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Schwjngungssteifer Gas-Luftrückkühler.
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Die Erfindung betrifft die Ausführung von Gas-Luftrückkühlern (GLR),
wie sie z.B. für die Ickkühlung des Kühlgases von elektrischen Maschinen mit Luft
verwendet werden. Diese GLR werden üblicherweise mit als Profilrohr ausgebildeten
Kühlelementen versehen, wobei der 'sthårmeaustausch vorteilhaft im Gegenstrom erfolgt.
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Für diese Ausführung mit vorzugsweise axialer Durchströmung der profilrohre
ist ein im Verhältnis zur Länge gringer Durchmesser der Profilrohre günstig, da
die 1Värmeaustauschfläche Je Volumeneinheit umgekehrt proportional mit dem Durchmesser
zunimmt. Außerdem ergibt eine Ausführung mit großer Länge der Profilrohre bei gleicher
Austauschfläche eine geringere Rohranzahl und damit kleinere und billigere rohrböden
mit weniger Rohranschlüssen.
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Der Verwendung von Profilrohren mit im Verhältnis zur Länge geringem
Durchmesser steht die hohe Durchbiegung und niedrige Eigenfrequenz entgegen. Bei
größerem Verhältnis der Rohrlänge zum Durchmesser sind daher Abstützungen der Rohre
erforderlich.
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Diese sind Ublicherweise ziemlich aufwendige da sie die Strömung axial
zu den Rohren nicht behindern sollen und zusätzliche Montagearbeiten erfordern.
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Erfindungsgemäß werden die Kühlelemente durch die Zwischenlage von
Rohrprofilen untereinander auf Abstand gehalten und gegen das Kühlergehäuse abgestützt.
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In Fig. 1 ist ein derartiger GLR im Längsschnitt dargestellt, während
Fig..2 einen Querschnitt in größerem Maßstab zeigt.
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In Fig. 1 wird zum Beispiel die Kühlluft durch die hier als Rundrohre
ausgebildeten Kühlelemente gefördert. Das Kühlgas tritt am Einlaßstutzen 2 etwa
senkrecht in das Gehäuse 3 des GLR ein und wird nach axialer Umlenkung im Gegenstrom
zur KUhlluft um die Rohre geleitet. Nach der Umlenkung am anderen Ende des Kühlers
tritt dann das Kühlgas etwa senkrecht aus dem Austrittsstutzen 4 aus. Die Rohre
1 werden an den Enden des Kühlers in den Rohrböden 5 und 6 gasdicht aufgenommen.
In der Mitte werden die Rohre hier durch ohrprofile 7 untereinander und gegen das
Kühlergehäuse abgestützt.
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In dem Querschnitt durch einen Teil des Kühlers in Fig. 2
haben
die Kühlrohre 1 und die Distanzprofilrtücke 7 gleichen Durchmesser. Dies hat den
Vorteil, daß nur ein Profil benötigt wird und auch kurze Abschnitte mit verbraucht
werden'können.
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Grundsätzlich können jedoch auch unterschiedliche Rohrprofile mit
anderen Anordnungen und Abstützungen, wie z.B. mit Versatz der Rohrreihen und Dreipunktauflage,
verwendet werden.
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Bei der Yiontage des kühlers bleibt zunächst eine Längsseite des
Gehäuses offen, sodaß die Kühlprofile und Distanzrdre nacheinander eingeführt werden
können. Die ühlrofile werden dabei zunächst schräg von innen ir<die eine Seite
des Rohrboden eingeschoben und dann in die entsprechende Öffnung im Rohrboden auf
der Gegenseite in die Gebrauchslage zurückgeschoben. Dabei können Schwierigkeiten
in der genauen axialen Festlegung der Distanzstücke auftreten.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung werden daher die
Distanzstücke formschlüssig gegen Verschiebung in axialer Richtung zwischen den
Kühlprofilen aufgenommen. Der Formschluß kann z.B. durch i bereich der Distanzstücke
eingepreßte Ver tiefungen in die Itühlprofile erfolgen.
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ach dem Einlesen der letzten Reihe der Distanzrohre wird die fehlende
Seitenwand unter DruclXauf die Distanzstücke in das Kühlergehäuse eingepaßt und
vorzugsweise durch Schweißen mit diesem verbunden.
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Bei entsprechend geringen freien Längen zwischen den Auflagern der
Kühlprofile ergibt sich damit ein stabiler Aufbau des Kühlers mit hoher Eigenfrequenz
der Rohre. Die Distanzrohre bilden durch ihre kleine Querschnittsfläche in Achsrichtung
nur einen geringen zusätzlichen Strömungswiderstand.
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Die Vorteile dieses Aufbaus lassen sich durch weitere erfindungsgemäße
Maßnahnen noch vergrößern. So werden nach einem weiteren Anspruch so ausgebildet,
daß sie sich in Achsrichtung auf Flächen berühren. Dies kann in dem in Fig.2 dargestellten
Beispiel mit rundrohr durch Anpressen von vier Flächen in einer Enorm von der Länge
der Distanzrohre erzielt werden. Damit wird sowohl die formschlüssige Festlegung
der Z1:rischenstücke in Achsrichtung erreicht, als auch der Wärmeübergang von den
liühlrohren zu diesen verbessert. Die Distanzrohre werden damit zusätzlich als Kühlflächen
genutzt.
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Letztere löglichkeit wird nach weiteren Ansprüchen dadurch besonders
ausgenutzt, daß die Distanzrohre und Itühlprofile
durch Tauchen
in flüssiges Metall miteinander verbunden werden, sowie daß sich die Distanzrohre
über einen großen Teil der Wühlelerrientlänge erstrecken und dabei einen vresentlichen
Teil der äußeren Kühlfläche übernehmen.
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Das Tauchen z.B. in flüssiges Zink oder Zinn ergibt einen zusätzlichen
Iorrosionsschutz. Beim Tauchen des gesa£ten GLR kQnnen zugleic}l die Anschlüsse
der Kühlprofile an den Sohrböde durch in die Spalte eindringendes Metall abgedichtet
werden.
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Die Distanzrohre können bis an den Bereich der Ein- und Austrittsöffnungen
geführt werden. Dabei wird eine optimale Vergrößerung der Kühl fläche auf der Kühlgasseite
erreicht, da die Distanzrohre keine aufwendigen Verbindungen mit den Rohrböden wie
die Kühlrohre erfordern. Außerdem kann im Ein- und Austrittsbereich des Kühlgases
der Abstand zwischen den Rohren relativ groß gehalten werden, sodaß damit hier bei
geringem Druckverlust die axiale Länge der Ein- und Austrittsöffnungen klein ausgeführt
werden kann. Durch Ausbildung der Kühlrohre als Rippenrohre mit axialen Innenrippen
kann auch auf der Kühlluftseite die Oberfläche entsprechend vergrößert werden.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung des GLR ermöglicht somit eine stabile
und wirtschaftlichec Asführung mit vergrößerten Kühlflächen bei gleichem Volumen
sowie hoherXigenfrequenz der Kühlelemente.