DE4000823A1 - End connector for heat exchanger tube - consists of ring fitting into expanded end of tube, clamping its outer surface against tube-plate - Google Patents

End connector for heat exchanger tube - consists of ring fitting into expanded end of tube, clamping its outer surface against tube-plate

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Abstract

The heat exchanger has a tube base and connection sockets, to which the tubes are frictionally connected. The end of the tube (2) is expanded, and fastened in a bore (1 ') of the tube base (1). A ring fitting is used, which has a connection spigot (7) with a central bore (11) engaging frictionally inside the tube and a flange (5), which is connected fluid and gas-tight to the tube base. The connection element has a ring-shaped recess (9), facing the tube base. USE - Fluid-tight connection of heat-exchanger tubes to tube plate.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a heat exchanger according to the preamble of claim 1.

Es ist bekannt, die Rohre durch eine reibschlüssige Verbindung mit dem Anschlußkasten zu verbinden.It is known to use a frictional connection to the pipes Connection to connect to the junction box.

Die bekannten Ausführungen haben den Nachteil, daß sie teils verfahrenstechnisch und herstellungsmäßig aufwendig sind und teils die optimale maßliche Anpassung der unterschiedlichen Materialien im Verbindungsbereich Rohr-Rohrboden nicht möglich ist. Dadurch können je nach Ausführung nur relativ dickwandige Präzisions-Rundrohre mit sorgfältig entgrateten Enden und riefenfreier Oberfläche oder nur bestimmte Materialkombinationen verarbeitet werden. Haft- und Dichtelemente wie Klebstoffe und Gummi haben den Nachteil, daß sie bei Temperatur- und Temperaturwechselbeanspruchung und chemischer Beanspruchung unzuverlässig sind. Ein weiterer Nachteil bei fest mit dem Rohrboden verbundenen Verbindungsanordnungen ist, daß alle Rohre zusammen eingepreßt werden müssen. Bei feingliedrigen und mit vielen Rohren bestückten Wärmetauscherblöcken ergeben sich erhebliche Preßkräfte, die im Widerspruch zu den dünnen Rohren stehen.The known designs have the disadvantage that they partly complex in terms of process technology and production are and partly the optimal dimensional adjustment of the different Materials in the tube-tube plate connection area not possible. This can, depending on the version only relatively thick-walled precision round tubes with care deburred ends and groove-free surface or just certain material combinations are processed. Detention and sealing elements such as adhesives and rubber have the disadvantage that they are exposed to temperature and temperature changes and chemical stress are unreliable. Another disadvantage of being firmly connected to the tube sheet Connection arrangements is that all pipes are together must be pressed in. With delicate and with many tubes equipped with heat exchanger blocks result considerable pressing forces that contradict the thin Pipes stand.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art derart weiter zu bilden, daß die Rohre unter Vermeidung teuerer Verfahren mit dem Rohrboden aus Kunststoff gasdicht verbunden werden, ohne daß zusätzliche Haft- und Dichtelemente benötigt werden.The object of the invention is therefore a heat exchanger of the type mentioned in such a way that  the pipes with the avoidance of expensive procedures Pipe base made of plastic can be connected gastight without that additional adhesive and sealing elements are required.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the characterizing Part of claim 1 specified features solved.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines getrennten Verbindungselements kann ein hoher radialer Anpreßdruck erzeugt werden, der nur durch die Werkstoffeigenschaften begrenzt ist. Die Verbindung wird dabei in drei Schritten erzeugt, wodurch sich geringe Längskräfte auf die dünnen Rohre ergeben. Von Vorteil ist auch, daß bei vielen Rohren pro Wärmetauscher jedes Rohr einzeln oder in kleinen Gruppen verbunden werden kann. Der Verbindungsvorgang ist so besser beherrschbar und kontrollierbar und auch variabler in der Herstellung.By using a separate according to the invention Connecting element can have a high radial contact pressure are generated by the material properties only is limited. The connection is made in three steps generated, whereby small longitudinal forces on the thin Tubes result. Another advantage is that with many pipes each tube individually or in small tubes per heat exchanger Groups can be connected. The connection process is so more manageable and controllable and also more variable in production.

