DE19519633A1 - Ladeluftkühler - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Ladeluftkühler mit einem Rippen
rohrblock, der insbesondere aus Flachrohren und jeweils zwi
schen diesen angeordneten lamellenartigen Wellrippen aufge
baut und in einen festen Rahmen eingesetzt ist, der aus zwei
gegenüberliegenden Wasserkästen und aus zwei diese verbinden
den Seitenteilen aufgebaut ist.
Es ist bekannt, daß bei Ladeluftkühlern dieser Art,die insbe
sondere für Großmotoren und Motoren für Nutzfahrzeuge verwen
det werden, auf der Ladelufteintrittsseite Lufttemperaturen
von bis zu 250°C auftreten können. Die Wandtemperaturen der
Rohre auf der Lufteintrittsseite können daher höher als 110°C
werden, so daß im Inneren der Rohre eine schädliche Siedekon
densation auftreten kann.
Um diese zu starke Aufheizung der
mit der heißen Ladeluft in Berührung kommenden ersten Rohre
und die dadurch bedingte örtliche Dampfblasenbildung mit Ero
sion bzw. mit Ausscheidung von Härtebildnern und Salzen zu
vermeiden, ist es auch schon bekannt geworden (DE-OS 23 42
787), in den ersten Rohrreihen die Rippen zu entfernen oder
dort eine Wärmeisolation anzuordnen und die Anzahl der Rippen
in Strömungsrichtung der Ladeluft zu erhöhen. Diese Maßnahmen
sind aber relativ aufwendig und machen eine tiefgreifende Än
derung des Rippenrohrblockes erforderlich, die auch einen ge
wissen Leistungsabfall hervorruft.
Es ist auch bekannt (DE 37 05 938 C2) zum Ausgleich der Län
genausdehnung zwischen Rippenrohrblock und Seitenteilen, an
stelle der Verwendung von umständlichen Schiebeböden das Ver
hältnis der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materiales der
Seitenteile und der Rohre des Rippenrohrblockes in etwa umge
kehrt proportional zum Verhältnis der im Betrieb zu erwarten
den mittleren Temperaturen zu wählen.
Alle diese Maßnahmen können aber nicht verhindern, daß sich
die lamellenartigen Wellrippen selbst auf der Lufteintritts
seite jeweils schlagartig ausdehnen, wenn, was im Betrieb
häufig ist, sich mit jedem Gasstoß die Ladelufttemperatur
verändert und beispielsweise von 50° auf 230°C angehoben
wird. Die relativ dünnen Luftlamellen werden dabei schlagar
tig heiß, was aufgrund der hohen Rippendichte und des dadurch
gebildeten relativ steifen Rippenverbandes insgesamt zu einer
Ausdehnung der Wellrippen in Querrichtung von etwa 2 mm
(Aufbauhöhe ca. 600 mm) führen kann. Eine solche Maßänderung
durch die thermische Dehnung kann über elastische Bewegungen
nicht mehr abgefangen werden, so daß die äußeren Luftlamellen
zwischen dem steifen Verband der Seitenteile einknicken. Dort
treten dann aufgrund von sich laufend wiederholenden Tempera
turveränderungen der Ladelufttemperaturen Einrisse an den
Luftlamellen auf, die wiederum dazu führen, daß dem zugeord
neten Wasserkanal die Abstützung fehlt und auch hier Ma
terialbrüche bzw. Risse am kühlmittelführenden Flachrohr auf
treten können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lade
luftkühler der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die
im Betrieb zu erwartenden Ausdehnung der Wellrippen in Quer
richtung zu keiner Beschädigung führen kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgesehen, daß an mindestens
einer Stelle ein parallel zu den Rohren verlaufender, als
Dehnungsfuge dienender Spalt vorgesehen ist, der sich über
die Länge der Rohre, aber in Strömungsrichtung der Luft nur
bis zu einer Tiefe des Rippenrohrblockes erstreckt, an der
eine Temperatur der Luft erreicht ist, die keine zu einer
Werkstoffüberlastung führende Wärmedehnung der Wellrippen
mehr bewirkt.
