DE10020798A1 - Rohrbündel-Wärmetauscher mit biegsamen Rohren, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Wäremtauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Rohrbündel (10), das allein aus biegsamen Plastikrohren (12) gebildet ist, sowie zwei Endblöcken (22, 24), die über diese Rohre verbunden sind. Der Wärmetauscher umfaßt zudem wenigstens einen Abstandshalter (50), der an einer gewählten Stelle zwischen den Endblöcken (22, 24) angeordnet ist und der Durchgangsöffnungen für Rohre enthält, um die Rohre (12) in einem gewählten Abstandsverhältnis oder Abstand zu halten.

Description

Die Erfindung betrifft Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahr­ zeuge.

Sie betrifft insbesondere einen Wärmetauscher mit einem Bündel, das allein aus biegsamen Plastikrohren gebildet ist, sowie zwei Endblöcken, die über diese Rohre verbunden sind.

Es sind bereits Wärmetauscher dieses Typs bekannt, die auch als "Wärmetauscher ohne Lamellen" bezeichnet werden, da das Rohrbündel allein aus biegsamen Rohren, auch Kapillaren genannt, gebildet wird. Diese können einen kleinen Durchmesser, typischerweise in der Größenordnung von 1 oder 2 Millimetern, besitzen und werden im allgemeinen durch Extrudieren eines thermoplastischen Materials, z. B. eines Polyamids, hergestellt.

Solche Wärmetauscher können in der Automobilindustrie, z. B. als Motorkühler, Heizkörper für den Kraftfahrzeuginnenraum, Kühler der Aufladeluft oder Kondensatorkühler eines Klimatisierungskreislaufs eingesetzt werden.

Der Vorteil dieser biegsamen Rohre liegt darin, dass sie die Ausführung eines Wärmetauschers ermöglichen, dessen Rohre ganz bestimmte, auch krumme oder gebogene Formen annehmen können, und somit die Anordnung an einer günstigen Stelle im Fahrzeug erlauben. Darüber hinaus besitzen sie den Vorteil, dass die aus ihnen hergestellten Wärmetauscher leichter als herkömmliche Wärmetauscher sind, die metallene Rohre besitzen, und dass sie aufgrund ihrer Verformbarkeit eine geringere Stoßempfindlichkeit aufweisen.

Dennoch bringt die Ausführung eines solchen, mit biegsamen Rohren ausgebildeten, Wärmetauschers gewisse Probleme mit sich, da es nicht immer möglich ist, die Standardtechniken, die bei der Herstellung herkömmlicher Rohrwärmetauscher und Wärmetauscher mit Metalllamellen eingesetzt werden, anzuwenden.

Bei den bekannten Rohrbündel-Wärmetauschern mit biegsamen Rohren besitzt jeder der Endblöcke einen scheibenförmigen Aufnehmer, der dafür sorgt, dass die Öffnungen die Rohre des Rohrbündels einzeln aufnehmen. Diese Lösung macht angesichts der Feinheit und der großen Anzahl der Rohre heikle Montagearbeiten notwendig.

Ein anderes Problem in Verbindung mit dieser Form herkömmlicher Wärmetauscher liegt in der Biegsamkeit der Rohre begründet. Diese neigen dazu, sich aneinander zu legen, und verhindern somit das notwendige Umströmen des Rohrbündels mit Luft. Es müssen daher Mittel vorgesehen werden, um die Rohre in einem Abstand von einander zu halten. Die Entwicklung solcher Abstandshalter bereitet zahlreiche Probleme angesichts der Feinheit und großen Anzahl der Rohre.

Ein weiteres Problem in Verbindung mit dieser Form herkömmlicher Wärmetauscher liegt darin, den Rohren Halt zu verschaffen, da sie nicht nur biegsam sind, sondern auch eine ungerade Form haben können.

Aufgabe der Erfindung ist insbesondere die Lösung der oben genannten Probleme.

Sie schlägt zu diesem Zweck einen Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Art vor, der wenigstens einen an einer gewählten Stelle zwischen den Endblöcken angeordneten Abstandshalter umfaßt, der Öffnungen zur Durchführung der Rohre enthält, um die Rohre in einem gewählten Abstandsverhältnis oder Abstand zueinander zu halten.

