DE3223496C2

DE3223496C2 - Durch eine Gehäusewandung hindurchgeführtes Wärmerohr

Info

Publication number: DE3223496C2
Application number: DE19823223496
Authority: DE
Inventors: Friedrich 7053 Kernen Bährle; Helmut 7302 Ostfildern Wulf
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1982-06-24
Filing date: 1982-06-24
Publication date: 1985-08-08
Also published as: DE3223496A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein durch eine Gehäusewandung hindurchgeführtes Wärmerohr, insbesondere für Fahrzeuge, mit einem hermetisch dicht verschlossenen zusammenhängenden Kanalsystem, wobei eine Gehäuse-Durchführung von innen nach außen beispielsweise durch eine Ölwanne, ein Getriebe oder eine Antriebsachse angebracht ist, d.h. vom flüssigkeitsbeaufschlagten Gehäuseinneren zur Außenluft. Diese Gehäuse-Durchführung wird gebildet durch einen Flansch, der aus einer Aluminium-Legierung um das Wärmerohr umgossen wird, nachdem die Außenberippung im Bereich des Flansches abgefräst wurde. Das Wärmerohr besteht aus einer strangpreßbaren Aluminium-Knetlegierung und enthält vorzugsweise mehrere, durch Zwischenstege getrennte, jedoch fluidisch miteinander verbundene Kammern. Durch mechanische Bearbeitung wird eine dichte wandintegrierte Außenberippung abgeschält, womit eine gute Wärmeübertragung sowohl im Flüssigkeitsbereich des Wärmerohres als auch im Bereich der Außenluft gewährleistet ist. Aufgrund der Verwendung derartiger quasi-endloser Halbfabrikate für das Wärmerohr kann dieses kostengünstig und stabil hergestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein durch eine Gehäusewandung hindurchgeführtes Wärmerohr nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es beispielsweise aus der US-PS 17 25 906 als bekannt hervorgeht

Wärmerohre sind an sich seit längerem bekannt. Das als hermetisch dicht verschlossener Hohlkörper gestaltete Wärmerohr aus gut wärmeleitendem Material ist mit einem verdampf- und kondensierbaren Wärmeträgermedium zu einem Bruchteil gefüllt. An der Heizzone des Wärmerohres, der z. B. durch das Schmiermittel im Gehäuse eines Maschinenaggregates Wärmeenergie zugeführt wird, verdampft das eingegebene Medium bei bzw. oberhalb der Betriebstemperatur des Mediums und strömt in Richtung Kühlzone des Wärmerohres, wo die aufgenommene Verdampfungswärme wieder abgegeben wird. Das Kondensat kriecht dann durch Kapillarwirkung in Verbindung mit einer rauhen Oberfläche von der Kühlzone zur Heizzone zurück. Da die Umwandlungsenergie bezogen auf die Masse des Wärmeträgermediums wesentlich größer ist als die durch Aufheizung eines Mediums speicherbare Energiemenge, kann durch den Transport relativ kleiner Mengen an Wärmeträgermedium eine große Wärmemenge auch über größere Entfernungen hinweg und bei relativ klei

nem Temperaturgefälle übertragen werden.

Ein bekanntes Wärmerohr (DE-OS 30 02 155) ist auch schon mit einer Gehäusedurchführung versehen und zwar für ein Achsgetriebe eines Fahrzeuges. Bei dieser Konstruktion ist nur die Kühisone großflächig in Plattenform aus zwei hermetisch dicht miteinander verschweißten Blechplatten gestaltet wogegen die Heizzone in Rohrform ausgeführt ist Da aber in vielen Fällen bereits eine größere Wärmeübergangsfläche gefordert

ίο wird, ist eine nur rohrförmig« Ausgestaltung in ihrer Wärmeaufnahme begrenzt und somit nachteilig bei hoher thermischer Beanspruchung. Ein weiterer Nachteil der vorbekannten Ausführung ist der komplizierte Aufbau des Wärmerohres, das zum einen aus einem zylin-

is drischen Rohr und andererseits plattenförmig aus zwei hermetisch dicht miteinander verschweißten Blechplatten besteht Zudem ist eine aufwendige Halterung für die außenliegende plattenförmige Kühlzone des Wärmrohres nötig, da diese im Bereich einer Antriebsachse starken dynamischen Belastungen unterliegt und somit ohne eine entsprechende Halterung eine starke Knickbzw. Einbeulgefahr besteht.