Durch diese Ausgestaltung wird im Bereich des Ladeluftein
trittes, wo die hohen Temperaturen zu erwarten sind, minde
stens ein Ausgleichsspalt, besser zwei, vorgesehen, der übri
ge Rippenrohrblock bleibt aber unverändert. Eine Aufteilung
des Rippenrohrblockes in mehrere, nebeneinander angeordnete
Teilblöcke und die dadurch hinzunehmende Leistungseinbuße
sind daher nicht notwendig. Dennoch wird die gefährliche
Querausdehnung der Wellrippen in dem Bereich aufgefangen, in
dem Beschädigungen durch Dehnungen zu erwarten sind.
In Weiterbildung der Erfindung kann die Dehnungsfuge durch
den gegenseitigen Abstand von zwei, nur einen Bruchteil der
Breite zwischen benachbarten Rohren aufweisenden Wellrippen
gebildet sein, die jeweils an einer Rohrwand anliegen und mit
dieser verlötet sind. Durch diese Maßnahme kann man im Gegen
satz zu dem eingangs erwähnten Vorschlag, wo die Wellrippen
im Eintrittsbereich der Ladeluft vollkommen entfernt sind,
eine ausreichende Druckabstützung der der Dehnungsfuge zuge
wandten Rohrwände erreichen. Wellrippen in der bekannten Aus
gestaltung oder in der bekannten Ausgestaltung als Turbulenz
fläche weisen, wenn sie an der Rohrwand angelötet sind, eine
ausreichende Abstützkraft aus, um ein Ausbeulen der Flachroh
re an diesen Stellen zu vermeiden.
In Weiterbildung der Erfindung kann die Breite der im Bereich
der Dehnungsfuge vorgesehenen Wellrippen etwa ein Drittel des
Abstandes zwischen benachbarten Rohren betragen. Die verblei
bende Dehnungsfuge weist dann auch eine Breite von einem
Drittel des Abstandes zwischen benachbarten Rohren auf. Es
hat sich gezeigt, daß diese Spaltgröße, wenn bei üblichen
Ladeluftkühlern zwei solcher Spalte über die Breite der Ein
trittsseite verteilt sind, für die gewünschte Aufnahme der
Längenausdehnung ausreicht. Aufgrund der hohen spezifischen
Kühlleistung hat sich die Ladeluft mit z. B. einer Eintritts
temperatur von 230°C bereits in einer Tiefe des Rippenrohr
blockes von etwa 60 mm schon auf einen Wert von 120°C abge
kühlt. Dies ist ein Temperaturwert, bei dem eine Beschädigung
der Wellrippen durch Querdehnung und mangelnder elastischer
Abstützung nicht mehr befürchtet werden braucht.
In Ergänzung zum erfindungsgemäßen Vorschlag können in den
Bereichen, in denen keine Dehnungsfugen zwischen benachbarten
Rohren vorgesehen sind, im übrigen Eintrittsbereich der Luft
zwischen benachbarten Rohren Wellrippen zugeordnet werden,
deren Wärmeübertragungsfähigkeit geringer als jene der danach
vorgesehenen, vorzugsweise geschlitzten Wellrippen ist. So
hat es sich beispielsweise als vorteilhaft erwiesen, wenn im
Eintrittsbereich etwa über ein Drittel oder ein Viertel der
Länge der erfindungsgemäß vorgesehenen Dehnungsfugen als
Wellrippen glatte, lediglich im Zickzack gefaltete Metallbän
der vorgesehen sind, deren Kühlfläche im Vergleich zu den für
die Herstellung von Rippenrohrblöcken sonst verwendeten Well
rippen klein ist. Die Anordnung solcher glatter Wellrippen
erfolgt dabei im wesentlichen in dem Eintrittsbereich des
Kühlers, in dem die Seitenteile und die Wasserkästen einen
umlaufenden, ringartigen Flansch bilden, der eine besondere
Steifigkeit aufweist. In diesem Eintrittsbereich gilt es ganz
besonders, eine Querdehnung so weit als möglich zu vermeiden
und auch die eingangs schon erwähnten Voraussetzungen einzu
halten, um Schäden auch innerhalb der Rohre zu vermeiden.
