DE19651625A1 - Wärmeübertrager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Ladeluftkühler in Paketbauweise, mit einem Rippenrohr­ block, der aus mehreren Schichten von parallel zueinander verlaufenden Kanälen für das durchströmende Kühlmittel und aus jeweils zwischen diese Schichten eingesetzten lamellenar­ tigen Wellrippen aufgebaut ist, die im Bereich der in Kühl­ mittelkästen mündenden Enden der Kanäle jeweils an Abstütz­ rippen von Abschlußleisten anliegen, die zur Bildung des Rohrbodens zwischen benachbarten Schichten von Kanälen einge­ fügt sind.

Wärmeübertrager dieser Art bzw. deren Rippenrohrblöcke sind sehr hohen Wärmewechselbelastungen ausgesetzt. Bekanntlich treten bei Ladeluftkühlern, wie sie beispielsweise für Groß­ motoren mit Leistungen von 2000 kW oder für Motoren für Nutz­ fahrzeuge mit hoher Leistung verwendet werden, Ladelufttempe­ raturen auf der Eintrittsseite in der Größenordnung von 235°C oder mehr auf, wenn Vollastbetrieb gefahren wird. Bei bekann­ ten Wärmeübertragern dieser Art (DE-OS 23 42 787) kann nicht verhindert werden, daß sich auf der Lufteintrittsseite die Kanäle relativ schnell ausdehnen. Die thermische Dehnung führt dazu, daß an den Lötstellen zwischen den Abschlußlei­ sten und den Kanälen örtliche Spannungsspitzen auftreten, die bei häufigem Lastwechsel zu Beschädigungen und damit zu einer kürzeren Lebensdauer der Rippenrohrblöcke führen können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die erwähnten örtlichen Spannungsspitzen vermieden werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Wär­ meübertrager der eingangs genannten Art vorgesehen, daß die an den Kanälen anliegenden Seitenflächen der Abschlußleisten die Außenflächen von in Richtung zu den Wellrippen vorstehen­ den Lippen bilden, deren Spitzen die Wellrippen nicht berüh­ ren und deren Querschnitt zu der von den Wellrippen abgewand­ ten Seite hin gleichmäßig zunimmt.

Durch diese Ausgestaltung wird, da ein plötzlicher Quer­ schnittssprung am Übergang zwischen Abstützrippen und Kanälen fehlt, eine deutliche Reduzierung der örtlichen Spannungsspit­ zen und damit auch eine Reduzierung der Bauteilbelastung im Rohrbodenbereich erreicht. Die Lebensdauer von Wärmeübertra­ gern der eingangs genannten Art kann dadurch verlängert wer­ den.

In Weiterbildung der Erfindung kann zwischen Lippe und Ab­ stützrippe jeweils eine Nut gebildet sein, wobei die zu der Lippe hin gerichtete Wand der Nut eine parabelförmig gebogene Fläche bilden kann. Es hat sich gezeigt, daß durch eine sol­ che Ausgestaltung die gewünschte gleichmäßige Zunahme des Querschnittes der außenliegende Lippe erreicht wird und da­ durch Spannungskonzentrationen und unerwünschte Spannungs­ spitzen vermieden werden.

In Weiterbildung der Erfindung kann jede Abschlußleiste eine mittig angeordnete Abstützrippe aufweisen, deren Breite etwa ein Drittel der Breite der Abschlußleiste beträgt. Die Ab­ stützrippe kann in einfacher Weise einen rechteckigen Quer­ schnitt besitzen. Abschlußleisten der für die Erfindung ver­ wendeten Art lassen sich beispielsweise in einfacher Weise aus Aluminium durch Strangpressen herstellen. Besonders vor­ teilhaft hat es sich erwiesen, wenn diese Abschlußleisten aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung bestehen.

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

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Querschnittes durch einen erfindungsgemäßen, als Ladeluftkühler ausgebildeten Wärmeübertrager,

Fig. 2 die Darstellung des Schnittes durch den Wärmeüber­ trager der Fig. 1 in Richtung der Schnittlinie II-II,

Fig. 3 die Seitenansicht des Wärmeübertragers der Fig. 1 in Richtung des Pfeiles III der Fig. 1 gesehen,

Fig. 4 die vergrößerte Darstellung des Details IV in Fig. 1,

Fig. 5 die vergrößerte Darstellung der Stirnansicht einer für die Erfindung verwendeten Abschlußleiste nach Fig. 4, und

Fig. 6 die Seitenansicht der Abstützleiste der Fig. 5.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Rippenrohrblock nach der Er­ findung für einen Ladeluftkühler gezeigt, der aus mehreren Schichten von parallel zueinander verlaufenden Kanälen 1 be­ steht, die in Richtung der Pfeile 2 von einem flüssigen Kühl­ mittel durchströmt werden. Zwischen den Schichten der Kanäle 1 verlaufen jeweils lamellenartigen Wellrippen 3, die senk­ recht zu der Durchströmungsrichtung 2 des Kühlmittels von Ladeluft in Richtung des Pfeiles 4 in Fig. 2 durchströmt wer­ den. Die einzelnen Kanäle 1 können dabei, wie Fig. 3 zeigt, durch das Aufeinanderstapeln jeweils eines unteren Bleches 5 und eines oberen Bleches 6 gebildet werden, die gegeneinander durch zwischengefügte Leisten 7 auf Abstand gehalten werden. Zwischen den Leisten 7 entstehen so die Kanäle 1 für das Kühlmittel. Die auf diese Weise gebildeten Schichten der Kühlmittelkanäle 1 werden wiederum im Bereich ihrer Enden durch Abschlußleisten 8 in einem Abstand parallel zueinander gehalten, der es erlaubt, die Wellrippen 3 so zwischen die Kanäle 1 zu fügen, daß ein Kontakt zwischen Wellrippen 3 und Kanälen 1 - bzw. den die Kanäle bildenden Blechen 5, 6 be­ steht. In bekannter Weise werden die Rippenrohrblöcke nach dem Aufeinanderschichten verlötet.

