DE4141240C2 - Metallisches Wärmeaustauscherrohr zur Kühlung von zähen Medien - Google Patents
Metallisches Wärmeaustauscherrohr zur Kühlung von zähen MedienInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/42—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being both outside and inside the tubular element
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Description
Die Erfindung betrifft ein metallisches Wärmeaustauscherrohr
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Fahrzeugen mit Servolenksystemen wird die für die Lenk
funktion notwendige Ölmenge über eine Ölpumpe gefördert, die
unabhängig von der Motordrehzahl eine nahezu konstante
Fördermenge im Ölkreislauf aufrecht erhält.
Je nach Motorbelastung und Lenkbetätigung wird das Öl
erwärmt. Die höchste Ölerwärmung tritt im Anhängerbetrieb
bei einer Bergfahrt auf. Zur Abkühlung des erwärmten Öles
werden Wärmeaustauscherrohre verwendet, die von außen mit
Luft beaufschlagt werden.
Bei einer bekannten Ausführung handelt es sich um ein
Wärmeaustauscherrohr aus Metall, das auf der Innen- und
Außenseite schraubenlinienförmig umlaufende, integrale
Rippen besitzt. Dieses Wärmeaustauscherrohr hat bei zuneh
mender Öltemperatur und konstanter Luftgeschwindigkeit eine
zur Temperaturdifferenz der Öl-/Lufttemperatur proportionale
Wärmeabfuhr. Bei extremer Lenkungsbeanspruchung wird die
Öltemperatur trotz Wärmeaustauscherrohr weiter ansteigen.
Ein kritischer Punkt wird dann erreicht, wenn die Öltempe
ratur gleich oder höher ist als die Beständigkeitstemperatur
der verwendeten Dichtmaterialien. Die Folge ist Ölverlust
durch undichte Stellen und damit Funktionsminderung oder
Ausfall der Servolenkung, ganz abgesehen von der Umweltbe
lastung durch austretendes Öl. Eine Verlängerung des Wärme
austauscherrohres ist aufgrund der beengten
Platzverhältnisse im Motorraum des Fahrzeuges meist ausge
schlossen und verteuert den Wärmeaustauscher.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wärme
austauscherrohr der genannten Art so zu gestalten, daß die
Wärmeabfuhr bei steigender Öltemperatur überproportional
zunimmt, um hohe Öltemperaturen zu vermeiden und gleichzei
tig eine hohe Wärmeleistung in einer kompakten Baugröße zu
ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Wärmeaustau
scherrohr mit den beiden kennzeichneten Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst:
- a) das Verhältnis der äußeren Wärmeübertragsfläche Aa des Rohres/inneren Wärmeübertragungsfläche Ai des Rohres beträgt: Aa/Ai < 5,0;
- b) für den lichten Innendurchmesser des Rohres gilt die Beziehung: mit Innendurchmesser di (mm), Volumenstrom des Fluids (m³/h), kinematische Viskosität ν (mm²/s). (Die Größen Aa und Ai sind jeweils auf 1 m Rohrlänge bezogen).
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß ein sprung
hafter Anstieg der Wärmeabfuhr und damit die Aktivierung der
inneren Rippenfläche eintritt, wenn der Rohrinnendurchmesser
di an die zu begrenzende Fluidtemperatur und an den
vorliegenden Fluidvolumenstrom angepaßt wird. Das
erfindungsgemäße Verhältnis Aa/Ai sorgt für die erforder
liche Wärmeabfuhr nach außen. Zudem läßt sich durch diese
überproportionale Leistungszunahme der Wärmeaustauscher
kompakt und damit platzsparend bauen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt
das Verhältnis Aa/Ai = 5-8.
Für einen üblichen Fluidvolumenstrom von etwa 0,4 m3/h
gilt die Beziehung
Hinsichtlich der Ausbildung der inneren Rippenfläche emp
fiehlt es sich, wenn das Verhältnis der inneren (berippten)
Wärmeübertragungsfläche Ai des Rohres / inneren glatten
Wärmeübertragungsfläche Ai, glatt des Rohres
Ai/Ai, glatt = 1,4-2,5;
beträgt; dabei ist der Drallwinkel der inneren Rippen vorzugs
weise
α = 15-30°,
insbesondere
α = 18-25°.
(Ai und Ai, glatt sind wiederum auf 1 m Rohrlänge bezogen).