Die Herstellung der Einzelteile als auch der Zusammenbau wird wirtschaftlich günstiger, die Eigenschaften der Rohrverbindung werden verbessert und es ist möglich, beliebige Rohrformen und Werkstoffkombinationen zu verwenden, um Wirkungsgrad, Raumbedarf und Kosten zu optimieren.The manufacture of the individual parts as well as the assembly the properties of the pipe connection becomes more economical are improved and it is possible to use any Pipe shapes and combinations of materials to use Optimize efficiency, space requirements and costs.

Der Flansch des Verbindungselements muß mit dem Rohrboden beständig und dicht verbunden werden. Dies geschieht am einfachsten dadurch, daß eine ringförmige Nut-Federverbindung vorgesehen ist, die beim Einpressen des Verbindungselements gefügt wird. Bei Beachtung der maximalen Randfaserdehnung der verwendeten Kunststoffe ergibt sich eine einwandfrei dichte Verbindung.The flange of the connecting element must match the tube sheet be permanently and tightly connected. This happens on simplest in that an annular tongue and groove connection is provided when pressing the connecting element is added. If the maximum edge fiber stretch is observed the plastics used result in a impeccably tight connection.

Bei engen Platzverhältnissen, die einen möglichst schmalen Flansch erfordern, kann auch das Ultraschall-Schweißverfahren angewandt werden. Durch die besonderen Bedingungen bei diesem Verfahren ist von großem Vorteil, daß die Verbindungselemente einzeln oder in entsprechenden Gruppen verarbeitet werden können.In tight spaces that narrow you as much as possible The ultrasonic welding process can also require flange be applied. Because of the special conditions  With this method it is of great advantage that the Fasteners individually or in corresponding Groups can be processed.

Die ringförmige Aussparung des Verbindungselements gemäß Unteranspruch erfüllt zwei Aufgaben. Sie nimmt das unter Umständen gratige Rohr auf und unterbricht eine sich bildende Kapillare.The annular recess of the connecting element according to subclaim fulfills two tasks. she takes the possibly burr pipe opens and breaks a capillary that forms.

Die Erfindung bietet außerdem die wesentlichen Vorteile, daß Maßtoleranzen und Koaxialitätsfehler gezogener Rohre in weiten Bereichen ausgeglichen werden. Dadurch kann billigeres Halbzeug verwendet werden. Auch die Weiterverarbeitung des Halbzeugs zu Rohrstücken wird weniger aufwendig, da eine Gratbildung an der Trennkante toleriert werden kann.The invention also offers the essential advantages that dimensional tolerances and coaxiality errors of drawn tubes be compensated in wide areas. This can cheaper semi-finished products can be used. Further processing too the semi-finished product to pipe pieces is less expensive, because burr formation on the separating edge is tolerated can be.

Ebenfalls vereinfacht wird die Herstellung des Rohrbodens als Kunststoffteil, da kein hochgenauer, empfindlicher Ringspalt erforderlich ist. Durch das dreistufige Verbindungsverfahren spielt die Längssteifigkeit der Rohre kaum eine Rolle wie bei dem bekannten Ringspaltverfahren, so daß die Wanddicke der Rohre nur den physikalischen und betrieblichen Anforderungen angepaßt werden muß. Dies bedeutet in der Regel eine Verminderung der Wanddicke des Wärmetauscherrohres und damit weniger Materialeinsatz und Gewicht.The manufacture of the tube sheet is also simplified as a plastic part, since it is not a highly precise, sensitive part Annular gap is required. Thanks to the three-stage connection process the longitudinal stiffness of the pipes hardly plays a role a role as in the known annular gap process, so that the wall thickness of the pipes is only physical and operational requirements must be adjusted. This usually means a reduction in the wall thickness of the Heat exchanger tube and thus less material and Weight.