In Weiterbildung der Erfindung kann schließlich auch noch
vorgesehen werden, daß bei einem Ladeluftkühler mit in den
Seitenteilen angeordneten Kühlkanälen diese Kühlkanäle unmit
telbar an die den Seitenteilen zugeordneten Wellrippen an
grenzen, so daß die Wellrippen, jedenfalls im Bereich der
Seitenteile, gekühlt und weitgehend von einer Längendehnung
in Querrichtung ausgenommen werden können. Dabei können die
Kühlkanäle auf der den Wellrippen zugewandten Seite durch
dünne Wandbleche begrenzt sein, die mit den Wellrippen verlö
tet sind.
Umgekehrt wird die Wärme der äußersten Luftlamelle an die
Kühlmittelseite weitergeleitet und durch den direkten Kontakt
des Kühlmittels mit dem Seitenteilwerkstoff eine Tempera
turannäherung der Seitenteile zum benachbarten Kühlmittelka
nal erreicht. Dadurch werden die Längendehnungen von Seiten
teil und Kühlmittelkanal angenähert und damit Spannungsüber
höhungen vermieden.
Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungs
beispieles dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 eine Frontansicht eines erfindungsgemäßen Ladeküh
lers,
Fig. 2 die schematische Darstellung des Rippenrohrblockes
des Ladeluftkühlers der Fig. 1,
Fig. 3 den Schnitt durch den Rippenrohrblock der Fig. 2 und
die daran angrenzende Seitenteile längs der Linie
III-III,
Fig. 4 eine vergrößerte Detaildarstellung des linken unteren
Bereiches des Rippenrohrblockes der Fig. 2,
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des linken unteren Teil
bereiches der Fig. 3,
Fig. 6 eine schematische, perspektivische Teilansicht einer
zum Aufbau des Rippenrohrblockes der Fig. 2 bis 5
verwendeten Wellrippe,
Fig. 7 perspektivische Teilansicht einer anderen, ebenfalls
zum Aufbau des Rippenrohrblockes nach der Erfindung
verwendeten Wellrippe, und
Fig. 8 eine weitere Art der für den Aufbau des Rippenrohr
blockes nach der Erfindung eingesetzten Wellrippen.
In den Fig. 1 bis 3 ist zu erkennen, daß ein Rippenrohr
block (1) in einen steifen Rahmen eingespannt ist, der aus
zwei gegenüberliegenden Wasserkästen (2 und 3) und den beiden
Seitenteilen (4) besteht. Wie die Fig. 3 erkennen läßt, bil
den dabei die Seitenteile (4) einen quer zur Strömungsrich
tung (5) der Luft liegenden Flansch (6), der zur Anbringung
von Befestigungsstellen dient und besonders steif ist.
Der Rippenrohrblock (1) ist aus einer Reihe von nebeneinander
und hintereinander in den nicht näher gezeigten Rohrböden ge
haltenen Flachrohren (7) aufgebaut, die jeweils im gleichen
Abstand zueinander gleichmäßig auf den gesamten Eintritts
querschnitt des Ladeluftkühlers verteilt sind. Dabei sind in
den Fig. 2 und 3 bzw. 4 und 5 nur die im Bereich der Sei
tenteile (4) und zwei weitere, symmetrisch zu einer Mittel
längsebene des Rippenrohrblocks (1) angeordnete Flachrohre
(7) gezeigt. Wie Fig. 1 und 3 zeigt, sind zwischen diesen
beiden mittleren Rohrpaaren jeweils Dehnungsfugen (8) gebil
det. Diese Dehnungsfugen (8) erstrecken sich dabei zwar über
die gesamte Länge der Rohre (7), also etwa vom unteren Was
serkasten (2) bis zum oberen Wasserkasten (3), jedoch in der
Strömungsrichtung (5) der Luft nur über eine Teillänge der
Rippenrohrblocktiefe. Die Tiefe der Dehnungsfugen (8) wird
dabei beim Ausführungsbeispiel so bestimmt, daß in dieser,
jeweils durch die Enden der Dehnungsfugen (8) gehenden Ebene
des Rippenrohrblockes Lufttemperaturen gemessen werden, die
etwa bei 120°C liegen. Die heiße Eintrittsluft mit Temperatu
ren von ca. 230°C hat sich daher bis in diese Endebene der
Dehnungsfugen (8) so weit abgekühlt, daß die zur erwartende
Temperaturerhöhung in diesem Bereich zu keiner Beschädigung
mehr führen kann.
