| Dem Ideal schon ziemlich nahe |
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Rohrbündel mit Lamellen vervielfacht Wärmeaustauschfläche auf der Ölseite Platten- oder Rohrbündel-Wärmetauscher, diese Frage entscheiden Konstrukteure - wegen der Kompaktheit - oftmals zugunsten des Erstgenannten. Doch dieser vermeintliche Vorteil zählt nicht mehr, dank der Entwicklung eines Rohrbündelwärmetauschers mit Lamellen. | |  |
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Einleitung Für die Öl-Wasserkühlung von Hydraulikanlagen bietet der Markt zwei Wärmetauscher-Bauarten, die in den vergangenen Jahren immer mehr miteinander konkurrierten. Oftmals wird dabei dem Plattenwärmetauscher größere Kompaktheit und damit ein Platzvorteil eingeräumt. Das trifft bei einem Vergleich mit einem klassischen Rohrbündelwärme-tauscher in der Tat zu, hingegen nicht bei einer Gegenüberstellung zu einem Rohrbündelwärme-tauscher mit Lamellen, der von einem Unternehmen aus dem Großraum Frankfurt angeboten wird. Im Folgenden werden die Vor- und Nachteile beider Bauformen näher erläutert.
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Bauart: Standard - Glattrohrwärmetauscher Der Rohrbündelwärmetauscher (CM, AM) besteht aus einem Mantelrohr, durch welches das Hydrauliköl geführt wird, sowie einem Bündel aus dünnen glatten Rohren, welches sich im Mantelrohr befindet. Durch dieses Rohrbündel fließt das Kühlmedium. Das Mantelrohr besteht üblicherweise aus Stahl (Edelstahl wahlweise), das Rohrbündel kann aus Cu, Cu-Ni (90-10) oder auch in Edelstahl 1.4401 (316) gefertigt werden. Das heiße Medium wird durch das Mantelrohr an Umlenkblechen vorbeigeführt, um den Wärmeübergang zu verbessern. Der Abstand der Umlenkbleche lässt sich variieren. Folge: höherer Druckverlust bei engerem Abstand bei zugleich verbessertem Wärmeübergang. Des Weiteren lassen sich auf der kalten (Wasser)-Seite die Enddeckel variieren. Das Wasser durchströmt entweder einmal (in diesem Fall empfiehlt sich dringend eine Gegenstromanordnung zum Öldurchfluss) oder aber zwei- und viermal. Die beiden letztgenannten Methoden bringen eine deutliche Wassereinsparung mit sich und verbessern darüber hinaus geringfügig die Kühlleistung. Grundsätzlich lassen sich Rohrbündelwärmetauscher wasserseitig durch die Abnahme der Enddeckel wesentlich besser reinigen als Plattenwärmetauscher. Einige Hersteller setzen sog. Rippenrohre auf der Kühlseite ein, um den Wärmeübergang zu verbessern. Dieses Konzept erreicht allerdings nicht die Effektivität des Rohrbündel-wärmetauschers mit Lamellen. | |  |
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Bauart: Rohrbündelwärmetauscher mit Lamellen Effizienter als übliche Rohrbündelwärmetauscher arbeiten die von Universal Hydraulik angebotenen Rohrbündelwärmetauscher (EKM) mit Aluminium-Lamellen auf der Mantelseite. Diese verfügen über eine um das Vielfache vergrößerte Wärmeaustauschfläche auf der Ölseite. Das wiederum erlaubt eine kleinere Bauform des Wärmetauschers (siehe Auslegungsbeispiel). Die Aluminium-Lamellen werden dabei im engen Abstand über die Wasserrohre gezogen und mechanisch geweitet. Die Abstandhalter auf den Lamellen verstärken zudem die Turbulenz - es entsteht ein optimaler Wärmeübergang. Die EKM-Baureihe ist dadurch ebenso kompakt wie ein Plattenwärmetauscher, bietet aber weitere Vorteile. So liegt etwa die Druckfestigkeit mit 35 bar höher als bei Platten- oder klassischen Rohrbündelwärmetauschern. Folge: Der Einbau in den Rücklauf der Hydraulik gestaltet sich wesentlich "gefahrloser" als der von anderen Wärmetauscher-Bauarten. Da die Rohrböden geschweißt und die Wasserrohre eingerollt werden, treten praktisch keine Leckage-Probleme auf. Des Weiteren steht für die EKM-Serie optional ein internes Rückschlagventil (patentiert) zur Verfügung. Vorteil: Einsparung eines externen Ventiles plus zugehöriger Verrohrung.
