EP0372187B1 - Wärmetauscher mit Wasserkastenklemmverbindung - Google Patents

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EP0372187B1
EP0372187B1 EP89118465A EP89118465A EP0372187B1 EP 0372187 B1 EP0372187 B1 EP 0372187B1 EP 89118465 A EP89118465 A EP 89118465A EP 89118465 A EP89118465 A EP 89118465A EP 0372187 B1 EP0372187 B1 EP 0372187B1
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heat exchanger
water tank
deformed
plastic water
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Behr GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0224—Header boxes formed by sealing end plates into covers
    • F28F9/0226—Header boxes formed by sealing end plates into covers with resilient gaskets

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger with a clamp connection between a plastic water tank provided with at least one flange and a tube sheet bearing a deformable edge area, between which an elastic seal is held under prestress, the deformable edge area running parallel to the flange outer contour before it is deformed and after being deformed
  • Production of the clamp connection via the flange of the plastic water tank has first partial areas deformed approximately in a wave shape and non-deformed further partial areas running approximately parallel to the flange outer contour, and the first partial areas deformed via the flange of the plastic water tank form positive connections, in which the lower edges of the deformed first partial areas bear against the contact surfaces of the flange under prestress and in which the deformable first partial areas are cut free to form the lower edges to facilitate the deformation.
  • Such a heat exchanger is known from DE-A-28 52 408.
  • a closing tool is placed on the top of the plastic water tank and depressed to pretension the seal.
  • the tool acts offset against the sealing surfaces of the flange, so that the closing forces have to be deflected.
  • the bending moments that occur result in undesired flange deformation, which results in the risk of edge damage and leakage. Overuse of material can cause permanent deformation in the plastic water tank.
  • the object of the present invention is to improve a clamp connection of the type mentioned at the outset in such a way that a secure, tight closure is made possible without the risk of excessive material stress and undesirable deformation of the plastic water tank.
  • the invention provides that the Top of the flange of the plastic water tank has several elevations in the area of the non-deformed partial areas of the U-shaped outer edge, the elevations of which protrude beyond the outer edge of the tube sheet, the upper side of which serve as tool attachment surfaces for prestressing the seal and that these tool attachment surfaces are arranged vertically above the seal.
  • the elevations of the wave contour of the outer edge of the tube sheet can have corresponding external surfaces, in a material-saving manner.
  • the offset can be provided particularly advantageously offset in height in the area of the seal in the region below the tool attachment surfaces and at a lower level in the region below the contact surfaces of the lower edges of the deformed partial regions.
  • a further reduction in the wall thickness of the plastic water tank while at the same time avoiding deformation under internal pressure can be made possible by the fact that on the inside of the plastic water tank in the area of the upper bends there are open receiving pockets for transverse tie rods with end bends.
  • these tie rods can have reinforcing ribs, for example in the form of a U cross section or T cross section.
  • the heat exchanger shown only in sections has a plastic water tank 1, which is connected to a tube sheet 2 in a liquid-tight and pressure-tight manner with the interposition of a seal 3.
  • the seal 3 itself is held in a U-shaped outer edge 6 of the metallic tube sheet 2 under tension by a flange 4 of the plastic water tank 1 to prevent lateral leakage.
  • the outer and upper part of the outer edge 6 alternately consists of deformed first partial areas 7 and non-deformed further partial areas 8.
  • the deformable edge area 5 of the outer edge 6 therefore has a wave shape, as can be seen in FIG. 2.
  • the deformable first section 7 of the tube sheet 2 must be cut free, for example in the form of elongated holes 10 forming lower edges 9.
  • the lower edges 9 of these elongated holes 10 are bent over contact surfaces 11 of the flange 4 when the connection is closed.
  • the flange 4 has the abutments 46 projecting upward protrusions 13, the upper sides of which run parallel to the sealing surface 15 of the flange 4 Have tool attachment surfaces 14.
  • a downwardly open receiving pocket 18 in the area below the Tool attachment surface 14 may be provided on the inside, in which an end bend 19 of a transverse tie rod 20 is inserted, as shown in FIG. 5.
