DE2706195C2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- DE2706195C2 DE2706195C2 DE19772706195 DE2706195A DE2706195C2 DE 2706195 C2 DE2706195 C2 DE 2706195C2 DE 19772706195 DE19772706195 DE 19772706195 DE 2706195 A DE2706195 A DE 2706195A DE 2706195 C2 DE2706195 C2 DE 2706195C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- heat exchanger
- plate
- exchanger according
- fluid
- plug
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C37/00—Cooling of bearings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16N—LUBRICATING
- F16N7/00—Arrangements for supplying oil or unspecified lubricant from a stationary reservoir or the equivalent in or on the machine or member to be lubricated
- F16N7/14—Arrangements for supplying oil or unspecified lubricant from a stationary reservoir or the equivalent in or on the machine or member to be lubricated the lubricant being conveyed from the reservoir by mechanical means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
- F28F3/083—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning capable of being taken apart
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
- F28F3/086—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning having one or more openings therein forming tubular heat-exchange passages
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F7/00—Elements not covered by group F28F1/00, F28F3/00 or F28F5/00
- F28F7/02—Blocks traversed by passages for heat-exchange media
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit zumindest
an einem Ende mit einer Mündung versehenen, parallel mit
Abstand zueinander angeordneten Hohlräumen, innerhalb
derer zumindest ein erstes Fluid geführt ist, insbeson
dere zur Kühlung von Reibflächen.
Bekannte Wärmeaustauscher haben Rohre mit einer zylin
drischen, glatten Innenfläche, an der ein erstes Fluid
vorbeiströmt, und einer mit Rippen versehenen Außenfläche,
an der ein zweites Fluid vorbeiströmt. Man kann leicht
die Kontaktfläche der Rohre für das zweite Fluid ver
größern, weil es genügt, Rippen größerer Abmessungen
vorzusehen. Dagegen ist es nicht ohne weiteres möglich,
die Kontaktfläche für das erste Fluid zu vergrößern, und
zwar aufgrund der Herstellschwierigkeiten, wenn die
Rohre bedeutende Länge haben. Es wurde schon vorgeschla
gen, Wärmetauscherrohre aus Halbschalen auszubilden,
die auch an ihrer Innenseite Rippen aufweisen (DE-
PS 8 67 861). Man kann aber nicht beliebig den Fluß
des zweiten Fluids so beeinflussen, daß man zur größt
möglichen Wärmeaustauschleistung vorstößt.
Oft ist es auch erforderlich, Reibflächen von Gleitlagern
oder dergleichen zu kühlen, so daß für diesen Zweck auch
Wärmeaustauscher eingesetzt werden. Dabei wird das Schmier
mittel nach dem Austritt aus der Gleitstelle dem Wärme
tauscher zugeführt und ihm dort die Wärme entzogen. Dies
hat jedoch den Nachteil, daß zur Abfuhr von großen
Wärmemengen ein hoher Schmiermitteldurchsatz nötig ist.
Es ist ein Wärmeaustauscher bekannt (CH-PS 50 747), der
aus Reihen parallel übereinander angeordneter zylin
drischer Wärmeaustauscherrohre besteht, wobei zwischen
diesen Reihen wellenförmige Wärmetauscherbleche vor
gesehen sind, deren Wandungen die Rohre teilweise
konzentrisch umgeben. Zwei zwischen zwei Rohrreihen
angeordnete Bleche sind jeweils am Scheitelpunkt ihrer
Wellenkontur zusammengefügt, so daß
sich zwischen den Fügestellen rhombenähnliche Kanäle befinden.
In diesen Kanälen und in den übereinander angeordneten Wärme
tauscherrohren fließt das eine Fluid, wohingegen das andere
Fluid zwischen den Rohren und den Wärmetauscherblechen strömt,
und zwar senkrecht zu den Rohren und parallel zu den Platten.
Die Kanäle in den Blechen dieses Wärmeaustauschers weisen
zwar gegenüber den Rohren eine größere Oberfläche und damit
einen besseren Wärmeübergang auf, doch lassen sich die
Fluide weder steuern noch mischen. Auch ist dieser Wärme
austauscher nicht geeignet, Flächen zu kühlen, an denen
durch Reibung Wärme entsteht.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen
Wärmeaustauscher mit hohem Wirkungsgrad zu schaffen, der
insbesondere zur Kühlung von Reibflächen verwendbar ist,
und bei dem der Wärmeaustausch zwischen zwei Fluid-Strömungs
kreisläufen bewirkbar ist, indem sich der Fluß jedes Fluides
an jeder Stelle nach Belieben steuern und/oder mischen läßt
sowie ein Verfahren zur Herstellung des Wärmeaustauschers.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß
die Hohlräume als Löcher in einer Platte ausgebildet sind,
wobei die Löcher normal zu Stirnflächen der Platte stehen,
daß die Löcher verbindende Bohrungen im wesentlichen parallel
zu den Stirnflächen verlaufen und daß in jedem Loch ein
Austauschelement zum Wärmeaustausch zwischen dem im Inneren
des Austauschelements befindlichen Fluid und einem in der
zwischen Austauschelement und Lochwandung gebildeten Kammer
sowie in den Bohrungen durch die Platte strömenden Fluids
angeordnet ist.
Die Erfindung läßt sich neben anderen Anwendungsfällen insbesondere
zur Kühlung von Reiboberflächen einsetzen. Die Reibung
oder das Gleiten von zwei Oberflächen aufeinander setzt
selbst dann Wärme frei, wenn die Reibpaarung zweckmäßig
gewählt ist, d. h. wenn der Reibkoeffizient zwischen
den Werkstoffen der Reibpartner niedrig liegt, und wenn
der Oberflächenzustand im Bereich der Reibung gut ist.
Diese Erwärmung wird geringfügiger, wenn
- a) die Flächenpressungen in der Kontaktstelle niedrig sind,
- b) die Gleitgeschwindigkeiten klein sind,
- c) die Schmierung, welche durch ein zwischen die Reib partner eingebrachtes Schmiermittel erzeugt wird, ver bessert ist,
- d) die Kühlung der reibenden Teile gewährleistet ist, sei es durch unmittelbare Wärmeableitung, durch ein anderes Kühl mittel oder durch das Schmiermittel selbst, das als Kühl mittel wirkt.
In bestimmten Fällen, in denen die Parameter der Reibpaarung
konstant bzw. in gewissen Grenzen gehalten sind (insbesondere
die Geschwindigkeit und der Druck) bildet sich ein Schmier
film zwischen den Reibflächen aus und wird aufgrund von
Kapillarität oder hydrodynamischen Kräften aufrechterhalten,
so daß er ein Gleiten ohne merklichen Verschleiß gewähr
leistet, vorausgesetzt, die Kühlung ist ausreichend und
die Oberflächentemperaturen
liegen auf einem vernünftigen Niveau. Die Werkstoffe der in Kon
takt stehenden Reibpartner behalten also ihre mechanischen Eigen
schaften, insbesondere ihre wechselseitige Härte.
Wenn die Reibbedingungen schwierig sind, was der Fall ist, wenn
die reibenden Oberflächen hohen Drücken, Geschwindigkeiten,
Schock- oder Stoßbelastungen, häufigem Anhalten oder Anfahren,
Bewegungswechseln oder periodischen oder statischen Unter
drücken ausgesetzt sind oder wenn die Flächen in warmer,
staubiger oder feuchter Atmosphäre und der Anwesenheit von abra
siven Teilchen gleiten müssen usw., dann ist es schwierig oder
sogar unmöglich,
- a) einen Schmierfilm aufrechtzuerhalten,
- b) die Oberflächen der Reiborgane zu kühlen, d. h. die Masse die ser Organe selbst.
So kommt es aufgrund der Erwärmung und punktweiser Fusion der
reibenden Werkstoffe, zwischen denen kein Schmierfilm mehr vor
handen ist, zum Fressen oder zum Blockieren aufgrund der Dehnung
der in der Bewegung schlecht gekühlten Reiborgane.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Wärmeaus
tauscher zu schaffen, mit dem sich gut gekühlte und geschmier
te Lager realisieren lassen und zwar auch Lager für Wellen großer
Durchmesser mit großen radialen Lagerbelastungen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß
die Löcher runden Querschnitt haben und ihre Achsen in einem
Raster mit gleichseitigen Dreiecken als Rasterelemente angeord
net sind.
Zweckmäßig durchsetzt jedes runde Loch die Platte von einer zur
anderen Seite, und man ordnet mindestens zwei ebene Platten auf
einander so an, daß entsprechende Löcher der beiden Achsen ko
axial miteinander fluchten.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß jedes Austauschelement von einem Rotationskörper in Gestalt
eines Diabolo gebildet ist, der eine zu jedem axialen Ende hin
offene innere Höhlung hat, zu der hin sich innere Rippen er
strecken, sowie äußere Rippen, die sich in das Innere der Kammer
erstrecken, welche durch die Wandung des runden Loches begrenzt
ist. Ferner werden vorteilhaft beide axialen Enden des Rotations
körpers in Form des Diabolo mit der Platte über eine runde,
dichte Schweißnaht verbunden.
Bei einer abgewandelten Ausführung der Erfindung ist jedes Aus
tauschelement von zwei Kragen begrenzt, deren zylindrische äuße
re Oberfläche an der Lochwand genau ausgerichtet bezüglich einer
Stirnfläche der Platte liegt, wobei alle Kragen der in einer
Achse ausgerichteten Austauschelemente fest mit einem einzigen
Rohr verbunden sind, das sämtliche Platten durchsetzt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die in jeder
Platte zwischen den runden Löchern vorgesehenen Bohrungen der
art angeordnet, daß das Fluid, das in der Plattendicke jeder
Platte strömt, einem sinusförmigen Strompfad folgt, wobei spe
zielle Austauschelemente zum Sicherstellen der Strömung des
zweiten Fluids von einer Platte in die andere über ein einziges
Austauschelement vorgesehen sind, derart, daß das Fluid jede
Platte vollständig durchströmt, bevor es in die nächste Platte
strömt, und daß spezielle Austauschelemente in den äußersten
Platten vorgesehen sind, um auch das Durchströmen einer Reihe
von koaxialen Austauschelementen längs eines sinusförmigen
Strompfades zu gewährleisten.
Bei einer Variante der Erfindung hat jedes Austauschelement
mindestens ein Loch zum Verbinden seiner inneren Höhlung mit der
Kammer im runden Loch, so daß der Wärmeaustauscher zum Mischen
des ersten und des zweiten Fluids geeignet ist.