Die nicht vorveröffentlichte DE-OS 31 43 334 zeigt eine Wärmetauscher-Ausführungsform aus Strangpreßprofilen, aus deren Wandungen zur Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche spanartige Bogen rippen ausgeschält sind, die also eine wandungsintegrierte Außenberippung des Wärmetauschers zeigt.
Es ist bereits bekannt, die Wirkung der Wärmerohrc zur Kühlung von Turbinenschaufeln auszunutzen (vgl. FR-PS 9 43 379 oder BE-PS 5 27 114). Die einzelnen Turbinenschaufeln sind formschlüssig in einer T-förmigen Nut mittels eines entsprechend geformten Schaufelfußes am Rotor gehalten und erstrecken sich darüber hinaus ins Rotorinnere, jede Schaufel weist einen hermetisch geschlossenen Hohlraum auf, der nach Art eines Wärmerohres teilweise mit einem verdampfbaren und rekondensierbaren Wärmeträgermedium gefüllt ist Durch Fliehkrafteinfluß sammelt sich das Wärmeträgermedium in flüssiger Form an der heißen, radial außen liegenden Schaufel, verdampft dort durch Wärmeeinfluß, wobei der Dampf entgegen dem Fliehkrafteinfluß radial nach innen zu dem sich im Rotorinneren befindlichen gekühlten Teil der Schaufel aufsteigt und dort rekondensiert Zur Begünstigung der Kühlung ist der innere Teil mit Wärmeübergangsrippen versehen. Nachdem Turbinenschaufeln sowohl thermisch als auch festigkeitsmäßig sehr hohen Beanspruchungen unterliegen, kommt hier nur ein hochlegierter Stahl hoher Festigkeit in Betracht, der nur mühsam bearbeitet werden kann. Die einzelnen relativ kompliziert geformten Turbinenschaufeln müssen daher geschmiedet und umständlich spanabhebend bearbeitet werden.

Die US-PS 17 25 906 zeigt einen Gas/Gas-Wärme-

tauscher, bei dem der Wärmetransport von dem einen zum anderen Gasstrom über ein großes Bündel einzelner Wärmerohre erfolgt. Die einzelnen Wärmerohre erstrecken sich je zur Hälfte in den vom heißen bzw. in den vom kalten Gas beaufschlagten Kanal, wobei die beiden Teile der Wärmerohre jeweils mit einer den Wärmeübergang begünstigenden Berippung versehen sind. Es handelt sich dabei um radial von dem runden Wärmerohr abstehende einzelne Scheiben, die wärmeleitend auf der Außenseite des Rohres befestigt sind.

Nachdem in erster Linie zn eine Wärmerückgewinnung aus Rauchgasen gedacht ist. ist für die Wärmerohre ein hoch legierter Chrom-Nickel-Stahl von hoher Korrosionsbeständigkeit vorgesehen. In der Mitte der solcher-

IU

15

art ausgebildeten Wärmerohre ist ein Befestigungsflansch an jedem Wärmerohr angeschweißt, dessen Außendurchmesser größer als die WärmeObergangsrippen ist und der auch größer als eine Durchstecköffnung in der die Wärmerohre halternden Wand ist Über diesen Flansch werden die Wärmerohre an der Befestigungswand, die gleichzeitig auch die Begrenzungswand zwischen den beiden unterschiedlichen Gaskanälen ist, angeschraubt. Nachteilig an diesem bekannten Wärmerohr ist seine umständliche und kostspielige Herstellung. Ein ähnliches Wärmerohr und einen damit entsprechend augebauten Gas/Gas-Wärmetauscher zeigt auch die FR-PS 9 48 380, aus der jedoch nicht im einzelnen die Befestigung der einzelnen Wärmerrohre hervorgeht

Aufgabe der Erfindung ist es, das zugrunde liegende Wärmerohr dahingehend auszugestalten, daß es kostengünstig herstellbar ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst Dadurch, daß derartige stranggepreßte Aluminiumprofüe mit aus dem Werkstoff abgeschälter, noch anhängender Außenberippung praktisch in Meterware als Halbfabrikat im Handel z. B. unter der Bezeichnung Skyvefin-Rofire zu haben sind, bietet dieses Halbfabrikat gute Voraussetzungen für eine einfache und stabile Konstruktion und kostengünstige Herstellung des Wärmerohres. Das Angießen kann nicht nur für das Anbringen des Flansches, sondern auch für die beiden Böden des Wärmerohres angewandt werden. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbetspieles erläutert; dabei zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein mehrkammeriges strang-gepreßtes Ah'minium-Wärmerohr mit Außenberippung und eingegossenem Flansch,

F i g. 2 eine OberanSicht des Wärmerohres im Schnitt entlang der Linie H-II Von F i g. 1 und

Fig.3 einen Schnitt im Flansch-Bereich entlang der Linie IH-III von Fig. 2.

Ein Wärmerohr t (Fig. 1) ist als mehrkammeriges stranggepreßtes Aluminium-Rohr mit Außenberippung 4 ausgeführt Ein Flansch 2 begrenzt die Durchführung durch das Gehäuse beispielsweise einer ölwanne, eines Getriebes oder einer Antriebsachse und begrenzt einerseits den schmiermittelbeaufschlagten wärmeaufnehmenden Teil d. h. die Heizzone 6 des Wprmerohres 1 und andererseits den wärmeabgebenden Teil d. h. die Kühlzone 7 im Bereich der Außenluft.

