgenommen und dicht in dieser öffnung mit Hilfe einer Hülse 7 aus Elastomeren befestigt Nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben das Rohr 2, die öffnung 6 und die Außenfläche der Hülse 7 zylindrische Gestalt Die Hülse 7 weist eine zylindrische Innenbohrung von einem Durchmesser auf, der gleich oder geringfügig kleiner, beispielsweise um etliche Zehntel mm kleiner als der Außendurchmesser des Rohres 2 ist Auch ist der Durchmesser der Öffnung 6 gleich oder vorzugsweise etwas kleiner, ebenfalls um etliche Zehntel mm, als der Außendurchmesser der Hülse 7. Schließlich weist die Hülse 7 eine Länge auf, die größer als die Dicke der Platte 3 ist, derart, daß dann, wenn sie zwischen Öffnung 6 und Rohr 2 gepreßt bzw. eingespannt ist, ein Haltefiansch 8 an jedem ihrer Enden gebildet wird. Beispielsweise kann das Rohr 2 einen Außendurchmesser in der Größenordnung von 10 bis 15 mm aufweisen und die Hülse 7 eine Dicke von 2 bis 5 mm zeitigen. Allgemein muß die Pressung der Hülse ausreichend sein, um Befestigung und Dichtheit der Anordnung unter den geforderten Betriebsdrücken sicherzustellen, darf aber nicht zu groß sein, um noch das leichte Einführen des Rohres in die Hülse zu gewährleisten. Um die weiter unten zu erörternde Montage noch zu erleichtern, sind die Enden 9 der Rohre 2 vorzugsweise angefast, um die Hülse 7 nicht zu beschädigen.

Diese Montage wird in folgender Weise vorgenommen:

Nachdem die Platten 3 in der Fabrik mit einer Toleranz und bei ausreichendem Oberflächenzustand durchbohrt sind, bringt man vorzugsweise in der Fabrik entweder von Hand oder mit einem geeigneten Gerät die Hülsen 7 in den öffnungen 6 an. Um diesen Einführvorgang zu erleichtern, kann man Vaseline verwenden, wobei letztere in das Elastomere diffundiert oder auch ein flüchtiges Schmiermittel wie reines Wasser, Wasser mit Zusatz eines Benetzungsmittels oder ein reines Benetzungsmittel. Wünscht man die Hülse 7 in der öffnung 6 zu verkleben, so kann man den Klebstoff als Schmiermittel verwenden. Die mit Hülsen 7 und Rohren 2 bestückten Platten oder Böden 3 können einzeln auf die Baustelle transportiert werden, wodurch die oben angesprochenen Probleme des Regellichtraumprofils umgangen werden können, die sich stellen, wenn das Rohrbündel vollständig in der Fabrik zusammengebaut wird. Auf der Baustelle werden die Verteilerkammern oder -hauben und die Fluidsammlerkammern oder -hauben an ihrer Struktur befestigt; man führt die Rohre 2 in die Hülsen von Hand oder mit Hilfe eines geeigneten Werkzeuges ein, indem man gegebenenfalls ein flüchtiges Schmiermittel oder diffundierendes Schmiermittel von dem Typ verwendet, wie er bei der Einbringung der Hülsen in die Öffnungen verwendet wurde. Die Länge der Rohre ist ohne Genauigkeit so eingestellt, daß sie über die Hülsen 7 in den Kammern 4 und 5 hinausragen, damit bei den minimalen Temperaturen, bei denen sie sich am stärksten zusammenziehen, die Rohre 2 nicht aus ihrer abdichtenden Hülse 7 freikommen können.

Im Betrieb wird ein Fluid, beispielsweise Wasser, unter einem gewissen Druck, beispielsweise in der Größenordnung von 3 bar, in die Verteilerkammer 4 entsprechend der durch den Pfeil fangegebenen Richtung eingeführt. Diese Flüssigkeit, die sich bei einer Temperatur höher als der der umgebenden Luft befindet, wird dann auf die Rohre 2 verteilt, in denen sie strömt, bevor sie in die Sammlerkammer 5 aufgenommen und dann entsprechend der durch den Pfeil S angegebenen Richtung abgeführt wird. Während ihres Weges längs der Rohre 2 wird die Flüssigkeit durch den atmosphärischen

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Luftstrom gekühlt, der durch den Pfeil A symbolisiert ist und der um die Rohre 2 zirkuliert. In den Kammern 4 und 5 herrscht somit ein gewisser Druck, der zum Teil auf die Hülsen 7 wirkt Nimmt man an, daß F i g. 2 die Verteilerkammer 4 zeigt, so wird der rechte Teil der Hülse 7 dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeit ausgesetzt, wie dies durch die Pfeile P symbolisiert ist, während der linke Teil dem atmosphärischen Druck ausgesetzt wird. Dieser hydrostatische Druck wirkt gleichzeitig auf das Ende und auf den zylindrischen Außenteil der Hülse 7, wodurch das Elastomere Druckbeanspruchungen ausgesetzt wird, die zum Teil in den Teil der Hülse 7 zwischen Platte 3 und Rohr 2 übertragen werden, wie dies durch den Pfeil R symbolisiert ist. Der hydrostatische Druck, der axial auf das Ende der Hülse 7 wirkt, hat is teilweise die Neigung, die Hülse herauszudrücken; letztere wird jedoch nicht nur durch die radiale Einspannung aufgrund der Kompressionskräfte gemäß Pfeil R, sondern auch durch den Halteflansch 8 gehalten, der diesem Druck ausgesetzt ist und der gegen den Rand der Öffnung 6 zum Anliegen kommt. Der hydrostatische, auf eines der Enden der abdichtenden Hülse 7 ausgeübte Druck trägt also zu einer Pressung oder Spannung und damit zu einer verbesserten Abdichtung bei. Aufgrund der Zirkulation der Flüssigkeit im Rohr 2 ist andererseits die Kraft, die versucht, das Rohr 2 aus der Hülse 7 herauszudrücken, gleich der resultierenden des hydrostatischen, auf die Oberfläche wirkenden Druckes, wobei es sich um die Differenz zwischen den äußeren und inneren Querschnitten des Rohres 2 handelt Diese Kraft ist bei weitem kleiner als die statische Reibungskraft aufgrund der Kompression gemäß Pfeil R, welche durch die Hülse auf das Rohr 2 ausgeübt wird, wobei deren Herausdrücken verhindert wird.