Bei einer anderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß
die runden Löcher Sacklöcher sind, die zu ein und derselben
Stirnfläche der Platte hin offen sind, um je ein Austauschele
ment in Gestalt eines Stopfens bzw. einer Kontaktbuchse aufzunehmen,
dessen axiales Ende über die Plattenstirnfläche vorkragt, und
der mindestens eine Hohlkehle am Umfang aufweist, welche einen Raum
für das Strömen von Fluid von einem Sackloch zum anderen im Inne
ren der Platte bildet.
Dabei kann jeder Stopfen mindestens eine Bohrung aufweisen, die
eine Verbindung zwischen zwei unterschiedlichen Zonen der Hohl
kehle herstellt.
Bei einer Weiterbildung der zuletzt genannten Ausführungsform
ist vorgesehen, daß jeder Stopfen von zwei runden Platten oder
Scheiben gebildet ist, die miteinander durch eine diametrale
Zwischenwand verbunden sind, wobei alle Zwischenwände der ver
schiedenen Stopfen parallel liegen und jede Fläche der Zwischen
wand bezüglich zwei Löchern in der folgenden Platte mit ihren
Achsen parallel zu den Stirnseiten der Platte verlaufen, jedoch
jeweils um 60° bezüglich der genannten Fläche der Zwischenwand
versetzt sind.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung umfassen die Stopfen
je mindestens ein Loch, welches die Hohlkehle mit der axial äuße
ren Stirnfläche verbindet, um ein begrenztes Entweichen des zwei
ten Fluid zu gestatten, welches sich auf der genannten Stirnflä
che zum Zwecke der Schmierung ausbreitet.
Jeder Stopfen kann mehrere aufeinanderfolgende Hohlkehlen auf
weisen, um die Wärmeaustauschfläche für das zweite Fluid zu ver
größern.
Ferner kann vorgesehen sein, daß jeder Stopfen einen Sicherheits
nocken aufweist, der mit einem Loch im Grund des Sacklochs zusam
menwirkt, um den Stopfen an einer Drehung um seine Achse zu hin
dern.
Die äußere Stirnfläche des Stopfens kann mit einer Beschichtung
aus Reibmaterial versehen sein.
Gemäß einer anderen Variante der Erfindung trägt jeder Stopfen
eine mit ihm feste torische Dichtung in einer Ringnut nahe der
Basis oder dem Boden des Stopfens, um jedes Vordringen des zweiten
Fluids zum Raum zwischen dem Boden der Kammer und des Stopfens auszuschließen.
Auch kann jeder Stopfen gemäß einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung fest verbunden mit ihm eine torusförmigen Dichtung in einer
Ringnut nahe der äußeren Stirnfläche des Stopfens aufweisen, um
jedes Entweichen zweiten Fluids zur Außenseite der Stirnfläche
zu vermeiden, wobei jeder Stopfen sich wie ein Kolben eines Ar
beitszylinders verhält und unter der Wirkung des Drucks des zwei
ten Fluids einen axialen Schub entwickeln kann.
Gemäß einer weiteren Abwandlung ist vorgesehen, daß die Haupt-
Hohlkehle zur äußeren Stirnfläche des Stopfens hin eine bezüg
lich der Stopfenachse nur wenig geneigte Erzeugende hat, um die
Randsteifigkeit der äußeren Stirnfläche zu erhöhen.
Ferner können die zwischen den vorkragenden äußeren Enden der
Stopfen und der Platte gebildeten Räume mit einem festen Schmier
mittel ausgefüllt sein, das z. B. agglomeriertes oder gepreßtes
Graphit sein kann.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Wärmeaus
tauschers gemäß der Erfindung, bei dem jedes Austauschelement
von der Außenfläche eines Rohres und zwei um dieses Rohr angeord
neten Kragen begrenzt ist, wobei diese Kragen in der Nähe der
Stirnflächen einer Platte angeordnet sind, ist erfindungsgemäß
vorgesehen, daß man den Wärmeaustauscher Platte auf Platte mon
tiert, wobei alle Kragen einerseits auf den zugehörigen Rohren
und andererseits mit ein und derselben Platte verschweißt werden,
bevor man die folgende Platte montiert, um dort eine andere Reihe
von Kragen zu verschweißen, und so fort.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung zum Herstellen eines verbesser
ten Wärmeaustauschers, bei dem jedes Austauschelement von einem
in einem kreisförmigen Sackloch einer Platte aufgenommenen Stop
fen gebildet ist, wobei eine äußere Stirnfläche dieses Stopfens
über die entsprechende äußere Stirnfläche der Platte derart vor
ragt, daß sie dort eine Reibfläche bildet, ist dadurch gekenn
zeichnet, daß man alle Stopfen der Platte in ihren Sacklöchern
anordnet und anschließend die äußeren Stirnflächen der Stopfen
in einem einzigen Arbeitsgang bearbeitet.
Ein Verfahren zum Herstellen eines verbesserten Wärmeaustau
schers, bei dem jedes Austauschelement von einem in einem runden
Sackloch einer Platte aufgenommenen Stopfen gebildet ist, wobei
sich der Stopfen axial unter der Wirkung des Fluiddrucks eines
zwischen der Platte und dem Boden jedes Stopfens strömenden
Fluids verschieben kann, ist dadurch gekennzeichnet, daß man
jeden Stopfen während der Bearbeitung mittels einer starren
ringförmigen Unterlage unterstützt, die zwischen den Grund des
Sacklochs und den Boden des Stopfens gebracht wird, und daß der
so unterstützte Stopfen mittels einer sich quer zur Platte er
streckenden Schraube für die Bearbeitung gehalten wird, welche
in ein Gewindeloch im Stopfen eingeschraubt wird, und daß nach
vollendeter Bearbeitung die Schraube entfernt wird und ihr Ge
windeloch durch einen entsprechenden Stöpsel verschlossen wird,
worauf die ringförmige Unterstützung entfernt wird.
Gemäß einer weiteren Abwandlung der Erfindung ordnet man zwischen
dem Boden des Stopfens und der Platte ein elastisches Organ an,
das den Stopfen zur Außenseite der Platte hin zu drängen sucht.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen
von mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf die Platte eines Wärmeaustauschers ge
mäß der Erfindung;
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 einen Teilschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, wobei
zusätzlich ein in die Platte eingesetztes Austauschelement
dargestellt ist;
Fig. 4 eine Draufsicht auf das in Fig. 3 gezeigte Austauschelement;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Austauschelementes gemäß
Fig. 3 und 4;
Fig. 6 eine perspektivische Gesamtansicht einer Platte eines
Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung;
Fig. 7 eine Draufsicht auf die Platte nach Fig. 6;
Fig. 8 einen Vertikalschnitt, der ein Anwendungsbeispiel der Plat
te nach den Fig. 6 und 7 zeigt;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß
der Erfindung mit mehreren Platten;
Fig. 10 eine perspektivische schematische Ansicht zur Erläuterung
der Funktion des Wärmeaustauschers;
Fig. 11 einen Teilschnitt nach der Linie XI-XI in Fig. 9;
Fig. 12 einen Teilschnitt nach der Linie XI-XI in Fig. 9, wobei
eine Variante dargestellt ist;
Fig. 13 einen Teilschnitt nach der Linie XI-XI in Fig. 9, der eine
weitere Variante zeigt;
Fig. 14 einen Teilschnitt nach der Linie XI-XI in Fig. 9 durch
eine weitere Variante;
Fig. 15 eine schematische Teildraufsicht auf den Wärmeaustauscher
nach Fig. 9;
Fig. 16 bis 19 weitere Teilschnitte nach der Linie XI-XI in Fig. 9;
Fig. 20 eine perspektivische Teilansicht eines bekannten Wärme
austauschrohres;
Fig. 21 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Funktion;
Fig. 22 und 23 Diagramme, welche die Funktion des Wärmeaustau
schers nach Fig. 9 zeigen;
Fig. 24 bis 26 weitere Teilschnitte nach einer Linie XI-XI in
Fig. 9 durch weitere Varianten;
Fig. 27 eine Seitenansicht eines abgewandelten Wärmeaustauschers
gemäß der Erfindung;
Fig. 28 eine Draufsicht auf ein Austauschelement gemäß einer an
deren Variante der Erfindung;
Fig. 29 einen Schnitt nach der Linie XXIX-XXIX in Fig. 28;
Fig. 30 bis 32 weitere Teilschnitte nach der Linie XI-XI in Fig. 9
betreffend weitere Varianten;
Fig. 33 eine perspektivische Teilansicht eines Austauschelemen
tes gemäß einer anderen Abwandlung;
Fig. 34 einen Schnitt nach der Linie XXXIV-XXXIV in Fig. 33;
Fig. 35 eine Draufsicht einer mit Stopfen versehenen Platte ge
mäß einer weiteren Ausführung der Erfindung;
Fig. 36 einen Schnitt nach der Linie XXXVI-XXXVI in Fig. 35;
Fig. 37 eine schematische Ansicht in Achsrichtung eines Lagers,
das mit Hilfe von gekrümmten, mit Stopfen versehenen
Platten gemäß der Erfindung realisiert ist;
Fig. 38 eine Teildraufsicht auf Fig. 35 mit einer Abwandlung;
Fig. 39 einen Schnitt nach der Linie XXXIX-XXXIX in Fig. 38;
Fig. 40 eine Teilansicht auf Fig. 35 mit einer weiteren Abwand
lung;
Fig. 41 einen Schnitt nach der Linie XLI-XLI in Fig. 40;
Fig. 42 eine Teildraufsicht auf Fig. 35 mit einer weiteren Ab
wandlung;
Fig. 43 einen Schnitt nach der Linie XLIII-XLIII in Fig. 42;
Fig. 44 eine Teildraufsicht auf Fig. 35 gemäß einer weiteren Ab
wandlung;
Fig. 45 einen Schnitt nach der Linie XLV-XLV in Fig. 44;
Fig. 46 eine Teildraufsicht auf Fig. 35 gemäß einer weiteren Ab
wandlung;
Fig. 47 einen Schnitt nach der Linie XLVII-XLVII in Fig. 46;
Fig. 48 bis 53 Axialschnitte durch Austauschelemente in Form von
Stopfen unterschiedlicher Ausführung;
Fig. 54 eine Teildraufsicht auf Fig. 35 mit einer weiteren Abwand
lung;
Fig. 55 einen Schnitt nach der Linie LV-LV in Fig. 54;
Fig. 56 bis 58 Axialschnitte durch Austauschelemente in Form von
Stopfen in abgewandelten Ausführungen;
Fig. 59 eine Teilansicht in vergrößertem Maßstab des Stopfens
nach Fig. 58;
Fig. 60 einen Axialschnitt durch einen anders ausgebildeten
Stopfen;
Fig. 61 einen anderen Axialschnitt, welcher die Herstellung des
selben Stopfens illustriert;
Fig. 62 einen Schnitt nach der Linie XXXVI-XXXVI in Fig. 35 mit
einer weiteren Abwandlung;
Fig. 63 in gleicher Ansicht wie Fig. 62 eine andere Funktions
phase;
Fig. 64 in gleicher Ansicht wie Fig. 35 eine weitere Variante;
Fig. 65 und 66 Teilschnitte nach der Linie LXV-LXV in Fig. 64.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Teil einer Platte 1 (Fig. 6), in
welche Löcher 2 von einer Seite zur anderen quer durchgebohrt
sind. Die Achsen dieser Löcher sind in einem Raster mit gleich
seitigen Dreiecken als Rasterelementen derart angeordnet, daß
die Ränder benachbarter Bohrungen stets einen Abstand 3 vonein
ander haben.
