DE3604194C2 - Stopfen für Wärmetauscherrohre oder -leitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stopfen zum dichtenden Ver­ schließen der Enden von Wärmetauscher-, Boiler- oder Kessel­ rohren mit einem zum Einsetzen in den Endabschnitt eines solcher Rohre bemessenen zylindrischen Gehäuseteils.

Bei der Konstruktion und Herstellung von Kesseln oder ähn­ lichen Wärmetauschereinrichtungen, wie sie bei der Energie­ erzeugung und in der chemischen Industrie verwendet werden, besteht Bedarf für eine Einrichtung, die zur Bildung einer Abdichtung für Rohre, Röhren und ähnliche Leitungen verwen­ det werden kann, in denen Dampf, Flüssigkeiten oder Gase unter Druck transportiert werden. Die Anforderungen an solche Einrichtungen bestehen u. a. in einem möglichst leich­ ten Einbau, niedrigen Erstellungskosten und der Fähigkeit, mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit über einen längeren Zeitraum hinweg eine sichere Abdichtung gegen eine Leckage des Dampfes, Wassers oder anderer Gase oder Fluide zu er­ halten. Eine der typischen Anforderungen an solche Rohre besteht darin, daß diese eine verhältnismäßig dünne Wandung haben, um einen optimalen Wärmeübergang in den Rohren zu erzielen. Dieser relativ dünne Wandungsaufbau führt zu dem zusätzlichen Erfordernis eines wirksamen Rohrstopfens. Eine solche Einrichtung darf nicht in die Rohrwandung einschnei­ den, -dringen oder in irgendeiner anderen Weise den Aufbau der Rohre schwächen, um eine Verschlechterung des Rohrwider­ standes gegen Schäden unter Druck zu vermeiden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen schnell und leicht in das Ende eines Rohres, üblicherweise innerhalb eines Wärmetauscher-Rohrbodens einsetzbaren Rohr­ stopfen zu schaffen, der eine wirksame, lecksichere Abdich­ tung ermöglicht, hohen Arbeitsdrücken sicher widersteht, eine Dichtung sowohl gegen Flüssigkeiten als auch Gase gewährleistet, das Rohr während oder nach dem Einbau nicht schwächt sowie eine verhältnismäßig geringe Anzahl einzelner Bauteile umfaßt, um die Herstellungs- und Lagehaltungskosten gering zu halten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Rohrstopfen der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß das Gehäuseteil eine Längsbohrung aufweist, die einen glatten Abschnitt und einen mit diesem in Verbindung stehenden, mit Gewinde versehenen Abschnitt umfaßt, daß auf dem Gehäuseteil eine exzentrische Verriegelungseinrichtung zum Verriegeln des eingesetzten Gehäuseteils gegen Drehung relativ zum Rohr angeordnet ist, und daß der Stopfen weiter ein Einsatzteil mit einem mit Gewinde versehenen Endabschnitt, der in dem mit Gewinde versehenen Abschnitt der Bohrung aufgenommen wird, und mit einem vergrößerten Abschnitt aufweist, der so angeordnet ist, daß er infolge einer Drehung des mit Gewinde versehenen Abschnitts des Einsatzteils in dem Bohrungsge­ windeabschnitt in den glatten Abschnitt der Bohrung hinein­ gezogen wird, wobei der vergrößerte Teil so bemessen ist, daß dadurch der glatte Abschnitt der Bohrung ausweitbar ist, um eine Dichtung zwischen dem Gehäuseteil und dem Rohr zu schaffen.

Ein solcher Stopfen kann leicht und schnell in die offenen Enden von Wärmetauscherrohren oder ähnlichen Leitungen eingesetzt werden und diese sicher abdichten. Er umfaßt ein hohles Gehäuseteil und ein Einsatzteil. Das Gehäuseteil hat einen zylindrischen Körper, dessen eines Ende eine große offene Bohrung hat, die von einer relativ dünnen Wandung umgeben ist, und eine relativ dazu kleinere Gewindebohrung, die mit der großen Bohrung in Verbindung steht. Wenn das Einsatzteil in die kleinere Bohrung eingeschraubt wird, greift ein an dem Einsatzteil ausgebildeter konischer Ab­ schnitt an dem Ende der größeren Bohrung an und weitet dieses aus, so daß es gegen das Wärmetauscherrohr zur Anlage gelangt und dadurch eine wirksame Dichtung bildet.