Da eine Unterbrechung des Wärmerohres 1 durch den Flansch 2, beispielsweise bei zweiteiliger Ausführung des Wärmerohres, den Kondensat-Rückfluß beeinträchtigen würde, was auch bei sorgfältiger Schweißung im Übergangs-Bereich nicht völlig zu verhindern ist wird das Wärmerohr in einteiliger Ausführung, praktisch als Meter-Ware, je nach Einsatzfall abgelängt und ist somit im Innern von homogener Struktur.

Außenseitig wird das Wärmerohr 1 im Bereich des Flansches 2 abgefräst, d. h. die Außenberippung 4 entfernt.

An der Abfräsung 5 der Außenberippung 4 wird das Wärmerohr 1 in eine Gießform eingelegt, die der Klanschform entspricht und wird mit einer Aluminium-Silizium-Legierung z.B. Al Si 12Cu umgössen. Die Schmelzpunkte beider Legierungen unterscheiden sich um mehr als 5O⁰C. Grundlage hierbei ist die bekannte

35

40

60 Erfahrung, daß bei besonderer Sorgfalt und Vermeidung von Oxidschichten, eventuell unter Schutzgasatmosphäre, Aluminium-Teile in Aluminium-Guß eingießbar sind, wenn ihr Schmelzpunkt höher ist als der der Aluminium-Gußlegierung. Es muß eine gute metallische Verbindung zwischen Wärmerohr 1 und Flansch 2 gewährleistet sein.

Die Proportionen von Flansch 2 und Wärmerohr 1 sollen aus gußtechnischen Gründen nicht zu unterschiedlich sein. Gleichzeitig können auf diese Weise die Böden 3,3' des Wärmerohres durch Gießen hergestellt werden. Hiervon wird ein Boden 3 zusätzlich mit einem eingegossenen Füllrohr 8 ausgestattet Dabei muß an den beiden Enden des Wärmerohres im Bereich der Böden 3, 3' eine Verbindung zwischen den einzelnen Kammern des mehrkammerigen Wärmerohres bestehen, um einen Temperaturausgleich quer über alle Kammern hinweg im Innern des Wärmerohres zu schaffen und um mit einem einzigen Füllrohr 8 auskommen zu können.

Dies wird erreicht, indem entweder die beiden Böden 3, 3' mit einer Ausnehmung im Bereich der Enden der Zwischenstege 9 des mehrkammerigen Rohres versehen werden oder aber die Zwischenstege 9 selbst an den beiden Enden etwas gekürzt werden, beispielsweise durch Abfräsen.

In betriebsbereiter Einbaulage des Wärmerohres liegt der wärmeabgebende Teil d. h. die Kühlzone 7 geodätisch höher als der wärmeaufnehmende Teil d. h. die Heizzone 6, um einen einwandfreien Kondensat-Rückfluß zu ermöglichen. Das Wärmerohr soll ein solches Wärmeübertragungsmittel und unter einem solchen Druck enthalten, daß dieses erst bei oder oberhalb der Betriebstemperatur des zu kühlenden Schmiermittels verdampft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

50

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsdicht, aber lösbar durch eine Gehäusewandung hindurchgefühltes Wärmerohr, insbesondere für Fahrzeuge zur Kühlung von Schmiermitteln, dessen wärmeaufnehmender Teil, d.h. die Heizzone im Inneren des Gehäuses und dessen wärmeabgebender Teil, d. h. die Kühlzone im Bereich der Außenluft liegt, welches Wärmerrohr eine Außenberippung sowohl an der Heizzone als auch an der Kühlzone hat und das im Bereich der Gehäusedurchführung unverrippt und dort mit einem radial bis in den Wurzelbereich der Berippung an die Wärmerohi wandung heranreichenden sowie radial nach außen über die Außenberippung herausragenden Flansch versehen und flüssigkeitsdicht an der Gehäusewandung befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmerohr (1) durch ein im Querschnitt mehrkammeriges rechteckiges StrangpreOprofil aus einer Aluminium-Knetlegierung gebildet ist, bei dem die Außenberippung (4) in Form von aus dem Profilwerkstoff abgeschälten noch einteilig mit der Wandung zusammenhängenden Spänen gebildet ist, die im Bereich des Flansches (2) abgefräst sind (5) und daß der durch Umgießen mit dem Wärmerohr (1) verbundene Flansch (2) aus einer gießbaren Aluminium-Legierung mit niedrigerem Schmelzpunkt als der Werkstoff des Wärmerohres (1) besteht, dessen Wandstärke etwa dem 0,5 bis l,5fachen der Wandstärke des Wärmerohres (1) entspricht.

2. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzpunkt der Aluminium-Knetlegierung des Wärmerohres (1) um etwa 50 bis 100⁰C höher liegt als der Schmelzpunkt der Aluminium-Gußlegierung des Flanschwerkstoffes.

3. Wärmerohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern quer untereinander in Verbindung stehen.