Die Löcher sind von Austauschelementen 4 (Fig. 3 bis 5) zylin
drischer Gestalt gefüllt, wobei diese Ausführung die einfach
ste Realisierung der Gesamtanordnung durch Bearbeiten ermög
licht. Die Löcher 2 kommunizieren miteinander über Öffnungen,
die bei 5 gezeigt sind und gebohrt sein können, und deren Achse
vorzugsweise mit der Mittenverbindungslinie zweier aufeinander
folgender Austauschelemente zusammenfällt, um zu ermöglichen,
daß ein Fluid von einem Loch zum anderen in der Platte strömen
kann. Diese Strömung wird durch eine Kammer 6 ermöglicht, wel
che jedes Austauschelement 4 in seinem Loch 2 umgibt (Fig. 3).
Jedes Austauschelement 4 hat im wesentlichen eine Rotationswand
7 in Gestalt eines Diabolo oder Schleuderkreisels, von der äuße
re Rippen 8 und innere Rippen 9 ausgehen. Eine innere Höhlung
zwischen den Rippen 9 im Inneren des Austauschelementes erstreckt
sich axial in dem Austauschelement, dessen Höhe im wesentlichen
gleich der Stärke 10 einer Platte ist. An jedem axialen Ende
des Austauschelementes ist der Umfang der Wand 7 mit den Rän
dern des runden Loches 2 über eine dichte Schweißnaht 11 ver
schweißt.
Die Platte 1 kann in ihrer Gesamtheit von einem ersten Fluid in
Richtung der Pfeile 13 in Fig. 6 normal zu ihren Stirnflächen
und in Richtung der Pfeile 12 parallel zu ihren Stirnflächen,
d. h. in der Stärke der Platte von einem zweiten Fluid durchströmt
werden. Das Fluid 12 kann in der Platte auf unterschiedliche
Weise strömen, z. B. im Parallelstrom, an dem einzeln jede Reihe
der Austauschelemente 4 beteiligt ist, oder in einem einzigen
Strom, bei dem das Fluid aufeinanderfolgend jede Reihe nach
einer Umlenkung am Ende jeder Reihe durchströmt (Fig. 7).
Wenn eine solche Platte vertikal in ein ein Fluid enthaltendes
Gefäß eingetaucht wird, um das Gefäß in zwei Bereiche 14 und 15
zu unterteilen (Fig. 8) passiert ein Fluidstrom die Austausch
elemente der Platte in Querrichtung, ohne mit dem Fluidstrom zu
kommunizieren, welcher in der Stärke der Platte strömt, und man
erhält somit einen einfachen Wärmeaustauscher.
Ein rationellerer Wärmeaustauscher kann durch Stapeln mehrerer
identischer Platten übereinander hergestellt werden, die mit ge
eigneten Austauschelementen versehen sind (Fig. 9). Quadratische,
rechteckige oder evtl. sogar runde Platten werden so aufeinander
gelegt, daß die Achsen der Austauschelemente miteinander fluch
ten, und werden miteinander verbunden, so daß sie einen einzigen
kubischen oder parallelepipedischen Block bilden.
Die Verbindung kann durch Verschweißen jeder Platte mit der Nach
barplatte hergestellt werden ( Fig. 24 und 25). Zwei aufeinander
folgende Platten sind dabei mit einer umlaufenden Schweißnaht 16
(Fig. 25) verbunden, welche mit den Platten mittels Zonen 17
rückgeschmolzenen Materials, in welche Schweißmaterial eingedrun
gen ist, innig verbunden ist.
Man kann eine Umfangsnut 18 in einem gewissen Abstand vom Rand
vorsehen, um jegliche Schweißrisse auf der Höhe der Dichtung
zwischen den beiden Platten zu vermeiden.
Die innige Verbindung kann auch mittels Platten 19 hergestellt
werden, welche die Dichtfugen der Platten überdecken. Die Plat
ten 19 sind auf die Kanten der Platten 1 aufgeschweißt (Fig. 26).
In beiden Fällen kann praktisch die gesamte Oberfläche der Plat
ten für Löcher zum Unterbringen der Austauschelemente 4 ausge
nützt werden.
Bei Wärmeaustauschern für Kreisläufe unter hohem Druck ist er
forderlich, daß die Platten untereinander mittels Bolzen bzw.
Zugankern 20 verbunden werden, deren Gewindeenden Spannmuttern
21 tragen (Fig. 27). Der gesamte Randbereich der Platten wird
für die Zugankerverspannung ausgenützt, während der mittlere Be
reich den eigentlichen Wärmeaustauscher bildet. Die Stärke der
Außenplatten 22 und 23 sowie der Abstand 24 zwischen dem Außen
rand und demjenigen Bereich der Platten, in dem die Austausch
elemente 4 untergebracht sind, hängt von den im Wärmeaustauscher
herrschenden Drücken ab. Falls erforderlich kann man die Anord
nung noch durch zentrale Zuganker verstärken. Man muß selbst
verständlich rund um die Platten eine Dichtung vorsehen. Da die
Bearbeitung der Platten sehr genau ist, gewährleisten bereits
die Platten selbst eine Dichtheit nach dem Andrücken ihrer Ober
flächen. Vorzugsweise verwendet man torusförmige Dichtungen, von
denen je eine zwischen zwei Platten in einer Nut längs dem Außen
rand der Platten angeordnet ist, oder man bringt eine ausgebrei
tete Dichtmasse bei der Montage in jeden Zwischenraum zwischen
zwei Platten.
Man sieht also, daß die Austauschelemente, die in die nach einem
bestimmten Raster in jeder Platte vorgesehenen Löcher aufgenom
men sind, einen Wärmeaustausch zwischen zwei sich kreuzenden Fluid
strömen ermöglichen. Ein erstes Fluid strömt durch den mittleren
Teil oder Kanal 25 jedes Elementes während ein zweites Fluid
zwischen der Außenwand 7 des Elementes und der Lochwand des
Loches 2 strömt.
Die verschiedenen Löcher 2 kommunizieren selbst untereinander
über Löcher, die parallel zu den Stirnflächen der Platten ver
laufen. Das zweite Fluid durchquert somit die Kammer 6 bzw. 26
um jedes Element und dann die folgende Kammer usw., bis es
schließlich aus der Platte austritt, sei es über eine Mündung
27 in der Schmalseite einer Platte oder über ein spezielles
Element zum Anschluß an die nächstfolgende Platte. Das erste
Fluid durchquert in gleicher Weise den Kanal 25 aller koaxialen
Elemente einer Reihe bis es schließlich entweder aus dem Wärme
austauscher über eine axiale Mündung des Elements der äußersten
Platte austritt oder in der letzten Platte des Wärmeaustauschers
ein spezielles Element zum Umlenken in die Kanäle 25 der benach
barten Reihe erreicht.
In Fig. 15 ist die Strömung des zweiten Fluids nahe dem Rand der
Platte dargestellt. Man erkennt, daß die beiden letzten Löcher
28 und 29 ein Verbindungsloch 30 aufweisen, über welches das
Fluid von einer Lochreihe zur nächsten auf einem im wesentlichen
sinusförmigen Strompfad strömt (Fig. 7). In Fig. 10 ist diese
Strömung des zweiten Fluids bei 31 gestrichelt dargestellt.
Das spezielle, in Fig. 19 gezeigte Element hat einen Kanal 32′,
welcher das erste Fluid im Wärmeaustauscher von einer Elementen
reihe zu einer anderen umlenkt. Dieser Kanal 32 kann auch in
einer speziellen, zusätzlichen Platte 33 vorgesehen sein, die
am Ende des Plattenstapels angebracht ist (Fig. 16). Die Strö
mungsbahnen des ersten Fluids sind in Fig. 10 mit durchgezo
genen Linien 34 dargestellt.
Es versteht sich, daß man sich alle Arten von Strömungskreis
läufen in Anpassung an die jeweiligen besonderen Wärmeaustausch
vorgänge vorstellen kann, die man zu erhalten wünscht. Wenn
spezielle Kreisläufe erforderlich sind, kann man z. B. ein
Spezialteil wie das Teil 35 gemäß Fig. 17 anstatt mehrerer über
einander geordneter Elemente 4 verwenden, derart, daß das zwei
te Fluid, das in der Dicke einer Platte strömt, daraus aus
tritt und in eine andere Platte umgelenkt wird.
In Fig. 18 ist ein Spezialteil 36 dargestellt, welches das zweite
Fluid, das normalerweise um die Austauschelemente herumströmt,
im zentralen Kanal der Elemente anstelle des ersten Fluids
strömen läßt oder je nach dem Anwendungsfall zusammen mit dem
ersten Fluid.
Verschiedene Varianten können zum Gewährleisten der Dichtheit
zwischen den Strömungskreisläufen des ersten und zweiten Fluids
verwirklicht werden, welche die Schweißnaht 11 gemäß Fig. 3
ersetzen, deren Vorteil hauptsächlich darin besteht, in jedem
Fall eine Vermischung zwischen den beiden Strömungskreisläufen
zu vermeiden, und zwar selbst dann, wenn die Platten miteinander
schlecht verbunden sind.
Gemäß einer ersten Variante, die in Fig. 11 gezeigt ist, ist
jedes Austauschelement zwischen zwei torusförmige Dichtungen 37 aus Metall oder
Kunststoff eingesetzt, wobei diese Dich
tungen je in einem Paar Ausnehmungen 38 um das runde Loch 2 herum
auf jeder Seite der Platte sitzen. Man erhält hierdurch gleich
zeitig eine Abdichtung zwischen den Austauschelementen, den
Austauschelementen und den Platten und den Platten selbst.
