DE1867931U

DE1867931U - COUNTER- OR DC-FLOW HEAT EXCHANGER FOR THE EXCHANGE OF HEAT BETWEEN LIQUID AND GAS OR STEAM MEDIA.

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Publication number: DE1867931U
Application number: DEH43549U
Authority: DE
Original assignee: HARZER ACHSENWERKE K G SCHWEMA
Current assignee: HARZER ACHSENWERKE K G SCHWEMA
Priority date: 1962-12-21
Filing date: 1962-12-21
Publication date: 1963-02-28

Description

RA.033 090*16.1.63RA.033 090 * 1/16/63

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

DIPL-ING. FRITZ THIELEKE DR.-INQ. RUD. DORINQDIPL-ING. FRITZ THIELEKE DR.-INQ. RUD. DORINQ

BRAUNSCHWEIGBRAUNSCHWEIG

Harzer Achsenwerke K.G. Sehwemann & Althoff, Bornum (Harz)Harzer axis works K.G. Sehwemann & Althoff, Bornum (Harz)

über Hildesheimabout Hildesheim

"Gegen- oder Gleichstromwärmeaustauscher zum Austausch von Wärme zwischen flüssigen und gas- oder dampfförmigen Medien""Counterflow or cocurrent heat exchanger for exchanging heat between liquid and gaseous or vaporous media "

Die Neuerung bezieht sich auf einen Gegen- oder Gleichstromwärmeaustauscher zum Austausch von Wärme zwischen flüssigen und gas- oder dampfförmigen Medien, bestehend aus bloekartig zusammengesetzten imprägnierten Graphitplatten, welche unter Zwisehenanordnung von Dichtwerkstoffen zusammengepreßt sind und Durchlässe für die Wärmeaustauschmittel aufweisen.The innovation relates to a counterflow or cocurrent heat exchanger for the exchange of heat between liquid and gaseous or vaporous media, consisting of blocks composed of blocks impregnated graphite plates, which are pressed together with an interposition of sealing materials and have passages for the heat exchange means.

Bei Einrichtungen für den Austausch von Wärme zwischen flüssigen und gas- oder dampfförmigen Medien besteht das Problem, für die gas- oder dampfförmige Phase einerseits einen ausreichenden Querschnitt zur Verfügung zu haben, andererseits jedoch nicht groß, aber druckfest und kompakt zu bauen. Die bekannten Ausführungen für ausschließlich flüssige Medien vorgesehenen Austauscher werden zur Verwendung für Plussigkeit/Dampf im allgemeinen lediglich mit einem für den Dampf größeren Querschnitt der Führungskanäle ausgerüstet, so daß diesen Austauschern auch alle jene lachteile anhaften, welche bei den flussig-flüssig-Austauschern gegeben sind. Diese bestehen darin, daß bei einer bekannten Bauart für das eine Medium parallel zur LängsachseWith facilities for the exchange of heat between liquid and gaseous or vaporous media, the problem exists for gaseous or vapor phase on the one hand to have a sufficient cross-section available, on the other hand not large, but pressure-resistant and compact to build. The known designs for exchangers provided exclusively for liquid media are used for plush / steam in general only equipped with a larger cross-section of the guide channels for the steam, so that these exchangers too all those laughable parts stick to the liquid-liquid exchangers given are. These consist in the fact that in a known design for one medium parallel to the longitudinal axis

des Blockes liegende Bohrungen, für das andere Medium radial angeordnete Kanäle vorgesehen sind, wobei zur Erzielung einer mehrfachen Austausehwirkung das radial durch den Block geleitete Medium außerhalb des Blockes umgelenkt und einem anderen Blockabschnitt erneut zugeführt wird. Die dabei erforderlichen außerhalb des Blockes liegenden Umlenkeinrichtungen führen zu konstruktivem und wirtschaftlichem Aufwand und bedingen einen erheblichen Wärmeverlust sowie Druckabbau des Mediums.of the block lying holes, for the other medium radially arranged channels are provided, wherein to achieve a multiple exchange effect that directed radially through the block Medium is diverted outside the block and fed back to another block section. The necessary Deflection devices lying outside the block lead to constructive and economic effort and require a considerable loss of heat and pressure reduction in the medium.