Vermieden wird auch die Gefahr einer Längsriefenbildung wie beim Einpressen des Rohres in einen engen Ringspalt. Dadurch sinkt die Ausschußquote bei Wärmetauschern, die eine Vielzahl von Rohrverbindungen haben. Der Verzicht auf zusätzliche Haft- und Dichtelemente erhöht die Sicherheit und Langzeitstabilität der Dichtheit sowie die Chemikalienbeständigkeit der Verbindung. Schließlich ermöglicht die vorgeschlagene Lösung durch eine geeignete Materialpaarung und Maßgestaltung eine an den physikalisch gegebenen Parametern und den konstruktiven Randbedingungen ausgerichtete, optimierte Verbindung. Die Verwendbarkeit nahezu beliebiger Rohrformen ermöglicht darüber hinaus eine am Wirkungsgrad orientierte Gestaltung des Wärmetauschers. Durch die vorgeschlagene Lösung ergibt sich eine positive Rückkopplung zwischen Innendruck und Dichtheit, so daß sich gerade bei hohen Innendrucken eine ausgezeichnete Dichtheit der Verbindung ergibt.The risk of longitudinal scoring is also avoided as when pressing the pipe into a narrow annular gap. This reduces the reject rate for heat exchangers have a variety of pipe connections. The waiver security is increased by additional adhesive and sealing elements and long-term stability of the tightness as well as the chemical resistance the connection. Finally allows the proposed solution through a suitable material pairing and dimensioning one to the physically given  Parameters and the constructive boundary conditions aligned, optimized connection. The usability almost any shape of tube enables in addition, a design based on efficiency of the heat exchanger. With the proposed solution there is a positive feedback between internal pressure and tightness, so that especially at high internal pressures excellent tightness of the connection results.

Eine weitere Ausgestaltung des Verbindungselements, insbesondere für Flach- bzw. Ovalrohre, hat gewölbeförmige Aussteifungen, die sich mit Zwischenstegen gegenseitig abstützen.Another embodiment of the connecting element, especially for flat or oval tubes, has vaulted ones Bracing each other with intermediate webs support.

In den sich so ergebenden runden Durchgangsbohrungen befinden sich Leitelemente, die so ausgebildet sind, daß sie dem strömenden Medium einen Drall in frei wählbarem Drehsinn geben. Je nach den gegebenen Strömungsverhältnissen kann der benachbarte Kanal gleich- oder gegensinnig drehen. Die gegensinnige Drehung erzeugt stabile, zahnradartig ablaufende Strömungswalzen in langen Rohren. Die gleichsinnige Drehung ergibt eine gute Turbulenz in kurzen Rohren. Zur Verstärkung dieses Effektes können die Durchgangsbohrungen düsenförmig gestaltet werden.In the round through holes that result there are guide elements that are designed so that they twist the flowing medium in freely selectable Give direction of rotation. Depending on the current flow conditions can the adjacent channel in the same or opposite directions rotate. The opposite rotation creates stable, flow rollers running in a gear-like manner in long tubes. The rotation in the same direction results in good turbulence in short tubes. To reinforce this effect, the Through holes can be designed nozzle-shaped.