Daraus folgt, dass die Rohre des Rohrbündels so in einem Abstand von einander gehalten werden, dass das Rohrbündel ausreichend von Luft durchströmt wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird jeder Abstandshalter in einer im wesentlichen planparallelen, mit mehreren voneinander beabstandeten Löchern versehenen Platte ausgeführt, durch die jeweils ein Rohr des Rohrbündels geführt ist. Bei dieser Ausführungsform wird jeder Abstandshalter in einer im wesentlichen planparallelen, mit mehreren voneinander beabstandeten länglichen Öffnungen versehenen Platte ausgeführt, durch die jeweils eine Anzahl ausgerichteter Rohre des Rohrbündels führt.

In der letztgenannten Ausführungsform umfaßt der Wärmetauscher vorteilhafterweise wenigstens einen ersten Abstandshalter, der mit ersten länglichen Öffnungen versehen ist, durch die jeweils eine Reihe von Rohren geführt werden können, und wenigstens einen zweiten Abstandshalter, der mit zweiten länglichen Öffnungen versehen ist, durch die gleichermaßen jeweils eine Anzahl von Rohren geführt werden können, wobei die Ausrichtung der ersten länglichen Öffnungen senkrecht zur Ausrichtung der zweiten länglichen Öffnungen steht.

Diese zweite Ausführungsform erlaubt eine gegenüber der ersten leichtere Montage, da die Rohre nicht einzeln, sondern mehrere gleichzeitig eingeführt werden.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird jeder Abstandshalter zwischen zwei Querträger (auch Seitenteile oder Führungen genannt), die das Rohrbündel umrahmen, fixiert. Diese Querträger unterstützen den Zusammenhalt des Rohrbündels und tragen zur Steifigkeit der Anordnung bei.

Vorteilhafterweise ist jeder Abstandshalter und sind die Querträger aus Kunststoff hergestellt, insbesondere aus einem thermoplastischen Material wie einem Polyamid. Jeder Abstandshalter kann entweder mit mechanischen Mitteln, insbesondere durch eine Rastverbindung, oder auch mittels einer Klebe- oder Schweißverbindung an den Querträgern fixiert werden.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Orientierung der Abstandshalter so gewählt, dass sie eine Führung für einen Luftstrom bilden, der das Rohrbündel durchströmt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Rohrbündel- Wärmetauschers mit biegsamen Rohren gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 ein Ausschnitt einer durch die Richtung des Pfeiles I in Fig. 1 angedeuteten Ebene;

Fig. 3 eine durch die Richtung des Pfeiles III in Fig. 1 angedeutete Ansicht im Teilschnitt;

Fig. 4 eine Ansicht eines Abstandshalters in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 5 und 6 perspektivische Darstellungen zweier Abstandshalter in einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 7 eine zu Fig. 3 analoge Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform und

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers gemäß dieser zweiten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist ein Wärmetauscher dargestellt, der bei dem gezeigten Beispiel als Kühler in einem Auflader eines Kraftfahrzeugmotors geeignet ist.

Dieser Wärmetauscher beinhaltet ein Rohrbündel 10, das nur biegsame Rohre 12, auch Kapillaren genannt, aufweist, deren Durchmesser in der Regel in der Größenordnung eines Millimeters liegt. Diese Rohre werden durch Extrudieren eines thermoplastischen Materials, insbesondere eines Polyamids, hergestellt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind diese Rohre nicht gerade, sondern weisen eine auf bestimmte Weise gebogene Form auf, die es in diesem Beispiel erlaubt, den Wärmetauscher an einer definierten Stelle hinter der (nicht dargestellten) Fronthaube zu plazieren.

Die Rohre 12 weisen Enden 14 und 16 auf, die so angeordnet sind, dass die Enden 14 zu einem engen Rohrbündel zusammengefaßt werden, das in einen Anschlußstutzen 18 gesteckt wird. In gleicher Weise werden die Enden 16 der Rohre zu einem engen Rohrbündel zusammengefaßt, das in einen weiteren Anschlußstutzen 20 gesteckt wird.

