DE19644584A1 - Rippenrohrblock für einen Wärmeübertrager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rippenrohrblock für einen Wärme­ übertrager, insbesondere für einen Ladeluftkühler, der aus parallel zueinander verlaufenden Rohren und jeweils zwischen diesen angeordneten, lamellenartigen Wellrippen besteht und in einen festen Rahmen eingesetzt ist, der aus zwei die offe­ nen Rohrenden umschließenden Wasserkästen und aus zwei diese verbindenden Seitenteilen aufgebaut ist.

Rippenrohrblöcke, die für Ladeluftkühler eingesetzt werden, sind hohen Wärmewechselbelastungen ausgesetzt. Es ist be­ kannt, daß,bei Ladeluftkühlern, die für Großmotoren mit Lei­ stungen von ca. 2000 kw oder für Motoren für Nutzfahrzeuge mit hoher Leistung verwendet werden, auf der Eintrittsseite für die Ladeluft-Temperaturen von 235°C auftreten, wenn die Motoren auf Vollast hochgefahren werden. Wenn die Kühlwasser­ temperaturen etwa 40° bis 50° betragen, ergeben sich bei Lastwechseln, also insbesondere beim Hochfahren auf Vollei­ stung, oder umgekehrt beim Absinken der Leistung auf Leer­ lauf, wegen des schnellen Temperaturanstieges der Ladeluft Probleme hinsichtlich der Festigkeit des Wärmeübertragers. Darüber hinaus muß auch eine Dampfblasenbildung in den Rohren vermieden werden. Hierzu ist es bekannt geworden (DE-OS 23 42 787), die Wellrippen in den ersten Rohrreihen zu entfernen, oder eine Wärmeisolation vorzusehen, damit die Aufheizung in den ersten Rohrreihen nicht so groß ist. Solchermaßen gestal­ tete Wärmeübertrager sind aber sehr aufwendig. Bei solchen Wärmeübertragern kann auch nicht verhindert werden, daß sich die Wellrippen selbst auf der Lufteintrittsseite schlagartig ausdehnen, wenn die Ladelufttemperatur, wie vorher angedeu­ tet, innerhalb weniger Sekunden beispielsweise von 50° auf 135°C ansteigt. Die thermische Dehnung führt dann dazu, daß die äußeren Wellrippen an den Seitenteilen einknicken können und dadurch bei sich laufend wiederholenden Temperaturverän­ derungen Einrisse entstehen können, die zur Beschädigung der Ladeluftkühler führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese schädlichen Erscheinungen soweit als möglich zu vermeiden.

Ausgehend von der Überlegung, daß es hierzu vorteilhaft ist, wenn außer den zum Rippenrohrblock gehörenden Wellrippen auch die an diese angrenzenden Seitenteile zumindest im Luftein­ trittsbereich der Ladeluft aufgeheizt werden, besteht die Er­ findung bei einem Rippenrohrblock der eingangs genannten Art darin, daß die an den Seitenteilen anliegenden, äußersten Wellrippen in der Durchströmungsrichtung der Ladeluft weiter in Richtung zum Eintrittsquerschnitt für die Ladeluft vorge­ zogen sind. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die sich durch die Berührung mit der Ladeluft sehr schnell aufheizen­ den Wellrippen über Wärmekontakt Wärme auch an die Seitentei­ le im Lufteintrittsbereich abgeben, so daß sich diese, zumin­ dest in diesem Bereich, analog zu den Wellrippen ausdehnen und ein gewisser Ausgleich für die Dehnbewegungen des Rippen­ rohrblockes im Lufteintrittsbereich erzielt wird.

In Weiterbildung der Erfindung können die äußersten Wellrip­ pen im Eintrittsbereich durch jeweils einen vorgesetzten Wellrippenstreifen gebildet sein, der die an den Seitenteilen anliegenden Wellrippen zum Eintrittsbereich hin verlängert. Diese Ausgestaltung ist relativ einfach herstellbar und macht keine Änderung des Aufbaus des übrigen Rippenrohrblockes er­ forderlich.

In Weiterbildung der Erfindung kann der Wellrippenstreifen in Strömungsrichtung der Luft unterschiedliche Tiefe haben und im Bereich der Wasserkästen mit Aussparungen versehen sein. Es hat sich gezeigt, daß es aus Herstellungsgründen zweckmä­ ßig ist, wenn dieser an den Seitenteilen anliegende Wellrip­ penstreifen sich nicht bis ganz zu den Wasserkästen er­ streckt, weil in diesem Bereich Schweißnähte anzubringen sind, die bei der Herstellung zu einer Beschädigung der Well­ rippen führen würden.

