Ozonschicht - Foto mit freundlicher Genehmigung der NASA

Die Zeitschrift Process Cooling veröffentlicht in ihrer Januar/Februar-Ausgabe 2010 einen interessanter Artikel über das Kühlmittel R22, das im Auslaufen begriffen ist. Laut Website der US-Umweltschutzbehörde (EPA) „darf Virgin R-22 mit Wirkung vom 1. Januar 2010 in neuen Geräten nicht mehr verwendet werden.“ Diese Verordnung beruht auf dem Montrealer Protokoll, das seit September 2009 von allen Ländern der Vereinten Nationen ratifiziert ist, um die Menge an ozonschädlichen Chemikalien zu reduzieren, die an die Umgebungsluft abgegeben wird. Wenn Ihr Gerät oder Ihr Prozess R22 einsetzt, dürfen Sie es für dieses Gerät oder diesen Prozess bis zum 1. Januar 2030 weiterhin verwenden. Aber die Herstellung und Einfuhr von R22 wird in den USA ab 1. Januar 2020 verboten. Da dadurch eine allmähliche Umstellung auf andere Produkte erfolgen wird, dürfte R22 zunehmend teurer werden und schwerer zu finden sein. Eine Alternative für R22 ist das Kühlmittel R134A, ein laut EPA umweltfreundliches Hydrofluorcarbonat (HFC). Lytron verwendet R134A in seinen Kodiak Rückkühlern schon seit Beginn ihrer  Herstellung. Wenn Sie einen Kodiak Rückkühler von Lytron kaufen oder verwenden, können Sie daher völlig unbesorgt sein, da Ihr Kühler die Vorschriften der US-Umweltschutzbehörde EPA und des Montrealer Protokolls bezüglich der Verwendung von Kühlmitteln erfüllt.

Edelstahlrohre

Ein Artikel mit dem Titel “Comparing Stainless Steel and Other Metals” (Edelstahl und andere Metalle im Vergleich), der vor Kurzem auf MachineDesign.com veröffentlicht wurde,  setzt sich mit den verschiedenen Edelstahltypen, ihren Eigenschaften sowie den Herausforderungen bei der Herstellung auseinander und gibt einen ausgezeichneten Überblick darüber, was Edelstahl eigentlich ist. Der von Norm Ellis verfasste Artikel beschäftigt sich in erster Linie mit der Verwendung von Edelstahl in der Luft- und Raumfahrt-Industrie. Dabei zeigt er in einer Vergleichstabelle die unterschiedlichen Chrom- und Nickelanteile sowie Eigenschaften (Zugfestigkeit, Streckgrenze, Bruchdehnung und Härte) der verschiedenen Edelstahltypen (austenitisch, ferritisch, martensitisch, ausscheidungshärtend und Duplex) auf.  Stahl ist zwar um 66 % schwerer als Aluminium. Aber für die Luftfahrzeugingenieure ist in erster Linie die spezifische Festigkeit des Stahls von Interesse. (Die spezifische Festigkeit ist das Verhältnis von Festigkeit zu Dichte.)

Laut Definition des American Iron and Steel Institute (Amerikanisches Institut für Stahl und Eisen) handelt es sich bei Edelstahl um Stahl, der mit oder ohne andere Legierungselemente mehr als 10 % Chrom enthält. Edelstahl ist beständig gegen Korrosion, bewahrt seine Festigkeit bei hohen Temperaturen und ist leicht instandzuhalten oder keimfrei zu machen. Aus diesen Gründen wird Edelstahl häufig in der Nahrungsmittelindustrie, in der Medizin und im Transportwesen  sowie in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.

Eine der meist verwendeten Edelstahlsorten ist Stahl vom Typ 316, den auch Lytron für die Rohre seiner serienmäßigen Edelstahl-Wärmetauscher und einige Röhrenkühlplatten gebraucht. Dabei handelt es sich um austenitischen Edelstahl (Chrom-Nickel) mit 2 % – 3 % Molybdängehalt. Die Einbeziehung von Molybdän verleiht dem 316er Stahl eine bessere Beständigkeit gegen verschiedene Formen der Qualitätsverschlechterung, während Nickel und Mangan dafür sorgen, dass das Metall seine austenitische Mikrostruktur bewahrt. Austenitischer Edelstahl weist im Allgemeinen die besten Korrosionsschutzeigenschaften von allen Edelstahlsorten auf, da er mindestens 16 % Chrom enthält. Diese Legierungen sind außerdem schweißbar, was insbesondere bei der Herstellung von Wärmetauschern und Kühlplatten wichtig ist.   