Natürlich wäre es auch möglich, die Kanäle 1 als durchgehende Hohlräume in stranggepreßten Profilen zu bilden, die bei­ spielsweise aus Aluminium bestehen. Auch die vorher erwähnten Bleche 5, 6 und die Leisten 7 können aus Aluminium bestehen.

Die auf diese Weise zwischen die einzelnen Schichten der Ka­ näle 1 an deren Enden eingesetzten Abschlußleisten 8 bilden zusammen einen durchgehenden Rohrboden, der in bekannter, aber nicht gezeigter Weise, haubenförmig von Kühlmittelkästen abgedeckt werden kann, durch die das Kühlmittel den Kanälen 1 zu und im Sinn der Pfeile 2 durch diese geführt werden kann. Der so gebildete Rippenrohrblock ist mit Seitenteilen 9 ver­ sehen, die mit seitlich hochstehenden Flanschen 10 versehen sind, wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich ist.

Insbesondere die Fig. 4 läßt erkennen, daß die Wellrippen 3 im Bereich der Enden der Kühlmittelkanäle 1 an den Abschluß­ leisten 8 anliegen und zwar jeweils an einer in der Mitte je­ der Abschlußleiste 8 vorgesehenen Abstützrippe 11, die einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Die Fig. 4 bis 6 zei­ gen, daß an diese mittlere Abstützrippe 11 Nuten 12 beidseits angrenzen, deren Außenwand 13 jeweils in etwa die Form einer Parabelfläche aufweist, die in die Spitze 14 einer Lippe 15 übergeht, deren Außenfläche 15a auch die Seitenfläche der Ab­ schlußleiste 8 bildet. Die Abschlußleiste 8 liegt daher mit den Außenflächen 15a der Lippe 15 an den Blechen 5 bzw. 6 - oder an den Wandungen des vorher erwähnten stranggepreßten Profils - an, durch welche die Kühlmittelkanäle 1 auf zwei Seiten begrenzt werden. Die Spitze 14 jeder der beiden Lippen 15 steht aber nicht so weit vor, daß die Wellrippen 3 berührt werden. Die Wellrippen 3 stützen sich, wie vorher auch ausge­ führt, ausschließlich an der mittleren Abstützrippe 11 ab. Wie aus den Fig. 4 und 5 zu erkennen ist, beträgt die Breite b der Abstützrippe 11 beim Ausführungsbeispiel etwa ein Drittel der Breite B der Abschlußleiste 8.

Die gewählte Ausgestaltung der Abschlußleisten 8, die zusam­ men den Rohrboden für den in Fig. 4 schematisch angedeuteten Kühlmittelkasten 16 bilden, besitzen aufgrund dieser Ausge­ staltung keine Querschnittsform, bei der ein abrupter Über­ gang von der Wandung 5 oder 6 der Kühlmittelkanäle 1 zu der Abstützrippe 11 und zu dem von der Ladeluft durchströmten Raum vorliegt, in dem die Wellrippe 3 angeordnet ist. Dies führt, wie Versuche ergeben haben, dazu, daß sich auch bei extremen Lastwechseln im Betrieb des Ladeluftkühlers keine Spannungsspitzen wie bei Ladeluftkühlern herkömmlicher Bauart im Bereich der Außenfläche 15a aufbauen, die zu einer Beschä­ digung der Lötverbindung und damit des Rippenrohrblockes füh­ ren könnte. Dies gilt natürlich auch dann, wenn die Kühlmit­ telkanäle 1 Teile von stranggepreßten Profilen sind, die ebenfalls in Paketbauweise mit den Abschlußleisten 8 und den Wellrippen zu dem Rippenrohrblock zusammengestapelt sind, der anschließend in bekannter Weise verlötet wird.

Claims (6)

1. Wärmeübertrager, insbesondere Ladeluftkühler in Pa­ ketbauweise mit einem Rippenrohrblock, der aus mehreren Schichten von parallel zueinander verlaufenden Kanälen (1) für das durchströmende Kühlmittel und aus jeweils zwischen diese Schichten eingesetzten lamellenartigen Wellrippen (3) aufgebaut ist, die im Bereich der in Kühlmittelkästen (16) mündenden Enden der Kanäle (1) jeweils an Abstützrippen (11) von Abschlußleisten (8) anliegen, die zur Bildung des Rohrbo­ dens zwischen benachbarten Schichten von Kanälen (1) einge­ fügt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Kanälen (1) anliegenden Seitenflächen der Abschlußleisten (8) die Außen­ flächen (15a) von in Richtung zu den Wellrippen (3) vorste­ henden Lippen (15) bilden, deren Spitzen (14) die Wellrippen (3) nicht berühren und deren Querschnitt zu der von den Well­ rippen (3) abgewandten Seite hin gleichmäßig zunimmt.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen Lippe (15) und Abstützrippe (11) je­ weils eine Nut (12) gebildet ist.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zu der Lippe (15) hin gerichtete Wand (13) der Nut eine parabelförmig gebogene Fläche bildet.

4. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abschlußleiste (8) eine mit­ tig angeordnete Abstützrippe (11) aufweist.

5. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abstützrippe (11) einen rechteckiger Quer­ schnitt besitzt.

6. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Breite (b) der Abstützrippe (11) etwa ein Drittel der Breite (B) der Abschlußleiste (8) beträgt.