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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher zum Austausch von
Wärme zwischen Fluiden,
der effektiv anwendbar auf einen Zwischenkühler zum Kühlen der Luft (Ladeluft) anwendbar
ist, die beispielsweise in einen Verbrennungsmotor eingeleitetet
und zur Verbrennung aufgeladen wird.
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Der
herkömmliche
Wärmetauscher,
wie er in 4 und 5 gezeigt ist, ist aus einer
Mehrzahl von Rohren 10 und einer Mehrzahl von gewellten
Lamellen 11 aufgebaut, die abwechselnd miteinander gestapelt
sind, um eine Kerneinheit 1 zu bilden. Ebenso sind Tanks 2, 3 an
den zwei Enden in der Längsrichtung
X der Rohre in der Kerneinheit 1 angeordnet, und Seitenplatten 4 sind
an den zwei Enden in der Richtung Y angeordnet, in welcher die Rohre
in der Kerneinheit 1 gestapelt sind.
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Dieser
Wärmetauscher
wird derart zusammengebaut, dass die Komponententeile des Wärmetauschers
provisorisch in einen vorbestimmten Wärmetauscheraufbau zusammengesetzt
werden, wonach der provisorische Zusammenbau des Wärmetauscheraufbaus
mit Drähten
vom Äußeren der
Seitenplatten 4 befestigt wird, um den Zustand des provisorischen
Zusammenbaus zu halten. Als nächstes wird
dieser provisorische Zusammenbau in einen Lötofen gegeben und auf den Schmelz punkt
des Lötmaterials
erhitzt, um dadurch die Verbindungen der Komponententeile des Zusammenbaus
integral miteinander zu verlöten.
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Die
Seitenplatten 4 weisen die Funktion auf, die gewellten
Lamellen zu halten, die sich an den zwei Enden in der Stapelungsrichtung
Y der Rohre befinden und den verlöteten Zustand zwischen den gewellten
Lamellen 11 und den Rohren 10 zu sichern.
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In
dem Fall, in welchem dieser Wärmetauscher
als ein Zwischenkühler
verwendet wird, und insbesondere in einem großen Dieselmotor, wird eine große Temperaturdifferenz
zwischen den Rohren 10 und den Seitenplatten 4 infolge
der Temperatur der Ladeluft erzeugt, welche erhöht wurde, um die in letzter
Zeit verschärften
Erfordernisse der Abgaskontrolle zu erfüllen. Der resultierende Unterschied
von Wärmedehnung
erzeugt eine große
Spannung an der Rohrwurzel (der Verbindung zwischen den Rohren 10 und
den Tanks 2, 3), wodurch häufig Bruch der Rohre 10 verursacht
wird.
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In
Anbetracht dessen weist der herkömmliche
Wärmetauscher,
um den Bruch der Rohre 10 infolge des Unterschieds der
Wärmedehnung
zu vermeiden, einen Schlitz 43 auf, der in dem Basisabschnitt 41 von
jeder Seitenplatte 4 ausgebildet ist, und einen gebogenen
Deformierungsabschnitt 421, der auf jedem Seitenwandabschnitt 42 der
Seitenplatte 4 ausgebildet ist, so dass die die Seitenplatten 4 in Übereinstimmung
mit der Dehnung der Rohre 10 gedehnt werden (siehe zum
Beispiel die Beschreibung der europäischen Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 1 001 241).
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Der
vorstehend beschriebene herkömmliche Wärmetauscher
weist jedoch einen Spalt zwischen dem Basisabschnitt 41 und
dem gebogenen Deformierungsabschnitt 421 in der Richtung
Y auf, in welcher die Rohre gestapelt sind. Beim Zusammenbau vor
dem integrierenden Lötvorgang
neigt der Basisabschnitt 41 dazu, versetzt zu werden, und
die Seitenplatten 4 werden leicht verdreht, was zu dem Problem
des Verzugs der gewellten Lamellen 11 und einer Maßabweichung
in dem Zusammenbau der Kerneinheit führt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Mit
Blick auf die vorstehend beschriebenen Punkte ist es Aufgabe dieser
Erfindung, Verzug der Lamellen und eine Maßabweichung in dem Zusammenbau
der Kerneinheit zu unterdrücken.