Werden mehrere Rohre mit einem Rohrboden verbunden, so ist es vorteilhaft, wenn die vielen Verbindungselemente mit zum Toleranzausgleich dehnbaren Zwischenstegen zu einem Formteil verbunden werden. Herstellung und Handhabung werden dadurch entscheidend vereinfacht, ohne daß der Vorteil der einzelnen Verpressung verloren geht.If several tubes are connected to a tube sheet, see above it is beneficial if the many fasteners with stretchable intermediate webs for tolerance compensation be connected to a molded part. Manufacturing and handling are significantly simplified without the advantage of the individual pressing is lost.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.The following are exemplary embodiments of the invention described in more detail with reference to the drawings.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 Längsschnitt durch eine fertige Rohrverbindung Fig. 1 longitudinal section through a finished pipe connection

Fig. 2 Verbindungselement für Flachrohre, von oben Fig. 2 connecting element for flat tubes, from above

Fig. 3 Schnitt nach Linie I-I in Fig. 2 Fig. 3 section along line II in Fig. 2

Fig. 4 Miteinander verbundene Verbindungselemente, von oben Fig. 4 interconnected connecting elements, from above

Fig. 1 zeigt eine fertige Rohrverbindung mit dem Rohrboden 1 aus Kunststoff, Rohr 2 aus Metall mit dem ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Verbindungselement 3. Durch einen nicht dargestellten Ziehstempel wurde das Rohr 2 in einer Bohrung 1′ des Rohrbodens 1 reibschlüssig aufgeweitet und gleichzeitig das Rohrende 4 aufgebördelt. Fig. 1 shows a finished pipe joint with the tube sheet 1 of plastic, pipe 2 made of metal with the existing also made of plastic connecting element 3. By a punch, not shown, the tube 2 was frictionally expanded in a bore 1 'of the tube sheet 1 and at the same time the tube end 4 flared.

Der Anschlußstutzen 7 des Verbindungselements 3 ist in das Rohr 2 eingepreßt, wobei das trichterförmige Rohrende 4 das Einpressen erleichtert.The connecting piece 7 of the connecting element 3 is pressed into the tube 2 , the funnel-shaped tube end 4 facilitating the pressing.

Das Verbindungselement 3 weist außerdem einen Flansch 5 auf, der durch eine Nut-Federverbindung 6 flüssigkeits- und gasdicht mit dem Rohrboden 1 verbunden ist.The connecting element 3 also has a flange 5 which is connected to the tube sheet 1 in a liquid-tight and gas-tight manner by means of a tongue and groove connection 6 .

Zwischen Flansch 5 und Anschlußstutzen 7 ist eine ringförmige Aussparung 9 vorgesehen, in der das Rohrende 4 Platz hat und die gleichzeitig eine sich bildende Kapillare unterbricht, was besonders bei niedrigen Innendrucken oder bei Unterdruck vorteilhaft ist. Bei hohen Innendrucken verstärkt sich die Abdichtung zwischen Anschlußstutzen 7 und Rohrinnenwand selbsttätig.An annular recess 9 is provided between the flange 5 and the connecting piece 7 , in which the tube end 4 has space and which at the same time interrupts a capillary which is formed, which is particularly advantageous in the case of low internal pressures or underpressure. At high internal pressures, the seal between the connecting piece 7 and the inner tube wall is reinforced automatically.

Anschlußstutzen 7 weist an seiner Stirnseite eine scharfe Kante 10 auf, die dadurch mit scharfem Abschluß an der Rohrwand anliegt. So ergibt sich keine Keilwirkung und kein Stau bei schnell fließendem Medium, das die Durchgangsbohrung 11 des Verbindungselements 3 durchströmt.Connection piece 7 has a sharp edge 10 on its end face, which thereby abuts the pipe wall with a sharp finish. There is thus no wedge effect and no jamming in the case of a rapidly flowing medium which flows through the through bore 11 of the connecting element 3 .

Fig. 2 und 3 zeigen eine weitere Ausführung eines Verbindungselements 12 für ein Flachrohr. Verbindungselement 12 wird durch gewölbeförmige Aussteifungen 13 verstärkt, die sich durch Versteifungsstege 14 gegenseitig abstützen. In den sich so ergebenden, runden Durchgangsbohrungen 15 sind Leitelemente 16 angeordnet, die so ausgebildet sind, daß sie dem strömenden Medium einen Drall in frei wählbarem Drehsinn geben (Siehe Pfeile 17). Fig. 2 and 3 show a further embodiment of a connecting element 12 for a flat tube. Connecting element 12 is reinforced by arch-shaped stiffeners 13 , which are mutually supported by stiffening webs 14 . In the resulting round through holes 15 guide elements 16 are arranged, which are designed so that they give the flowing medium a twist in a freely selectable direction of rotation (see arrows 17 ).