Bei einer anderen Veriante gemäß Fig. 12 sind die Elemente in
den Platten einjustiert, und die Platten sind über an ihrem Um
fang angeordnete Dichtungen oder über individuelle, um jedes
Element herum vorgesehene Dichtungen oder um je eine einzige
torische Abdichtung 39 zwischen zwei Elementen abgedichtet.
Fig. 13 zeigt ein Austauschelement, dessen Höhe 40 gleich der
Stärke der Platte ist. Der Plattenstapel kann also eine aus
reichende Dichtheit gewährleisten, wenn die Bearbeitung korrekt
durchgeführt ist, oder wenn eine plastische Dichtmasse oder
-paste vor der Montage auf den beiden gegenüberliegenden Flä
chen der entsprechenden Platten ausgebreitet ist.
Wenn die beiden Kreisläufe ohne weiteres ineinander lecken kön
nen, ist eine absolute Dichtheit nicht von großer Bedeutung
(z. B. bei der Kühlung weichen Wassers durch weiches Wasser).
Im Fall eines Wärmeaustauschers aus weichem Stahl, der weiches
Wasser enthält, werden alle Dichtstellen schnell durch Rost ab
gedichtet.
In Fig. 14 ist ein Austauschelement 41 dargestellt, das mit sei
nem Anbringungsort verschweißt ist. Die Dichtheit wird durch
eine Dichtung 42 gewährleistet, die zwischen zwei Elementen
auf einer Abstützung innerhalb der Schweißnaht sitzt.
Der Wärmeaustauscher arbeitet wie folgt:
Man weiß, daß für einen wirksamen Wärmeaustausch zwischen zwei
Fluiden der Temperaturunterschied zwischen diesen Fluiden wäh
rend des Wärmeaustausches möglichst groß sein sollte. Wenn die
Fluide A und B parallel und in gleicher Richtung in einen Wärme
austauscher strömen, entwickeln sich die Temperaturen längs der
Wärmeaustauscherbahn gemäß den Kurven 43 und 44 in Fig. 22. Im
Gegensatz dazu entwickeln sich die Temperaturen bei Gegenstrom
der Fluide gemäß den Kurven 45 und 46 in Fig. 23, was zu bestem
Wärmeaustausch führt.
Wenn man in den meisten Anwendungsfällen die zweite Bedingung,
d. h. den Wärmeaustausch im Gegenstrom, zu realisieren sucht,
kann es vorteilhaft sein, an erster Stelle dafür zu sorgen, daß
die verschiedenen Bereiche des Wärmeaustauschers selbst auf
konstanten Temperaturen bleiben, wodurch geometrische Verformun
gen aufgrund von Wärmedehnungen vermieden werden.
Das oben anhand der Fig. 10 beschriebene Strömungsschema bildet
zwei im wesentlichen sinusförmige Strömungskreisläufe, die sich
bei der Begegnung kreuzen, um aus entgegengesetzten Flächen des Pa
rallelepipeds auszutreten.
Man hat also zwei Kreisläufe, deren individuelle Strompfade 31
und 34 senkrecht zueinander verlaufen, jedoch bezüglich der
Flächen des Parallelepipeds parallele Schichten bilden, wobei
sie sich bei der Begegnung innerhalb des Blockes kreuzen.
Einer der Vorteile des so gestalteten Wärmeaustauschers besteht
darin, daß beide Fluid-Kreisläufe in Kontakt mit den Rippen
sein können, so daß eine große Wärmeaustauschfläche nutzbar ist.
Man weiß, daß bekannte Wärmeaustauscher profilierte Rohre großer
Länge wie das Rohr 47 in Fig. 20 haben, wobei das im Rohr
inneren strömende Fluid nicht eine bedeutende Wärmeaustausch
fläche wegen der technischen Unmöglichkeit vorfindet, Rippen
entsprechend den äußeren Rippen 48 zum Kühlen bzw. zum Wärme
austausch im Rohrinneren vorzusehen.
Außerdem stellt man fest, daß der Kreislauf des ersten Fluids
bei der Erfindung einer Folge von Verengungen und Erweiterungen
ausgesetzt ist, wenn das Fluid die aufeinanderfolgenden Kanäle 25
der Austauschelemente durchströmt (Fig. 21), was den Wärmeaus
tausch durch Reibung an den Wänden begünstigt.
Diese Folge von Ausdehnungen und Einschnürungen ist auch im
Hinblick auf den zweiten Fluid-Kreislauf günstig, und sie kann
beispielsweise zum Homogenisieren einer Mischung von zwei in
denselben Hohlräumen strömenden Fluiden ausgenutzt werden, was
bei dem Austauschelement 36 gemäß Fig. 18 realisiert ist. Das
Element 36 kann auch anstelle zweier aufeinander in derselben
Platte folgenden Elemente gesetzt werden, wobei ihre inneren
Kreisläufe kommunizieren, um die Umkehr um sich selbst eines
zentralen Kanals 25 in derselben Weise zu bewirken, wie in
Fig. 16 gezeigt ist.
Übereinander angeordnet können die Elemente 36 das in Fig. 17
links gezeigte Element 35 ersetzen.
Die Platten und die Elemente bestehen aus Metallen oder Metall
legierungen, die den aus Temperatur und Druck der darin strömen
den Fluide erwachsenden Anforderungen entsprechen. Der Werkstoff
sollte ebenfalls, falls erforderlich, einer durch die Fluide
erzeugten Korrosion widerstehen.
Die Elemente 4 können korrosionsbeständig gegen die beiden Fluide
sein, während die Platten bei guter Abdichtung zwischen den Ele
menten nur korrosionsbeständig gegen das Fluid sein müssen, das
um die Elemente strömt.
Man kann Platten aus plastischem Material oder Kunststoff in dem
Maße verwenden, als die Temperaturen des wärmsten Fluids nicht
so hoch liegen, um die Eigenschaften des Materials zu verändern.
Diese Ausführung ist vorteilhaft, weil der Wärmeaustausch hier
bei allein auf dem Niveau der Elemente mit einer geringeren
thermischen Trägheit stattfindet, während im anderen Fall ein
Teil der Wärme im leitfähigen Material der Platten dissipiert
wird. Die Elemente 4 sollten dagegen aus einem Material größter
Leitfähigkeit bestehen, z. B. aus Kupfer- oder Aluminiumlegierun
gen.
Wenn der Wärmeaustauscher fähig sein soll, für Kunststoffe er
trägliche Temperaturen aber zu hohe Drücke für dieses Material
auszuhalten, kann man die mittleren Platten aus Kunststoff ma
chen und diese zwischen Metallplatten 22 und 23 einbetten
(Fig. 27). Die Elemente können ebenfalls aus Kunststoff beste
hen, und die Zwischenplatten können außerdem von metallischen,
durchbrochenen Umfangsplatten 49 aus widerstandsfähigen Metal
len oder Legierungen eingerahmt sein. Der metallische Umfangs
gürtel oder -rahmen umschließt dabei den zentralen Bereich aus
Kunststoff von allen Seiten.
Der Wärmeaustauscher kann auch dadurch gebildet sein, daß die
Platten von einem einstückigen parallelepipedischen Block er
setzt werden, der von Bohrungen eines dem Außendurchmesser der
Elemente entsprechenden Innendurchmessers durchsetzt ist, und
ferner von senkrechten Löchern, die einen der Höhe eines Ele
mentes plus der Dichtung entsprechenden Abstand haben. Die Ele
mente werden dann in einer Reihe in die erstgenannten Bohrungen
eingefädelt. Man kann dann unter Inkaufnahme des Nachteils der
erschwerten Herstellung und des Vorsehens von zahlreichen Ge
windestopfen höhere Drücke zulassen, wobei die Dichtungen zwi
schen den Platten wegfallen. Es wird jedoch schwierig, kom
plexe Kreisläufe auf diese Weise zu realisieren, wie sie mit
den Plattenstapeln realisiert werden können.
Bei einer Variante kann ein Austauschelement 4 als Rohrstück 50
(Fig. 30) realisiert werden, auf dessen axiale Enden äußere
Kragen 51 aufgeschweißt sind. Ferner kann auch ein Rohrelement
52 das Austauschelement 4 bilden (Fig. 31), wenn man die äuße
ren Rippen 53 in dieses Element einarbeitet.
Die Reihen von koaxialen Elementen 4 können ferner durch lange
Rohre 54 ersetzt sein, auf welche man in gleichmäßigen Abstän
den äußere Kragen 55 aufschweißt. Jeder Kragen 55 gehört zu
einer Plattenetage und gewährleistet eine ausreichende Dicht
heit zwischen den verschiedenen Kanälen des zweiten Fluid-Kreis
laufes ( Fig. 32).
Im Gegensatz zu einem klassischen Wärmeaustauscher mit Rohren
erlaubt der Wärmeaustauscher eine absolute Steuerung des in den
Platten strömenden Fluids parallel zu deren Stirnflächen außer
halb der Rohre. Ein Wärmeaustauscher unter hohem Druck kann
leichter realisiert werden, und Wärme kann leicht an ein Fluid
abgegeben werden, wenn die Wärme durch ein festes, im Rohr ent
haltenes Material entwickelt wird.
Man kann den Wärmeaustauscher Platte für Platte montieren, in
dem zunächst die Rohre der ersten Platte angeordnet werden und
dann jeweils die Kragen 55 einerseits mit den Rohren und anderer
seits mit der jeweiligen Platte verschweißt werden; dies führt
zu dem doppelten Vorteil, perfekte Dichtheit zwischen den inne
ren Strömungskreisläufen der Platte zu gewährleisten und außer
dem die Rohre unbeweglich abzustützen, so daß sie nicht aufgrund
von Wärmeausdehnungen knicken können.
Gemäß einer in den Fig. 28 und 29 gezeigten Variante ersetzt man
die Elemente 4 durch Elemente 56, deren Wände 7 keine Rippen
tragen aber von einer oder mehreren kleinen Bohrungen 57 durch
setzt sind, durch welche das zweite Fluid in den Strömungskreis
lauf des ersten Fluids in den Kanal 25 einspritzen kann. Wenn diese
Bohrungen bezüglich der radialen Richtung des Elementes geneigt
sind, erzeugt man eine Drehung des Gemisches um die Achse des Ka
nals 25. Diese Bewegung führt in Kombination mit den aufeinander
folgenden Entspannungen und Zusammendrückungen aufgrund der Ge
stalt des Kanals 25 zu einer Homogenisierung des Gemisches.
