DE3512891C2 - - Google Patents
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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- F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
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-
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Description
Die Erfindung betrifft einen Ladeluftkühler für Verbrennungs
kraftmaschinen, insbesondere für wassergekühlte Dieselmotoren,
mit einem von der Ladeluft und von Wasser durchströmten Rippen
rohrblock, der zwischen zwei Wasserkästen und Seitenteilen
angeordnet ist.
Wasser/Ladeluftkühler sind bekannt (Prospekt Ladeluftkühler der
Süddeutschen Kühlerfabrik Julius Fr. Behr GmbH & Co. KG
Stuttgart). Solche Wasser/Ladeluftkühler werden beispielsweise
für sehr große Dieselmotoren, wie sie im Schiffsbau oder auch
im Schwermaschinenbau verwendet werden, vorgesehen und dem
Motor zugeordnet, um den Ladegrad so groß als möglich zu
halten. Bei den bekannten Bauarten werden die wasserdurch
flossenen Rippenrohrblöcke zwischen Seitenteilen angeordnet,
welche den oberen und den unteren Wasserkasten verbinden und
den Rippenrohrblock seitlich abdecken. Nachteilig ist bei
solchen Bauarten, daß zwischen Seitenteilen und dem Rippen
rohrblock hohe Temperaturdifferenzen auftreten können, die
dadurch bedingt sind, daß die Seitenteile die Temperatur der
Ladeluft annehmen, während die vom Kühlwasser durchflossenen
Rohre sich an die Temperatur des Kühlwassers angleichen. Da
durch können Temperaturdifferenzen in der Größenordnung von
150°C zwischen Seitenteilen und Rohren entstehen. Die dadurch
hervorgerufenen unterschiedlichen Längenänderungen, die in der
Größenordnung von etwa 1 mm bei den üblichen Abmessungen liegen
können, führen zu sehr hohen Beanspruchungen der in den Ecken
zwischen Seitenteilen und Wasserkästen liegenden Rohr-Bodenver
bindung, die zu Undichtheiten in diesem Bereich führen können.
Man hat daher bisher versucht, diese Unzulänglichkeiten dadurch
auszugleichen, daß die Rohrböden der Wasserkästen entsprechend
elastisch ausgebildet werden. Dies ist jedoch nur in beschränk
tem Maß und auch nicht bei allen Bauarten möglich. Die Gefahr
der Bildung von Undichtheiten im Eckbereich ließ sich jedoch im
Hinblick auf unterschiedliche Betriebsbeanspruchungen,
Herstell- und Werkstofftoleranzen nicht mit ausreichender
Sicherheit vermeiden. Das gilt insbesondere dann, wenn Leicht
bauweise für den Kühler gefordert wird und die Seitenteile
daher z. B. aus Aluminium bestehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ladeluftkühler
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß in den Eckberei
chen zwischen Seitenteilen und Rippenrohrblock keine Überbean
spruchungen durch stark unterschiedliche Wärmedehnungen mehr
auftreten.
Die Erfindung besteht bei einem Ladeluftkühler der eingangs ge
nannten Art darin, daß die Seitenteile mit Strömungskanälen und
mit Zu- und Abführöffnungen für ein Kühlmedium versehen sind,
das die Temperatur der Seitenteile an jene der Rohre des
Rippenrohrblockes anzugleichen hilft. Durch diese Maßnahme
treten keine unterschiedlichen Wärmedehnungen mehr auf. Damit
kann auch die Gefahr von Beschädigungen der Rohr-Bodenverbin
dung im Eckbereich vermieden werden.
Vorteilhaft ist es, wenn als Kühlmedium das auch in den Wasser
kästen und im Rippenrohrblock strömende Kühlwasser vorgesehen
ist, weil dadurch keine gesonderten Anschlüsse für ein Kühlme
dium und auch kein gesonderter Kühlkreislauf notwendig wird.
Vielmehr wird das ohnehin schon im Kühler vorhandene Kühlwasser
auch zur Kühlung der Seitenteile ausgenutzt. Dies bringt auch
den Vorteil mit sich, daß die Temperatur der Seitenteile wegen
der Verwendung des gleichen Kühlmediums sich weitgehend an jene
des Rippenrohrblockes angleichen läßt.
Bei einer einfachen Ausführungsform kann vorgesehen werden, daß
das Kühlwasser in einem Bypass-System von den Wasserkästen des
Kühlers abgezweigt wird und die Strömungskanäle der Seitenteile
durchläuft. Die für das Kühlwasser ohnehin vorgesehenen Pumpor
gane, die den Kreislauf im Kühler aufrechterhalten, sorgen bei
dieser Ausführung auch für den Strömungskreislauf durch die
Seitenteile.