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei die Verbindungselemente 3 durch dehnbare Zwischenstege 18 zu einem Formteil verbunden sind. Fig. 4 shows a further embodiment of the invention, wherein the connecting elements 3 are connected by a stretchable intermediate webs 18 to form a molded part.

Claims (9)

1. Wärmetauscher mit Rohrboden und Anschlußstutzen, mit denen die Rohre reibschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) durch Erweiterung seines Endbereichs in einer Bohrung (1′) des Rohrbodens (1) reibschlüssig mit diesem verbunden ist und daß ein getrenntes Verbindungselement (3) mit mindestens einer Durchgangsbohrung (11) vorgesehen ist, dessen Anschlußstutzen (7) reibschlüssig in das Rohr (2) eingreift und dessen Flansch (5) flüssigkeits- und gasdicht mit dem Rohrboden (1) verbunden ist.1. Heat exchanger with tube sheet and connecting piece, with which the tubes are frictionally connected, characterized in that the tube ( 2 ) by widening its end region in a bore ( 1 ' ) of the tube sheet ( 1 ) is frictionally connected to this and that a separate Connecting element ( 3 ) with at least one through hole ( 11 ) is provided, the connecting piece ( 7 ) engages frictionally in the tube ( 2 ) and the flange ( 5 ) is connected to the tube sheet ( 1 ) in a liquid and gas-tight manner. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (3) zwischen Flansch (5) und Anschlußstutzen (7) eine gegen den Rohrboden (1) gerichtete, ringförmige Aussparung (9) aufweist.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the connecting element ( 3 ) between the flange ( 5 ) and connecting piece ( 7 ) has an annular recess ( 9 ) directed against the tube sheet ( 1 ). 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstutzen (7) an seiner Stirnseite eine scharfe Kante (10) aufweist.3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the connecting piece ( 7 ) has a sharp edge ( 10 ) on its end face. 4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) an seinem Ende (4) trichterförmig erweitert ist.4. Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tube ( 2 ) at its end ( 4 ) is expanded in a funnel shape. 5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Flansch (5) und Rohrboden (1) eine Nut-Federverbindung (6) vorgesehen ist.5. Heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that between the flange ( 5 ) and the tube sheet ( 1 ) a tongue and groove connection ( 6 ) is provided. 6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Durchgangsbohrung (11) ein Leitelement (16) angeordnet ist, das auf das Strömungsverhalten des strömenden Mediums einwirkt. 6. Heat exchanger according to one of claims 1 to 5, characterized in that a guide element ( 16 ) is arranged in the through bore ( 11 ), which acts on the flow behavior of the flowing medium. 7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (18) mehrere Durchgangsbohrungen (15) mit Leitelementen (16) aufweist, die so angeordnet sind, daß das strömende Medium in benachbarten Durchgangsbohrungen (15) in eine beliebige Drehung versetzt wird.7. Heat exchanger according to one of claims 1 to 6, characterized in that the connecting element ( 18 ) has a plurality of through holes ( 15 ) with guide elements ( 16 ) which are arranged so that the flowing medium in adjacent through holes ( 15 ) in any Rotation is offset. 8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (18) mit Zwischenstegen (19) miteinander verbunden sind.8. Heat exchanger according to one of claims 1 to 7, characterized in that the connecting elements ( 18 ) with intermediate webs ( 19 ) are interconnected. 9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstege (19) dehnbar ausgebildet sind.9. Heat exchanger according to claim 8, characterized in that the intermediate webs ( 19 ) are designed to be stretchable.
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