Zur Erzielung optimaler Wärmeübertragungskoeffizienten
beträgt die Quadratwurzel aus dem Verhältnis der inneren
Wärmeübertragungsfläche Ai/inneren (freien) Querschnitts
fläche Ai, quer vorzugsweise
Die Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1a ein Wärmeaustauscherrohr im Teillängsschnitt,
Fig. 1b einen Querschnitt eines Wärmeaustauscherrohres
und
Fig. 2 den sprunghaften Leistungsanstieg eines
erfindungsgemäßen Ölkühlers im Vergleich zu
einem Ölkühler nach dem Stand der Technik.
Das metallische Wärmeaustauscherrohr 1 nach Fig. 1a/1b ist
auf der Außen- und Innenseite mit integralen Rippen 2 bzw. 3
versehen, die schraubenlinienförmig umlaufen. Der - auf die
Rohrlängsachse bezogene - Drallwinkel der Innenrippen 3 ist
mit α bezeichnet. Weiterhin sind eingetragen:
Aa: äußere Wärmeübertragungsfläche des Rohres 1,
Ai: innere (berippte) Wärmeübertragungsfläche des Rohres 1,
Ai, quer: innere (freie) Querschnittsfläche des Rohres 1 und
di: lichter Rohrinnendurchmesser des Rohres 1.
Aa: äußere Wärmeübertragungsfläche des Rohres 1,
Ai: innere (berippte) Wärmeübertragungsfläche des Rohres 1,
Ai, quer: innere (freie) Querschnittsfläche des Rohres 1 und
di: lichter Rohrinnendurchmesser des Rohres 1.
Das zu kühlende, zähe Fluid 4 strömt im Rohrinneren, Luft 5
außen.
Die Vorteile der Erfindung werden anhand der Fig. 2 erläu
tert:
Es wurden Messungen an einem erfindungsgemäßen Wärmeaustau
scherrohr 1 (Ölkühler A) und Vergleichsmessungen an einem
Wärmeausstauscherrohr nach dem Stand der Technik (Ölkühler B)
durchgeführt.
In der folgenden Tabelle sind die Geometriedaten der
untersuchten Rohre (Ölkühler A und B) aufgeführt:
Der Volumenstrom des Fluids (Öl) in den Rohren betrug
jeweils ca. 0,4 m3/h. Die äußere Luftgeschwindigkeit war bei
den Untersuchungen konstant 5 m/s ( was einer Fahrgeschwin
digkeit von 18 km/h entspricht).
Fig. 2 zeigt deutlich den sprunghaften Leistungsanstieg beim
erfindungsgemäßen Ölkühler A.
Claims (8)
1. Metallisches Wärmeaustauscherrohr (1) mit auf der
Außen- und Innenseite schraubenlinienförmig umlaufen
den, integralen Rippen (2 bzw. 3) zur Kühlung von zähen
Fluiden (4), insbesondere von Öl in Servokreisläufen
von Fahrzeugen, wobei das zu kühlende Fluid (4) durch
das Rohr (1) strömt und dessen Außenseite von Luft (5)
gekühlt ist,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- a) das Verhältnis der äußeren Wärmeübertragungsfläche Aa des Rohres (1)/inneren Wärmeübertragungsfläche Ai des Rohres (1) beträgt: Aa/Ai < 5,0;
- b) für den lichten Innendurchmesser di des Rohres (1) gilt die Beziehung: mit Innendurchmesser di (mm), Volumenstrom des Fluids (4) (m³/h), kinematische Viskosität ν (mm²/s).
2. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet,
daß das Verhältnis Aa/Ai = 5-8 beträgt.
3. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet,
daß für den lichten Innendurchmesser di des Rohres (1)
die Beziehung gilt:
4. Wärmeaustauscherrohr nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis der inneren (berippten) Wärmeüber
tragungsfläche Ai des Rohres (1)/inneren glatten
Wärmeübertragungsfläche Ai, glatt des Rohres (1)
beträgt:
Ai/Ai, glatt = 1,4-2,5.
5. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet,
daß der Drallwinkel der inneren Rippen (3)
α = 15-30° beträgt.
6. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet,
daß der Drallwinkel α = 18-25° beträgt.
7. Wärmeaustauscherrohr nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Quadratwurzel aus dem Verhältnis der inneren
Wärmeübertragsfläche Ai/inneren (freien) Quer
schnittsfläche Ai, quer beträgt:
8. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß
Priority Applications (4)
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DE59202339T DE59202339D1 (de) | 1991-12-14 | 1992-11-07 | Metallisches Wärmeaustauscherrohr zur Kühlung von zähen Medien. |
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DE4141240C2 true DE4141240C2 (de) | 1993-09-30 |
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