Wenn ein Element oder eine Reihe von aufeinanderfolgenden Elemen
ten den Strom in einer Richtung drehen läßt, wird das folgende
Element oder die folgende Reihe zweckmäßig so angeordnet, daß
der Strom aufgrund einer entgegengesetzten Neigung der Löcher 57
in entgegengesetztem Drehsinn dreht, um die Durchmischung zu
verbessern.
Mit dieser Anordnung läßt sich eine äußerst innige Mischung zweier
Gase, Flüssigkeiten oder Pasten erreichen. Man kann die Drücke
in den beiden Kreisläufen variieren, um die Mischungsanteile
zu ändern.
Das in den Hohlkehlen oder zwischen den äußeren Rippen der Ele
mente strömende Fluid kann ein Feststoff in Gestalt einer Paste
sein, die in den Kreislauf z. B. mittels einer Schneckenpresse
o. dgl. hineingedrückt wird.
Es ist ersichtlich, daß der Wärmeaustauschblock auch als Reaktor
verwendet werden kann, weil er ermöglicht, in homogener Form
eine Flüssigkeit mit einer anderen Flüssigkeit zusammenzubringen,
mit der sie reagiert, um eine chemische Verbindung zu schaffen
oder um ein Gas in ein anderes Gas oder eine Flüssigkeit in einen
Gasstrom oder ein Gas in einen Flüssigkeitsstrom oder eine Paste
in eine Flüssigkeit einzubringen.
Dieses Einbringen kann außerdem unter sehr hohen Drücken erfol
gen, die manchmal zur Erzeugung gewisser chemischer Reaktionen
erforderlich sind, und man kann in allen Fällen die Zuteilung der
Komponenten genau steuern, welche in bestimmten Anteilen mitein
ander reagieren sollen.
Ein Teil des Wärmeaustauschers kann vor der Wärmeaustausch-Re
aktion dazu verwendet werden, die Temperatur eines der Reaktions
partner bezüglich des anderen herabzusetzen oder anzuheben, wobei
dies mit einem Hilfsfluid für jeden Reaktionspartner geschehen
kann, was beispielsweise erlaubt, eine Paste oder teigige Masse
zu fluidisieren oder die Reaktionskomponenten auf die für die
Reaktion geeignete Temperatur zu bringen. Der beschriebene Wärme
austauscher bietet sich für alle diese Verwendungsmöglichkeiten
an und dies mit Standard- oder Normbauteilen, nämlich Rippen-
Austauschelementen für den Wärmeaustausch, Spezialelementen für
die Richtungsänderung der Ströme und glatte Elemente mit Mündun
gen für die Gemische oder Reaktionsergebnisse.
Es ist besonders zweckmäßig, Elemente aus Kunststoff, wie oben
gesagt, bei Verwendung des Wärmeaustauschers als Mischer oder
als Reaktor bei niedrigen oder mittleren Temperaturen zu ver
wenden, wenn metallische Werkstoffe aus Korrosionsgründen aus
scheiden.
Gemäß einer weiteren Variante verwendet man den Wärmeaustauscher
als rohrförmigen Ofen, indem man die durch aufgereihte Elemente
gebildeten zentralen Kanäle 25 von heißen Verbrennungs- oder
Rauchgasen durchströmen läßt, während kaltes Wasser in die Plat
tendicke eingeleitet wird, um daraus warm auszutreten.
In allen Fällen ist der Wärmeaustauscher bei der Verwendung als
Mischer oder Reaktor keiner Größenbeschränkung unterworfen, weil
es möglich ist, so viel zusätzliche Standardplatten hinzuzufü
gen, wie man wünscht.
Gemäß einer insbesondere in den Fig. 35 und 36 dargestellten Aus
führung ist die Platte von einer Platte 58 ersetzt, weilche Sack
löcher 59 auf einer ihrer Stirnflächen hat. Jedes Sackloch 59
nimmt einen Stopfen 60 auf, der höher als die Tiefe des Sack
loches ist, so daß er über die Stirnfläche 61 der Platte 58 vor
ragt. Die Sacklöcher 59 und Umfangs-Hohlkehlen 62 der Stopfen 60
begrenzen Kammern 63, die untereinander über Löcher 64 kommuni
zieren, welche parallel zu den Stirnflächen der Platten gebohrt
sind, wie bei den Platten 1.
Die Anordnung der oberen Stirnflächen 65 der Stopfen 60 neben
einander bildet eine Reibungsfläche für einen Körper 66, der sich
bezüglich der Platte 58 bewegt. Diese Reibfläche kann plan sein,
wie in Fig. 36 gezeigt ist. Sie kann jedoch auch zylindrisch
sein, wie dies in Fig. 37 gezeigt ist oder kugelig oder konisch.
Dadurch, daß man das Fluid von einer Kammer 23 zur nächsten über
die Bohrung 64 strömen läßt, kann man ausgehend von einer Mün
dung z. B. am Ende einer Reihe von Stopfen einen Strom von Kühl-
Fluid herstellen, der eine bestimmte Anzahl von aufeinanderfol
genden Stopfen beteiligt, bevor er aus dem Reiborgan austritt oder
eine neue Reihe von Stopfen nach einer Umlenkung in der Platte
58 durchströmt.
Bestimmte Stopfen können als Verteiler dienen. So ist der Stop
fen 67 gemäß Fig. 38 in einem Sackloch untergebracht, in wel
ches vier Verbindungsbohrungen 64 münden. Der Querschnitt der
Hohlkehle, welche den Stopfen 67 umgibt (Fig. 39) ist in Abhän
gigkeit von der erforderlichen Verteilerleistung bemessen.
Man kann auch im Stopfen ein Querloch 68 vorsehen (Fig. 40 und
41) oder zwei parallele Querlöcher 69 (Fig. 42 und 43), um einen
Teilstrom oder den gesamten Strom des Kühl-Fluids durch den Stop
fen durchzuleiten. Die Querlöcher 68 und 69 münden entweder in
die Hohlkehlen dieser Stopfen oder gegenüber den Verbindungs
bohrungen 64.
Man kann die Kühlleistung modulieren, um sie insbesondere auf
bestimmte Stopfen zu konzentrieren, die stärker dem Druck des
Reiborganes 66 ausgesetzt sind, was insbesondere bei Lagern vor
kommt.
Um also die Kühlwirkung bestimmter Stopfen zu privilegieren, kann
man die Bohrungsdurchmesser der die Kammern 63 verbindenden Boh
rungen 64 oder den Querschnitt der Hohlkehlen der Stopfen ver
ändern: diese Durchmesser und dieser Querschnitt sind in den Zo
nen mit den privilegierten Stopfen größer.
Man kann auch die Kontaktoberfläche zwischen den Stopfen und der
Kühlflüssigkeit vergrößern, indem man Stopfen mit einer doppelten
Hohlkehle verwendet (Fig. 49) oder mit mehreren Hohlkehlen 70
(Fig. 56). In allen diesen Fällen kann der Querschnitt der Kammer
63 im wesentlichen gleich bleiben.
Der Fluidkreislauf kann mit veränderbarem Druck betrieben werden,
und zwar gesteuert durch ein regelbares Druckminderventil, das
am Ausgang des Wärmeaustauschers angeordnet ist.
Man kann auch jeden Stopfen individuell schmieren, indem man ihn
mit einem oder zwei Kanälen 71 (Fig. 44 bis 47) versieht, welche
die Kammer 63 mit der Reib-Oberfläche des Stopfens verbinden,
um Fluid dorthin zu transportieren, daß in diesem Fall so gewählt
ist, daß es Schmiereigenschaften hat.
Die Abmessung der Kanäle 71 ist abhängig vom im Fluidkreislauf
herrschenden Druck und von dem Reibdruck so berechnet, daß jeder
Stopfen einen eigenen, ausreichenden Schmierfilm auf der Reib
fläche erhält. Die Mündung jedes Kanals ist so gestaltet, daß
sie das Entstehen und das Aufrechterhalten des Schmierfilms oder
das Unterhalten einer Schmierstelle begünstigt.
Um die Mündungen der Ausgänge aus den Stopfen der Schmierströ
mung mehr oder weniger vollständig abzuschließen, kann man die
Hauptrolle des Fluids auf diejenige eines Schmiermittels be
schränken oder beliebig die Anteile dieses Fluids für das Schmie
ren und für das Kühlen aufteilen.
Da die Reibfläche der Stopfen über die Stirnfläche der Unter
stützung vorragt und die Stopfen keinen Kontakt untereinander
haben, gibt es bei an Ort und Stelle befindlichen beweglichem
Organ eine Anzahl von miteinander kommunizierenden Hohlräumen
zwischen den Stopfen, die einen Teil der Oberfläche einnehmen.
In das Volumen dieser Hohlräume ergießt sich das zur Oberfläche
jedes Stopfens gelangende Schmiermittel, welches den Schmierfilm
bildet.
Wenn also feste Verunreinigungen in dieses System eindringen,
- - halten sie sich in diesem Hohl- oder Freiraum 72 (Fig. 35 und 36) zwischen dem beweglichen Teil und der Oberfläche der Unter stützung auf, anstatt zwischen die Kontaktflächen zu geraten, was zu deren Beschädigung führen würde,
- - werden sie durch überschüssiges Schmierfluid vertrieben, das die Verunreinigungen zu einem Filter führt, wo sie gesammelt werden.
Bei der besonderen Ausführung, bei der die Stopfen zylindrisch
und gleichmäßig in einem Raster mit gleichseitigen Dreiecken als
Rasterelementen verteilt angeordnet sind, ist die verbleibende,
nicht von den Stopfen überdeckte Oberfläche aus folgender Glei
chung bestimmbar:
(d + ε )2 ²/₈ d 2,
worin ε der Abstand der Stopfenränder und d der Stopfendurch
messer ist. Wenn ε = 0, berühren sich die Stopfen und die
Oberfläche zwischen den Stopfen beträgt 10,5% der Gesamtober
fläche.
Wenn der Abstand zwischen den Stopfen 0,05 d beträgt, liegt das
Verhältnis zwischen der unbedeckten Oberfläche und der Stopfen
oberfläche etwa bei 20%.
Man kann das Überkragen der Stopfen über die Plattenoberfläche
und den Stopfenabstand variieren, je nachdem, ob der Strom des
Schmiermittels, der an der Oberfläche der Stopfen ankommt, unter
Druck steht oder sich drucklos in den Zwischenraum ergießt.