Die Flachrohre (7) des Rippenrohrblockes (1) sind, wie die
Fig. 4 und 5 insbesondere erkennen lassen, im Abstand (a)
zueinander angeordnet, und dieser Zwischenraum mit der Breite
(a) wird durch lamellenartige Wellrippen gemäß Fig. 7 ausge
füllt, mit Ausnahme des Bereiches der Dehnungsfugen (8) und
eines Bereiches, der mit der Ebene (9) endet, die um das Maß
(c) hinter der Eintrittsebene (10) des Ladeluftkühlers liegt.
In dem letzteren, in Strömungsrichtung (5) durch die Ebene
(9) begrenzten Bereich, der in etwa auch dem Bereich des
Flansches (6) entspricht, sind zwischen benachbarten Flach
rohren (7) Wellrippen (11) eingesetzt, die sich von den Well
rippen (12) im übrigen Rippenrohrblock dadurch unterscheiden,
daß sie nicht mit Schlitzen (13) versehen sind und auch un
tereinander auf einen größeren Abstand gefaltet sind. Die
Oberfläche der Wellrippen (11) ist daher wesentlich kleiner
als jene der Wellrippen (12). Durch die Anordnung der Well
rippen (11) im Eintrittsbereich wird daher erreicht, daß hier
die Wärmeübertragung von der heißen Ladeluft auf die Flach
rohre eingeschränkt wird.
Die Dehnungsfugen (8), die sich bis zur Tiefe (d) in Strö
mungsrichtung (5) in den Rippenrohrblock (1) hineinerstrecken,
werden dadurch gebildet, daß an den einander zugewandten
Wänden der beidseitig an den die Dehnungsfuge (8) bildenden
Spalt angrenzenden Rohren (7) jeweils Wellrippen (14) angelö
tet sind, die in ihrer Ausbildung der Fig. 8 entsprechen
können und in Strömungsrichtung (5) die Breite (b) aufweisen,
die etwa einem Drittel der Breite (a) entspricht, um die be
nachbarte Flachrohre (7) auf Abstand stehen. Es verbleibt da
her zwischen den Wellrippen (14) der Spalt, der die Dehnungs
fuge (8) bildet, die sich, wie vorher erwähnt, nur so weit in
der Strömungsrichtung (5) in den Rippenrohrblock (1) hinei
nerstreckt, wie eine Gefährdung der Wellrippen durch eine zu
starke Aufheizung durch die eintretende Luft befürchtet wer
den muß. Es hat sich bei einem Ausführungsbeispiel gezeigt,
daß schon bei einer Tiefe von d = 60 mm eine Abkühlung einer
mit ca. 230°C eintretenden Ladeluft auf rund 120°C erfolgt,
so daß die Dehnungsfugen (8) nicht weiter in den Rippenrohr
block hineinverlegt zu werden brauchen. Es hat sich auch ge
zeigt, daß die zwei aus Fig. 1 ersichtlichen Dehnungsfugen
(8) ausreichen, um dem Rippenrohrblock bzw. seinen Wellrippen
eine Ausdehnung in Querrichtung zu ermöglichen, die zu keinen
Beschädigungen führen kann.
Natürlich wäre es auch möglich, anstelle der in der Fig. 8
gezeigten Ausführungsform der Wellrippen (14) andere Ausfüh
rungsformen vorzusehen, die mit den Rohrwänden verlötet wer
den. Es kommt lediglich darauf an, daß die einander zugewand
ten Wände der Rohre (7) im Bereich der Dehnungsfuge (8) auch
auf ihrer einander zugewandten Seite gegen Druck abgestützt
sind, was durch die Ausbildung von Wellrippen in einfacher
Weise geschehen kann.