Das gegenüberliegende Ende des Gehäuseteils ist mit einer Exzentereinrichtung versehen, die dazu dient, eine Drehung des Gehäuseteils zu verhindern, wenn das Gehäuseteil in das Ende eines Wärmetauscherrohres eingesetzt wird. Die Exzen­ tereinrichtung umfaßt eine zylindrische Stütze, die von der Stirnfläche der Gehäuseanordnung vorspringt, und ein Ring­ teil, das drehbar und exzentrisch auf der Stütze gelagert ist. Die Anordnung kann ebenfalls eine Schraubenfeder um­ fassen, die auf dem Ringteil gelagert ist und dieses umgibt. Die Windungen der Feder sind so bemessen, daß sie im unbe­ lasteten Zustand geringfügig zu der Oberfläche des Rings beabstandet sind.

Im Einsatz wird zunächst das Einsatzteil von Hand in das Gehäuseteil eingeschraubt, wobei nur eine geringe Kraft aufgewendet wird, bis der konische Abschnitt des Einsatz­ teils gerade das offene Ende der großen Bohrung berührt. Das exzentrisch gelagerte Ringteil wird von Hand gedreht, bis das Ringteil sich in konzentrischer Anordnung mit dem Körper des Gehäuseteils befindet. Darauf wird die Schraubenfeder zusammengedrückt, und zwar ebenfalls von Hand, und der Rohr­ stopfen wird in das offene Ende eines Wärmetauscherrohrs eingeführt. Das freiliegende Ende des Einsatzteils wird unter Verwendung eines Schraubenschlüssels so in einer Rich­ tung gedreht, daß sich das Einsatzteil in das Gehäuseteil einschraubt. Zu diesem Zeitpunkt hat sich die Schraubenfeder ausgedehnt und liegt gegen die Innenseite des Wärmetauscher­ rohres an. Eine Drehung des Einsatzteils führt die Drehung des Gehäuseteils herbei und verursacht eine Drehung des exzentrisch gelagerten Ringteils. Eine weitere Drehung des Einsatzteils führt dazu, daß das Ringteil klemmend gegen die Schraubenfeder zur Anlage kommt und die Schraubenfeder dazu bringt, gegen die Innenfläche des Wärmetauscherrohres zur Anlage zu gelangen, wodurch eine weitere Drehung des Ge­ häuseteils verhindert wird. Bei vorgesetzter Drehung des Einsatzteils wird dieses weiter in das Gehäuseteil hinein­ geschraubt, und der konische Abschnitt des Einsatzteils weitet den Endabschnitt der großen Bohrung auf, so daß diese gegen die Innenfläche des Wärmetauscherrohrs zur Anlage kommt und dadurch eine wirksame Dichtung bildet.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen oder -möglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung des in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiels hervor. Es zeigt

Fig. 1 eine auseinandergezogene Darstellung eines Wärmetauscherrohrstopfens gemäß der Erfindung im teilweisen Schnitt,

Fig. 2 eine Endansicht des Gegenstandes der Fig. 1 mit entfernter Feder,

Fig. 3 eine Endansicht des Gegenstandes ähnlich Fig. 2 bei gedrehtem Ringteil, so daß es konzentrisch mit dem Körper des Gehäuseteils ist,

Fig. 4 einen Querschnitt des Gegenstandes der Fig. 1 in zusammengesetzter und in das Ende eines Kesselrohres eingesetzter Form und

Fig. 5 einen Querschnitt ähnlich Fig. 4, wobei der Gegenstand das Ende eines Kesselrohres dichtend verschließt.