Die Strömungskanäle können in einfacher Weise als Hohlkammern
in den Seitenteilen ausgebildet werden. Dabei ergibt sich eine
besonders einfache Ausführungsform, wenn die Seitenteile zwei
teilig ausgebildet werden und aus einem mit Vertiefungen gemäß
dem Verlauf der Hohlkammern versehenen Wandteil und aus einer
auf dieses aufgesetzten Deckelplatte bestehen. Die Abflußöff
nungen und die Zuflußöffnungen für die Überleitung der Bypass
menge in die Seitenteile können in einfacher Weise die Form von
Rohrstutzen aufweisen, die zwischen den Wasserkästen und den
Seitenteilen verlaufen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in den
Zeichnungen dargestellt und in der folgenden Beschreibung er
läutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Frontansicht eines neuen
Ladeluftkühlers,
Fig. 2 die Draufsicht auf den Ladeluftkühler der Fig. 1
in Richtung des Pfeiles II und
Fig. 3 die Seitenansicht des Ladeluftkühlers der Fig. 1
in Richtung des Pfeiles III in einer vergrößerten
Darstellung, die teilweise aufgeschnitten ist bzw.
bei der ein Teil der Abschlußplatte des Seiten
teiles weggelassen ist.
In den Fig. 1 bis 3 ist ein Wasser/Ladeluftkühler gezeigt, der
aus einem Rippenrohrblock 1 üblicher Bauart besteht, bei dem
mehrere längs der Achsen 2 verlaufende Rohre vorgesehen sind,
die nicht im einzelnen dargestellt sind. Diese Rohre stehen in
Berührung mit quer dazu verlaufenden Rippen 3, die parallel zu
einander angeordnet sind und in Richtung senkrecht zur Zeichen
ebene von der Ladeluft angeströmt werden. Die jeweils parallel
zueinander in Richtung der Achsen 2 verlaufenden Rohre münden
mit ihren beiden Enden jeweils in nicht dargestellte Böden ei
nes oberen Wasserkastens 4 bzw. eines unteren Wasserkastens 5.
Diese Wasserkästen 4 und 5 werden durch einen Anschlußstutzen 6
am unteren Wasserkasten 5 mit Kühlwasser, beispielsweise aus
dem Ladeluft-Kühlwasserkreislauf des Motors, versorgt, das in
Richtung des Pfeiles 7 zuströmt. Der untere Wasserkasten 5
weist dabei eine quer zur Zuströmrichtung verlaufende Trenn
wand 8 auf, die dafür sorgt, daß die in Richtung des Pfeiles 7
zugeführte Kühlwassermenge zuerst die eine Hälfte der Rohre
längs deren Achsen 2 von unten nach oben zum Wasserkasten 4
durchströmt, dort dann in Richtung des in der Fig. 3 gestri
chelten Pfeiles 9 in den Bereich oberhalb der zweiten Hälfte
der Rohre strömt und von dort nach unten zum Auslaß 10 gelangt,
der in der Fig. 3 längs der Teilschnittlinie IV aufgebrochen
ist.
Zwischen dem oberen und dem unteren Wasserkasten 4 bzw. 5 sind
beim Ausführungsbeispiel Trennwandstege 11, 12 angeordnet, die
zur Unterteilung des Luftstromes dienen. Es sind außerdem die
beiden Seitenteile 13 und 14 vorgesehen, die aus Aluminium be
stehen, den äußeren Abschluß des Ladeluftkühlers bilden und
für den Zusammenhalt von oberem und unterem Wasserkasten 4, 5
vorgesehen sind. Beide Seitenteile 13 und 14 sind zweiteilig
und untereinander identisch ausgebildet, so daß die Beschrei
bung zum Seitenteil 14 gemäß Fig. 3 auch auf das Seitenteil 13
zutrifft. Das Seitenteil 14 besteht, wie aus Fig. 3 zu erkennen
ist, aus einem Wandteil 14 a, das mit mehreren in der Art von
Kammern ausgebildeten Vertiefungen 15, 16 und 17 versehen ist,
das in Fig. 3 zum Betrachter hin durch eine Deckelplatte 14 b
abgeschlossen ist, welche dicht jeweils auf der Oberseite der
an den Begrenzungen der Vertiefungen 15, 16 bzw. 17
verlaufenden Trennwände 18 bzw. 19 aufsitzt. Analog ist das
Seitenteil 13 ausgebildet. Es besteht aus einem mit
Vertiefungen versehenen Wandteil 13 a und der Deckelplatte
13 b. Auf diese Weise sind beide Seitenteile 13 und 14 mit
Hohlkammern gemäß den Vertiefungen 15, 16, 17 ausgebildet,
durch die Kühlwasser im Sinne der Pfeile 20 strömen kann.