Bei der Auswahl von Metallen für Komponenten oder Systeme zur Flüssigkühlung sind zahlreiche Faktoren zu berücksichtigen. Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit sind nur zwei davon. Bei den meisten Anwendungen zur Flüssigkühlung in der Raum- und Luftfahrt ist das Gewicht ein weiterer wichtiger Faktor. Vakuumgelötete Aluminium-Wärmetauscher werden normalerweise als Kühltechnik gewählt, weil sie nicht nur leicht, sondern auch stabil sind. Bei Anwendungen, bei welchen das Gewicht eine eher untergeordnete Rolle spielt, könnten die Festigkeit und Reinheit des Edelstahls ein gutes Argument dafür sein, diesem Material treu zu bleiben.

Schlauchklemme mit Schneckenantrieb

Lytron erhält häufig Anfragen über das Website-Formular „Ingenieur fragen“. Ein Kunde stellte uns kürzlich die folgende Frage: „Was ist der empfohlene Verbindungsmechanismus für Wärmetauscher-Rohrleitungen mit der ‘BD’-Kennzeichnung?”

Anschlussstück mit Wulst (BD) wird allgemein angegeben, wenn ein System flexible Schläuche erfordert. Der Wulst verhindert, dass der Schlauch von den Rohren der Kühlplatte oder des Wärmetauschers rutscht, während eine Klemme Lecks an den Verbindungen verhindert. Lytron empfiehlt zwei Arten von Klemmen für das BD-Anschlussstück: die Crimpklemme und die Schneckenklemme.

Die Crimpklemme ist ein Metallband, welches mit einem Spezialwerkzeug gekräuselt wurde. Dies ist die beste Wahl, da eine Crimpklemme Vibrationen und Temperaturänderungen, die im Laufe der Zeit entstehen, standhalten kann, ohne locker zu werden. Crimpklemmen sowie andere technisch ausgereiftere Klemmen können von McMaster-Carr in dessen Katalog unter dem Abschnitt „Schlauch- und Rohrklemme“ gefunden werden. Die Schneckenklemme besteht aus einem gekerbten Band mit einem Schraubmechanismus zum Lösen oder Befestigen der Klemme. Schneckenklemmen sind in örtlichen Eisenwarenhandlungen oder Kfz-Zubehörläden erhältlich. Lytrons Anwendungshinweis „Anschluss- und Schlauchklemmen-Auswahl für Kühlplatten und Wärmetauscher” enthält genauere Informationen.

Für OEMs bietet Lytron Teile für kundenspezifische Kühlplatten oder Wärmetauscher inklusive Schläuche und/oder Anschlüsse an.

Leistung des Rückkühlers bei 50 Hz und 60 Hz

Lytron erhält häufig Anfragen über das Website-Formular „Ingenieur fragen“. Ein Kunde stellte uns kürzlich die folgende Frage: „Wir verwenden ein Kodiak Kühlgerät zum Kühlen eines Lasers. Der Kühler wurde für 60 Hz konzipiert, aber wir sind vor kurzem in ein anderes Land gezogen, in dem 50 Hz verwendet werden. Können wir den Kühler mit einer Stromversorgung von 50 Hz benutzen oder können wir den Pumpenmotor so ändern, dass er mit 50 Hz funktioniert und gleichzeitig eine entsprechende Wärmeleistung und Durchflussmenge erzeugt?“

Wenn Sie einen Kühler mit 60-Hz-Kompressor besitzen und dieser mit 50 Hz betrieben wird, muss er härter arbeiten, um die Sollwerttemperatur aufrechtzuerhalten. Dies führt zu einem frühzeitigen Versagen des Kompressors. Außerdem läuft der Pumpenmotor mit einer geringeren Geschwindigkeit und somit mit einer geringeren Durchflussmenge (im Allgemeinen 15 % – 17 % weniger), wenn der Kühler mit 50 Hz betrieben wird. Dies führt zu einer um denselben Faktor reduzierten Kühlkapazität. Es ist wirtschaftlich (und logistisch) besser, einen neuen Rückkühler mit den korrekten Komponenten zu kaufen, als Teile in einem vorhandenen Gerät auszuwechseln. Lytron bietet Kühler mit beiden Stromkonfigurationen an.

Flachrohrwärmetauscher

Lytron erhält häufig Anfragen über unser Website-Formular “Ingenieur fragen“. Ein Kunde stellte uns kürzlich die folgende Frage: “Ist für Ihre Standardwärmetauscher, insbesondere für Ihren Wärmetauscher ES0505G24, eine besondere Filterung erforderlich?”