  • the tie rod 20 itself has one or more reinforcing ribs 21 for reinforcement, for example in the form of a U or T cross section.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einer Klemmverbindung zwischen einem mit mindestens einem Flansch versehenen Kunststoffwasserkasten und einem einen verformbaren Randbereich tragenden Rohrboden, zwischen denen eine elastische Dichtung unter Vorspannung gehalten ist, wobei der verformbare Randbereich vor seiner Verformung parallel zur Flanschaußenkontur verläuft und nach seiner Verformung zur Herstellung der Klemmverbindung über den Flansch des Kunststoffwasserkasten etwa wellenförmig verformte erste Teilbereiche und nicht verformte etwa parallel zur Flanschaußenkontur verlaufende weitere Teilbereiche aufweist und dabei die über den Flansch des Kunststoffwasserkastens verformten ersten Teilbereiche die formschlüssige Verbindungen bilden, bei der die Unterkanten der verformten ersten Teilbereiche auf den Anlageflächen des Flanschs unter Vorspannung anliegen und bei der zur Erleichterung der Verformung die verformbaren ersten Teilbereiche die Unterkanten bildend freigeschnitten sind. Ein derartiger wärmetauscher ist aus der DE-A-28 52 408 bekannt. Zum Schließen wird bei dieser bekannten Klemmverbindung auf die Oberseite des Kunststoffwasserkastens ein Schließwerkzeug aufgesetzt und zur Vorspannung der Dichtung niedergedrückt. Gegenüber den Dichtflächen des Flanschs greift das Werkzeug versetzt an, so daß die Schließkräfte umgelenkt werden müssen. Durch die auftretenden Biegemomente erfolgt eine unerwünschte Flanschverformung mit der Folge der Gefahr von Randbeschädigungen und Undichtheit. Durch Werkstoffüberbeanspruchung können im Kunststoffwasserkasten bleibende Verformungen entstehen.
  • Aus der EP 0169632 A1 ist es bekannt, die Vorspannkräfte eines Flansches auf die Dichtfläche direkt ohne Biegemomente zu übertragen.
  • In Vermeidung der geschilderten Nachteile liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Klemmverbindung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß ein sicheres dichtes Verschließen ohne Gefahr der Werkstoffüberbeanspruchung und unerwünschter Verformung des Kunststoffwasserkastens ermöglicht wird.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Oberseite des Flanschs des Kunststoffwasserkastens mehrere den Außenrand des Rohrbodens überragende Erhöhungen im Bereich der nicht verformten Teilbereiche des U-förmigen Außenrands aufweist, deren Oberseite als Werkzeugansatzflächen zum Vorspannen der Dichtung dienen und daß diese Werkzeugansatzflächen senkrecht über der Dichtung angeordnet sind.
  • Durch die senkrechte Anordnung der Werkzeugansatzflächen über der Dichtung erfolgt eine direkte Übertragung der Vorspannkräfte ohne auftretende Biegemomente, so daß die Dichtfläche des Flanschs während und auch nach der Herstellung der Klemmverbindung nicht verformt wird und stets eben bleibt.
  • Materialsparend können die Erhöhungen der Wellenkontur des Außenrands des Rohrbodens bei geschlossener Verbindung etwa entsprechende Außenflächen aufweisen.
  • Eine wesentliche Versteifung des Kunststoffwasserkastens bei gleichzeitig optimaler, möglichst konstanter Wanddickenausbildung und Materialeinsparung kann dadurch erreicht werden, daß die Wandung im Bereich des Flanschs und der Erhöhung eine Abkröpfung aufweist. Durch die spritzgerechte Konstruktion mit geringem Verzug des Wasserkastens, weil sich das Material nach dem Spritzvorgang gleichmäßig abkühlt - smoit wird das sog. Einfallen (Verzug) des Wasserkastens verhindert. Im Bereich dieser Abkröpfung kann der Flansch dann mit Abstand über seiner Dichtfläche einen Wellenquerschnitt haben. Die Abkröpfung kann besonders vorteilhaft im Dichtungsumfang höhenversetzt im Bereich unterhalb der Werkzeugansatzflächen und tieferliegend im Bereich unterhalb der Anlageflächen der Unterkanten der verformten Teilbereiche vorgesehen sein.
