DE102009030824A1 - Heat exchanger, particularly coolant cooler for motor vehicles, has tubes, ribs and collecting tank communicating with tubes, where tubes are formed as single ribbed tubes - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere Kühlmittelkühler für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 14.The The invention relates to a heat exchanger, in particular Coolant cooler for motor vehicles after the preamble of claim 1 and a method for producing a heat exchanger according to the preamble of Patent claim 14.
Wärmeübertrager für Kraftfahrzeuge sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt, wobei man einerseits gelötete Systeme und andererseits mechanisch gefügte Systeme unterscheidet. Bei gelöteten Systemen wird insbesondere der Rohrrippenblock gelötet, d. h. die von Umgebungsluft umströmten Rippen sind stoffschlüssig mit den Rohren verbunden, wodurch sich ein guter Wärmedurchgang ergibt. Bei gelöteten Systemen werden Flachrohre und Wellrippen mit Kiemen zur Verbesserung des luftseitigen Wärmeüberganges eingesetzt. Flachrohrwärmeübertrager sind beispielsweise als Kühlmittelkühler oder Kältemittelkondensatoren bekannt. Bei mechanisch gefügten Systemen werden Rohre, Rippen und Rohrböden sowie die Sammelkästen mechanisch, z. B. durch Aufweiten oder Klemmverbindungen mit Gummidichtungen miteinander verbunden. Wegen der einfacheren Aufweitung verwendet man bevorzugt so genannte Rundrohre, d. h. Rohre mit kreisförmigem Querschnitt. Bekannt sind jedoch auch mechanisch gefügte Ovalrohrsysteme. Mechanisch gefügte Wärmeübertrager weisen parallel zueinander angeordnete, im Wesentlichen ebene, durchgehende Rippen auf, welche von sämtlichen Rohren des Blockes durchsetzt werden. Die Rippen weisen ferner Mittel zur Erhöhung des luftseitigen Wärmeüberganges auf, beispielsweise Turbulenzerzeuger oder Wellungen der Rippenoberfläche. Die Maße der rechteckförmigen Rippen sind auf das Blockmaß des Wärmeübertragers zugeschnitten, ebenso die zugehörigen Stanzwerkzeuge. Bei Veränderung der Blockmaße müssen daher neue Werkzeuge angefertigt werden, wodurch sich die Produktionskosten erhöhen. Um die Rohrenden dicht mit dem Rohrboden zu verbinden, werden die Rohrenden gegen Durchzüge im Rohrboden aufgeweitet. Hierzu ist eine Mindestrohrwandstärke erforderlich, um Anrisse im Bereich der Rohrenden zu vermeiden. Große Rohrwandstärken erhöhen das Gewicht des Wärmeübertragers und die Materialkosten. Mechanisch gefügte Systeme sind zwar kostengünstiger herstellbar, allerdings nicht so leistungsfähig wie gelötete Systeme.Heat exchanger for motor vehicles are in different designs known, on the one hand soldered systems and on the other hand mechanically joined systems are different. When soldered Systems, in particular, the tube fin block is soldered, d. H. the ribs flowed around by ambient air are cohesive connected to the pipes, resulting in a good heat transfer results. Soldered systems use flat tubes and corrugated ribs with gills to improve the air-side heat transfer used. Flat tube heat exchangers are for example as a coolant cooler or refrigerant condensers known. In mechanically joined systems, pipes, Ribs and tubesheets as well as the collection boxes mechanically, z. B. by widening or clamping connections with rubber seals connected with each other. Because of the easier expansion used one prefers so-called round tubes, d. H. Tubes with circular Cross-section. However, mechanically joined are also known Oval pipe systems. Mechanically joined heat exchanger have mutually parallel, substantially flat, continuous Ribs, which penetrated by all the tubes of the block become. The ribs further comprise means for increasing the air-side heat transfer, for example Turbulence generators or corrugations of the rib surface. The dimensions of the rectangular ribs are on the block size of the heat exchanger tailored, as well the associated punching tools. In case of change The block dimensions must therefore be made new tools which increases production costs. Around To connect the pipe ends tightly to the tubesheet, the pipe ends widened against passageways in the tubesheet. This is a Minimum pipe wall thickness required to cracks in the area to avoid the pipe ends. Large pipe wall thicknesses increase the weight of the heat exchanger and the material costs. Mechanically joined systems are Although cheaper to produce, but not so powerful like soldered systems.
Durch
die
Bekannt
sind ferner so genannte Rippenrohre, wie sie durch die
Ein ähnliches
Rippenrohr mit schraubenförmig gewundener Rippenfläche
wurde durch die
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kosten zur Herstellung eines Wärmeübertragers der eingangs genannten Art zu reduzieren. Insbesondere soll der Wärmeübertrager unter geringem Kostenaufwand an unterschiedliche Abmessungen anpassbar, d. h. flexibel herstellbar sein.It Object of the present invention, the cost of production a heat exchanger of the aforementioned Kind of reduce. In particular, the heat exchanger adaptable to different dimensions at low cost, d. H. be flexible to produce.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The The object of the invention is achieved by the features of the independent Claims 1 and 14 solved. advantageous Embodiments emerge from the subclaims.