Die Anschlußstutzen 18 und 20 gehören zu den beiden Endblöcken 22 bzw. 24. Im folgenden wird insbesondere die Struktur des Endblockes 22 in Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 beschrieben. Der Anschlußstutzen 18 besitzt in diesem Beispiel eine allgemein kreiszylindrische Form, die einen inneren, allgemein kreiszylindrischen Durchgang 26 bestimmt, in den die Enden 14 der Rohre gepresst werden. Im losen Teil des Rohrbündels, zwischen den Enden 14 und 16, weisen die Rohre zueinander einen Abstand auf, der durch weiter unten beschriebene Mittel bestimmt ist.

Im Gegensatz dazu werden die Enden der Rohre in den Anschlußstutzen 18 und 20 zu einem engen Rohrbündel zusammen gefaßt, das in den Anschlußstutzen gesteckt wird.

Der Anschlußstutzen 18 weist eine konische Einführöffnung 28 auf, um die Einführung der zuvor zu einem engen Rohrbündel zusammengefaßten Rohrenden zu erleichtern. An seinem anderen Ende weist der Anschlußstutzen außen eine Wulst auf (Fig. 2 und 3), die dem Anschluß einer Leitung oder eines flexiblen Rohres (nicht dargestellt) dienen kann, die/das mit einer Rohrschelle befestigt wird.

Beide Anschlußstutzen 18 und 20 sind Formteile aus Kunststoff, vorteilhafterweise hergestellt aus einem thermoplastischen Material wie einem Polyamid. Im Beispiel sind an beiden Anschlußstutzen 18 und 20 allgemein senkrecht zu ihren Achsen XX bzw. YY orientierte Trägerscheiben 32 bzw. 34 ausgeformt. Um den Halt der Rohre sowie die Dichtheit zwischen den Rohren und dem Inneren des entsprechenden Anschlußstutzens zu gewährleisten, ist ein Klebstoff, von dem man einen Teil in Fig. 3 erkennen kann, in dem ringförmigen Bereich zwischen der konischen Öffnung und den Rohren des Rohrbündels aufgetragen.

Dieser Klebstoff, der z. B. silikonartig sein kann, kann auf verschiedene Arten aufgetragen werden. Eine Lösung, die man sich vorstellen kann, ist ihn einzuspritzen, nachdem die Rohrenden in den entsprechenden Anschlußstutzen gesteckt wurden. Eine andere Lösung besteht darin, den Klebstoff zunächst rings um die Rohre aufzutragen, bevor anschließend die Rohrenden in die entsprechenden Anschlußstutzen eingeschoben werden.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Endblöcke 22 und 24 zwischen zwei Querträgern 36 und 38, auch "Seitenteile" oder "Führungen" genannt, fixiert. Diese Querträger umrahmen das Rohrbündel 10 und sind in Form zweier, im wesentlichen planparalleler Platten ausgeführt, die parallel zueinander angeordnet sind. Im Beispiel haben diese Platten eine ganz bestimmte Ausprägung, die es gestattet, dem Rohrbündel 10 die gewünschte Form zu geben. Diese Querträger 36 und 38 sind vorteilhafterweise Formteile aus Kunststoff, insbesondere aus einem thermoplastischen Material wie einem Polyamid.

Die Formen der Querträger 36 und 38 sind einander entsprechend. Der Querträger 36 umfaßt einen mittleren, gebogenen Teil 40, verbunden mit zwei äußeren Teilen 42 und 44, die genau parallel zueinander angeordnet sind und dem Halt der Endblöcke 22 bzw. 24 dienen, um diesen Blöcken so die gewünschte Orientierung zu geben. Im Beispiel sind die Achsen XX und YY der Anschlußstutzen 18 bzw. 20 genau parallel.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, umfaßt die Trägerscheibe 32 des Endblockes 22 zwei einander gegenüber angeordnete Laschen 46, die die Form zweier einander zugewandter Haken aufweisen und eine mechanische Befestigung der Trägerscheibe 32 am äußeren Teil 42 des Querträgers 36 erlauben. In analoger Weise ist diese Trägerscheibe am Querträger 38 befestigt. Entsprechendes gilt für die Trägerscheibe 34 des Endblockes 24.