  • Eine weitere Herabsetzung der Wanddicke des Kunststoffwasserkastens bei gleichzeitiger Vermeidung von Verformungen bei Innendruck kann dadurch ermöglicht werden, daß auf der Innenseite des Kunststoffwasserkastens im Bereich der oberen Abkröpfungen nach unten offene Aufnahmetaschen für querverlaufende, Endabwinklungen aufweisende Zuganker vorgesehen sind. Zur Erhöhung der Stabilität können diese Zuganker Verstärkungsrippen aufweisen bspw. in Form eines U-Querschnitts oder T-Querschnitts.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
    • Figur 1 eine Teilschrägansicht eines Ausschnitts einer Klemmverbindung,
    • Figur 2 eine Teildraufsicht einer Klemmverbindung eines Wärmetauschers,
    • Figur 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,
    • Figur 4 einen Teilquerschnitt an der Stelle IV-IV in Fig. 2 und
    • Figur 5 einen weiteren Teilquerschnitt entlang der Linie V-V in Fig. 2 mit einer Zugankeranordnung.
  • Der nur ausschnittsweise dargestellte Wärmetauscher weist einen Kunststoffwasserkasten 1 auf, der flüssigkeits- und druckdicht mit einem Rohrboden 2 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 3 verbunden ist. Die Dichtung 3 selbst ist zur Verhinderung eines seitlichen Austretens in einem U-förmigen Außenrand 6 des metallischen Rohrbodens 2 unter Vorspannung durch einen Flansch 4 des Kunststoffwasserkastens 1 gehalten.
  • Der außen und oben liegende Teil des Außenrands 6 besteht abwechselnd aus verformten ersten Teilbereichen 7 und nicht verformten weiteren Teilbereichen 8. In geschlossenem Zustand der Klemmverbindung hat daher der verformbare Randbereich 5 des Außenrands 6, wie in Fig. 2 ersichtlich, eine Wellenform. Hierzu muß der verformbare erste Teilbereich 7 des Rohrbodens 2 freigeschnitten sein, bspw. in Form von Unterkanten 9 bildenden Langlöchern 10. Die Unterkanten 9 dieser Langlöcher 10 werden beim Schließen der Verbindung über Anlageflächen 11 des Flanschs 4 gebogen. Der Flansch 4 weist die Anlageflächen 46 nach oben überragende Erhöhungen 13 auf, deren zur Dichtfläche 15 des Flanschs 4 parallel verlaufende Oberseiten Werkzeugansatzflächen 14 haben. Diese Werkzeugansatzflächen 15 liegen genau über der Dichtfläche 15 des Flanschs 4, so daß beim Vorspannen der elastischen Dichtung 3 auf den Flansch 4 keine Biegemomente übertragen werden. Um hier von oben her eine freie Zugänglichkeit zu erhalten sind die Seitenwände 16 des Kunststoffwasserkastens 1 abgekröpft. Diese Abkröpfungen sind höhenversetzt, nämlich oben liegend im Bereich unterhalb der Werkzeugansatzflächen 14 und tiefer liegend im Bereich unterhalb der Anlageflächen 11 für die Unterkanten 9 der verformten Teilbereiche 7. Damit hat die Seitenwand 16 im Bereich der Erhöhungen 13 einen Wellenquerschnitt und erfährt so gleichzeitig eine wesentliche Versteifung bei gleichzeitiger Materialeinsparung und Verringerung des Konstruktionsgewichts. Durch die annähernd konstante Wanddickenausbildung ergibt sich eine spritzgerechte Konstruktion mit geringem Verzug des Kunststoff-Wasserkastens 1, weil das Material nach dem Spritzvorgang gleichmäßig abkühlt - ein sogenanntes "Einfallen verhindert, durch das nach innen gewölbte, konkave Längsseiten entstehen würden, die dann nicht mehr in die parallelen Nuten des Rohrbodens 2 passen. Durch die Werkzeugumsatzflächen 14 können für unterschiedliche Wasserkästen 1 die gleichen Schließwerkzeuge verwendet werden, was bei den bisherigen Schließverfahren mit geometrisch an den Wassekasten 1 angepaßten Schließglocken nicht möglich war. Um ein seitliches Ausweichen der Seitenwände 16 zu verhindern kann in der Abkröpfung 17 eine nach unten offene Aufnahmetasche 18 im Bereich unterhalb der Werkzeugansatzfläche 14 auf der Innenseite vorgesehen sein, in der eine Endabwinklung 19 eines querverlaufenden Zugankers 20 eingesetzt ist, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Der Zuganker 20 selbst hat zur Versteifung eine oder mehrere Verstärkungsrippen 21, beispielsweise in Form eines U- oder T-Querschnitts.