Die weiterhin bekannten Austauscher mit übereinander liegenden Platten, bei denen das Medium jeweils durch benachbarte, zwischen den Platten in der Schichtungsebene gebildete Spalträume fließt, wobei die Spalträume so miteinander verbunden sind, daß jeweils die Spalte 1,3, 5 von dem einen und die Spalte 2, 4, 6 von dem anderen Medium durchflossen werden, haben den Nachteil, daß sie eine vielfache Umlenkung der Medien um 180 erfordern und daß sie benachbarte Spalten jeweils überbrückende Pührungseinrichtungen für die Medien aufweisen müssen.The well-known exchangers with plates lying one above the other, in which the medium is passed through adjacent, between Gaps formed in the slabs in the layering plane flow, the gaps being connected to one another in such a way that that in each case the column 1, 3, 5 of the one and the column 2, 4, 6 are traversed by the other medium, have the Disadvantage that they require multiple diversions of the media by 180 and that they each bridging adjacent columns Must have guiding devices for the media.

Aufgabe der feuerung ist es nun, abweichend von dem Bekannten einen Austauscher für Flussigkeit/G-as bzw. Dampf zu schaffen, der sich nicht nur durch vergrößerte Ausbildung des Querschnittes für die Dampf- oder Gasführung auszeichnet, sondern der auch zu einer wesentlichen Vermehrung der Oberfläche der den Dampf oder das G-as führenden Räume führt und der die nachteiligen Umlenkungen des Mediums um 180° vermeidet.It is now the task of the fire, unlike what is known to create an exchanger for liquid / gas or steam, which is not only characterized by an enlarged cross-section for the steam or gas flow, but also the also leads to a substantial increase in the surface area of the spaces carrying the steam or gas and the disadvantageous ones Avoids deflections of the medium by 180 °.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht neuerungsgemäß darin, daß der ^Block des eingangs genannten Austauschers eine in Achs-The solution to this problem is, according to the innovation, that the ^B lock of the exchanger mentioned at the beginning

richtung verlaufende, sich von Platte zu Platte abwechselnd erweiternde und verjüngende Ausnehmung mit radial hiervon ausgehenden Aussparungen für das dampf- oder gasförmige Medium aufweist und daß der Ausnehmung sowie den Aussparungen benachbarte und parallel zu ihren Begrenzungswänden geneigt angeordnete korrespondierende Bohrungen für das flüssige Medium vorgesehen sind.direction running, from plate to plate alternately widening and tapering recess with radially outgoing therefrom Has recesses for the vaporous or gaseous medium and that the recess and the recesses are adjacent and corresponding bores arranged inclined parallel to their boundary walls are provided for the liquid medium are.

Die trotz des einfachen Aufbaues aus gleichen Platten erzielten Querschnittsveränderungen bewirken eine ausreichende Verwirbelung des Gases oder Dampfes sowie auch der !Flüssigkeit, wodurch der Austausch begünstigt wird.The changes in cross-section achieved in spite of the simple construction from the same plates cause sufficient turbulence of the gas or vapor as well as the! liquid, whereby the Exchange is favored.

Der das Gas oder den Dampf führende Raum ist so bemessen, daß bei Verwendung von Dampf als Austauschmedium eine Kondensation in diesem Raum erfolgen kann.The space carrying the gas or steam is dimensioned so that condensation occurs when steam is used as the exchange medium can be done in this room.

Wird der Austauscher für !Flüssigkeit/Gas benutzt, so lassen sieh infolge seiner Gestaltung leicht Verdrängungskörper einbauen, welche nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der das Gas führenden zentralen Ausnehmung angepaßt sind und sieh auf den zwischen den Aussparungen liegenden Rippen abstützen.If the exchanger is used for! Liquid / gas, leave it alone see, due to its design, easily install displacement bodies, which, according to a further feature of the invention, are adapted to the central recess carrying the gas and look at support the ribs between the recesses.