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Um
die vorstehende Aufgabe zu lösen,
ist gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Wärmetauscher bereitgestellt,
umfassend: eine Kerneinheit (1), enthaltend eine Mehrzahl
von Rohren (10) und eine Mehrzahl von Lamellen (11), die
abwechselnd miteinander gestapelt sind; Tanks (2, 3),
die an den Enden in der Längsrichtung
(X) der Rohre (10) der Kerneinheit (1) angeordnet
sind, und mit der Mehrzahl der Rohre (10) kommunizierend verbunden
sind; und Seitenplatten (4), die an den Enden in der Stapelungsrichtung
(Y) der Rohre (10) der Kerneinheit (1) angeordnet
sind und deren Enden an die Tanks (2, 3) gekoppelt
sind; wobei die Seitenplatten (4) alle einen Basisabschnitt
(41) in Kontakt mit den Lamellen (11) und Seitenwandabschnitte
(42) enthalten, die sich von dem Basisabschnitt (41)
in der Stapelungsrichtung (Y) der Rohre (10) erstrecken; wobei
die Seitenwandabschnitte (42) alle mit einem gebogenen
Deformierungsabschnitt (421) ausgebildet sind, um die Dehnung
unter Schrumpfen der Seitenwandabschnitte (42) in der Längsrichtung
(X) der Rohre (10) durch eine biegende Deformation zu vereinfachen;
wobei der Basisabschnitt (41) in der Längsrichtung (X) der Rohre (10)
durch einen Schlitz (43) geteilt ist, der bei einer Position
entsprechend dem gebogenen Deformierungsabschnitt (421)
ausgebildet ist; und wobei ein Paar von Haken (411), die sich
zu der Endoberfläche
des gebogenen Deformierungsabschnitts (421) in gegenüberliegender
Beziehung zu dem Basisabschnitt (41) bei den schlitz(43)-seitigen
Enden der unterteilten Teile des Basisabschnitts (41) jeweils
ausgebildet sind.
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Gemäß einem
Aspekt dieser Erfindung wird ein Wärmetauscher bereitgestellt,
in welchem in dem Fall, dass der Basisabschnitt dazu neigt, versetzt
zu werden, oder die gesamten Seitenplatten dazu neigen, verdreht
zu werden, ein Haken in Kontakt mit dem deformierten Abschnitt tritt,
wodurch das Versetzen des Basisabschnitts und des Verdrehens der
Seitenplatten unterdrückt
oder verhindert wird, wodurch Verzug der Lamellen und eine Maßabweichung
des Zusammenbaus der Kerneinheit unterdrückt oder verhindert wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der gebogene Abschnitt
des gebogenen Deformierungsabschnitts (421) leicht gekrümmt.
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In
der früheren
Technik weist der gebogene Abschnitt des gebogenen Deformierungsabschnitts einen
steilen Winkel auf und daher neigen die Seitenplatten dazu, durch
Spannungskonzentration gebrochen zu werden. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung
kann die Spannungskonzentration verhindert werden, um dadurch den
Bruch der Seitenplatten zu verhindern.
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Im Übrigen sollen
die Bezugsziffern in Klammern zur Bezeichnung der vorstehenden Mittel
ein Verhältnis
zu den spezifischen Mitteln zeigen, welche später in einer Ausführungsform
der Erfindung beschrieben werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung kann aus der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung, wie sie nachfolgend ausgeführt wird, zusammen mit den
begleitenden Zeichnungen vollständiger verstanden
werden.
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1 ist
eine Vorderansicht eines Wärmetauschers
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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2 ist
eine vergrößerte Vorderansicht
des Abschnitts A in 1.
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3 ist
eine Perspektivansicht, die die Seitenplatte 4 in 1 zeigt.
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4 ist
eine Querschnittsansicht, die die wesentlichen Teile des herkömmlichen
Wärmetauschers
zeigt.