Der Wärmetauscher beinhaltet darüber hinaus mehrere Abstandshalter 50, von denen jeder an einer gewählten Stelle zwischen den Endblöcken 22 und 24 angeordnet ist. Jeder Abstandshalter besitzt die Form einer zwischen den Querträgern 36 angeordneten und senkrecht dazu orientierten Platte, die an diesen Querträgern durch geeignete Mittel befestigt ist. Darüber hinaus führen die Rohre 12 des Rohrbündels 10 durch sie hindurch.

In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform umfaßt der Abstandshalter 50 einzelne Öffnungen 52 zur Durchführung der Rohre des Rohrbündels. Die Anzahl dieser kreisförmigen Öffnungen entspricht der Anzahl der Rohre des Rohrbündels (einige hundert in dem dargestellten Beispiel). Diese Öffnungen sind in Spalten und Reihen angeordnet und definieren in ihrer Gesamtheit durch ihre Einhüllende eine im allgemeinen elliptische oder ovale Form. In dieser Ausführungsform ist es daher notwendig, jedes der Rohre 12 durch das entsprechende Loch 52 jedes Abstandshalters 50 zu führen. Diese werden anschließend an geeigneter Stelle zwischen den Querträgern 36 und 38 plaziert.

In diesem Beispiel umfaßt jeder der Abstandshalter 50 auf der einen Seite ein Paar Laschen 54 in Form einander zugewandter Schnäbel und auf der anderen Seite ein Paar Laschen 56, die in gleicher Weise ausgeführt sind. Die Laschenpaare erlauben die mechanische Befestigung der Abstandshalter 50 zwischen den Querträgern 36 und 38 durch Verrasten oder eine vergleichbare Verbindung.

In der in Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform macht man wenigstens von einem ersten Abstandshalter 58 und einem zweiten Abstandshalter 60 Gebrauch, die im wesentlichen die gleiche Form besitzen. Der Abstandshalter 58 weist längliche Öffnungen 62 auf, durch die jeweils eine Anzahl von - in diesem Beispiel in einer Reihe angeordneter - Rohre des Rohrbündels geführt werden kann. Im Gegensatz dazu weist der zweite Abstandshalter 60 längliche Öffnungen 64 auf, durch die jeweils eine Anzahl von - in diesem Beispiel in einer Spalte angeordneter - Rohre geführt werden kann.

Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, sind die länglichen Öffnungen 62 und 64 senkrecht zueinander ausgerichtet. Die in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen erleichtern die Montage der Rohre, da mehrere gleichzeitig (entweder in einer Reihe oder in einer Spalte) durch sich über die Abstandshalter 58 und 60 erstreckenden länglichen Öffnungen geführt werden können anstatt, wie im Fall des Abstandshalters 50, wo sie einzeln durch die Öffnungen 52 geführt werden.

Die Abstandshalter 58 und 60 sind analog den weiter oben beschriebenen Abstandshaltern 50 durch Laschen 54 und 56 an den Querträgern 36 und 38 befestigt.

Alternativ dazu können die Abstandshalter 50, 58 und 60 durch andere Mittel an den Querträgern fixiert werden, insbesondere durch Kleben oder Schweißen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, werden die Abstandshalter 50 nicht nur an den gewünschten Stellen, sondern auch mit der gewünschten Orientierung plaziert, die einen das Rohrbündel durchquerenden Luftstrom F erlaubt.

Zur Kanalisierung eines Luftstromes ist es ebenfalls vorteilhaft, den Querträgern 36 und 38 eine bestimmte Ausprägungsform zu verleihen. Wie insbesondere aus Fig. 7 ersichtlich ist, weisen die Querträger ein Profil auf, das so geformt ist, dass die Lenkung des Luftstromes F begünstigt wird. Insbesondere weisen die Querträger 36 und 38 abgerundete, dem Luftstrom entgegen gerichtete Kanten 66 und 68 auf. Dies erleichtert die Führung des Luftstromes F, der anschließend in günstiger Weise die Rohre des Rohrbündels, die durch die Abstandshalter 50 bzw. 58 und 60 in gleichmäßigem Abstand gehalten werden, umströmen kann.