Haben die Verdrängungskörper die Form von Doppelkegelstümpfen, die sich über die Höhe zweier Platten erstrecken, so wird die Ausrüstung des Austauschers mit den Verdrängungskörpern wesentlich vereinfacht, da hierdurch die Anzahl der erforderlichen Verdrängungskörper vermindert wird.If the displacement bodies have the shape of truncated double cones, which extend over the height of two plates, the equipping of the exchanger with the displacement bodies becomes essential simplified, since this reduces the number of displacement bodies required.

Die neuartige Gestaltung des Wärmeaustauschers läßt auch eineThe novel design of the heat exchanger also leaves one

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Regelung des durchfließenden flüssigen Mediums zu, wenn man erfindungsgemäß die Bohrungen für das flüssige Medium auf mehreren konzentrischen Kreisen mit unterschiedlichem Abstand der Bohrungen voneinander anordnet, so daß durch Drehungen der Platten gegeneinander um die Blockachse der wirksame Durchströmq.uerschnitt für die !Flüssigkeit veränderlieh ist.Regulation of the flowing liquid medium too, if one according to the invention the bores for the liquid medium on several concentric circles with different distances of the bores are arranged from one another, so that the effective flow cross-section is achieved by rotating the plates against one another around the block axis for which! fluid is mutable.

Mir Austauscher, welche ohne veränderliche Einstellung des Durchströmquerschnittes für die Flüssigkeit vorgesehen sind, empfiehlt es sich, die jeweils auf den konzentrischen Kreisen verteilten Bohrungen für das flüssige Medium in den Trennebenen benachbarter Platten durch umfängliche Rillen oder Ausnehmungen miteinander zu verbinden, da hierdurch ein Druckausgleich zwischen den einzelnen Durchströmöffnungen erzielt wird.With exchangers, which are provided for the liquid without changing the setting of the flow cross-section, it is advisable to use the holes for the liquid medium distributed on the concentric circles in the parting lines to connect adjacent plates by circumferential grooves or recesses, as this creates a pressure equalization between the individual flow openings is achieved.

Zur Verteilung des durchströmenden Mediums auf die zugehörigen Öffnungen oder Ausnehmungen dienen Endplatten, welche gemäß der Erfindung mit einer zentralen, dem Zu- bzw. Abführstutzen für das gas- oder dampfförmige Medium angepaßten Ausnehmung sowie mit Ringkanälen für das flüssige Gut ausgerüstet ist, die mit den Bohrungen benachbarter Platten und mit zugehörigen Ein- bzw. Austrittsstutzen mit dem flüssigen Medium verbunden sind.To distribute the medium flowing through to the associated Openings or recesses serve end plates, which according to the invention with a central, the inlet or outlet for the Gaseous or vaporous medium adapted recess and is equipped with annular channels for the liquid material with the Bores of adjacent plates and are connected to the associated inlet and outlet nozzle with the liquid medium.

Die Endplatten werden mit den übrigen Platten des Blockes durch auf den Endplatten aufliegende und diese verbindende, gefederte Zuganker so zusammengepreßt, daß im Rahmen der Federung eine Ausdehnung des Blockes möglich ist.The end plates are connected to the other plates of the block by spring-loaded ones resting on the end plates and connecting them The tie rods are pressed together in such a way that the block can expand under the suspension.

Weitere Einzelheiten der !Teuerung sind aus dem in der ZeichnungFurther details of the inflation are from the in the drawing

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wiedergegeben en Ausführungsbeispiel ersichtlich.reproduced embodiment can be seen.

Pig. 1 zeigt einen Mittellängsschnitt durch den Austauscher.Pig. 1 shows a central longitudinal section through the exchanger.

Fig. 2 gibt eine Teildraufsicht auf eine der Platten nach Fig. 1 wieder.FIG. 2 shows a partial plan view of one of the plates according to FIG. 1.

Pig. 3 veranschaulicht die veränderliche Einstellung des Durchströmquerschnittes für die Flüssigkeit.Pig. 3 illustrates the variable setting of the flow cross section for the liquid.

