DE102010010237A1

DE102010010237A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102010010237A1
Application number: DE102010010237A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Kurz Volker; Dipl.-Ing. Augenstein Claus; Silvia-Helena Klipphahn
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2010-03-03
Filing date: 2010-03-03
Publication date: 2011-09-08

Abstract

Wärmetauscher (1, 1'), insbesondere Wasser/Luft-Kühler für Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einem Rippen-Rohrblock (2) mit Rohrböden (3), in denen die Rohre in Durchzugsöffnungen gehalten, vorzugsweise verlötet sind, wobei zwischen den Rohren lammellenartige Kühlrippen 84) angeordnet sind, die von Seitenteilen (5, 5', 5'', 21, 27, 37) umschlossen sind, die mit den Rohrböden verbunden sind und an ihren Enden mindestens eine Lasche (6, 26, 32, 40) aufweisen, die in die Rohrböden (3), welche eine U-förmige Bodenrinne (7, 7', 7'') ausbilden, eingeschoben ist und dadurch einen ersten Verbindungsbereich (8) definiert, wobei die Seitenteile (5, 5', 5'', 21, 27, 37) unter Ausbildung wenigstens einer zusätzlichen Verbindungsfläche (9, 16, 18, 22) dergestalt ausgebildet sind, und wobei die Seitenteile (5, 5', 5'', 21, 27, 37) zumindest einen zweiten Verbindungsbereich (10, 12, 17, 29) definieren, der mit einem Anschlussbereich des Rohrbodens, vorzugsweise der Bodenrinne /7, 7', 7''), verbunden werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere Wasser/Luft-Kühler für Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einem Rippen-Rohrblock mit Rohrböden, in denen die Rohre in Durchzugsöffnungen gehalten, vorzugsweise verlötet sind, wobei zwischen den Rohren lammellenartige Kühlrippen angeordnet sind, die von Seitenteilen umschlossen sind, die mit den Rohrböden verbunden sind und an ihren Enden mindestens eine Lasche aufweisen, die in die Rohrböden, welche eine U-förmige Bodenrinne ausbilden, eingeschoben ist und dadurch einen ersten Verbindungsbereich definiert.
Derartige Wärmetauscher sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Beispielsweise offenbart die US 2006072801 A1 einen Wärmetauscher bzw. Seitenteile für einen Wärmetauscher, bei dem die Seitenteile an ihrem Ende laschenartige Fortsätze ausbilden, die in entsprechende Ausnehmungen im Rohrboden eingreifen und über die das Seitenteil im Rohrboden befestigt werden kann.
Als nachteilig hat sich jedoch erweisen, dass sich der Rohrboden bei nicht oder nur schwach mit dem Rohrboden verbundenen Seitenteilen in den Eckbereichen stark durchbiegen kann bzw. verformt. Diese Biegungen des Rohrbodens verursachen wiederum eine Biegung der Rohre und erhöhen somit die in den Rohren auftretenden Biegespannungen, was zu Frühausfällen der einzelnen Röhren führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Durchbiegung des Rohrbodens unter Temperaturlast sicher vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Seitenteile unter Ausbildung wenigstens einer zusätzlichen Verbindungsfläche dergestalt ausgebildet sind, dass die Seitenteile zumindest einen zweiten Verbindungsbereich definieren, der mit einem Anschlussbereich des Rohrbodens, vorzugsweise der Bodenrinne, verbunden werden kann. Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine Durchbiegung bzw. Verformung des Rohrbodens zuverlässig vermieden werden, da die entstehenden Spannungen in den Eckrohren durch die verbesserte Seitenteilgeometrie reduziert werden können. Der Rohrboden bzw. die Bodenrinne stützt sich somit zusätzlich zur Laschenverbindung an den zusätzlichen, bevorzugt jedoch keinesfalls zwingend flächigen, Verbindungsbereichen des Seitenteils ab. Dabei kann grundsätzlich eine dauerhaft feste, lösbare oder lediglich in Kontakt stehende, eine Stützfunktion bewirkende Anbindung vorgesehen sein.
Beispielsweise können die zusätzlichen Verbindungsflächen durch am Seitenteil gebildete Stirnseiten gebildet werden. Die Seitenteile liegen dabei mit der Stirnseite nahezu vollflächig an der Unterseite der U-förmigen Bodenrinne an und stützen die Bodenrinne in diesem Bereich zusätzlich ab. Dies hat den Vorteil, dass auch größere Verformungskräfte zuverlässig aufgenommen und kompensiert werden können.