Erfindungsgemäß ist bei einem Wärmeübertrager, insbesondere einem Kühlmittelkühler für Kraftfahrzeuge vorgesehen, dass die Rohre einzeln berippt sind, d. h. jedes Rohr des Wärmeübertragers weist eigene Rippen auf, welche auf das Rohr aufgesteckt sind. Durch diese Anordnung von Einzelrippen auf jedem Rohr erreicht man eine hohe Flexibilität bei der Fertigung von Wärmeübertragern mit unterschiedlichen Abmessungen, d. h. sowohl in der Breite, als auch in der Tiefe, d. h. in Luftströmungsrichtung. Die Rippen des Wärmeübertragers müssen somit nicht direkt an die Abmessungen des Blockes angepasst werden, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, sondern man wählt eine entsprechende Anzahl von einzeln berippten Rohren, um die geforderte Breite oder Tiefe des Wärmeübertragers zu erreichen. Damit können beliebige Blockabmessungen mit ein- und demselben berippten Rohr erreicht werden, wodurch auch die Fertigungskosten erheblich reduziert werden. Es ist lediglich ein Werkzeug für die Herstellung der einheitlichen Einzelrippe erforderlich. Das Werkzeug für die erfindungsgemäße Einzelrippe ist einfacher, dadurch ergeben sich auch geringere Investitionskosten.According to the invention in a heat exchanger, in particular a Coolant cooler for motor vehicles provided, that the tubes are individually ribbed, d. H. each tube of the heat exchanger has own ribs, which are attached to the pipe. Through this Arrangement of single ribs on each tube to reach a high Flexibility in the production of heat exchangers with different dimensions, d. H. both in width, as also in the depth, d. H. in the direction of air flow. The Ribs of the heat exchanger must thus can not be adapted directly to the dimensions of the block, such as this is the case in the prior art, but one chooses a corresponding number of individually ribbed tubes to the required width or to reach the depth of the heat exchanger. This allows any block dimensions with one and the same tapped pipe can be achieved, thereby reducing the manufacturing cost be significantly reduced. It's just a tool for the production of the uniform single rib required. The Tool for the single rib according to the invention is easier, thereby resulting in lower investment costs.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Einzelrippen im Wesentlichen flach ausgebildet und weisen im Zentrum einen Rippendurchzug auf, der das Rohr umschließt. Bevorzugt ist die Rippenfläche quadratisch ausgebildet, wodurch sich vielseitige Kombinationsmöglichkeiten bezüglich der Breite und der Tiefe eines Wärmeübertragerblockes ergeben.To In a preferred embodiment, the single ribs formed substantially flat and have in the center of a ribbed passage, which encloses the tube. The rib surface is preferred square formed, resulting in versatile combination options with respect to the width and depth of a heat exchanger block.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden die Rohre gegenüber den Rippendurchzügen mechanisch aufgeweitet, wodurch sich ein fester Haftsitz für die Rippe auf dem Rohr und ein guter wärmeleitender Kontakt ergeben.To In a preferred embodiment, the tubes are opposite the Rippendurchzügen mechanically widened, resulting in a tight adhesive fit for the rib on the pipe and a give good heat-conducting contact.