In Fig. 1 sind die einzelnen Platten des Wärmeaustauschers mit 1 bis 4 bezeichnet. Die Platten weisen eine zentrale Ausnehmung 5 auf, welche sich von der einen zur anderen Oberfläche der Platte hin in Schichtungsrichtung erweitert bzw. verjüngt. Yon der radialen Ausnehmung 5 aus erstrecken sich, wie insbes. aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, radiale Aussparungen 6, welche, in Schichtungsrichtung gesehen, ebenfalls geneigt verlaufen. Die einzelnen Platten 1 bis 4 sind gleichartig ausgebildet und lediglich jeweils um 180° verschwenkt gestapelt, so daß sich die zentralen Ausnehmungen 5 in Form eines sich radial verjüngenden und wieder erweiternden Raumes aneinander anschließen. Um die Ausnehmungen 5 sind Bohrungen 7,8,9 angeordnet, welche gegen die Mittelachse des Blockes geneigt verlaufen, und zwar parallel zu den Begrenzungsflächen der Ausnehmungen 5. Während die Ausnehmungen 5 für die Aufnahme des dampf- oder gasförmigen Gutes dienen, sind die Bohrungen 7*8,9 für das durchströmende flüssige Medium vorgesehen. Die Bohrungen in den einzelnen Platten sind korrespondierend angeordnet, so daß die Flüssigkeit zick-zack-förmig durch den Block fließt und hierbei stets in unmittelbarer Hähe der Begrenzungswandungen der Ausnehmung 5In Fig. 1, the individual plates of the heat exchanger are with 1 to 4. The plates have a central recess 5 which extends from one surface of the plate to the other widened or tapered towards the direction of stratification. Yon the radial recess 5 extend, as in particular. From the 2 and 3, radial recesses 6, which, seen in the direction of lamination, also run inclined. the individual plates 1 to 4 are designed in the same way and are only stacked pivoted by 180 °, so that the central recesses 5 adjoin one another in the form of a radially tapering and expanding space. Bores 7, 8, 9 are arranged around the recesses 5 and are inclined with respect to the central axis of the block parallel to the boundary surfaces of the recesses 5. While the recesses 5 for receiving the vaporous or gaseous Serve good, the holes 7 * 8.9 are provided for the flowing liquid medium. The holes in each Plates are arranged in a corresponding manner so that the liquid flows through the block in a zigzag shape and always flows in the immediate height of the boundary walls of the recess 5

■bzw. der Aussparungen 6 mit den dazwischen liegenden Hippen 10 verlaufen, so daß eine eng benachbarte !ührung der austauschenden Medien erzielt wird.■ or. of the recesses 6 with the fins 10 in between run, so that a closely adjacent guide of the exchanging Media is achieved.

Wie die !ig. 2 und 3 erkennen lassen, sind die Bohrungen 7>8,9 so auf konzentrischen Kreisen verteilt angeordnet, daß die auf dem mittleren Kreis liegenden Bohrungen 8 doppelt so eng angeordnet sind wie die Bohrungen 7 und 9 auf ihren zugehörigen Kreisbahnen. Hierdurch erreicht man, wie !ig. 3 zeigt, daß bei Verdrehung benachbarter Platten um einen Winkel, welcher dem Abstand zweier Bohrungen 8 entspricht, die auf der Innen- und Außenkreisbahn liegenden Bohrungen 7 und 9 der Platten nicht mehr in Übereinstimmung kommen, während die Bohrungen 8 nach wie vor freie Durchtrittskanäle bilden. Auf diese Weise kann durch geringfügige Verdrehung der Platten gegeneinander um die Blockachse der Durchströmquerschnitt für die !lüssigkeit verändert werden. In der !ig. 3 sind zur Verdeutlichung der Einstellung der Bohrungen die Bohrungen 7»8,9 der einen Platte in ausgezogenen Linien wiedergegeben, während die Bohrungen der benachbarten Platte, welche nicht mit den entsprechenden Bohrungen der erstgenannten Platte korrespondieren, strichpunktiert angedeutet und mit 7^! und 9' bezeichnet sind.Like the! Ig. 2 and 3 can be seen, the holes 7> 8.9 are arranged distributed on concentric circles that the holes 8 lying on the central circle are arranged twice as closely as the holes 7 and 9 on their associated circular paths. In this way one achieves how! Ig. 3 shows that when adjacent plates are rotated by an angle which corresponds to the distance between two bores 8, the bores 7 and 9 of the plates on the inner and outer circular path no longer coincide, while the bores 8 still form free passage channels . In this way, the flow cross-section for the liquid can be changed by slightly rotating the plates relative to one another around the block axis. In the! Ig. 3 the holes 7 »8,9 of one plate are shown in solid lines to clarify the setting of the holes, while the holes in the adjacent plate, which do not correspond to the corresponding holes in the first-mentioned plate, are indicated by dash-dotted lines and with 7 ^! and 9 'are designated.