Eine erste Ausführungsform sieht vor, dass die Stirnseiten durch ein zumindest bereichsweise in Wellenform ausgebildetes Seitenteil gebildet werden können. Dabei kann sich die Lasche zum Einfügen in den Bodenschlitz des Rohrbodens unmittelbar an die Stirnseite anschließen bzw. einstückig mit dieser hergestellt sein und an einem jeweiligen Seitenteilende wenigstens bereichsweise hervorstehen. Beispielsweise kann die Lasche zumindest bereichsweise abgewinkelt sein. Durch die wellenförmige Ausgestaltung bilden sich am Seitenteil eine Vielzahl von Längssicken aus, die eine Erhöhung der Quersteifigkeit des Seitenteils bewirken. Beispielsweise kann das Seitenteil zumindest teilweise aus einem Wellblech hergestellt sein. Die einzelnen Wellen können eckige oder halbrunde bzw. wellenförmige Querschnitte aufweisen, wobei die einzelnen Wellen vertikal verlaufend horizontal nebeneinander angeordnet sind.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Stirnseiten durch zumindest bereichsweisen flächigen Umbug eines Seitenteilendes gebildet werden kann. Die umgebogenen Endstücke des Seitenteils können dabei zumindest bereichsweise flächig an der bevorzugt flächigen Unterseite der U-förmigen Bodenrinne anliegen und somit einen zusätzlichen Verbindungsbereich definieren. Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform wäre die sehr einfache konstruktive Ausgestaltung des Seitenteils. Beispielsweise kann sich zwischen zwei umgebogenen Stirnteilbereichen des Seitenteilendes die Lasche zum Einfügen in den Bodenschlitz des Rohrbodens befinden. Seitenteil und Lasche können somit auch bei dieser Ausführungsform einteilig ausgebildet bzw. hergestellt sein.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die zusätzliche Verbindungsfläche durch zumindest eine auf einer äußeren Flankenfläche des Seitenteils vorgesehenen erhabenen Längssicke gebildet werden kann, die beim Einführen der Lasche in den Rohrboden die Bodeninnenseite der Bodenrinne zumindest bereichsweise kontaktieren kann. Die Längssicke dient ferner der Erhöhung der Quersteifigkeit des Seitenteils. Beispielsweise kann die Längssicke im Kontaktbereich entsprechende Formen oder Konturverläufe aufweisen, die sich an die Ausgestaltung des Anschlussbereichs des Rohrbodens anpassen kann, um so eine sichere Anlage und größtmögliche Verbindungsfläche zu schaffen.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die zusätzliche Verbindungsfläche durch einen zumindest bereichsweise vom Seitenteil ausgestellten Kontaktbereich gebildet werden kann. Der ausgestellte Kontaktbereich kann ebenfalls eine an die Ausgestaltung des Anschlussbereichs des Rohrbodens angepasste Form bzw. Verlauf aufweisen. Vorzugsweise wird der ausgestellte Kontaktbereich durch einen einfachen Biegevorgang (Umbug) hergestellt. Beispielsweise kann der ausgestellte Kontaktbereich in Längsausrichtung gesehen parallel zum restlichen Seitenteilabschnitt verlaufen.
Wie schon erwähnt kann im oder am Seitenteil zumindest eine Längssicke und/oder zumindest eine Dehnsicke vorgesehen sein. Das Vorhandensein von wenigstens einer Dehnsicke kann zur Abschwächung der Längssteifigkeit des Rahmenteils dienen, beispielsweise um ein vollständiges Entkoppeln von Röhrenkörper und Rahmenteil zu erreichen.
Beispielsweise können die Dehnungs- und/oder Längssicken im Stanz- und/oder Blechbiegeverfahren hergestellt sein. Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Längssicke durch ein, vorzugsweise mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Seitenteil verbundenen, Zusatzbauteil gebildet wird. Beispielsweise kann ein stegartiges oder flaches Zusatzbauteil mit dem Seitenteil verlötet oder verschweißt oder verklebt sein und somit die entsprechende Sicke ausbilden.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Anbindung des zusätzlichen Verbindungsbereichs an den Anschlussbereich des Rohrbodens über eine stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise eine Lötverbindung, erfolgen kann. Aus Kostengründen kann es beispielsweise von Vorteil sein, die Lötverbindung während des ohnehin stattfindenden Kühlerblocklötens (Wärmetauscherlötens) vorzunehmen.
Es kann jedoch auch denkbar sein, die Anbindung des zusätzlichen flächigen Verbindungsbereichs an den Anschlussbereich des Rohrbodens über eine mechanische, insbesondere kraft- und/oder formschlüssige, Verbindung vorzunehmen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Es zeigen:
1 die schematische Teildarstellung eines ersten zusätzlichen Verbindungsbereichs eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;
2 die schematische Teildarstellung eines zusätzlichen Verbindungsbereichs zweiter Ausführungsform;
3 die schematische Teildarstellung eines zusätzlichen Verbindungsbereichs dritter Ausführungsform;
4 eine perspektivische Teilansicht eines Seitenteils;
5 eine perspektivische Teilansicht eines weiteren Seitenteils;
6 eine perspektivische Teilansicht eines weiteren Seitenteils.