Bevorzugt sind die Rohre als Rundrohre, d. h. mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Damit ist eine gleichmäßige Aufweitung des Rohres möglich, d. h. eine höhere Fertigungssicherheit erreichbar.Prefers are the tubes as round tubes, d. H. with a circular cross-section educated. This is a uniform expansion of the pipe possible, d. H. a higher production security reachable.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Rohrenden in Öffnungen mindestens eines Sammelkastens aufgenommen, d. h. einerseits befestigt und andererseits abgedichtet. Hierzu sind auf den Rohrenden bevorzugt Dichtungen aus einem Elastomer angeordnet, die reibschlüssig auf den Rohrenden gehalten sind. Die Gummidichtung dichtet das Rohrende gegenüber dem mindestens einen Sammelkasten ab. Bevorzugt bilden die Gummidichtungen mit den Öffnungen des Sammelkastens eine formschlüssige Verbindung, sodass sie gegen Ausziehen gehalten sind. Beispielsweise kann die formschlüssige Verbindung durch eine Ringnut auf dem Außenumfang der Gummidichtung und einen entsprechenden ringförmigen Vorsprung in der Öffnung des Sammelkastens bewirkt werden.To In a preferred embodiment, the pipe ends are in openings at least one collecting box, d. H. attached on the one hand and on the other hand sealed. For this purpose, preference is given to the pipe ends Seals are made of an elastomer that frictionally locks are held on the pipe ends. The rubber seal seals the pipe end from the at least one collection box. Prefers Make the rubber seals with the openings of the collecting tank a positive connection, so they against undressing are held. For example, the positive connection through an annular groove on the outer circumference of the rubber seal and a corresponding annular projection in the opening of the Collection box can be effected.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Sammelkästen im Bereich der Rohraufnahmeöffnungen geteilt, sodass die Sammelkästenhälften von außen an die Rohre herangeführt werden können, bis sie diese vollständig umschließen.To In another preferred embodiment, the headers are divided in the area of the tube receiving openings, so that the Semi-manifold halves from the outside to the Pipes can be brought up to this completely enclose.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Sammelkastenhälften im Bereich ihrer Stoßfuge stoffschlüssig miteinander verbunden. Bevorzugt sind die Sammelkästen aus Kunststoff hergestellt und können dann mittels Ultraschall- oder Vibrationsschweißen miteinander verbunden werden.To In another preferred embodiment, the collection box halves in the region of their butt joint materially together connected. The headers are preferably made of plastic manufactured and can then by means of ultrasonic or vibration welding be connected to each other.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mindestens einem Sammelkasten eine Reihe von einzeln berippten Rohren zugeordnet, sodass sich ein einreihiger Wärmeübertrager ergibt.To Another preferred embodiment is at least associated with a collection box a series of individually finned tubes, so that a single-row heat exchanger results.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können mehrere einreihige Wärmeübertrager hintereinander angeordnet werden, sodass sich mehrreihige Wärmeübertrager darstellen lassen. Bevorzugt entspricht die Tiefe der Einzelrippen dabei der Tiefe des Sammelkastens.To Another preferred embodiment several single-row heat exchangers in a row be arranged so that multi-row heat exchanger let represent. The depth of the individual ribs preferably corresponds while the depth of the collecting tank.
Erfindungsgemäß ist bei einem Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers mit den vorgenannten Merkmalen vorgesehen, dass zunächst die Einzelrippen auf die Rohre aufgefädelt und anschließend die Rohre gegenüber den Rippendurchzügen aufgeweitet werden. Damit werden ein fester Sitz der Rippen und ein guter Wärmekontakt erreicht. Im Anschluss an das Auffädeln der Rippen werden die Dichtungen auf die Rohrenden aufgeschoben und durch Aufweitung der Rohrenden gehalten. Der Aufweitvorgang gegenüber den Rippendurchzügen und den Dichtungen kann in einem Aufweitvorgang erfolgen.According to the invention in a process for producing a heat exchanger provided with the aforementioned features that initially the Single ribs threaded onto the tubes and then the tubes widened in relation to the ribbed passages become. This will ensure a tight fit of the ribs and good thermal contact reached. Following the threading of the ribs are the Seals pushed onto the pipe ends and by widening the Pipe ends held. The expansion process over the Rippendurchzügen and The seals can be done in a widening process.
Nach einem weiteren bevorzugten Verfahrensschritt werden die berippten und mit Dichtungen versehenen Rohre mit den Sammelkästen montiert. Die Rohrenden mit den Dichtungen werden im Bereich der Aufnahmeöffnungen zwischen den Hälften der Sammelkästen positioniert, und anschließend werden die Hälften der Sammelkästen zusammengeschoben, sodass die Rohre allseitig umschlossen sind. Abschließend erfolgt die Verbindung der Kastenhälften, vorzugsweise durch Ultraschall- oder Vibrationsschweißen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können die Kosten zur Herstellung des Wärmeübertragers gegenüber herkömmlichen Rundrohrsystemen bzw. mechanisch gefertigten Systeme erheblich reduziert werden. Da die Rohrenden weniger stark aufgeweitet werden, können geringere Rohrwandstärken verwendet werden. Auch die Rippenwandstärke kann reduziert werden, da eine kleine Rippe in Form der erfindungsgemäßen Einzelrippe einfacher bei der Montage zu handhaben ist als eine große, durchgehende Rippe nach dem Stand der Technik.To In another preferred method step, the ribbed and gaskets with the manifolds assembled. The pipe ends with the seals are in the range of Receiving openings between the halves of the collecting tanks positioned, and then the halves the collection boxes pushed together, so that the pipes on all sides are enclosed. Finally the connection of the Box halves, preferably by ultrasonic or vibration welding. By the method according to the invention can the cost of producing the heat exchanger compared to conventional round tube systems or mechanically manufactured systems are significantly reduced. Because the Pipe ends are less dilated, can lower pipe wall thicknesses be used. The rib wall thickness can also be reduced be as a small rib in the form of the invention Single rib is easier to handle during assembly than one large, continuous rib according to the prior art.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigenOne Embodiment of the invention is in the drawing and will be described in more detail below, wherein from the description and / or the drawing further features and / or can give benefits. Show it
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