Die Figuren zeigen auch, daß die Seitenteile (4) mit Kühlka
nälen (15) versehen sind, die zum einen zur Kühlung der Sei
tenteile, durch die gewählte Ausgestaltung aber auch zur Küh
lung der jeweils an die Seitenteile angrenzenden Wellrippen
(12′) dienen. Beim Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck
ein Trennblech (16) mit der nach außen gewandten Seite der
Wellrippen (12′) verlötet, und dieses Trennblech (16) wird
unmittelbar vom Kühlwasser berührt, das durch die Kühlkanäle
(15) strömt. Durch diese Maßnahme werden auch die äußersten
Wellrippen (12′) im Bereich der Seitenteile an einer Querdeh
nung weitgehend gehindert, was mit dazu beiträgt, daß hier
keine Beschädigungen der Wellrippen im Bereich des von den
Seitenteilen und den Wasserkästen gebildeten Rahmens auftre
ten.
Durch die im Ausführungsbeispiel gezeigte Ausgestaltung
bleibt ein steifer Blockverband zur Leistungsübertragung und
zur Übertragung mechanischer Spannungen, der lediglich über
die Tiefe mit der Abmessung (d) im Eintrittsbereich mit zwei
durchlaufenden Spalten versehen ist. Dadurch kann sich der
mittlere Blockbereich nach Fig. 1 oder 2 im Bereich der
Dehnfugen (8) auf der Ladelufteintrittsseite nach links und
rechts bewegen. Die jeweils äußeren Blöcke können sich, da
sich die Seitenteile nicht verändern, ebenfalls zur Blockmit
te bewegen.
Der gesamte Rippenrohrblock kann aus einem Stück gelötet wer
den. Die Aufteilung in mehrere unabhängige Blöcke würde die
Leistung reduzieren und durch zusätzliche Schweißverbindungen
oder durch Maßnahmen mit abgekröpften Seitenblechen den Küh
lerblock komplizieren.
Claims (8)
1. Ladeluftkühler mit einem Rippenrohrblock (1), der
insbesondere aus Flachrohren (7) und jeweils zwischen diesen
angeordneten lamellenartigen Wellrippen (12) aufgebaut und in
einem festen Rahmen eingesetzt ist, der aus zwei gegenüber
liegenden Wasserkästen (2, 3) und aus zwei diese verbindenden
Seitenteilen (4) aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens an einer Stelle auf der Lufteintrittsseite ein
parallel zu den Rohren (7) verlaufender Spalt in der Form ei
ner Dehnungsfuge (8) vorgesehen ist, der sich über die Länge
der Rohre (7), aber in Strömungsrichtung (5) der Luft nur bis
zu einer Tiefe (d) des Rippenrohrblockes (1) erstreckt, an
der eine Temperatur der Luft erreicht ist, die keine zu einer
Werkstoffüberlastung führende Wärmedehnung der Wellrippen
(12) mehr bewerkt.
2. Ladeluftkühler nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Dehnungsfuge (8) durch den gegenseitigen
Abstand von zwei, nur einen Bruchteil (b) der Breite (a) zwi
schen benachbarten Rohren (7) aufweisenden Wellrippen (14)
gebildet ist, die jeweils an einer Rohrwand anliegen und mit
dieser verlötet sind.
3. Ladeluftkühler nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Breite (b) der Wellrippen (14) etwa ein
Drittel des Abstandes (a) zwischen benachbarten Rohrwandungen
beträgt.
4. Ladeluftkühler nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß in dem Eintrittsbereich der Luft zwischen be
nachbarten Rohren (7) Wellrippen (11) vorgesehen sind, deren
Wärmeübertragungsfähigkeit geringer als jene der danach vor
gesehenen, vorzugsweise geschlitzten Wellrippen (12) ist.
5. Ladeluftkühler nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Wellrippen (11) glatte, im Zickzack gefal
tete Metallbänder vorgesehen sind.
6. Ladeluftkühler nach Anspruch 1, mit in den Seiten
teilen angeordneten Kühlkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kühlkanäle (15) unmittelbar an die den Seitenteilen (4)
zugeordneten Wellrippen (12′) angrenzen.
7. Ladeluftkühler nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kühlkanäle (15) auf der den Wellrippen
(12′) zugewandten Seiten durch dünne Wandbleche (16) begrenzt
sind, die mit den Wellrippen (12′) verlötet sind.
8. Ladeluftkühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, daß die Kühlkanäle (15) als Teile des Seitenteiles aus
gebildet sind.
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Family
ID=7763119
Family Applications (1)
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