Fig.3 zeigt eine Ausführungsvariante der Vorrichtung der F i g. 2, die insbesondere dazu bestimmt ist, bei Rohren aus Kunststoff verwendet zu werden. In diesem Fall nämlich kann, wenn die Temperatur der Flüssigkeit ziemlich hoch ist, das Rohr fließen und sich dehnen, was zu einer Verminderung in der Spannung oder Pressung führt Um dieses Phänomen zu vermeiden, führt man in das Rohr 2 am Ort der Öffnung 6 und der Hülse 7 eine metallische Hülse 10 sehr geringer Dicke ein, die beispielsweise von der Größenordnung von ⁵A₀ mm ist Diese Hülse, die beispielsweise aus Messing oder aus Stahl bestehen kann und in der Fabrik montiert wird, widersetzt sich dem Fließen des Teils des Rohres 2 zwischen Hülse 10 und Hülse 7 bei der Ausdehnung des Rohres. Im übrigen sind die Merkmale nach dieser Variante die gleichen wie bei der Ausführungsform der

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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in den F i g. 4 und 5 dargestellt wonach die Hülse 7 durch eine Hülse 7' bei speziellerer Form ersetzt ist Diese Hülse 7' umfaßt einen Halteflansch 11, dessen Durchmesser größer als der Außendurchmesser der Hülse T ist sowie eine Innenbohrung 12 konischer Gestalt mit einem spitzen Winkel von etwa 4 bis 8°. Der Eingangsdurchmesser zur Innenbohrung 12 auf der Seite des Flansches 11 kann geringfügig größer als der Außendurchmesser des Rohres, beispielsweise um 0,5 bis 1,0 mm sein. Im übrigen weist diese Hülse T Merkmale analog denen der Hülse 7 der F i g. 2 auf.

Das nach dieser Ausführungsform verwirklichte Prinzip der Verbindung unterscheidet sich geringfügig von dem der oben beschriebenen Vorrichtung in dem Sinne, daß die Spannung oder Pressung progressiv und nicht konstant über die gesamte Länge des Loches in der Wand ist. So wird das Rohr 2 in der Hülse T mit geringem Spiel auf der Seite des Flansches 11 mit einer Spannung am anderen Ende gehalten, die größer als im Falle der ersten Ausführungsform ist.

Die Montage ist gleich und auch einfach dank Einsatz eines flüchtigen oder diffundierenden Schmiermittels; die Verbindung weist die gleichen Eigenschaften auf. Nach dieser Variante kann das evtl. Fließen in der Wärme möglicherweise wie nach dem Ausführungsbeispiel der Fig.3 durch Einführen einer metallischen Hülse geringer Dicke in das Rohr 2 vermieden werden.

Schließlich kann man auch einen Flansch 11 für den Fall der Hülse 7 mit zylindrischer Bohrung nach dem F i g. 2 und 3 vorsehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum dichten Befestigen von Rohren eines Rohrbündels in einem Rohrboden, welcher eine Kammer zur Aufnahme eines Druckmittels begrenzt, bei welcher zur Aufnahme der Rohre jeweils eine Hülse aus einem elastischen Material in einer öffnung des Rohres fest und abdichtend angeordnet ist, welche den Endabschnitt des zylindrischen Rohres umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Hülse (7, T) größer als die Dicke des Rohrbodens (3) ist und die Hülse beidseits des Rohrbodens mit einem umlaufenden Halteflansch (8) versehen ist, und daß der Durchmesser der äußeren zylindrischen Mantelfläche der Hülse (7, T) etw£S größer als der gleichfalls zylindrische Rand der öffnung (6) sowie der Außendurchmesser des Rohres (2) etwas größer als der Durchmesser der Innenbohrung der Hülse ist, derart, daß die Huise (J, T) mit Preßsitz in der öffnung (6) sitzt und das Rohr (2) mit Preßsitz aufnimmt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (7') eine Innenbohrung (12) konischer Form aufweist, deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Rohres (2) an einem ihrer Enden zum Einführen des Rohres ist und deren Durchmesser am anderen Ende kleiner als der Durchmesser des Rohres ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der auf der Seite der Hülse (7') vorgesehenen Halteflansche (8), der zum Einführen des Rohres (2) bestimmt ist, durch einen Flansch (11) von einem Durchmesser gebildet ist, der größer als der Außendurchmesser der Hülse (7') ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (7; T) mit einem Haftmittel oder einem Klebstoff in der Bohrung (6) befestigt ist

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine metallische Hülse (10) geringer Dicke im Inneren des Rohres (2) am Ort der Hülse (7; 7').

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