DE10057190A1 - Wärmetauscher - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, bestehend aus Rohrböden (1), die mittels in wenigstens einer Reihe angeordneter, Längs- (5) und Schmalseiten (6) aufweisender Flachrohre (2) verbunden sind, derart, daß die Rohrenden (3) in den ihnen zugeordneten Öffnungen (4) der Rohrböden (1) durch Löten verbunden sind, wobei die Rohrböden (1) Umformungen (20) aufweisen, wobei zwischen den Öffnungen (4) Stege (13) aus Kunststoff angeordnet sind, die zu einer Umlenkplatte (15) gehören und die zwischen den Längsseiten (19) einen Dachabschnitt (18) besitzen, über den das Medium in die Rohre (2) ein- und ausströmt, sowie aus Sammelkästen (8), deren Umrandung (9) mit der Umrandung (10) des zugeordneten Rohrbodens (1) mechanisch verbunden ist, wobei in der Umrandung (10) der Rohrböden (1) eine Dichtung (11) angeordnet ist. DOLLAR A Solche Wärmetauscher weisen einen geringen Druckverlust des im Inneren strömenden Mediums auf und sind sehr kostengünstig, wenn erfindungsgemäß die Umlenkplatte (15) und die Dichtung (11) am Umfang miteinander verbunden sind und ein Bauteil bilden und wenn die Stege (13) mit einem Teil ihres Umfangs von außen an den Längsseiten (5) der Enden (3) benachbarter Flachrohre (2) anliegen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, bestehend aus Rohrböden, die mittels in wenigstens einer Reihe angeordneter, Längs- und Schmalseiten aufweisender Flachrohre verbunden sind, derart, daß die Rohrenden in den ihnen zugeordneten Öffnungen der Rohrböden durch Löten verbunden sind, wobei die Rohrböden Umformungen aufweisen, wobei zwischen den Öffnungen Stege aus Kunststoff angeordnet sind, die zu einer Umlenkplatte gehören und die zwischen den Längsseiten einen Dachabschitt besitzen, über den das Medium in die Rohre ein- und ausströmt, sowie aus Sammelkästen, deren Umrandung mit der Umrandung des zugeordneten Rohrbodens mechanisch verbunden ist, wobei in der Umrandung der Rohrböden eine Dichtung angeordnet ist.

Der beschriebene Wärmetauscher geht aus der DE 198 57 435 A1 hervor. Um den Druckverlust des durch die Rohre und die Sammelkästen strömenden Mediums niedrig zu halten, wurde dort vorgesehen, eine geformte Umlenkplatte zu verwenden, in der Öffnungen eingearbeitet sind, die gegenüber den Öffnungen in den Rohrböden angeordnet sind. Die Umlenkplatte wird auf der Innenfläche des zugeordneten Rohrbodens entweder aufgeklebt, wobei sie für diesen Fall aus Kunststoff besteht, oder sie kann auch aus Kunstharz bestehen und fest an der Innenfläche angeformt sein. Obwohl anzunehmen ist, daß die Umlenkplatte bzw. deren Stege den Druckverlust reduziert, führt die beschriebene Lösung zu fertigungstechnischen Nachteilen, weil die Umlenkplatte, um wirksam zu sein, entweder zusätzlich aufgeklebt werden muß, oder die Innenfläche muß mit einer entsprechend geformten Kunstharzschicht versehen werden. Beide Methoden erhöhen den Aufwand. Zusätzlich muß noch die Dichtung in die Umrandung des Rohrbodens eingefügt werden, die sich dabei oft verdreht, was insbesondere bei automatisierter Fertigung hinderlich ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei dem Wärmetauscher der angegebenen Art einen reduzierten Druckverlust des im Inneren des Wärmetauschers strömenden Mediums mit geringeren Kosten zu erreichen. Die erfindungsgemäße Lösung besteht bei einem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildeten Wärmetauscher darin, daß die Umlenkplatte und die Dichtung am Umfang miteinander verbunden sind und ein Bauteil bilden und daß die Stege mit einem Teil ihres Umfangs von außen an den Längsseiten der Enden benachbarter Flachrohre anliegen.