Dieses Kühlwasser wird, wie den Figuren zu entnehmen ist, je
weils dem oberen bzw. unteren Wasserkasten in der Art eines By
passes über U-förmig gebogene Rohrstutzen 21, 22, 23 und 24
entnommen bzw. den Wasserkästen 4, 5 wieder zugeführt, wie im fol
genden noch beschrieben werden wird. Dies gilt wieder für beide
Seitenteile 13 und 14.
Zunächst wird ein Bypass durch den Rohrstutzen 21 zwischen dem
Einlaufbereich des unteren Wasserkastens 5 und den ersten bei
den Hohlkammern im Seitenteil 14 (bzw. 13) gebildet, die im Be
reich der Vertiefungen 15 durch Deckelplatte 14 b und Wandteil 14 a
entstehen. Da aufgrund des Kreislaufsystems für das Kühlwasser
in der vorderen Kammer 25 des unteren Wasserkastens 5 ein ge
wisser Überdruck besteht, wird Kühlwasser, außer durch die
längs der Achsen 2 verlaufenden Rohre, auch in die Seitenteile
13 bzw. 14 geleitet, das dort längs den Pfeilen 20 etwa auf der
Hälfte der Fläche des Seitenteiles 14 (bzw. 13) in die im Be
reich der Vertiefungen 17 gebildeten Kammern strömt und von
dort in den Rohrstutzen 22 gelangt. Durch diesen Rohrstutzen 22
tritt das Kühlwasser in den oberen Wasserkasten 4 ein und wird
von dort in Richtung des Pfeiles 9 in den zweiten Bereich des
Rippenrohrblockes 1 umgelenkt, wobei es durch die Rohrstutzen 23
auch in den zweiten Bereich der Seitenwände 13 bzw. 14 gelangt,
dort durch die Hohlräume im Sinne der Pfeile 26 strömt und
schließlich durch die Rohrstutzen 24 in die Kammer 27 des unte
ren Wasserkastens 5 gelangt und dort in Richtung des Pfeiles 28
austritt.
Durch diese Ausgestaltung kann die im Sinne der Pfeile 30 durch
den Ladeluftkühler durchströmende Ladeluft nicht zu einer un
gleichmäßigen Erwärmung des Rippenrohrblockes 1 und der Seiten
teile 13 bzw. 14 führen. In den Eckbereichen 29 zwischen den
Wasserkästen 4, 5 und den Seitenteilen 13, 14 können daher kei
ne übermäßigen Belastungen aufgrund von Wärmedehnungen auftre
ten.
Der Aufbau des Ladeluftkühlers ist im übrigen konventioneller
Art. Die Rohre sind mit den Rohrböden verlötet oder in die
Rohrböden fest eingewalzt.
Abweichend von der dargestellten Ausführungsform kann auch ein
separater Kühlkreislauf für die Seitenteile vorgesehen werden.
Die Vertiefungen 15, 16, 17 können auch in der Form von mäan
derförmig verlaufenden Kanälen ausgebildet sein.
Claims (6)
1. Ladeluftkühler für Verbrennungskraftmaschinen, insbeson
dere für wassergekühlte Dieselmotoren, mit einem von der Lade
luft und von Wasser durchströmten Rippenrohrblock, der zwischen
zwei Wasserkästen und Seitenteilen angeordnet ist, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Seitenteile (13, 14) mit Strömungskanälen
und mit Zu- und Abführöffnungen für ein Kühl
medium versehen sind.
2. Ladeluftkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Kühlmedium das die Wasserkästen (4, 5) durchströmende
Kühlwasser vorgesehen ist.
3. Ladeluftkühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlwasser in einem Bypass-System von den Wasserkästen
(4, 5) abgezweigt ist und die Strömungskanäle durchläuft.
4. Ladeluftkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle als Hohlkammern
in den Seitenteilen (13, 14) ausgebildet sind.
5. Ladeluftkühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Seitenteile (13, 14) zweiteilig ausgebildet sind und
aus einem mit Vertiefungen (15, 16, 17) gemäß dem Verlauf der
Hohlkammern versehenen Wandteil (14 a, 13 a) und aus einer auf
dieses Wandteil aufgesetzten Deckelplatte (13 b, 14 b) bestehen.
6. Ladeluftkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zu- und Abflußöffnungen aus Überlei
tungskanälen in der Form von Rohrstutzen (21, 22, 23, 24) zwi
schen den Wasserkästen (4, 5) und den Seitenteilen (13, 14) be
stehen.
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