In den Zeichnungen ist in Fig. 1 ein Abdichtungselement in Form eines Stopfens oder Stöpsels 10 gemäß der Erfindung für ein Kessel- oder Wärmetauscherrohr gezeigt. Dieser Stopfen 10 umfaßt ein hohles Gehäuseteil 12 und ein Einsatzteil 14. Das Gehäuseteil 12 hat einen zylindrischen Körper 16, dessen rückwärtiger Teil mit einer großen offenen Bohrung 18 ausge­ bildet ist. Die Bohrung 18 ist von einer relativ dünnen Wandung 20 umgeben, deren Endabschnitt 22 sich nach außen ausweiten läßt, um eine Dichtung für ein Boiler-, Kessel- oder Wärmetauscherrohr 24 herzustellen, wie dies in gestri­ chelter Linie 26 in Fig. 1 gezeigt ist, wenn das Einsatzteil 14 in das Gehäuseteil 12 eingeschraubt ist. Das Gehäuseteil 12 umfaßt weiter eine im Verhältnis engere innere, mit Ge­ winde versehene zylindrische Bohrung 28, die mit der größe­ ren Bohrung 18 in Verbindung steht.

An seinem Vorderende 30 ist das Gehäuseteil 12 mit einer Exzentereinrichtung 32 versehen, die dem festen Verriegeln des Gehäuseteils 12 in dem Rohr 24 dient, wie dies in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, so daß das Einsatzteil 14 in das Gehäuse­ teil 12 eingeschraubt werden kann. Die Exzentereinrichtung 32 umfaßt eine zylindrische Stütze 34 in Form eines Zapfens oder Ansatzes, die sich vom Vorderende 30 des Gehäuseteils 12 erstreckt, ein Ringteil 36, das exzentrisch auf der Stütze 34 gelagert und darauf drehbar ist, wie dies Fig. 2 und 3 zeigen, und eine Schraubenfeder 38, die das Ringteil 36 umgibt. Wie in Fig. 1 bis 3 gezeigt, ist die Stütze 34 relativ zur Längsachse des Gehäuseteils 12 exzentrisch angeordnet.

Das Ringteil 36 weist eine Bohrung 40 auf, die drehbar über die Stütze 34 paßt, während die Stirnseite des Ringteils einen abgeschrägten Abschnitt 44, z. B. in Form einer Fase, aufweist. Wie in Fig. 1 bis 3 gezeigt, ist die Bohrung 40 relativ zur Zylinderoberfläche 46 des Ringteils 36 exzen­ trisch angeordnet. Ein rückwärtiger Teil 48 des Ringteils 36 weist ein Sackloch 50 auf, in das ein Ankerteil oder ein abgebogener Endabschnitt 52 der Schraubenfeder 38 hinein­ ragt. Die erste Wicklung 54 der Feder 38 ist so bemessen, daß sie relativ eng über die Oberfläche 46 des Ringteils 36 paßt. Weitere Wicklungen der Feder 38, die in typischer Weise als Wicklungen 56 und 58 dargestellt sind, sind etwas zur Oberfläche 46 des Ringteils 36 beabstandet. Die Funktion der Feder 38 und des Ringteils 36 wird im folgenden in Ver­ bindung mit der Arbeitsweise des Wärmetauscherrohr-Stopfens 10 beschrieben.

Die Stütze 34 ist am Vorderende 30 des Gehäuseteils 12 ein­ stückig ausgebildet, und das Ende 60 der Stütze 34 weist eine Bohrung 62 auf. Die diese Bohrung 62 umgebende Wandung 64 ist verhältnismäßig dünn. Die Stütze 34 ist im Verhältnis zum Körper 16 des Gehäuseteils 12 exzentrisch angeordnet. Während der Herstellung des Wärmetauscherrohr-Stopfens 10 wird die Stütze 34 in die in dem Ringteil 36 ausgebildete Bohrung eingesetzt, und der Endabschnitt 66 der Wandung 64 wird nach außen aufgeweitet, wodurch das Ringteil 36 auf der Stütze 34 gehalten wird.

Das Einsatzteil 14 hat einen länglichen Körperabschnitt 68, der verjüngt bzw. konisch und mit Gewinde versehen ist. An seinem inneren Ende 70 weist das Einsatzteil 14 einen mit Gewinde versehenen Schaft 72 auf, der so bemessen ist, daß er in der mit Gewinde versehenen engeren Bohrung 28 des Gehäuseteils 12 aufgenommen werden kann. An seinem äußeren Ende 74 weist das Einsatzteil 14 einen zylindrischen Ab­ schnitt 76 und einen zentrisch angeordneten, einstückig gebildeten Nuß- oder Mutternabschnitt 78 auf. Letzter ist so bemessen, daß er von einem Schraubenschlüssel zum Einschrau­ ben des Einsatzteils 14 in das Gehäuseteil 12 umgriffen werden kann. Ebensogut kann man anstelle des vorspringenden Mutternabschnittes 78 im Ende des zylindrischen Abschnitts 76 eine hexagonale Ausnehmung zum Einsetzen eines Sechs­ kant-Stiftschlüssels oder eines ähnlichen Werkzeuges vor­ sehen. Das Einsatzteil 14 und das Gehäuseteil 12 sind jeweils einstückig ausgebildet, und das Einsatzteil 14, das Gehäuseteil 12 und das Ringteil 36 bestehen aus Stahl.