Der Filterungsbedarf für das Kühlmittel hängt davon ab, wie sauber das Kühlmittel ist. Bei der Kühlflüssigkeit beträgt die maximal akzeptable Teilchengröße für den Flüssigkeitsweg etwa 750 m. Darüber hinaus sollten Sie sicherstellen, dass Ihr Kühlmittel sauber ist, um das Korrosionsrisiko möglichst gering zu halten. Wenn Sie zum Beispiel eine Ethylenglykol-Wasser-Lösung verwenden, müssen Sie darauf achten, dass das Wasser den Mindestvoraussetzungen für gute Wasserqualität gerecht wird.

Zudem ist es wichtig, dass Staub und Schmutz nicht die luftseitigen Kühlrippen verstopfen. Wenn Sie in relativ reinen Innenräumen arbeiten, benötigen Sie vermutlich keinen Filter. Allerdings kann es nötig sein, den Wärmetauscher regelmäßig zu reinigen, um angesammelten Staub zu entfernen. In unserem Anwendungshinweis über Rückkühlerabstimmung sehen Sie eine Abbildung von einem sehr staubigen Wärmetauscher/Kondensator. Dort erhalten Sie auch Informationen über die sachgemäße Reinigung der Kühlrippen von Wärmetauschern.

Rückkühler

Lytron erhält häufig Anfragen über unser Website-Formular “Ingenieur fragen“. Ein Kunde stellte uns kürzlich die folgende Frage: “Enthält der RC022J03BF2C031 das optionale Heizaggregat?”

Der RC022 ist ein Standardrückkühler von Lytron. Diese Anlage ist mit einem optionalen elektrischen Widerstandsheizaggregat mit einer Leistung von 2000 Watt ausgestattet. Mit diesem optionalen Heizaggregat erreicht der Kühler schneller eine Sollwerttemperatur, die über der Umgebungstemperatur liegt. Dies ist sinnvoll bei Anwendungen, die einen Kaltstart erfordern oder bei denen der Sollwert für das Kühlmittel häufig zyklisch durchlaufen wird. Das optionale Heizaggregat steht für die Rückkühler RC011, RC022, RC030 und RC045 zur Verfügung. Für Standardkühler erhältliche Optionen werden auf der Seite mit Kühlerspezifikationen dargestellt. Zusätzliche Optionen sind für kundenspezifische Kühlsysteme erhältlich.

Kühlrippenwärmetauscher

Lytron erhält häufig Anfragen über unser Website-Formular “Ingenieur fragen“. Ein Kunde stellte uns kürzlich die folgende Frage: “Bei der Benutzung Ihres Auswahltools für Wärmetauscher wurde eine Warnmeldung angezeigt, in der es hieß: “Bei den meisten Wärmetauscher beträgt die maximal zulässige Durchflussmenge 7,57 l/min.” Ich würde gern wissen, warum die maximale Durchflussmenge ausgerechnet 7,57 l/min. beträgt. Nach welchen Faktoren richten sich diese Grenzwerte?”

Die meisten Standard-Wärmetauscher sind für den Betrieb bei einer Durchflussmenge von 3,79 l/min. bis 15,14 l/min. ausgelegt. Durch die Erhöhung der Durchflussmenge über den optimalen Bereich hinaus wird die Leistung des Wärmetauschers nicht unbedingt verbessert. Stattdessen wird der Wärmetauscher luftseitig beschränkt. Das bedeutet, dass ein wesentlich größerer Lüfter erforderlich sein kann, um die Leistung weiter zu erhöhen. In Extremfällen reicht ein handelsüblicher Standardlüfter nicht mehr aus, um die Luftströmung für eine ausgewogene Wärmeleistung ausreichend zu erhöhen. Genauere Informationen erhalten Sie bei Lytron unter Systemintegration von Wärmetauschern: Überlegungen zu Lüftern.

Darüber hinaus sind die Standard-Wärmetauscher von Lytron mit einem Außendurchmesser von 3/8 Zoll (9,525 mm) und einer Wandstärke von 0,028 Zoll (0,7112 mm) gebaut. Bei vielen kleineren Wärmetauschern bewirkt eine Erhöhung der Durchflussmenge der Kühlflüssigkeit über 7,57 l/min. hinaus einen erheblichen Anstieg des flüssigkeitsseitigen Druckverlustes durch den Wärmetauscher. Dies bedeutet, dass Sie eine wesentlich größere Pumpe für Ihr Kühlsystem benötigen.