Für sehr große Kühlleistungen und hohe Öl-Volumenströme bietet sich die größere ECM-Serie an, oder die gleichfalls im Programm stehende Verrohrung mehrerer Wärmetauscher. Als platzsparend erweist sich zudem die Tankeinbau-Variante EKTM.
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Bauart: Plattenwärmetauscher Kompakter aufgebaut als die klassischen Rohrbündelwärme-tauscher sind auch die Plattenwärmetauscher. Bei dieser Bauart fließen die Medien zwischen mehreren hintereinander angeordneten Edelstahl-Platten. Die Platten sind mit einer Prägung versehen, so daß enge Strömungskanäle entstehen. Das führt zu einer stark turbulenten Strömung und damit zu einem guten Wärmeübergang. |
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Bauart: Gelöteter Plattenwärmetauscher Bei den gelöteten Plattenwärmetauschern sind die Platten durch eine Kupfer- oder Nickel-Auflage mit einander verlötet. Dies erlaubt eine preiswerte Serienfertigung. Die engen Kanäle zwischen den Platten bewirken jedoch einen höheren Druckverlust als bei Rohrbündelwärmetauschern. Das erfordert bei großen Volumenströmen oftmals eine große Anzahl von Platten um den Druckverlust zu senken.
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Darüber hinaus können die Kanäle zwischen den Platten bei schlechter Aufbereitung des Kühlwassers leicht verstopfen. Folge: sukzessive sich verschlechternde Kühlleistung des Plattenwärmetauschers. Aufgrund des Aufbaus lassen sich gelötete Plattenwärmetauscher zudem nur bedingt reinigen, sie müssen bei Verschmutzung ausgetauscht werden. Der Einsatz von Plattenwärmetauschern empfiehlt sich stets bei kleinen Temperaturdifferenzen. | |  |
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Bauart: Geschraubter Plattenwärmetauscher Beim geschraubten Plattenwärmetauscher werden die Platten in einen Rahmen eingehängt und über zwei Druckplatten miteinander verspannt. Derart lassen sich die Platten leicht demontieren, der Wärmeaustauscher kann leicht gereinigt und bei Bedarf durch den Einbau zusätzlicher Platten erweitert werden.
Dank verschiedener Prägungen lassen sich geschraubte Plattenwärmetauscher hinsichtlich des Druckverlustes und der Wärmeübergangszahl optimieren. Allerdings sind geschraubte Plattenwärmetauscher aufgrund ihrer hohen Grundkosten (Rahmen und Gestell) erst bei größeren Kühlleistungen wirtschaftlich interessant. |
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Vor- und Nachteile verschiedener Bauformen Rohrbündel mit
Lamellen (EKM) Klassischer
Rohrbündel Gelötete Platte
(PWT) Geschraubte
Platte (TL)
Bis 35 bar Betriebsdruck Bis 20 bar Betriebsdruck Bis 30 bar Betriebsdruck Bis 25 bar Betriebsdruck
Kompakte Bauweise Standard-Bauweise Kompakte Bauweise Kompakte Bauweise
Hohe Kühlleistung bei kleinen Abmessungen Hohe Kühlleistung , aber großer Platzbedarf Hohe Kühlleistung bei kleinen Abmessungen Hohe Kühlleistung , aber großer Platzbedarf
Wasserseitig gut reinigbar Wasserseitig gut reinigbar Wasserseitig nur bedingt reinigbar Wasserseitig gut reinigbar, allerdings teuer
Keine Lötstellen und Dichtungen am Rohr Keine Lötstellen und Dichtungen am Rohr Gelötete Bauweise Geschraubte Bauweise mit Dichtungen
Optional mit integrierten Bypassventil
Autor: Michael Uhl, Universal Hydraulik GmbH
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Praktischer Vergleich verschiedener Bauformen Praktischer Vergleich verschiedener Bauformen
Grundlage: Standard-Hydraulikanwendung
EKM CM PWT
Bauform Rohr. m. Lamellen Klass. Rohr. Platte
Typ EKM-1018-T CM-1236-F PWT-50-50
Kühlleistung 60 KW
Ölmenge 180 l/min
Wassermenge 90 l/min
Eintrittstemp.Öl 60°C
Eintrittstemp.H2O 25°C
Ölsorte ISO VG 46
Druckverlust Ölseite 1,2 bar 0,8 bar 1,5 bar
Druckverl. Wasserseite 0,3 bar 0,2 bar 0,3 bar
Plattenanzahl / / 50
Anzahl der Wege 2 4 1
Manteldurchmesser 127 mm 153 mm /
Gesamtlänge/ Höhe 522 mm 1045 mm 529 mm
Breite / / 124 mm
Tiefe / / 122 mm
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