1 zeigt einen Teilbereich eines Wärmetauschers 1, insbesondere Wasser/Luft-Kühler für Verbrennungskraftmaschinen, der aus einem Rippen-Rohrblock 2 mit Rohrböden 3 besteht, in denen die Rohre in Durchzugsöffnungen gehalten sind, wobei zwischen den Rohren lammellenartige Kühlrippen 4 angeordnet sind, die von Seitenteilen 5 umschlossen sind, die mit den Rohrböden 3 verbunden sind und an ihren Enden mindestens eine Lasche 6 aufweisen, die in die Rohrböden 3, welche eine U-förmige Bodenrinne 7 ausbilden, eingeschoben ist und dadurch einen ersten Verbindungsbereich 8 definiert.
Das Seitenteil 5 bildet ferner eine zusätzliche Verbindungsfläche 9 aus, dergestalt, dass das Seitenteil 5 zumindest einen zweiten Verbindungsbereich 10 definiert, der mit einem Anschlussbereich des Rohrbodens 3, vorzugsweise der Bodenrinne 7, verbunden ist.
Das Seitenteil 5 bildet bei dieser Ausführungsform eine zusätzliche Verbindungsfläche 9 aus, welche als Stirnseite ausgebildet ist. Die Stirnseite liegt unter Schaffung eines zweiten Verbindungsbereichs 10 flächig an der Unterseite 11 der Bodenrinne 7 an. Die Verbindungsfläche 9 kann bevorzugt mit der Unterseite 11 der Bodenrinne 7 verlötet sein.
2 zeigt die schematische Teildarstellung eines zusätzlichen Verbindungsbereichs 12 zweiter Ausführungsform. Der bis auf die Seitenteile 5' identisch zu 1 ausgebildete Wärmetauscher 1' weist Seitenteile 5' auf, welche die Innenseite 15 der Bodenrinne 7' kontaktieren bzw. flächig berühren und so den zusätzlichen Verbindungsbereich 12 definieren. Das Seitenteil 5' bildet einen ausgestellten durch Umformung geschaffenen Kontaktbereich K mit einer Verbindungsfläche 16. Die Verbindungsfläche 16 liegt an der Innenseite 15 der Bodenrinne 7' an und kann im Kontaktbereich K mit der Bodenrinne 7' beispielsweise verlötet werden.
3 zeigt die schematische Teildarstellung eines zusätzlichen Verbindungsbereichs 17 dritter Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform kontaktiert das Seitenteil 5'' die Innenseite 15' der Bodenrinne 7'' über die ausgestellte durch Umformung geschaffene Verbindungsfläche 18 und zudem über ein als Längssicke 19 ausgebildetes Zusatzteil, welches mit seiner Stirnseite 20 zumindest bereichsweise flächig an der Unterseite 11' der Bodenrinne 7'' anliegt und dieses zusätzlich abstützt.
4 zeigt ein Seitenteil 21 in Wellenform, wobei die zusätzliche Verbindungfläche 22 durch die Schaffung von Stirnseiten 23 gebildet wird. Das Seitenteil 21 kann mit der Stirnseite 23 vollständig an der Unterkante einer bevorzugt flächigen Bodenrinne anliegen und diese in diesem Bereich zusätzlich abstützen.
Das Seitenteil 21 bildet mehrere Längssicken 24 zur Erhöhung der Quersteifigkeit des Seitenteils 21 aus. Ferner sind in Längserstreckung des Seitenteils 21 mehrere, etwa im mittleren Bereich des Seitenteils 21 angeordnete, Dehnsicken 25 vorgesehen. Im Wesentlichen ist jeder Dehnsicke 25 eine einzelne Welle zugeordnet.
Am Seitenteil 21 ist ferner eine Lasche 26 zum Einfügen in den Bodenschlitz eines Rohrbodens vorgesehen, wobei die Lasche 26 zumindest bereichsweise abgewinkelt einstückig mit dem Seitenteil 21 hergestellt ist. Da die Lasche 26 relativ weich ausgebildet ist, kann bei Übermaß zwischen Bodenrinne und Seitenteil, diese Lasche 26 etwas nach innen gedrückt werden und so für zusätzlichen Halt sorgen.
Zwischen der Boden-Seitenteil-Verbindung und den Dehnsicken 25 muss das Seitenteil 21 relativ steif in Querrichtung ausgeführt sein, um die Biegekräfte des Rohrbodens aufnehmen zu können. Dies wird durch die vorgesehenen Längssicken 24 erreicht.