Bei seiner Verwendung wird das Einsatzteil 14 in das Ge­ häuseteil 12 eingesetzt, und der mit Gewinde versehene Schaft 72 wird in die Gewindebohrung 28 eingeschraubt, bis die Gewindeoberfläche des Körperteils 68 mit dem Eingang der großen Bohrung 18 in Berührung gelangt und das Einsatzteil 14 nicht mehr weiter von Hand gedreht werden kann. Das exzentrische Ringteil 36 wird relativ zur Stütze 34 von Hand gedreht, bis es konzentrisch mit dem Körper 16 des Gehäuse­ teils 12 ist, wie aus Fig. 3 erkennbar. In diesem Zustand ist der Wärmetauscherrohr-Stopfen 10 so bemessen, daß er in das Ende eines Wärmetauscherrohrs 24 in die in Fig. 4 gezeigte Lage eingesetzt werden kann. Die das Ringteil 36 umgebende Schraubenfeder 34 wird leicht zusammengedrückt und übt etwas Druck gegen die Innenfläche 80 des Wärmetauscher­ rohrs 24 aus.

Nunmehr wird der Mutternabschnitt 78 mit einem Schrauben­ schlüssel gedreht, wodurch das vom Ankerteil 52 der Schrau­ benfeder 38 erfaßte Ringteil 36 auf der Stütze 34 in die in Fig. 2 gezeigte exzentrische Position gedreht wird. Das Ringteil 36 drückt so die Federwicklungen 54, 56, 58 fest gegen die Innenfläche 80 des Wärmetauscherrohrs 24, so daß sich das Ringteil 36 nicht mehr auf der Stütze drehen kann und das Gehäuseteil 12 fest gegen Verdrehen in dem Wärme­ tauscherrohr 24 verriegelt ist.

Wenn der Mutternabschnitt 78 mit dem Schlüssel weitergedreht wird, dreht sich das Einsatzteil 14 in dem Gehäuseteil 12, wobei der Gewindeschaft 72 sich weiter in die enge Bohrung 28 hineinschraubt. Zur gleichen Zeit greift der Gewindeab­ schnitt 68 des Einsatzteils 14 an der Innenfläche 82 der großen Bohrung an, und beim Eintreten dieses sich ver­ größernden Durchmessers des kegligen Einsatzteils 14 in die große Bohrung 18 verformt er die umgebende dünne Wandung 20 des Gehäuseteils 12 nach außen, wobei dessen Durchmesser, wie in Fig. 1 und 5 gezeigt, vergrößert wird. Beim Ver­ größern des Durchmessers der dünnen Wandung 20 greift der ausgeweitete Endabschnitt 22 an der Innenfläche 80 des Wärmetauscherrohres 24 an und stellt damit eine wirksame Abdichtung her.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Stopfen 10 besonders zum Einsatz beim Abdichten von Wärmetauscherrohren geeignet ist, die sich durch einen Rohrboden erstrecken. Der Stopfen 10 wird dann in das Wärmetauscherrohr in der Tiefe des Rohr­ bodens eingesetzt. Da der starke Rohrboden das Ende des Rohres stützt und eng umgibt, werden irgendwelche zwischen dem Rohr und dem Rohrboden bestehenden Leckagen wirksam durch Ausweiten des Rohrstopfens 10 und eine entsprechende Ausweitung des Rohres 24 abgedichtet.