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5 ist
eine Perspektivansicht der Seitenplatte 4, die in 4 gezeigt
ist.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
Ausführungsform
dieser Erfindung wird nachfolgend erläutert. Diese Ausführungsform
stellt eine Anwendung des Wärmetauschers
gemäß der Erfindung
auf den Zwischenkühler
zum Kühlen
der Ladeluft, die in den Verbrennungsmotor eingeleitet wird, dar. 1 ist
eine Vorderansicht des Wärmetauschers
gemäß einer
Ausführungsform, 2 ist eine
vergrößerte Vorderansicht,
welche den Abschnitt A in 1 zeigt,
und 3 ist eine Perspektivansicht der Seitenplatte 4 in 1.
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Wie
in 1 gezeigt ist, enthält der Wärmetauscher eine parallelopipedale
Kerneinheit 1, die aus einer Mehrzahl von Rohren 10 und
einer Mehrzahl von gewellten Lamellen 11 ausgestaltet ist,
die in abwechselnden Schichten aufeinander gestapelt sind.
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Die
Rohre 10 sind flache Messingelemente mit einem inneren
Pfad, in welchem die in den Verbrennungsmotor eingeleitete Ladeluft
strömt,
der in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist. Die gewellten Lamellen 11 sind
aus Kupfer hergestellt und gewellt, um den Wärmetausch zwischen der Ladeluft
und der kalten Luft zu unterstützen.
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Tanks 2, 3,
die mit den Pfaden der Mehrzahl der Rohre 10 kommunizierend
verbunden sind, sind an den Enden in der Längsrichtung X der Rohre der Kerneinheit 1 angeordnet.
Der Tank 2 ist aus Messing hergestellt und verteilt die
komprimierte Ladeluft hoher Temperatur auf die Mehrzahl von Rohren 10.
Der andere Tank 3, der ebenso aus Messing hergestellt ist,
gewinnt die durch Wärmetausch
mit der kalten Luft gekühlte
Ladeluft sammelnd wieder und führt
die resultierende Luft zu dem Verbrennungsmotor.
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Die
Seitenplatten 4 zum Sichern der Lötfestigkeit zwischen den gewellten
Lamellen 11 und den Rohren 10 und zum Verstärken der
Kerneinheit 1 sind an den Enden in der Stapelungsrichtung
Y der Rohre in der Kerneinheit 1 angeordnet. Die Seitenplatten 4 sind
aus Messing hergestellt und erstrecken sich parallel zu der Längsrichtung
X der Rohre und ihre Enden sind an den Tanks 2, 3 angeschlossen.
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Wie
in 2, 3 gezeigt ist, sind die Seitenplatten 4 in
einem kanalförmigen
Querschnitt pressgeformt und enthalten einen Basisabschnitt 41, der
mit den gewellten Lamellen 11 in Kontakt steht und diese
hält, und
Seitenwandabschnitte 42, die auf den zwei Seiten des Basisabschnitts 41 angeordnet sind
und sich von dem Basisabschnitt 41 in der Richtung Y erstrecken,
in welcher die Rohre gestapelt sind.
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Die
Seitenwandabschnitte 42 sind alle mit einem gebogenen Deformierungsabschnitt 421 ausgebildet,
der geeignet ist, durch Biegen deformiert zu werden, um die Dehnung
der Seitenwandabschnitte 42 entlang der Längsrichtung
X der Rohre zu vereinfachen. Der gebogene Abschnitt des gebogenen
Deformierungsabschnitts 421 weist eine leicht gekrümmte Oberfläche auf.
Der Unterschied hinsichtlich der Wärmedehnung, welcher zwischen
den Rohren 10 und den Seitenplatten 4 auftreten
kann, wird durch die Deformation des Deformierungsabschnitts 421 aufgenommen,
um so die Wärmespannung
zu unterdrücken,
welche andernfalls auf die Rohre 10 wirken könnte.
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Der
Basisabschnitt 41 wird in der Längsrichtung X der Rohre 10 durch
einen Schlitz 43 unterteilt, der bei einer Position entsprechend
dem gebogenen Deformierungsabschnitt 421 ausgebildet ist,
und wird ferner mit einem Paar von Haken 411 ausgebildet, welche
sich von den Enden des Schlitzes 43 jeweils auf die schlitz(43)-seitige
Endoberfläche
des gebogenen Deformierungsabschnitts 421 des Basisabschnitts 41 zu
und in entgegengesetzter Beziehung zu dieser erstrecken.