Der für die Herstellung der Stopfen verwendete Werkstoff sollte
folgende Eigenschaften aufweisen:
- - hohe Druckfestigkeit, mindestens ausreichend, um die Zerstörung der vorkragenden Stopfenteile zu verhindern;
- - ausreichende Elastizität, so daß die Stopfen auch geringste Herstellungsgenauig keiten des beweglichen Organs ausgleichen können;
- - niedriger Reibkoeffizient mit dem Werkstoff des beweglichen Organs bzw. Reibpartners;
- - so große Wärmeleitfähigkeit wie möglich.
Die Stopfen können aus einem Verbundwerkstoff bestehen und eine
Deckschicht 73 aus Spezialwerkstoff (w eine reibungsarme Le
gierung) tragen, wobei der Stopfenkörper im übrigen aus einem
sehr gut leitenden und außerdem widerstandsfähigen Material wie
Kupfer ⁴/₄ hart, Kupfer-Chrom oder Kupfer-Beryllium be
stehen kann (Fig. 52 und 53).
Die Fig. 48 bis 58 zeigen unterschiedliche Ausführungen der zy
lindrisch ausgebildeten Stopfen.
Der Stopfen nach Fig. 48 ist der einfache Stopfen 60 mit einer
äußeren Hohlkehle 62.
Der Stopfen 74 nach Fig. 49 hat zwei Hohlkehlen, deren Gesamt
querschnitt gleich demjenigen der Hohlkehle 62 ist. Die beiden
in die Hohlkehlen diametral gebohrten Löcher 75 haben dem Quer
schnitt der Hohlkehlen angepaßten Durchmesser.
Der Stopfen 76 nach Fig. 50 hat eine Auslaßmündung 77, die so
gestaltet ist, daß sie die Ausbildung eines individuellen
Schmierfilms durch Entnahme aus dem Kühlkreislauf begünstigt.
Die Asymmetrie ergibt sich aus der Gleichrichtung.
Der Stopfen 78 nach Fig. 51 hat eine Mündung 79 in Gestalt eines
Trichters, dessen eine Seite zur Mitte der Reibfläche hin und
dessen andere Seite in ein Querloch im Stopfen mündet.
Der Stopfen 80 nach Fig. 53 weist ein Loch 81 für die Schmierung
in Kombination mit einer Deckschicht 73 aus Spezialwerkstoff auf,
wodurch gleichzeitig gekühlt und geschmiert wird, während der
ebenfalls mit einer Deckschicht 73 versehene Stopfen nach Fig. 52
ungeschmiert ist.
Der Stopfen 82 nach Fig. 55 hat einen Sicherheitsnocken oder
Zapfen 83. Dieser Zapfen paßt in ein in der Platte 58 einge
brachtes Loch, um den Stopfen 82 an einer Drehung unter der Wir
kung der Reibbewegung zu hindern (Fig. 54).
Der schon erwähnte Stopfen nach Fig. 56 hat den Nachteil, an sei
nem Umfang aufgrund seiner geringeren Stärke weniger starr zu
sein. In Fig. 57 ist ein Stopfen gezeigt, dessen Hohlkehle 84 spe
ziell so gestaltet ist, daß der Umfang so stark und damit so
starr wie möglich ist, und zwar aufgrund der oberen geringen
Neigung der Stopfenkontur bezüglich der Achse.
Alle beschriebenen Stopfen sind dazu bestimmt, in ihren Sacklö
chern 59 eingeschlossen bzw. abgedichtet zu werden.
Man kann das Vordringen des Kühl- und Schmierfluids unter den
Stopfen verhindern, indem man um jeden Stopfen eine torusförmige
Dichtung oder eine Ringdichtung 85 in einer Umfangsnut 86 vor
sieht (Fig. 58 und 59), welche sich nahe dem inneren Ende des
Stopfens befindet. Dadurch vermeidet man in dem Fall, wo der
Verschluß bzw. die Dichtung diskontinuierlich ist, daß der Stop
fen zum Austreten aus seinem Sackloch gebracht wird, oder daß
der Stopfen auf das bewegliche Organ 66 einen größeren Druck aus
übt als die anderen Stopfen (Fig. 36).
Die Stopfen werden wie folgt hergestellt.
Sie werden zunächst vorbearbeitet, wobei ihre obere Fläche un
bearbeitet bleibt, worauf sie an ihren Platz mit einer Initial
kraft eingesetzt werden, welche die Stopfen unbeweglich macht,
wobei die Stopfen am Boden ihrer Sacklöcher mit einem Klebstoff
wie Araldit oder Loctite angeheftet werden. Nach ihrer Mon
tage werden die Stopfen insgesamt so bearbeitet, daß sich ihre
Gesamtgestalt an die Gestalt der Gegenfläche des beweglichen
Organs anpaßt, wobei diese Gestalt zylindrisch, kugelig, konisch
oder einfach eben sein kann. Die Stützfläche ist im wesentlichen
parallel zu der Fläche des Reiborgans, damit der Spalt zwischen
dem beweglichen Organ 66 und der Platte 58 im wesentlichen
gleich bleibt.
Man kann gemäß einer Variante auch den Abstand der Stützober
fläche von der Reiboberfläche variieren (Fig. 37), indem man den
Schmiermittelstrom an gewissen Stellen unter Druck setzt und an
anderen Stellen einen drucklosen Ausfluß herstellt.
Man kann zum gleichen Resultat gelangen, indem man an gewissen
Stellen den Durchmesser der Stopfen verändert, ohne die Auskra
gung der Stopfen bezüglich der Stirnfläche der Stützunterlage zu
verändern. Dies wirkt sich allerdings nachteilig für die örtliche
Dichte der Reibfläche aufgrund der Durchmesserverringerung aus.
Das System ermöglicht zahlreiche Varianten, von denen einige im
folgenden beispielhaft beschrieben sind. Gemäß einer ersten Va
riante ist jeder Stopfen axial gleitend in seinem Sackloch auf
genommen (Fig. 60), und eine elastische Unterstützung 88 ist zwi
schen dem Boden 89 des Sacklochs und dem Boden des Stopfens vor
gesehen.
Das bewegliche Gegenreiborgan 66 erhält hierdurch einen kleinen
Freiheitsgrad, sei dies Organ nun eben oder zylindrisch, was
allerdings auf Kosten der Starrheit des Gesamtsystems geht. In
diesem Fall ist es zwingend, daß eine Ringdichtung 85 benachbart
dem inneren Ende des Stopfens vorgesehen wird (Fig. 59), wenn
man wünscht, daß die Stopfen individuell geschmiert werden.
Gemäß einer zweiten Variante des genannten Systems können alle
Stopfen, die von einem Ölkreislauf gleichen Druckes versorgt
sind, als individuelle Druckzylinder eingesetzt werden, die ge
meinsam wirken. Die Stopfen müssen also mit einer oder mehreren
Ringdichtungen an ihren oberen Bereichen versehen sein (Fig. 62
und 63), um das Druckmittel daran zu hindern, zum Niveau der
Stützfläche zu entweichen, wobei die Führungsfläche im Sackloch
eingeschliffen ist. In diesem Fall sind die Stopfen nicht in
dividuell geschmiert, was den Arbeitsdruck verringern oder seine
Steuerung erschweren würde.
Man verwendet die beschriebene Vorrichtung, falls erforderlich,
beispielsweise zum Erzeugen der Gleitbewegung oder des Anhaltens
eines mit einer ebenen Gleitfläche versehenen beweglichen Gegen
standes 90 auf einer Oberfläche. Bei vollständig zurückgezogenen
oder versenkten Stopfen (Fig. 62) ruht der Gegenstand 90 auf der
Stirnfläche der Unterstützung und wird nach Anheben durch die
Stopfen (Fig. 63) gleitbeweglich.
In diesem Fall ordnet man gemäß der Ausführung nach Fig. 61 am
Boden des Sacklochs einen starren Unterlegring 91 an, welcher
eine starre Abstützung des Stopfens während seiner Bearbeitung
in Arbeitsstellung bewirkt, die er später einnehmen soll. Nach vollende
ter Bearbeitung entfernt man den Unterlegring, sei es, daß man
ihn durch die elastische Abstützung ersetzt oder daß man das hy
draulische Fluid frei strömen läßt. Wenn es erforderlich ist,
die Stopfen während der Bearbeitung gegen den Unterlegring ge
drückt zu halten, verwendet man zur Sicherung eine Schraube,
welche die Unterstützung bzw. die Platte durchdringt und in ein
Gewindeloch in der Unterseite des Stopfens eingeschraubt ist.
Nach vollendeter Bearbeitung wird das Gewindeloch durch einen
entsprechenden Stöpsel verschlossen.
Bei einer weiteren Variante des gleichen Systems wirkt die Un
terlage als Gleitlager bei versenkten Stopfen, während das Aus
treten der Stopfen aus der Unterlage ein Bremsen einer Welle be
wirkt. In diesem Fall bestehen die Stopfen aus einem Material
mit hohem Reibkoeffizient. Ein Lager kann nur eine einzige in
einem Kreis angeordnete Reihe von Bremsstopfen aufweisen, während
alle übrigen Stopfen ein Gleiten begünstigen.
Gemäß einer weiteren Variante ist das Kühl- und/oder Schmier
fluid eine mehr oder weniger viskose Flüssigkeit (z. B. Öl),
ein Gas, ein Damp einer Flüssigkeit oder ein flüssiges Metall
(z. B. Quecksilber oder flüssiges Natrium). Auch ein mit Fest
stoffteilchen beladener Gasstrom mit geringem Reibkoeffizienten
bei Trockenheit kann verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Variante kann der um die oder in den Stop
fen und in der Unterstützung geschaffene Kreislauf von einem
warmen Fluid durchströmt werden, um die Anordnung auf eine ge
wünschte Temperatur zu bringen.
Gemäß einer anderen Abwandlung kann die durch die mit Hohlkehlen
versehenen Stopfen und die Sacklöcher gebildete geometrische Konfi
guration ausschließlich als Mittel betrachtet werden, um ein
starres Volumen mittels eines Kühl- oder Heizstromes gesteuert
umspülen zu lassen. Die Stopfen sind demgemäß dicht eingeschweißt
oder anders versiegelt oder verschraubt. Man kann durch die
gemeinsame Bearbeitung der Stopfen und der Unterlage die aus
gleichem oder unterschiedlichem Werkstoff bestehen, eine Platte,
ein Kissen oder eine Backe oder welche Gleitunterstützung auch
immer vollständig kühlen oder erwärmen. Der Querschnitt
der Passage, der beträchtlich vergrößert werden kann, ist nicht
durch die maximale Oberfläche der Bohrung begrenzt, die zwischen
zwei benachbarten Stopfen verläuft. Eine Anordnung gemäß Fig.