In Weiterbildung der Erfindung kann der äußerste Wellrippen­ streifen mit dem über seine volle Breite verlaufenden Bereich bis zu einer Tiefe in die Wellrippenanordnung hereinreichen, bis zu der auch alle anderen Wellrippen durch Wellrippen­ streifen gebildet sind, die aus einem Material mit einer ge­ genüber den anderen Wellrippen geringeren Wärmeleitfähigkeit bestehen. In der älteren, nicht vorveröffentlichten Anmeldung 195 19 633.3 der Anmelderin hat man bereits eine solche Well­ rippenausgestaltung vorgeschlagen, um auf diese Weise die Ausdehnung der Wellrippen im Lufteintrittsbereich zu verklei­ nern. Ein solcher Rippenrohrblockaufbau kann auch in einfa­ cher Weise dazu ausgenützt werden, um die erfindungsgemäße Ausgestaltung zu verwirklichen. Natürlich wäre es auch denk­ bar, den äußersten Wellrippensteifen, der nach der Idee der vorliegenden Erfindung Wärme an die Seitenteile abgeben soll, nicht aus einem solchen weniger wärmeleitfähigen Material herzustellen. In der Praxis reicht die Wärmeübertragungsfä­ higkeit auch eines mit geringerer Wärmeleitfähigkeit ausge­ statteten Wellrippenstreifen für die Wärmeabgabe an die Sei­ tenteile aus.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch den Rippenrohrblock für einen Ladeluftkühler nach der Erfindung, der noch keine Wasserkästen aufweist,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch den Rippenrohrblock der Fig. 1 in Richtung der Linie II-II,

Fig. 3 den Schnitt durch den Rippenrohrblock der Fig. 1 in Richtung der Schnittlinie III-III,

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des in der Fig. 3 ange­ gebenen Details IV,

Fig. 5 eine Ansicht eines der an die Seitenteile angrenzen­ den äußeren Wellrippenstreifen, in Richtung des Pfei­ les V der Fig. 3 gesehen und

Fig. 6 die Draufsicht auf den Wellrippenstreifen der Fig. 5.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Rippenrohrblock für einen Lade­ luftkühler gezeigt, der aus zwei, später jeweils mit Wasser­ kästen zu verbindenden Seitenteilen 1 und 2 sowie aus paral­ lel zu diesen Seitenteilen angeordneten Rohren 3 und aus zwi­ schen den Rohren 3 angeordneten lamellenartigen Wellrippen 4 besteht. Zwischen den jeweils äußersten Rohren 3 und den Sei­ tenteilen 1 und 2 sind ebenfalls Wellrippen 4' vorgesehen, die in Fig. 2 in dem Bereich, in dem das obere Seitenteil ab­ geschnitten dargestellt ist, sichtbar sind. Aus der Fig. 2 ist auch erkennbar, daß die Enden der Rohre 3 jeweils in Rohrböden 5 gehalten sind, die später von den Wasserkästen abgeschlossen werden.

Die Fig. 2 und 3 lassen deutlich werden, daß die an den Sei­ tenteilen 1 und 2 anliegenden äußersten Wellrippen 4', die eine an den Seitenteilen anliegende Schicht bilden, ebenso wie auch die die weiteren Schichten bildenden Wellrippen 4 im Eintrittsbereich 6 der in Richtung des Pfeiles 7 einströmen­ den Ladeluft durch eingesetzte Wellrippenstreifen 8 bzw. 9 gebildet sind, die sich von der Eintrittskante 10 des Rippen­ rohrblockes aus nur bis zu einer Tiefe a erstrecken. Diese Wellrippenstreifen 8 und 9 können aus einem Material beste­ hen, das gegenüber den übrigen Wellrippen 4 bzw. 4' eine ge­ ringere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Eine solche Anordnung wird getroffen, um im ersten Auftreffbereich der Ladeluft auf den Rippenrohrblock, also da, wo die Ladelufttemperatur 235°C erreichen kann, die Wärmeabgabe an die von Kühlmittel durch­ strömten Rohre zu verringern, um beispielsweise das Sieden des Kühlmittels zu verhindern.