Claims (8)

1. Wärmetauscher mit einer Klemmverbindung zwischen einem mit mindestens einem Flansch (4) versehenen Kunststoffwasserkasten (1) und einem einen verformbaren Randbereich (5) tragenden Rohrboden (2), zwischen denen eine elastische Dichtung (3) unter Vorspannung gehalten ist, wobei der verformbare Randbereich (5) vor seiner Verformung etwa parallel zur Flanschaußenkontur verläuft und nach seiner Verformung zur Herstellung der Klemmverbindung über den Flansch (4) des Kunststoffwasserkastens (1) etwa wellenförmige verformte erste Teilbereiche (7) und nicht verformte etwa parallel zur Flanschaußenkontur verlaufende weitere Teilbereiche (8) aufweist und dabei die über den Flansch (4) des Kunststoffwasserkastens(1) verformten ersten Teilbereiche (7) die formschlüssige Verbindung bilden, bei der die Unterkanten (9) der verformten ersten Teilbereiche (7) auf der oder den Anlageflächen 11 des Flanschs (4) unter Vorspannung anliegen und bei der zur Erleichterung der Verformung die verformbaren ersten Teilbereiche (7) die Unterkanten (9) bildend freigeschnitten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite des Flanschs (4) mehrere den Außenrand (6) des Rohrbodens (2) überragende Erhöhungen (13) im Bereich der nicht verformten Teilbereiche (8) des U-förmigen Außenrands (6) aufweist, deren Oberseiten als Werkzeugansatzflächen (14) zum Vorspannen der Dichtung (3) dienen, und daß diese Werkzeugansatzflächen (14) senkrecht über der Dichtung (3) angeordnet sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (13) gewellte Außenflächen aufweist, die der Wellkontur des Außenrands (6) des Rohrbodens (2) bei geschlossener Klemmverbindung etwa angepaßt sind.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Kunststoffwasserkastens (1) im Bereich des Flanschs (4) mit seinen Erhöhungen (13) mindestens eine Abkröpfung aufweist.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (4) des Kunststoffwasserkastens (1) mit Abstand über seiner Dichtfläche (15) einen Wellenquerschnitt aufweist.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkröpfungen im Dichtungsumfang höhenversetzt oben liegend im Bereich unterhalb der Werkzeugansatzflächen (14) und tiefer liegend im Bereich unterhalb der Anlageflächen (11) der Unterkanten (9) der verformten Teilbereiche (7) vorgesehen sind (Fig. 3, 4).
6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite des Kunststoffwasserkastens (1) im Bereich der oberen Abkröpfungen nach unten offene Aufnahmetaschen (18) für querverlaufende, Endabwinklungen (19) aufweisende Zuganker (20) vorgesehen sind.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuganker (20) Verstärkungsrippen (21) aufweisen.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuganker (20) zur Bildung der Verstärkungsrippen (21) einen U-Querschnitt oder T-Querschnitt aufweisen.
EP89118465A 1988-12-09 1989-10-05 Wärmetauscher mit Wasserkastenklemmverbindung Expired - Lifetime EP0372187B1 (de)

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