Aus der !ig. 1 ist weiterhin ersichtlich, daß die zentralen Ausnehmungen 5 der Platten 1 bis 4 Verdrängungskörper 11 aufnehmen, welche sich auf den Sippen 10 der Platten abstützen und die/in ihrer !orm der zentralen Ausnehmung 5 angepaßt sind. Die Verdrängungskörper 11 erstrecken sich jeweils über die Höhe zweier Platten und werden dann verwendet, wenn der AustauscherFrom the! Ig. 1 it can also be seen that the central recesses 5 of the plates 1 to 4 accommodate displacement bodies 11, which are supported on the ribs 10 of the plates and which are adapted in their form to the central recess 5. The displacement body 11 each extend over the height of two plates and are used when the exchanger

für die Wärmeübertragung von Gas auf flüssiges Medium benutzt wird. Man erreicht auf diese Weise, daß das Gas ausschließlich durch die Aussparungen 6 hindurchgeleitet wird, hierbei die Ringrippen 10 und damit die Wandungen der Bohrungen 7»8,9 besonders intensiv erwärmt, während bei Verwendung des Austauschers für Dampf nach Entnahme der Verdrängungskörper 11 ein ausreichender Kondensationsraum zur Verfügung steht.is used for the heat transfer from gas to liquid medium. In this way one achieves that the gas exclusively is passed through the recesses 6, here the annular ribs 10 and thus the walls of the bores 7 »8,9 heated particularly intensely, while when using the exchanger for steam after removal of the displacement body 11 a sufficient condensation space is available.

An die Platten 1 bis 4 schließen sieh beidseitig End- oder Verteilerplatten 12 an, welche mit Eingkanälen 13 sowie Verbind ungsbohrungen 14 und äußeren Eingkanälen 15 ausgerüstet sind. Die äußeren Eingkanäle stehen mit dem Ein- bzw. Austrittsstutzen 16,17 in offener Verbindung. An die zentralen Ausnehmungen 5 der Platten schließen sich über entsprechende weitere Ausnehmungen 18 in den Endplatten 12 die Ein- und Austrittsstutzen 19,20 für das gas- oder dampfförmige Medium an. Diese Stutzen 19,20 sind ebenso wie die Ein- und Austrittsstutzen 16,17 für die Flüssigkeit mit korrosionsbeständigem Werkstoff ausgekleidet und bilden Endflansche zum Anschluß entsprechender Zuleitungen.At the plates 1 to 4 see end or end on both sides Distribution plates 12, which are equipped with inlet channels 13 and connection bores 14 and outer inlet channels 15 are. The outer inlet channels are in open connection with the inlet and outlet connections 16, 17. The central recesses 5 of the plates are closed by further corresponding ones Recesses 18 in the end plates 12, the inlet and outlet nozzles 19, 20 for the gaseous or vaporous medium. These Nozzles 19, 20, like the inlet and outlet nozzles 16, 17 for the liquid, are lined with corrosion-resistant material and form end flanges for the connection of corresponding supply lines.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel fließt das dampf- oder gasförmige Medium in Eichtung der Pfeile 21 durch den Block hindurch, während das flüssige Medium in Eichtung der Pfeile zu- bzw. abströmt, so daß der Austauscher als Gegen stromaustauscher arbeitet. Es ist ohne weiteres möglich, statt im Gegenstrom die Medien auch im Gleichstrom durch den Austauscher hindurchzufuhren.In the illustrated embodiment, the vapor or gaseous medium flows in the direction of the arrows 21 through the block through it, while the liquid medium flows in and out in the direction of the arrows, so that the exchanger as a counter flow exchanger is working. It is easily possible, instead of the media in countercurrent, also in cocurrent through the exchanger to lead through.