Die Erfindung führt zu folgenden Vorteilen. Weil die Stege an den Längsseiten der Flachrohre anliegen, sorgen sie dafür, daß scharfkantige Vorsprünge oder dergleichen bis auf die durch die äußerst geringe Materialdicke der Rohre gebildete Kante abgedeckt sind. Es kann gegenüber solchen Lösungen, die keine Verbindungsstege der erfindungsgemäßen Art aufweisen, mit einer deutlichen Senkung des Druckverlustes gerechnet werden. Gegenüber der DE 198 57 435 A1 wird das mit wesentlich geringerem Aufwand erreicht, denn dort sind die Rohrenden aufgetulpt und die Stege der Umlenkplatte müssen an den Innenseiten der Rohrenden anliegen. Die Umlenkplatte ist dort auch ein zusätzliches Teil oder muß auf der Innenseite des Rohrbodens angebracht werden, was zu einer wesentlichen Erhöhung des Aufwandes führt. Die Erfindung hingegen geht davon aus, daß die Dichtung im allgemeinen bei jeder mechanischen Verbindung zwischen dem Sammelkasten und dem Rohrboden erforderlich ist, so daß das Vereinigen der Dichtung mit der Umlenkplatte die erfindungsgemäße Wirkung der Senkung des fertigungstechnischen Aufwands ergeben muß. Darüber hinaus führen die Stege, die zwischen den Längsseiten der Dichtung und vorzugsweise zwischen allen Öffnungen im Rohrboden angeordnet sind, dazu, daß sich die Dichtung nicht so leicht verwinden kann, wodurch das Einlegen derselben vereinfacht ist. Automatisierte Fertigungsverfahren bieten sich an.

Es gibt solche Dichtungen, die Verbindungsstege aufweisen, um die Dichtung verwindungssteifer zu machen. Diese Verbindungsstege sind jedoch nicht zwischen wenigstens der Mehrzahl der Öffnungen angeordnet sondern lediglich an wenigen Stellen. Ferner dienen diese bekannten Verbindungsstege nicht der Reduzierung des Druckverlustes. Ihre Querschnittsform ist nicht für diesen Zweck ausgelegt.

Ferner gibt es bei mechanisch gefertigten Wärmetauschern, also solchen, die keine metallische Verbindung zwischen den Teilen aufweisen, Dichtungseinlagen, die sich über die gesamte Innenfläche der Rohrböden und auch in die Öffnungen hinein erstrecken, um die flüssigkeitsdichte jedoch lösbare Verbindung zwischen den Enden der Flachrohre in den Öffnungen der Rohrböden zu gestatten. Die Enden der Flachrohre müssen dabei gewöhnlich aufgeweitet werden. Bei solchen bekannten Dichtungseinlagen kann nicht davon gesprochen werden, daß die Merkmale des Anspruchs 1 vorliegen würden, denn Verbindungsstege, die über einen flachen Übergangsbereich mit den Längsseiten der Dichtung verbunden sind und einen Dachabschnitt aufweisen, sind dort nicht vorhanden. Gewöhnlich muß bei solchen mechanisch gefertigten Wärmetauschern zur Minimierung des Druckverlustes eine zusätzliche Einlage vorgesehen werden, wie es zum Beispiel in der WO 00/19163 gezeigt wurde.

Der Querschnitt der Stege zwischen den Öffnungen ist vorzugsweise rund, oval oder pilzförmig. Im Übergangsbereich zu den Längsseiten der Dichtung geht der Querschnitt in eine abgeflachte Form über. Diese Maßnahme ergibt eine relativ einfache Herstellbarkeit der Dichtung. Der Preisunterschied zwischen einer Dichtung nach dem Stand der Technik und der erfindungsgemäßen Dichtung sollte zu vernachlässigen sein, da es sich um ein Massenprodukt handelt, das automatisiert herstellbar ist. Die abgeflachte Form des Querschnitts zu den Längsseiten der Dichtung hin verbessert oder vereinfacht die Abdichtung in der Umrandung zwischen Rohrboden und Sammelkasten. Ferner wird dadurch keine Störung beim Zusammenfügen des Sammelkastens mit dem Rohrboden verursacht.

In den Ansprüchen 2 bis 7 sind Weiterbildungen und Varianten angegeben worden.

Die runden oder oval-eiförmigen Stege sind innen hohl und zum Übergang hin offen. Außerdem weisen sie innen eine Wand auf. Dies verbessert die Entformbarkeit der Umlenkplatte aus dem Werkzeug.

Bei im Querschnitt pilzförmigen Stegen sind über deren Länge verteilt kreuzförmig verlaufende Versteifungen angeordnet sind. Durch dieses Merkmal wird die gesamte geschaffene Einheit von Umlenkplatte und Dichtung verwindungssteifer gemacht, wodurch das automatisierte Einlegen der Einheit weiter unterstützt wird. Im wesentlichen sorgen die Versteifungen dafür, daß die Stege auch im Betrieb des Wärmetauschers an den Längsseiten der Flachrohre liegenbleiben.

Ferner ist es zur weiteren Senkung des Druckverlustes von Vorteil, daß der Übergangsbereich die Schmalseiten der Flachrohre umfaßt, so daß auch dort keine vorstehende Kante vorhanden ist. Dies ist vor allem dann sinnvoll, wenn die Schmalseiten der Flachrohre ein größeres Maß aufweisen, wie es zum Beispiel bei Ladeluftkühlern der Fall ist.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen in Ausführungsbeispielen erläutert. Weitere Merkmale und Wirkungen, die sich unter Umständen als wesentlich herausstellen können, sind in der Beschreibung vorhanden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische, auseinandergezogene Darstellung des Wärmetauschers;

Fig. 2 einen Querschnitt durch dessen Rohrboden in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 3 den zugehörigen Längsschnitt;

Fig. 4 Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 5 Querschnitt dazu;

Fig. 6 Ansicht von unten auf die in Fig. 4 und 5 verwendete Dichtung;

Fig. 7 die Dichtung aus den Fig. 1 bis 3, perspektivisch gesehen;

Der Wärmetauscher, der ein luftgekühlter Ladeluftkühler für ein Kraftfahrzeug ist, aber auch einem anderen Zweck dienen könnte, besteht gemäß Fig. 1, wie gewöhnlich aus gegenüberliegenden Rohrböden 1 (nur einer gezeigt), die durch in einer Reihe angeordnete Flachrohre 2 miteinander verbunden sind. Zwischen den Längsseiten 5 der Flachrohre 2 befinden sich Weltrippen, um die Effizienz des Wärmetausches zwischen der durch die Wellrippen strömenden Kühlluft und der Ladeluft in den Flachrohren 2 zu befördern. Die Enden 3 der Flachrohre 2 wurden in korrespondierende Öffnungen 4 in den Rohrböden 1 eingeführt. Die Öffnungen 4 selbst sind von Umformungen 20 umgeben, so daß sich die Enden 3 der Flachrohre 2 in den Öffnungen 4 mittels Löten dicht verbinden lassen. Der gesamte bisher beschriebene Wärmetauscher, das heißt, sämtliche Einzelteile, werden mittels Löten verbunden. Erst danach erfolgt die weitere Montage von Teilen, wobei an dieser Stelle lediglich die Montage der Sammelkästen 8 mit den Rohrböden 1 von Interesse ist, die mechanisch miteinander flüssigkeitsdicht verbunden werden. Dazu besitzt der Rohrboden 1 eine Umrandung 10, in der die Umrandung 9 des Sammelkastens 8 hinein paßt. Die Verbindung beider Teile erfolgt durch das Umbiegen von Laschen 30 an der Umrandung 10 des Rohrbodens 1, wobei die Laschen 30 auf einen Absatz in der Umrandung 9 des Sammelkastens 8 gebogen werden. Um diese Verbindung flüssigkeitsdicht zu gestalten, muß zuvor die Dichtung 11 in die Umrandung 10 des Rohrbodens 2 gelegt werden, die dann durch die umgebogenen Laschen 30 zusammengedrückt wird. In Fig. 1 wurde die Dichtung 11 mit der zusammenhängenden Umlenkplatte 15 noch nicht eingelegt und die Laschen 30 wurden noch nicht umgebogen. Der Übergang 16 (Fig. 2) zwischen der Dichtung 11 und der Umlenkplatte 15 besteht aus einem nur geringe Wanddicke aufweisenden Streifen, der um den gesamten Umfang läuft. Jedoch könnte der Übergang 16 auch aus einzelnen auf Abstand voneinander angeordneten Stegen bestehen.

In dem in Fig. 2 abgebildeten Querschnitt und auch im in Fig. 3 ersichtlichen Teil- Längsschnitt durch den Rohrboden 2 ist der montierte Zustand gezeigt, in dem die Laschen 30 die Umrandung 9 des Sammelkastens 8 fest auf die Dichtung 11 pressen. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt der Stege 13 eiförmig- oval. Dadurch wird auch eine gute Entformbarkeit aus dem Werkzeug erreicht. Die Stege 13 sind hohl. Sie besitzen etwa in der Mitte eine Wand 22, welche die Stabilität der hohlen Stege 13 erhöht und die Entformbarkeit aus dem Werkzeug ebenfalls vereinfacht, weil sich an dieser Stelle die Formtrennung befindet. Die Enden der Flachrohre 2 ragen bis in den Sammelkasten 8 hinein, sie reichen also über das Niveau der Umformungen 20, wodurch eine sehr zuverlässige Lötverbindung mit denselben möglich wird. Andererseits würde sich ein sehr hoher und die Effizienz des Wärmetausches beeinträchtigender Druckverlust durch das beschriebene Merkmal ergeben, der dadurch jedoch vermieden wird, daß die Stege 13 die Umformungen 20 berühren und der die Längsseiten 19 der Stege 13 verbindende Dachabschnitt 18 eine bis über dieses Niveau reichende Wölbung 21 aufweist. Außerdem liegen die Stege 13 von außen an den Längsseiten 5 der Enden 3 der Flachrohre 2 an. Als einzige Kante, die vom in die Flachrohre 2 einströmenden Medium theoretisch zu überwinden wäre, bliebe somit die durch die Wanddicke der Flachrohre 2 gebildete Kante übrig. Da jedoch die Wanddicke der Flachrohre 2 bei Wärmetauschern heutiger Bauart extrem gering und durch die Längsseiten 19 der elastischen Stege 13 praktisch überdeckt ist, kann mit Fug und Recht davon gesprochen werden, daß die Ladeluft ungehindert in die Flachrohre 2 ein- und ausströmen kann, was zu einem exzellent niedrigen Druckverlust führen muß.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem im Querschnitt etwa pilzförmige Stege 13 anstelle der zuvor beschriebenen oval-eiförmigen verwendet werden. Der pilzförmige Querschnitt ist aus Fig. 4 gut zu erkennen. Der Dachabschnitt 18 der Verbindungsstege 13 reicht bis über das Niveau der Rohrenden 3 und der Umformungen 20. Mit ihren gegenüberliegenden Längswänden 19 sind die Stege 13 in Berührung mit den Längswänden 5 der Rohrenden 3, aber auch mit den Umformungen 20. Der Fuß jedes Steges 13 sitzt auf der Innenfläche 12 des Rohrbodens 2 auf. Die Stege 13 sind ferner mit Versteifungen 29 ausgerüstet, die kreuzförmig angeordnet sind. Dies geht insbesondere aus den Fig. 5 und 6 hervor.

In der Umlenkplatte 15 der Fig. 6 ist oben und unten je ein Schlitz 32 eingearbeitet worden. Durch diesen Schlitz 32 hindurch können sich die Enden der Seitenteile 31 erstrecken, die mit den Rohrböden 1 verbunden sind und dem gesamten Wärmetauscher eine entsprechende Stabilität, verleihen. (Fig. 3 und 4) Die Verbindung erfolgt in herkömmlicher und nicht detailliert gezeigter Weise dadurch, daß die Enden der Seitenteile 31 durch einen Schlitz im Rohrboden 1 gesteckt werden, wo sie, gemeinsam mit allen anderen metallischen Teilen, wie eingangs beschrieben, verlötet werden.

Die Fig. 7 zeigt die neuartige Dichtung 11 mit Übergang 16 und mit Stegen 13, der oval-eiförmigen Ausführung. Vorzugsweise werden die Teile nach der bekannten und deshalb hier nicht detailliert beschriebenen sogenannten Zwei-Komponenten -Verbindungstechnik hergestellt bzw. miteinander verbunden, weil es von Vorteil ist, wenn die in der Umrandung 10 angeordnete Dichtung 11 aus einem elastischen Gummi besteht, während der Übergang 16 und die Verbindungsstege 13 aus Kunststoff geringerer Elastizität bestehen sollten. Praktisch wird das so ausgeführt, daß an die Dichtung 11 der Übergang 16 mit den Stegen 13 anvulkanisiert wird.

Die Stege 13 sind auf beiden Seiten, zum Übergang 16 hin offen, wodurch die Herstellbarkeit vereinfacht ist. Etwa auf der Längsmittellinie ist in den Stegen 13 eine Wand 22 vorhanden.

Claims (7)

1. Wärmetauscher, bestehend aus Rohrböden (1), die mittels in wenigstens einer Reihe angeordneter, Längs- (5) und Schmalseiten (6) aufweisender Flachrohre (2) verbunden sind, derart, daß die Rohrenden (3) in den ihnen zugeordneten Öffnungen (4) der Rohrböden (1) durch Löten verbunden sind, wobei die Rohrböden (1) Umformungen (20) aufweisen, wobei zwischen den Öffnungen (4) Stege (13) aus Kunststoff angeordnet sind, die zu einer Umlenkplatte (15) gehören und die zwischen ihren Längsseiten (19) einen Dachabschitt (18) besitzen, über den das Medium in die Rohre (2) ein- und ausströmt, sowie aus Sammelkästen (8), deren Umrandung (9) mit der Umrandung (10) des zugeordneten Rohrbodens (1) mechanisch verbunden ist, wobei in der Umrandung (10) der Rohrböden (1) eine Dichtung (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkplatte (15) und die Dichtung (11) am Umfang mittels eines Übergangs (16) verbunden sind und ein Bauteil bilden und daß die Stege (13) mit einem Teil ihres Umfangs von außen an den Längsseiten (5) der Enden (3) benachbarter Flachrohre (2) anliegen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Stege (13) rund oder oval-eiförmig oder pilzförmig ist, der im Übergang (16) zur Dichtung (11) abgeflacht ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die runden oder oval-eiförmigen Stege (13) innen hohl und zum Übergang (16) hin offen sind sowie eine Wand (22) aufweisen.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei im Querschnitt pilzförmigen Stegen (13) über deren Länge verteilt kreuzförmig verlaufende Versteifungen (29) angeordnet sind.

5. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden (3) in den Sammelkasten (8) hineinragen und die Stege (13) auch an den zugeordneten in den Sammelkasten (8) ragenden Umformung (20) an den Öffnungen (4) anliegen.

6. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmalseiten (6) der Flachrohre (2) von dem Übergang (16) umfaßt sind, wobei der Übergang (16) entweder umlaufend um den gesamten Umfang oder in Form von beabstandeten flachen Stegen ausgebildet ist, die die Dichtung (11) mit der Umlenkplatte (15) verbinden.

7. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Umrandung (10) angeordnete Dichtung (11) aus einem Werkstoff höherer Elastizität, beispielsweise aus Gummi, besteht und der Übergang (16) sowie die Stege (13) aus einem Kunststoff geringerer Elastizität gemacht sind, wobei Dichtung (11) und Stege (13) mittels der Zwei- Komponenten-Verbindungstechnik verbunden sind.