64 und 65 erlaubt unter Verwendung alternativ von zwei aufeinan
derfolgenden Reihen die Verwirklichung einer gesteuerten Durch
strömung eines sehr großen Querschnitts.
In diesem Fall sind die Stopfen auf jeder Seite durch zwei
parallele Hohlkehlen 92 eingeschnürt, d. h., sie weisen zwei pa
rallele plane Scheiben auf, die miteinander durch eine diametra
le Querwand 93 verbunden sind. Dank der Variabilität der Winkel
stellung dieser Stopfen kann man exakt gerichtete Strömungswege
in einem festen Körper ausgehend von einfachen, in den Körper
eingebrachten Bohrungen erzeugen.
Jeder Stopfen kann zwei Paare von Hohlkehlen 94 anstatt der
Hohlkehlen 92 aufweisen (Fig. 66), was in einem festen Körper
mit zwei parallelen Flächen erlaubt, unter der einen Fläche einen
Vorlauf und unter der anderen Fläche einen Rücklauf eines Heiz-
oder Kühlfluids zu realisieren.
Gemäß einer weiteren Variante ist der Zwischenraum zwischen meh
reren vorkragenden Stopfen mit einem vom Stopfenwerkstoff ab
weichenden Werkstoff ausgefüllt.
Dieser Werkstoff ist ein festes Schmiermittel, das z. B. aus ge
preßtem Graphit besteht und durch Abtragen oder Verschleiß im
Falle wirkt, daß die normale Schmierung aufhört, z. B. aufgrund einer
gelegentlichen oder plötzlichen Überlastung oder einer Störung
im Schmiermittelkreislauf.
Es ist bekannt, zwischen reibende Fläche, wie Lager oder Gleit
flächen derartige feste Gleitstoffe einzubringen. Derartige Stof
fe haben im allgemeinen die Gestalt von runden Tabletten, quer
zur Gleitrichtung verlaufenden Bändern oder schraubenförmigen
Bändern.
Die beschriebene Anordnung der Stopfen in dem genannten Raster
fügt bei Verwendung der eben beschriebenen Einsätze einen zusätz
lichen Vorteil hinzu: Die Reibung kann in jeder beliebigen Rich
tung auftreten und sogar das feste Schmiermittel über die Gleit
fläche ausbreiten, sobald diese zu verschleißen beginnt. Ande
rerseits kann man diese Einsätze mit den lediglich gekühlten
Stopfen und mit einem üblichen Fett oder aber mit den gekühlten
Stopfen und einer geschmierten Oberfläche verwenden.
Gemäß einer weiteren Variante kann man einfach eine Gleitfläche
in der Weise bearbeiten, daß Aushöhlungen in Form von Zwischen
räumen zwischen den kreisrunden, auf dem genannten Raster ange
ordneten Stopfen entstehen, und diese Zwischenräume mit dem
festen Schmiermittel ausfüllen.
Die Unterstützung der Stopfen wird im allgemeinen aus einem Werk
stoff hergestellt, der wenig aufwendig und leicht zu bearbei
ten ist und außerdem dicht sein muß.
Gewalzter oder geschmiedeter Stahl ist ein besonders wirtschaft
liches Material für diesen Zweck.
Jedenfalls ist erforderlich, daß die Unterstützung nicht oxy
diert, wenn z. B. Wärmeaustausch mit Wasser realisiert werden soll.
Eine z. B. in einer Kokille gegossene rohe Gußunterstützung kann
ebenfalls zweckmäßig sein.
Wenn es sich um Schmutzwasser handelt, wird man Kupfer-Aluminium-
oder Kupfer-Nickel-Spezialwerkstoffe Eisen oder Nickel vorziehen.
In Fällen, in denen man starken Verschleiß, welcher zur Zerstö
rung der Stopfen führen würde, befürchten muß, besteht die Un
terstützung aus einem Lagermaterial (z. B. aus Bronze oder Blei),
um Gleitsicherheit zu gewährleisten. Aus Gründen des Gewichts
kann man auch eine Unterstützung aus Leichtmetall vorsehen.
Die Stopfen können aus Kunststoff-Reibmaterial bestehen. In die
sem Fall wirkt der innere Strömungskreislauf zur Schmierung der
Reibflächen auch zur Kühlung der Unterstützung, weil das
rückströmende Fluid darin rieselt und die Zwischenräume zwi
schen den Stopfen von größter Nützlichkeit sind, um Verunrei
nigungen am Eindringen in das Kunststoffmaterial zu hindern.
Gemäß einer letzten Variante kann man schließlich ausgehend von
einem Druck und einem erhöhten Flüssigkeitsdurchsatz verbunden
mit einer zentralen individuellen Einspeisung in die Stopfen
ein Fluid-Lager realisieren, bei dem vor der Inbetriebsetzung
das bewegliche Organ über Schmiermittelkissen auf jedem Stop
fen im Abstand von den Stopfen-Reibflächen gehalten ist. Es
kann sich z. B. um Öl- oder Luftkissen handeln.
Claims (31)
1. Wärmetauscher mit zumindest an einem Ende mit einer
Mündung versehenen, parallel mit Abstand zueinander
angeordneten Hohlräumen, innerhalb derer zumindest
ein erstes Fluid geführt ist, insbesondere zur Kühlung
von Reibflächen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlräume als Löcher (2, 59) in einer
Platte (1) ausgebildet sind, wobei die Löcher (2)
normal zu Stirnflächen der Platte (1) stehen,
daß die Löcher (2) verbindende Bohrungen (5) im
wesentlichen parallel zu den Stirnflächen verlaufen,
und daß in jedem Loch (2) ein Austauschelement (4)
zum Wärmeaustausch zwischen dem im Inneren des Aus
tauschelements befindlichen Fluid und einem in der
zwischen Austauschelement (4) und Lochwandung gebil
deten Kammer sowie in den Bohrungen (5) durch die
Platte (1) strömenden Fluids angeordnet ist.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß Löcher (2) runden Querschnitt haben und
ihre Achsen in einem Raster mit gleichseitigen Drei
ecken als Rasterelemente angeordnet sind.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß mindestens zwei ebene Platten
(1) übereinander derart angeordnet sind, daß ihre Löcher (2)
koaxial verlaufen.
4. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß jedes Austauschelement (4)
von einem Rotationskörper (7) in Gestalt eines Diabolo gebil
det ist, der eine zu jedem axialen Ende hin offene innere Höh
lung hat, zu der hin sich innere Rippen (9) erstrecken, sowie
äußere Rippen (8), die sich in das Innere der Kammer erstrecken,
welche durch die Wandung des runden Loches (2) begrenzt ist.
5. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß jedes Austauschelement von
einem runden Rohrstück (50) Fig. 30 gebildet ist, welches an jedem Ende
einen mit ihm verschweißten äußeren Kragen (51) trägt.
6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß jedes Austauschelement von zwei Kragen
(55) begrenzt ist, die auf den Außenumfang eines zylindrischen
Rohres (54) geschweißt sind, wobei die Kragen (55) Fig. 32 einer Reihe
von koaxialen Austauschelementen auf ein und dasselbe Rohr ge
schweißt sind, welches sich quer durch die Platten über die ge
samte Länge des Wärmeaustauschers erstreckt.
7. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß jedes Austauschelement (4)
an seinen axialen Enden am Umfang mit seiner Platte (1) über
eine Schweißnaht (11) Fig. 3 verbunden ist, welche den zwischen dem
Austauschelement und der Kammer gebildeten Raum gegenüber dem
Plattenäußeren abdichtet.
8. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß zwischen zwei aufeinander
folgenden Austauschelementen (4) eine Dichtung ( 37,
39, 42) Fig. 11, 12, 14 angeordnet ist, die deren Höhlungen dicht
miteinander verbindet.
9. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei aufeinander folgende
Austauschelemente (4) genau die gleiche Dichtebene wie
zwei aufeinander folgende Platten (1) haben, wobei die
Austauschelemente (4) und die Platten (1) gleiche Höhe
haben und ihre planen bzw. parallelen Stirnflächen be
arbeitet und dann unter Zwischenlage einer Dichtmasse
aneinandergelegt sind.
10. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes Austausch
element von einem hohlen Rotationskörper gebildet ist, der von
mindestens einem Loch durchsetzt ist, um die innere Höhlung des
Austauschelementes mit der durch das runde Loch begrenzten Kam
mer zu verbinden und somit eine Mischung der in der Höhlung und
der Kammer strömenden Fluide zu bewirken.
11. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei aufeinander folgende
Platten (1) mittels einer dichten Umfangs-Schweißnaht (16) ver
bunden sind (Fig. 24, 25).
12. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung der Wärme
austauschkapazität mehrere Platten (1) hintereinander
geschaltet sind, und diese zu einem parallelepipedischen
Block mittels die Platten (1) durchsetzenden Bolzen (20)
verbunden sind, deren Muttern sich auf einer Außenplatte
(22) abstützen, während sich die Bolzenköpfe auf der ent
gegengesetzten Außenplatte (23) abstützen.
13. Wärmeaustauscher nach Anspruch 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Block mindestens in seinem Zwischen
teil Platten aufweist, die einen metallischen Umfangsbereich und
einen mittleren Bereich aus Kunststoff-Material haben, welcher
die Austauschelemente umschließt, wobei die Außenplatten gänz
lich aus Metall bestehen und der Wärmeaustauscher Fluidströmun
gen unter hohem Druck aushalten kann.
14. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die zwischen den runden Lö
chern (2) in der Stärke der Platte angeordneten Bohrungen (5)
derart angeordnet sind, daß ein erstes Fluid durch die innere
axiale Höhlung jedes Austauschelementes strömen kann, während
ein zweites Fluid, das in der Plattenstärke jeder Platte inner
halb der durch die runden Löcher begrenzten Kammern (6) strömt,
von einem Austauschelement zum anderen längs eines im wesentli
chen sinusförmigen Strompfades gelangt, bevor es in die nächst
folgende Platte einströmt, um diese auf die gleiche Weise zu
durchströmen.