Unter gewissen Bedingungen ist es möglich, daß die Schrau­ benfeder 38 nicht unbedingt zum anfänglichen Verankern der Exzentereinrichtung 32 notwendig ist. Bei Wärmetauschern, bei denen die Rohre horizontal angeordnet sind, genügt oft das Gewicht der Exzentereinrichtung 32, um diese an Ort und Stelle zu verriegeln. Besonders dann, wenn der Körper der Exzentereinrichtung 32 und der benachbarte Abschnitt des Zylinderkörpers 16 gerändelt sind, üben diese Teile einen genügenden Widerstand gegen ein Verdrehen aus, um so dem zum Ausweiten des Stopfens ausgeübten Drehmoment zu widerstehen. Bei Wärmetauschern mit vertikal angeordneten Rohren ist jedoch die Schraubenfeder 38 oder eine ähnlich wirkende Einrichtung notwendig, um das exzentrische Teil gegen an­ fängliches Drehen festzuhalten.

Claims (12)

1. Stopfen zum dichtenden Verschließen der Enden von Wärme­ tauscher-, Boiler- oder Kesselrohren mit einem zum Ein­ setzen in den Endabschnitt eines solcher Rohre bemes­ senen zylindrischen Gehäuseteils, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuseteil (12) eine Längsbohrung aufweist, die einen glatten Abschnitt (18) und einen mit diesem in Verbindung stehenden, mit Ge­ winde versehenen Abschnitt (28) umfaßt, daß auf dem Gehäuseteil eine exzentrische Verriegelungseinrichtung (32) zum Verriegeln des eingesetzten Gehäuseteils gegen Drehung relativ zum Rohr (24) angeordnet ist, und daß der Stopfen weiter ein Einsatzteil (14) mit einem mit Gewinde versehenen Endabschnitt (70, 72), der in dem mit Gewinde versehenen Abschnitt (28) der Bohrung aufgenom­ men wird, und mit einem vergrößerten Abschnitt (68) aufweist, der so angeordnet ist, daß er infolge einer Drehung des mit Gewinde versehenen Abschnitts (72) des Einsatzteils (14) in dem Bohrungsgewindeabschnitt (28) in den glatten Abschnitt (18) der Bohrung hineingezogen wird, wobei der vergrößerte Teil so bemessen ist, daß dadurch der glatte Abschnitt (18) der Bohrung ausweitbar ist, um eine Dichtung zwischen dem Gehäuseteil und dem Rohr zu schaffen.

2. Stopfen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bohrung einen im Verhältnis kleineren Gewindeabschnitt (28) und einen im Verhältnis größeren glatten Abschnitt (18) umfaßt.

3. Stopfen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der glatte Bohrungsab­ schnitt (18) von einem relativ dünnwandigen Abschnitt (20) des Gehäuseteils (12) umgeben ist.

4. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzteil (14) an einem ersten Ende einen Gewindeschaft-Abschnitt (72) und in einem Zwischenbereich einen verjüngten Abschnitt (68) aufweist.

5. Stopfen nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der verjüngte Abschnitt (68) des Einsatzteils (14) einen Abschnitt mit einem gegenüber dem Durchmesser des glatten Abschnitts (18) der Bohrung geringeren Durchmesser und einen Abschnitt mit einem gegenüber dem Durchmesser des glatten Bohrungsabschnitts (18) größeren Durchmesser umfaßt.

6. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzteil (14) ein zweites Ende (74) mit daran angeordneten Angriffs­ mitteln (78) aufweist.

7. Stopfen nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Angriffsmittel als integral ausgebildeter Muttern- oder Nußabschnitt (78) vorgesehen sind.

8. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentereinrich­ tung (32) einen an einem der Bohrung (18, 28) gegenüber­ liegenden Ende des Gehäuseteils (12) ausgebildeten Stützabschnitt (34) und ein exzentrisches Ringteil (36) umfaßt, das auf dem Stützabschnitt drehbar angeordnet ist.

9. Stopfen nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stützabschnitt (34) relativ zur Längsachse des Gehäuseteils (12) exzentrisch ange­ ordnet ist.

10. Stopfen nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf dem exzentrischen Ringteil (36) gelagerte Federmittel (38) vorgesehen sind.

11. Stopfen nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Federmittel als Schrauben­ feder (38) vorgesehen sind, die eine Mehrzahl von das exzentrische Ringteil (36) umgebenden Wicklungen (54, 56, 58) aufweist.

12. Stopfen nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wicklungen (56, 58) etwas zu dem exzentrischen Ringteil (36) beabstandet sind.