Zusammengehalten wird der Block über Druckplatten 23, welche sich auf den Bndplatten 12 abstützen und die über Zuganker 24 verbunden sind. Die Zuganker 24 sind mit ledern 25 ausgerüstet, um Wärmeausdehnungen des Blockes zuzulassen. Die Platten 1 bis sind unter Zwischenanordnung von Dichtwerkstoffen aufeinander geschichtet.The block is held together by pressure plates 23, which are supported on the belt plates 12 and which are connected via tie rods 24. The tie rods 24 are equipped with leather 25, to allow thermal expansion of the block. The plates 1 to are with the interposition of sealing materials on top of one another layered.

Wenn keine Veränderung des Durchströmquerschnittes durch gegenseitige Verdrehung der Platten 1 bis 4 erforderlich ist, empfiehlt es sich, in Höhe der Irennebene zwischen den Platten die auf den jeweiligen radialen Kreisen angeordneten Bohrungen 7 bzw. 8 und 9 durch umfängliche Rillen miteinander zu verbinden, so daß ein Druckausgleich und damit eine gleichmäßige Beaufschlagung der Bohrungen auftritt.If there is no change in the flow cross-section due to mutual If the plates 1 to 4 need to be rotated, it is advisable to place them at the level of the plane between the plates respective radial circles arranged bores 7 or 8 and 9 to connect to each other by circumferential grooves, so that a Pressure equalization and thus a uniform application of the Drilling occurs.

TJm die Zuführung der flüssigkeit zu den Bohrungen 7,8,9 mit gleichem Druck vorzunehmen, sind die Bohrungen 14 in den Endplatten unterschiedlich ausgebildet, und zwar sind die im Bereich der Ein- und Austrittsstutzen liegenden Bohrungen in ihrem Durchmesser geringer gehalten als die weit von den Stutzen entfernt liegenden Bohrungen, damit eine gleichmäßige Beschickung aller Durchtrittsöffnungen 7,8,9 und damit ein möglichst günstiger Wärmeaustausch erzielt wird.TJm the supply of the liquid to the holes 7,8,9 with Make the same pressure, the bores 14 in the end plates are designed differently, namely the ones in the In the area of the inlet and outlet nozzles, the bores are kept smaller in diameter than those far from the nozzles distant holes, so that a uniform loading of all through openings 7, 8, 9 and thus the cheapest possible Heat exchange is achieved.

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Claims

RA. O 33 090 * 1/16/63 so protection claims

1. Counterflow or cocurrent heat exchanger for exchanging heat between liquid and gaseous or vaporous media, consisting of impregnated graphite plates assembled in blocks, which are pressed together with the interposition of sealing materials and have passages for the heat exchange media, characterized in that the block is an axially extending from plate to plate alternately widening and tapering recess (5) with radially outgoing recesses (6) for the steam or has gaseous medium and that the recess and the recesses adjacent and parallel to their boundary walls Corresponding bores (7 »8.9) arranged at an incline for the liquid medium are provided.

2. Exchanger according to claim 1, characterized in that that the central recess (5) is used to receive its adapted displacement body (11), which is on Support the ribs (10) between the recesses.

3. Exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that that the displacement body (11) each extend over the height of two plates.

4. Exchanger according to one of the preceding claims, d adurch characterized that the holes μ »8.9) for the liquid medium on several concentric Circles with different distances between the holes

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RA. 033 090 * 16. t. SJ

are arranged so that by rotating the plates against each other about the block axis, the effective flow cross-section for the! fluid is changeable.

5. Exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized marked eichnet that each on the concentric Circles distributed holes (7 or 8 or 9) for the liquid medium in the iris planes of adjacent plates are connected to one another by circumferential grooves or recesses.

6. Exchanger according to one of the preceding claims, d adurch characterized in that the block end plates (12) with a central, the inlet and outlet nozzle for the gaseous or vaporous medium adapted recess (18) and equipped with hanging channels (13, 15) for the liquid material is that with the bores of adjacent plates and with the associated inlet and outlet nozzle with the liquid Medium are connected.

7. Exchanger according to one of the preceding claims, characterized d by that for pressing together of the block on the end plates (12) supporting pressure plates (23) and these connecting spring-loaded tie rods (24) serve.