15. Wärmeaustauscher nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß das erste Fluid, welches die inneren
Höhlungen der Austauschelemente durchströmt, jede koaxiale Reihe
von Austauschelementen durchströmt, bevor das Fluid in umgekehr
ter Richtung die nächstfolgende Reihe durchströmt, wobei der
Strompfad allgemein längs aufeinander folgenden, zu den Platten
stirnflächen senkrechten Ebenen verläuft, derart, daß das erste
und das zweite Fluid gegensinnig längs ihrer sie trennenden,
wärmeaustauschenden Wände im Inneren des Wärmeaustauschers strö
men, wobei der Eingang des ersten Fluids benachbart dem Ausgang
des zweiten Fluids liegt und umgekehrt ( Fig. 10).
16. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die runden Löcher (2) Sacklöcher
(59) sind, die zu ein und derselben Stirnfläche der Platte hin
offen sind, um je ein Austauschelement in Gestalt eines Stop
fens bzw. einer Kontaktbuchse (60) mit mindestens einer Hohl
kehle (62) am Umfang aufzunehmen, welche einen Raum (63) für
das Strömen von Fluid von einem Sackloch zum anderen im Inneren
der Platte bildet, und daß eine feste Reibfläche (65) vorgesehen
ist.
17. Wärmeaustauscher nach Anspruch 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß jeder Stopfen (60) mindestens eine Boh
rung (64) aufweist, die eine Verbindung zwischen zwei unter
schiedlichen Zonen der Hohlkehle (62) herstellt.
18. Wärmeaustauscher nach Anspruch 16 oder 17, dadurch ge
kennzeichnet, daß jeder Stopfen (60) eine Öffnung
(71; 77) aufweist, welche die Hohlkehle mit der axial außen
liegenden Stirnfläche des Stopfens verbindet, um ein begrenztes
Entweichen von Fluid zur Schmierung dieser Stirnfläche zu er
möglichen.
19. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Stopfen mehrere auf
einanderfolgende Hohlkehlen (70) Fig. 56 aufweist, um die Wärmeaustausch
fläche für das um den Stopfen strömende Fluid zu vergrößern.
20. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Stopfen einen Sicher
heitsnocken (83) aufweist, der mit einem Loch im Grund des Sack
lochs (59) zusammenwirkt, um den Stopfen an einer Drehung um
seine Achse zu verhindern.
21. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß die äußere Stirnfläche des
Stopfens eine Beschichtung (73) aus einem vom Stopfenmaterial
abweichenden Material mit speziellen Reibeigenschaften trägt.
22. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Stopfen eine torische
Dichtung (85) in einer Umfangsnut (86) in der Nähe der Stopfen
basis aufweist, um jedes Vordringen von Fluid zum Grund des
Sacklochs und dem Boden des Stopfens zu verhindern.
23. Wärmeaustauscher nach Anspruch 22, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine elastische Abstützung zwischen dem
Stopfenboden und dem Grund des Sacklochs vorgesehen ist und daß
der Stopfen im Sackloch axial gleitfähig ist.
24. Wärmeaustauscher nach Anspruch 22, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Stopfen axial gleitfähig im Sackloch
aufgenommen ist und je nach dem Fluiddruck im Sackloch versenkt sein
oder über seine Unterstützung bzw. Platte vorragen kann.
25. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch
gekennzeichnet, daß die Haupt-Hohlkehle (84) zur
äußeren Stirnfläche des Stopfens hin eine bezüglich der Stopfen
achse nur wenig geneigte Erzeugende hat, um die Randsteifigkeit
der äußeren Stirnfläche zu erhöhen (Fig. 57).
26. Wärmeaustauscher nach Anspruch 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß jeder Stopfen von mindestens zwei paral
lelen Platten oder Scheiben gebildet ist, die miteinander durch
eine diametrale Zwischenwand verbunden sind, wobei jede Seite der
Zwischenwand gegenüber zwei Öffnungen liegt, die in der Platte
parallel zu den Stirnflächen dieser Platte verlaufen und zu den
Sacklöchern zweier aufeinander folgender Stopfen in der benach
barten Reihe führen.
27. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Stopfen dicht ver
schlossen und in seinem Sackloch in endgültiger Lage unterge
bracht ist, während seine freie Oberfläche benachbart der ent
sprechenden Stirnfläche der Platte bearbeitet ist.
28. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch
gekennzeichnet, daß der freigelassene Raum zwi
schen der äußeren Stirnfläche des vorkragenden Stopfens und der
äußeren Stirnfläche der Platte von einem festen Schmiermittel
ausgefüllt ist, z. B. von gepreßtem Graphit.
29. Verfahren zum Herstellen eines Wärmeaustauschers nach An
spruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man zu
nächst auf einer festen Unterlage alle Stopfen in die Platte ein
setzt und dann in einem einzigen Arbeitsgang alle über die Stirn
fläche der Platte vorkragenden Stopfenoberflächen bearbeitet.
30. Verfahren nach Anspruch 29 zum Herstellen eines Wärmeaus
tauscher, bei dem die wärmeaustauschenden Stopfen axial gleit
fähig in ihren Aufnahme sind, dadurch gekennzeich
net, daß man jeden Stopfen während der Bearbeitung mittels
einer starren ringförmigen Unterlage unterstützt, die zwischen
den Grund jedes Sacklochs und den Boden des Stopfens gebracht wird,
und daß der so unterstützte Stopfen mittels einer sich quer zur
Platte erstreckenden Schraube für die Bearbeitung gehalten wird,
welche in ein Gewindeloch im Stopfen eingeschraubt wird, und
daß nach vollendeter Bearbeitung die Schraube entfernt wird und
ihr Gewindeloch durch einen entsprechenden Stöpsel verschlossen
wird, worauf die ringförmige Unterstützung entfernt wird.
31. Verfahren zum Herstellen eines Wärmeaustauschers nach
Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten
des Wärmeaustauschers nacheinander montiert werden, wo
bei zunächst alle Rohre in der ersten Platte ange
ordnet und nacheinander mit dieser Platte sämtliche
in ihren angeordneten Kragen verschweißt werden,
bevor die nächstfolgende Platte auf die Rohre aufge
schoben und mit den jeweiligen Kragen verschweißt wird.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR7604525A FR2341120A1 (fr) | 1976-02-13 | 1976-02-13 | Dispositif d'echanges thermiques perfectionne, notamment pour le refroidissement des surfaces de frottement, et procede de fabrication |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2706195A1 DE2706195A1 (de) | 1977-08-18 |
DE2706195C2 true DE2706195C2 (de) | 1987-07-16 |
Family
ID=9169303
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19772706195 Granted DE2706195A1 (de) | 1976-02-13 | 1977-02-14 | Waermeaustauscher |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
BE (1) | BE851337A (de) |
DE (1) | DE2706195A1 (de) |
FR (1) | FR2341120A1 (de) |
GB (1) | GB1571723A (de) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2455721A1 (fr) * | 1979-05-02 | 1980-11-28 | Inst Francais Du Petrole | Echangeur de chaleur compact |
DE3026478C2 (de) * | 1980-07-12 | 1983-11-10 | Felten & Guilleaume Energietechnik GmbH, 5000 Köln | Niedertemperatur-Heizkörper |
FR2556823A1 (fr) * | 1983-12-19 | 1985-06-21 | Occr Inter G | Accumulateur de chaleur a liquide caloporteur et masse metallique |
US8997846B2 (en) * | 2008-10-20 | 2015-04-07 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Heat dissipation system with boundary layer disruption |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH50747A (fr) * | 1910-03-14 | 1911-07-01 | Jules Decker | Appareil réfrigérant à grande surface |
DE867861C (de) * | 1950-05-05 | 1954-11-29 | Ferdinand Dipl-Ing Tschinka | Waermeaustauscherelement |
-
1976
- 1976-02-13 FR FR7604525A patent/FR2341120A1/fr active Granted
-
1977
- 1977-02-11 BE BE174861A patent/BE851337A/xx not_active IP Right Cessation
- 1977-02-14 DE DE19772706195 patent/DE2706195A1/de active Granted
- 1977-02-14 GB GB609977A patent/GB1571723A/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB1571723A (en) | 1980-07-16 |
BE851337A (fr) | 1977-05-31 |
FR2341120A1 (fr) | 1977-09-09 |
DE2706195A1 (de) | 1977-08-18 |
FR2341120B1 (de) | 1980-05-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0828980B1 (de) | Wärmetauscher | |
DE3542185C2 (de) | ||
DE1034671B (de) | Waermeaustauscher | |
DE2736472B2 (de) | Hubkolbenmaschine, insbesondere Heißgasmaschine oder Verdichter | |
DE102009015849A1 (de) | Wärmetauscher | |
DE1501589A1 (de) | Waermeaustauscher | |
DE2657307A1 (de) | Rohrbuendel fuer einen waermetauscher | |
DE2756007A1 (de) | Gehaeuse einer hubkolben-brennkraftmaschine fuer kraftfahrzeuge | |
DE10228263A1 (de) | Plattenwärmetauscher in Stapelbauweise | |
EP1306638A2 (de) | Gehäuseloser Plattenwärmetauscher | |
DD154310A1 (de) | Kuehlplatte fuer lichtbogen | |
EP1668236A1 (de) | Brennkammer mit kühleinrichtung und verfahren zur herstellung der brennkammer | |
DE19616838A1 (de) | Brennkammer mit Schwitzkühlung | |
DE3440064C2 (de) | ||
DE102005002063A1 (de) | Stapelscheiben -Wärmetauscher | |
DE2856678C2 (de) | ||
DE2530736C3 (de) | Thermisch belastetes Bauteil einer Brennkraftmaschine mit einer heißen Wand | |
DE2706195C2 (de) | ||
DE2404630C2 (de) | Wärmeaustauscher | |
DE2721321A1 (de) | Waermeuebertrager mit einer wandartigen trennung fuer die beiden an der waermeuebertragung beteiligten medien | |
DE102016210261A1 (de) | Wärmetauscher und Herstellungsverfahren dafür | |
DE2013940A1 (de) | Wärmeübertrager für flüssige und gasförmige Medien | |
DE2029918A1 (de) | Heißen Strömungsmitteln aussetzbare Wandung | |
EP3625511B1 (de) | Vorrichtung zum kühlen, wärmen oder wärmeübertragen und verfahren zu deren herstellung | |
DE2450739A1 (de) | Waermeaustauscher, insbesondere oelkuehler |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8181 | Inventor (new situation) |
Free format text: ERFINDER IST ANMELDER |
|
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: LICHTI, H., DIPL.-CHEM. DR.-ING. LICHTI, H., DIPL. |
|
8120 | Willingness to grant licenses paragraph 23 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |