DE10058710B4

DE10058710B4 - Wärmeübertrager, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE10058710B4
Application number: DE10058710A
Authority: DE
Inventors: Michael Kohl
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 2000-11-25
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2020-11-26
Also published as: FR2802628A1; FR2802628B1; DE10058710A1

Abstract

Wärmeübertrager, insb. für Kraftfahrzeuge,
mit von einem ersten Medium durchströmten Flachrohren (12), die einen parallel zur Flachrohrlängsachse verlaufenden Trennsteg (14) aufweisen, um so zwei Flachrohrteilkanäle (26, 28) zu bilden,
mit zwischen den Flachrohren (12) angeordneten, von einem zweiten Medium beaufschlagten Wellrippen (13),
wobei im Bereich der ersten Enden der Flachrohre (12) eine Umlenkung (16) für das erste Medium vorliegt und
wobei im Bereich der zweiten Enden der Flachrohre (12) wenigsten zwei Sammelkammern (22, 24) angeordnet sind, die jeweils einem Flachrohrteilkanal (26, 28) zugeordnet sind,
wobei die zwei Sammelkammern (22, 24) aus einem ersten Sammelraum (30) und einem zweiten Sammelraum (32) durch aufgeweitete und abgeflachte Enden der Flachrohre (12) gebildet sind, die Sammelräume (30, 32) durch den Trennsteg (14) fluiddicht gegeneinander abgedichtet sind und die jeweils zweiten Sammelräume (30, 32) benachbarter Sammelräume durch Aussparungen (34, 36, 38, 40) miteinander in Fluidverbindung stehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Ein Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Druckschrift DE 196 03 016 A1 bekannt und besteht aus mehreren Mehrkammer-Flachrohren und zwischen den Flachrohren angeordneten Wellrippen. Die Mehrkammer-Flachrohre weisen einen parallel zur Flachrohr-Längsachse verlaufenden Trennsteg auf, der die Flachrohre in zwei Flachrohrteilkanäle unterteilt. Der Trennsteg erstreckt sich nicht über die gesamte Länge des Flachrohres und ermöglicht daher an ersten Flachrohrenden eine Umlenkung. An den entgegengesetzten Flachrohrenden sind die Flachrohre durch einen Rohrboden hindurch geführt, der wiederum mit einem Sammelkastengehäuse verbunden ist und damit einen fluiddichten Sammelkasten bildet. Parallel zur Längsachse des Sammelkastens ist eine Trennwand angeordnet, die den Sammelkasten fluiddicht in zwei Sammelkammern unterteilt. Dabei stehen die Sammelkammern jeweils mit den Flachrohrteilkanälen in Fluidverbindung.
Die DE 694 04 108 T2 offenbart einen Ölkühler, der aus Flachrohren hergestellt ist.
Die DE 198 14 051 A1 offenbart einen Wärmetauscher in Plattenbauweise mit einer Trennung von Strömungswegen mittels eines Trennstegs.
Nachteilig an einem solchen bekannten Wärmeübertrager ist, daß die Bildung des Sammelkastens durch einen Rohrboden, ein Sammelkastengehäuse und eine Trennwand einen hohen konstruktiven Aufwand, hohe Fertigungskosten sowie eine komplexe Montage mit sich zieht.
Aus der Druckschrift DE 198 20 937 A1 ist ein Mehrkammer-Flachrohr bekannt, das an seinen Flachrohrenden bereichsweise aufgeweitet ist. Dadurch ist der aufgeweitete Bereich jeweils mit beiden Flachrohrteilkanälen verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß dessen Sammelkasten einfacher zu fertigen ist und der Wärmeübertrager insgesamt weniger Einzelteile aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die zwei Sammelkammern aus jeweils ersten Sammelräumen und zweiten Sammelräumen durch Aufweitung der Flachrohre gebildet sind und durch die Trennstege fluiddicht gegeneinander abgedichtet sind, wobei jeweils die ersten und jeweils die zweiten Sammelräume durch Aussparungen miteinander in Fluidverbindung stehen. Damit sind die Sammelkammern allein durch die Wandungen der Flachrohre gebildet, wodurch die Flachrohre die Funktion des Rohrbodens, des Sammelkammergehäuses und der Trennwand vollständig übernehmen und damit eine umfassende Funktionsintegration erfolgt. Die Aufweitung der Flachrohre erfolgt dabei derart, daß die Trennstege auch im aufgeweiteten Bereich in Kontakt mit der Gegenseite bleiben und damit auch in diesem Bereich eine vollständige Trennung in zwei Bereiche erhalten bleibt. Durch diese beiden Bereiche sind die Sammelräume gebildet, die mit den Flachrohrteilkanälen in direkter Fluidverbindung stehen und eine Art Verlängerung dieser darstellen. Die Aussparungen zur Fluidverbindung zwischen den jeweiligen ersten und zweiten Sammelräumen werden zwei Sammelkammern gebildet, die wiederum mit Anschlüssen für das erste Medium versehen sind.
Erfindungsgemäß ist nach Anspruch 2 vorgesehen, daß die zwei Sammelkammern aus jeweils ersten Sammelräumen und zweiten Sammelräumen durch Abflachung der Flachrohre wenigstens im Bereich der Rippen indirekt gebildet sind und durch die Trennstege fluiddicht gegeneinander abgedichtet sind, wobei jeweils die ersten und jeweils die zweiten Sammelräume durch Aussparungen miteinander in Fluidverbindung stehen. Damit entsteht eine geometrische Gestalt entsprechend der nach Anspruch 1, wobei gegenüber dieser das Flachrohr vor der Bildung der Sammelräume bereits den Querschnitt der Sammelräume aufweist und die übrigen Bereiche zur Bildung der Flachrohre abgeflacht werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 3 liegt im Bereich der ersten Enden der Flachrohre eine Fluidverbindung zwischen den beiden Flachrohrteilkanälen zur Umlenkung in der Tiefe vor, indem der jeweilige Trennsteg bereichsweise abgeflacht ist. Durch eine solche einfache bereichsweise Abflachung der Trennstege und eine damit verbundene bereichsweise Zusammenfassung der beiden Flachrohrteilkanäle zu einem gemeinsamen Flachrohrkanal im Bereich erster Enden der Flachrohre wird eine einfache Umlenkung in der Tiefe, bezogen auf die Luftströmungsrichtung gewährleistet. Bezogen auf das Kühlmittel handelt es sich um eine Umlenkung von 180°.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 5 sind die zweiten Enden der Flachrohre in dem den Flachrohrteilkanälen entgegengesetzten Bereich der Sammelkammern zusammengeführt und durch Umschlagen verschlossen. Ein solches Umschlagen der Wandungen der Flachrohre bietet den Vorteil, die Sammelkammern auf einfache Weise und ohne zusätzliche Bauteile bilden zu können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 6 sind die zweiten Enden der Flachrohre in dem den Flachrohrteilkanälen entgegengesetzten Bereich der Sammelkammern jeweils durch ein einzelnes Dichtelement verschlossen. Damit kann ohne ein Umschlagen der Wandungen gemäß Anspruch 4 eine Bildung der Sammelkammern erfolgen, ohne daß die Rohre für das Umschlagen auf Überlänge dimensioniert sein müssen. Dabei können gemäß Anspruch 7 auch zwei oder mehr der zweiten Enden der Flachrohre in dem den Flachrohrteilkanälen entgegengesetzten Bereich der Sammelkammern durch einen gemeinsamen Dichtverschluß verschlossen sein, so daß nicht jedes Flachrohr separat, sondern mehrere durch ein Bauteil gemeinsam verschlossen sein können.
Entsprechend können gemäß Anspruch 8 die ersten Enden der Flachrohre jeweils durch ein einzelnes Dichtelement verschlossen sein, ebenfalls damit ohne ein Umschlagen der Wandungen eine Abdichtung erfolgen kann, und ohne daß die Rohre für das Umschlagen auf Überlänge dimensioniert sein müssen. Alternativ können gemäß Anspruch 9 wenigstens zwei der ersten Enden der Flachrohre durch einen gemeinsamen Dichtverschluß verschlossen sein, so daß während der Montage nicht jedes Flachrohr mit einem einzelnen Dichtelement versehen werden muß.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 10 sind wenigstens zwei der ersten und/oder zweiten Sammelräume gegeneinander fluiddicht abgedichtet. Eine solche fluiddichte Abdichtung von zwei benachbarten Sammelräumen kann mit einfachen Mitteln dadurch erreicht werden, daß eine Aussparung eines Sammelraums nicht ausgeführt wird und damit verschlossen bleibt, wozu keine weiteren Werkzeuge notwendig sind, sondern lediglich ein Fertigungsschritt ausgespart zu werden braucht. Durch diese fluiddichte Abdichtung ist eine einfache Aufteilung des Wärmeübertragers, beispielsweise als Heizkörper ausgeführt, zur Umsetzung einer Rechts-Links-Trennung möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Hierbei zeigt:
1 eine räumliche Ansicht eines Teilbereichs des Wärmeübertragers in Form eines Stapels von Flachrohren;
2 eine Seitenansicht des Flachrohrstapels der 1;
3 eine um 90° gedrehte Seitenansicht des Flachrohrstapels der 2;
4 eine Schnittdarstellung eines Flachrohres nach 2 entlang der Linie I-I;
5 eine Schnittdarstellung eines Flachrohres nach 2 entlang der Linie II-II;
6 eine Schnittdarstellung eines Flachrohres nach 2 entlang der Linie III-III;
7 eine räumliche Ansicht eines Teilbereichs des Wärmeübertragers gemäß 1 mit einer Umlenkkammer;
8 eine Schnittdarstellung eines Flachrohres ähnlich 6 mit einer Verbindungskappe;
9 eine Schnittdarstellung eines Flachrohres ähnlich 6 mit einem Dichtverschluß;
10 eine Schnittdarstellung eines Flachrohres ähnlich 6 mit einem Dichtelement.
1 zeigt eine räumliche Ansicht eines Teilbereichs eines Wärmeübertragers, der aus einem Stapel 10 von Flachrohren 12 und dazwischen angeordneten, in 3 dargestellten Wellrippen 13 besteht. Ein solcher Wärmeübertrager, der in diesem Ausführungsbeispiel als Heizkörper ausgeführt ist, dient zur Übertragung von Wärme zwischen einem Kühlmittel, das durch eine Brennkraftmaschine erhitzt ist, und Luft, die in einen Fahrzeuginnenraum geführt wird und diesen erwärmt.
Bei den Flachrohren 12 des Wärmeübertragers handelt es sich um Flachrohre mit einem geschlossenen Querschnitt, die einen parallel zu ihrer Flachrohrlängsachse verlaufenden Trennsteg 14 aufweisen. Dieser Trennsteg 14 teilt das Innere der Flachrohre 12 in zwei Flachrohrteilkanäle 26 und 28. Im in 1 dargestellten unteren Bereich des Wärmeübertragers ist der Trennsteg 14 unterbrochen, wodurch Durchgangskanäle 16 gebildet sind, die eine Umlenkung des Kühlmittels in der Tiefe ermöglichen. Zur Stabilisierung der Durchgangskanäle 16 sind diese mit Noppen 18 verstärkt, die als bereichsweise Verlängerung des Trennsteges 14 ausgebildet sind und ebenfalls auf der Flachrohrlängsachse gelegen sind. Die Enden der Flachrohre 12 sind durch Umschlagen der Endbereiche 20 verschlossen.
Im in 2 dargestellten oberen Bereich des Wärmeübertragers ist eine erste Sammelkammer 22 und eine zweite Sammelkammer 24 angeordnet, von denen eine zur Zuleitung und eine zur Ableitung des Kühlmittels über nicht dargestellte Anschlüsse in den Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine dient. Diese Sammelkammern 22 und 24 sind durch Aufweitung der Flachrohre 12 oder umgekehrt durch Abflachung von Rohren mit eher rechteckigem oder rechteckartigem Querschnitt im Bereich der Wellrippen 13 gebildet. Dabei wird im Fall der Aufweitung der Bereich des Trennstegs 14 nicht mit aufgeweitet, so daß dieser durchgehend vom in 2 dargestellten oberen Ende des Flachrohres 12 bis zum Bereich der Durchgangskanäle 16 verläuft und eine fluiddichte Abdichtung zwischen den beiden Flachrohrteilkanälen 26 und 28 gewährleistet. Durch die Aufweitung der Flachrohre 12 werden, wie in 4 dargestellt, Sammelräume 30 und 32 gebildet. Diese Sammelräume 30 und 32 weisen Aussparungen 34, 36, 38 und 40 auf, die eine Verbindung zu den jeweils benachbarten Sammelräumen gewährleisten und dadurch die Sammelkammern 22 und 24 bilden. Die jeweils endseitig des Wärmeübertragers gelegenen Sammelräume weisen jeweils nach außen keine Aussparungen auf, so daß dadurch eine endseitige Abdichtung gewährleistet ist.
7 zeigt eine gegenüber der 1 leicht abgewandelte Darstellung des Wärmeübertragers, wobei im Unterschied zur Umlenkung des Kühlmittels in der Tiefe die Flachrohre im Bereich der Umlenkung eine Querschnittsfläche aufweisen, die im wesentlichen der der Bereiche der Sammelkammern (22, 24) entsprechen und damit eine Umlenkungskammer 44 bilden, wobei im Unterschied dazu der Trennsteg 14 in diesem Fall nicht vorliegt.
8 zeigt eine alternative Möglichkeit der Gestaltung des Sammelraumes 30a, wobei dieser im Bereich der Enden der Flachrohre durch Verbindung der beiden Rohrseiten 46, 48 und durch Aufsetzen einer Verbindungskappe 50 gebildet ist. In 10 ist eine Sammelraumgestaltung dargestellt, bei der beide Rohrseiten 46c, 48c im Bereich der Enden der Flachrohre den gleichen Abstand wie im Bereich des eigentlichen Sammelraumes 30c aufweisen und durch ein Dichtelement 52 fluiddicht verschlossen sind. Alternativ dazu zeigt 9 mehrere Sammelräume 30b, die durch einen gemeinsamen Dichtverschluss 54, der mehrere Sammelräume 30b verschließt, gebildet sind.
Zur Herstellung des Wärmeübertragers werden zunächst die Flachrohre 12 aus einem aus einem Aluminiumwerkstoff bestehenden Blechstreifen gefaltet, mit einem Trennsteg 14 versehen, im Bereich einer der Rundungen 11 verschweißt und anschließend auf die erforderliche Länge abgelängt, bevor sie in dem Bereich, in dem die Sammelkammern 22 und 24 entstehen sollen, zur Bildung von einzelnen Sammelräumen 30 und 32 aufgeweitet werden beziehungsweise umgekehrt abgeflacht werden und anschließend mit Aussparungen 34, 36, 38 und 40 durch Ausstanzen versehen werden. Während der Aufweitung der Sammelräume wird der Trennsteg 14 durch ein Hilfswerkzeug zusammengehalten. Zur Abdichtung der Sammelräume 30 und 32 werden diese in dem den Flachrohrteilkanälen 26 und 28 entgegengesetzten Bereich wieder zusammengeführt und durch Umschlagen der Sammelkammerenden 42 verschlossen. Zur Bildung der Umlenkung in der Tiefe wird der Trennsteg in diesem Bereich bereichsweise abgeflacht, so daß das Flachrohr in diesem Bereich, senkrecht zur Rohrlängsachse betrachtet, wenigstens den Querschnitt eines Einkammerrohres aufweist, bevor die Rohrenden ebenfalls durch Umschlagen verschlossen werden. Anschließend werden die Flachrohre 12 und die Wellrippen 13 kassettiert, mit Anschlüssen versehen und der gesamte Wärmeübertrager verlötet.

Claims

Wärmeübertrager, insb. für Kraftfahrzeuge, mit von einem ersten Medium durchströmten Flachrohren (12), die einen parallel zur Flachrohrlängsachse verlaufenden Trennsteg (14) aufweisen, um so zwei Flachrohrteilkanäle (26, 28) zu bilden, mit zwischen den Flachrohren (12) angeordneten, von einem zweiten Medium beaufschlagten Wellrippen (13), wobei im Bereich der ersten Enden der Flachrohre (12) eine Umlenkung (16) für das erste Medium vorliegt und wobei im Bereich der zweiten Enden der Flachrohre (12) wenigsten zwei Sammelkammern (22, 24) angeordnet sind, die jeweils einem Flachrohrteilkanal (26, 28) zugeordnet sind, wobei die zwei Sammelkammern (22, 24) aus einem ersten Sammelraum (30) und einem zweiten Sammelraum (32) durch aufgeweitete und abgeflachte Enden der Flachrohre (12) gebildet sind, die Sammelräume (30, 32) durch den Trennsteg (14) fluiddicht gegeneinander abgedichtet sind und die jeweils zweiten Sammelräume (30, 32) benachbarter Sammelräume durch Aussparungen (34, 36, 38, 40) miteinander in Fluidverbindung stehen.
Wärmeübertrager, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit von einem ersten Medium durchströmten Flachrohren (12) mit wenigstens zwei durch einen parallel zur Flachrohrlängsachse verlaufenden Trennsteg (14) gebildeten Flachrohrteilkanälen (26, 28) sowie zwischen den Flachrohren (12) angeordneten, von einem zweiten Medium beaufschlagbaren Wellrippen (13), wobei im Bereich erster Enden der Flachrohre (12) eine Umlenkung (16) für das erste Medium vorliegt und der Wärmeübertrager im Bereich zweiter Enden der Flachrohre (12) wenigstens zwei Sammelkammern (22, 24) aufweist, die jeweils einem der Flachrohrteilkanäle (26, 28) zugeordnet sind und gegeneinander fluiddicht abgedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Sammelkammern (22, 24) aus jeweils ersten Sammelräumen (30) und zweiten Sammelräumen (32) durch Abflachung der Flachrohre (12) wenigstens im Bereich der Wellrippen (13) gebildet sind und durch die Trennstege (14) fluiddicht gegeneinander abgedichtet sind, wobei jeweils die ersten und jeweils die zweiten Sammelräume (30, 32) durch Aussparungen (34, 36, 38, 40) miteinander in Fluidverbindung stehen.