In der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform erkennt man eine zur Fig. 1 analoge allgemeine Struktur. Die Hauptunterschiede liegen in der Art und Weise, wie die Abstandshalter 50 an den Querträgern 36 und 38 befestigt sind. In diesem Beispiel weisen die Abstandshalter Laschen 70 zur Rastverbindung mit dem Querträger 36 und Laschen 72 zur Rastverbindung mit dem Querträger 38 auf.

Weiterhin weist der Querträger 36 zwei Befestigungslaschen 74 und 76 auf, die einteilig mit ihm geformt sind. Diese Laschen dienen entweder dazu, den Querträger am Fahrzeug oder Zubehörteile am Wärmetauscher zu befestigen. Gegebenenfalls weist der andere Querträger 38 wenigstens eine analoge Befestigungslasche auf.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungen, die als besondere Beispiele dienen, beschränkt. Sie gilt gleichermaßen für weitere Varianten. Daher wird man verstehen, dass der Wärmetauscher in mehreren möglichen Konfigurationen ausgeführt werden kann.

Claims (9)

1. Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Rohrbündel (10), das allein aus biegsamen Plastikrohren (12) gebildet ist, sowie zwei Endblöcken (22, 24), die über diese Rohre verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens einen Abstandshalter (50; 58, 60) aufweist, der an einer gewählten Stelle zwischen den Endblöcken (22, 24) angeordnet ist und der Öffnungen (52; 62, 64) zur Durchführung der Rohre beinhaltet, um die Rohre (12) in einem gewählten Abstandsverhältnis oder Abstand zu halten.

2. Wärmetauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Abstandshalter (50) in Form einer im wesentlichen planparallelen Platte ausgeführt ist, die mit mehreren einzelnen, voneinander beabstandeten Löchern (52) versehen ist, die dazu geeignet sind, dass jeweils ein Rohr (12) des Rohrbündels durch es hindurch geführt wird.

3. Wärmetauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass jeder Abstandshalter (50) in Form einer im wesentlichen planparallelen Platte ausgeführt ist, die mit mehreren länglichen, voneinander beabstandeten Öffnungen (62; 64) versehen ist, von denen jedes dazu geeignet ist, dass eine Reihe ausgerichteter Rohre (12) des Rohrbündels hindurch geführt wird.

4. Wärmetauscher gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens einen ersten Abstandshalter (58) enthält, der erste längliche Öffnungen (62) aufweist, die dazu geeignet sind, dass durch sie jeweils mehrere in einer Reihe angeordnete Rohre geführt werden können, sowie wenigstens einen zweiten Abstandshalter (60), der zweite längliche Öffnungen (64) aufweist, die dazu geeignet sind, dass durch sie jeweils mehrere in einer Spalte angeordnete Rohre geführt werden können, und dass die ersten Öffnungen (62) und die zweiten Öffnungen (64) senkrecht zueinander ausgerichtet sind.

5. Wärmetauscher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Abstandshalter (50; 58, 60) zwischen zwei Querträgern (36, 38) befestigt ist, die das Rohrbündel (10) einrahmen.

6. Wärmetauscher gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Abstandshalter (50; 58, 60) und die Querträger (36, 38) aus einem Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen Material wie einem Polyamid, gebildet sind.

7. Wärmetauscher gemäß einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Abstandshalter (50; 58, 60) durch mechanische Mittel, insbesondere durch Rasterverbindung, an den Querträgern (36, 38) befestigt ist.

8. Wärmetauscher gemäß einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Abstandshalter (50; 58, 60) durch Kleben oder Schweißen an den Querträgern (36, 38) befestigt ist.

9. Wärmetauscher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Abstandshalter (50; 58, 60) in einer Orientierung angeordnet ist, die so gewählt ist, dass ein Luftstrom (F), der das Rohrbündel (10) umströmt, geführt wird.