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Der
gebogene Deformierungsabschnitt 421 und die Haken 411 sind
nahe beisammen oder stehen miteinander in Kontakt in einem freien
Zustand, um dadurch zu verhindern, dass der Basisabschnitt (41)
wie durch eine gestrichelte Linie in 2 gezeigt deformiert
wird, d.h. in solch einer Richtung, dass die Haken 411 sich
von der Kerneinheit 1 entfernen.
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Der
Wärmetauscher
gemäß dieser
Ausführungsform
mit der vorstehend genannten Ausgestaltung wird integral in der
nachstehend beschriebenen Weise verlötet. Zunächst werden die Rohre 10,
die gewellten Lamellen 11, die Tanks 2, 3 und
die Seitenplatten 4, die die Komponententeile des Wärmetauschers
bilden, provisorisch in einen vorbestimmten Aufbau als ein Wärmetauscher
zusammengesetzt, und dann wird dieser provisorische Wärmetauscheraufbau
mit einem Draht von dem Äußeren der
Seitenplatten 4 in dem Zustand eines provisorischen Zusammenbau-Aufbaus
befestigt. Als nächstes
wird dieser provisorische Aufbau in einen Lötofen gegeben und auf den Schmelzpunkt
des Lötmaterials
erhitzt, um die Verbindungen der Teile des Aufbaus integral miteinander
zu verlöten.
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In
dem provisorischen Zusammenbau neigt, bevor er mit einem Draht befestigt
ist, der zwischenliegende Abschnitt in der Längsrichtung X der Rohre der
Kerneinheit 1 dazu, sich nach außen in der Stapelungsrichtung
Y der Rohre während
des Lötvorgangs
auszudehnen, dies mit dem Ergebnis, dass der Basisabschnitt 41 der
Seitenplatten 4 zum Versetzen neigt.
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Die
Neigung des Basisabschnitts 41 zum Versetzen bewirkt, dass
die Haken 411 in Kontakt mit dem gebogenen Deformierungsabschnitt 421 treten, wodurch
unterdrückt
und verhindert wird, dass der Basisabschnitt 41 versetzt
wird, und die Seitenplatten verdreht werden. Im Ergebnis kann Verzug
der gewellten Lamellen 11 und eine Maßabweichung in dem Aufbau der
Kerneinheit unterdrückt
oder verhindert werden.
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In
dem Fall, in welchem eine Temperaturdifferenz zwischen den Rohren 10 und
den Seitenplatten 4 auftritt, wird andererseits der gebogene
Deformierungsabschnitt 421 deformiert und absorbiert die Differenz
der Wärmedehnung.
Somit wird die Wärmespannung,
welche auf die Rohre 10 wirkt, unterdrückt. Ferner wird mit Blick
auf die Tatsache, dass der gebogene Abschnitt des gebogenen Deformierungsabschnitts 421 leicht
gekrümmt
ist, die Spannungskonzentration und somit der Bruch der Seitenplatten 4 bei
der Deformation des gebogenen Deformationsabschnitts 421 verhindert.
Auf diese Weise kann die Hauptspannung auf dem gebogenen Abschnitt
des gebogenen Deformierungsabschnitts 421 auf etwa ein
Drittel oder die Hälfte
des Werts der früheren
Technik reduziert werden.
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Abschließend werden
andere Ausführungsformen
erläutert.
Obwohl die Ausführungsformen
der vorstehend beschriebenen Erfindung in dem Zwischenkühler Anwendung
finden, ist diese Erfindung auch auf andere Wärmetauscher anwendbar.
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Ebenso
können
die Teile einschließlich
der Rohre 10, der gewellten Lamellen 11, der Tanks 2, 3 und
der Seitenplatten 4 alternativ aus anderen Metallmaterialien
wie Eisen oder Aluminium ausgebildet sein.
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Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde,
die zu Zwecken der Darstellung ausgewählt wurden, sollte ersichtlich
sein, dass zahlreiche Modifikationen an dieser durch Fachleute ausgeführt werden
können,
ohne von dem grundlegenden Konzept und dem Bereich der Erfindung
abzuweichen.