Die Fig. 2 und 3 bis 6 zeigen, daß der der Wellrippenschicht 4' vorgelagerte Wellrippenstreifen 9 einen mittleren Bereich 11 besitzt, der über die Eintrittskante 10 für die Ladeluft in Richtung zu der Vorderkante 12 der Seitenteile 1 und 2 vorsteht, und zwar beim Ausführungsbeispiel um etwa die Hälf­ te der Länge b, um die diese Vorderkante 12 entgegen der Strömungsrichtung 7 der Ladeluft vor der Eintrittskante 10 des Rippenrohrblockes liegt. Da die äußerste Wellrippen­ schicht 4' und auch der Wellrippenstreifen 9 mit seinem nach vorne ragenden Abschnitt 11 an den Seitenteilen 1 bzw. 2 an­ liegt und dort vorzugsweise verlötet ist, besteht ein guter Wärmekontakt zwischen dem Wellrippenstreifen 9 und seinem vorstehenden Abschnitt 11 mit den Seitenteilen. Der Abschnitt 11 besitzt eine geringere Breite als der in Strömungsrichtung dahinterliegende Teil des Wellrippenstreifens 9. An beiden Seiten des Abschnittes 11 entstehen Aussparungen 13, die im Rippenrohrblock in den Bereichen der Seitenteile 1 und 2 zu liegen kommen, wo eine Schweißnaht zur Verbindung der Seiten­ teile mit den Wasserkästen anzubringen ist, die zu einer Be­ schädigung des Wellrippenstreifens 9 führen würde, wenn die­ ser mit seinem Abschnitt 13 bis zum Rand geführt wäre.

Die eintretende heiße Ladeluft, die auch den Abschnitt 11 be­ rührt, führt dazu, daß sich die Seitenteile 1 und 2 schon in dem der Eintrittskante 10 des Rippenrohrblockes vorgelagerten Bereich schneller erwärmen als dies ohne den Wellrippenstrei­ fen 9 der Fall wäre. Die Seitenteile 1 und 2 erwärmen sich daher analog zu den Wellrippen 4, 4' und dehnen sich damit auch analog zu dem Rippenrohrblock abhängig von der Ladeluft­ temperatur aus. Die im Eintrittsbereich der Ladeluft auftre­ tenden Wärmespannungen können dadurch vermindert werden.

Es ist möglich, die Wellrippenstreifen 9, so wie zunächst an­ gegeben, aus einem Material mit gegenüber den übrigen Well­ rippen 4, 4' geringerer Wärmeleitfähigkeit herzustellen. Es ist aber auch möglich, sie mit der gleichen Wärmeleitfähig­ keit wie alle anderen Wellrippenauszustatten, so daß eine be­ sonders gute Wärmeabgabe an die Seitenteile 1 und 2 im Ein­ trittsbereich eintreten kann.

Claims (5)

1. Rippenrohrblock für einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Ladeluftkühler, der aus parallel zueinander ver­ laufenden Rohren (3) und jeweils zwischen diesen ange­ ordneten, lamellenartigen Wellrippen (4) besteht und in einen festen Rahmen eingesetzt ist, der aus zwei die offenen Rohrenden umschließenden Wasserkästen und aus zwei diese verbindenden Seitenteilen (1, 2) aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Seitentei­ len (1, 2) anliegenden, äußersten Wellrippen (4', 9) entgegen der Durchströmungsrichtung (7) der Ladeluft über die Eintrittskante (10) des Rippenrohrblockes hin­ aus zum Eintrittsquerschnitt (12) vorgezogen sind.

2. Rippenrohrblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die äußersten Wellrippen (4') im Eintrittsbe­ reich (6) durch jeweils einen vorgesetzten Wellrippen­ streifen (9) zur Eintrittskante (12) hin verlängert sind.

3. Rippenrohrblock nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wellrippenstreifen (9) in Strömungsrich­ tung (7) der Luft unterschiedliche Tiefe hat und im Be­ reich der Wasserkästen mit Aussparungen (13) versehen ist.

4. Rippenrohrblock nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der äußerste Wellrippenstreifen (9) mit dem über seine volle Breite verlaufenden Bereich bis zu ei­ ner Tiefe (a) in die Wellrippenanordnung (4') herein­ reicht, bis zu der auch alle anderen Wellrippen (4) durch Wellrippenstreifen (8) gebildet sind, die aus einem Material mit einer gegenüber den anderen Wellrip­ pen geringerer Wärmeleitfähigkeit bestehen.

5. Rippenrohrblock nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß auch der äußerste Wellrippenstreifen (9) aus einem Material mit gegenüber den anderen Wellrippen ge­ ringerer Wärmeleitfähigkeit besteht.