5 zeigt die schematische Teildarstellung eines als Blechbiegeteil ausgebildeten Seitenteils 27. Das Seitenteil 27 weist zwei durch Umbug geschaffene Stirnseiten 28 auf, die den Verbindungsbereich 29 definieren. Mit dem Verbindungsbereich 29 kann das Seitenteil 27 an der bevorzugt flächigen Unterseite einer Bodenrinne anliegen und diese abstützen.
Zwischen den beiden als Stirnseite 28 ausgebildeten Stirnteilbereichen 30, 31 ist eine Lasche 32 ausgeformt, die zum Einfügen in den Bodenschlitz eines Rohrbodens dient. Die Lasche 32 ist einstückig mit dem Seitenteil 27 ausgebildet. Am Seitenteil 27 ist ferner eine Längssicke 33 zur Erhöhung der Quersteifigkeit des Seitenteils 27 vorgesehen. Der obere Bereich 36 der Längssicke 33 kann sich beispielsweise zusätzlich zu der Stirnseite 28 an einem Anschlussbereich einer Bodenrinne, bevorzugt der Innenseite der Bodenrinne, abstützen.
Das Seitenteil 27 bildet ferner seitliche ebenfalls durch Umbug gebildete Seitenflächen 34, 35.
6 zeigt die schematische Teildarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Seitenteils 37. Das Seitenteil 37 ist als U-förmiges Seitenteil mit einer auftragenden Längssicke 38 versehen und weist in seinem oberen Endbereich 39 eine Lasche 40 zum Einfügen in den Bodenschlitz eines Rohrbodens auf.
Das Seitenteil 37 weist ferner zwei Dehnsicken 41, 42 auf. Das Seitenteil 37 kann mit der Längssicke 38 an der Innenseite einer Bodenrinne anliegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2006072801 A1 [0003]

Claims

Wärmetauscher (1, 1'), insbesondere Wasser/Luft-Kühler für Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einem Rippen-Rohrblock (2) mit Rohrböden (3), in denen die Rohre in Durchzugsöffnungen gehalten, vorzugsweise verlötet sind, wobei zwischen den Rohren lammellenartige Kühlrippen (84) angeordnet sind, die von Seitenteilen (5, 5', 5'', 21, 27, 37) umschlossen sind, die mit den Rohrböden verbunden sind und an ihren Enden mindestens eine Lasche (6, 26, 32, 40) aufweisen, die in die Rohrböden (3), welche eine U-förmige Bodenrinne (7, 7', 7'') ausbilden, eingeschoben ist und dadurch einen ersten Verbindungsbereich (8) definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile (5, 5', 5'', 21, 27, 37) unter Ausbildung wenigstens einer zusätzlichen Verbindungsfläche (9, 16, 18, 22) dergestalt ausgebildet sind, dass die Seitenteile (5, 5', 5'', 21, 27, 37) zumindest einen zweiten Verbindungsbereich (10, 12, 17, 29) definieren der mit einem Anschlussbereich des Rohrbodens, vorzugsweise der Bodenrinne /7, 7', 7''), verbunden werden kann.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Verbindungsflächen (9, 16, 18, 22) durch am Seitenteil (5, 5', 5'', 21, 27, 37) gebildete Stirnseiten (23, 28) gebildet werden.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten (23, 28) durch ein zumindest bereichsweise in Wellenform ausgebildetes Seitenteil (5, 5', 5'', 21, 27, 37) gebildet werden.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten (5, 5', 5'', 21, 27, 37) durch zumindest bereichsweisen flächigen Umbug eines Seitenteilendes gebildet werden.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Verbindungsfläche (9, 16, 18, 22) durch zumindest eine auf einer äußeren Flankenfläche des Seitenteils (5, 5', 5'', 21, 27, 37) vorgesehenen erhabenen Längssicke (19, 24, 33) gebildet wird, die beim Einführen der Lasche (6, 26, 32, 40) in den Rohrboden (3) die Innenseite (15, 15') der Bodenrinne (7, 7', 7'') zumindest bereichsweise kontaktiert.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Verbindungsfläche (9, 16, 18, 22) durch einen zumindest bereichsweise vom Seitenteil (5, 5', 5'', 21, 27, 37) ausgestellten Kontaktbereich (K) gebildet wird.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im oder am Seitenteil (5, 5', 5'', 21, 27, 37) zumindest eine Längssicke (19, 24, 33) vorgesehen ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im oder am Seitenteil zumindest eine Dehnsicke (25, 41, 42) vorgesehen ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Seitenteil (5, 5', 5'', 21, 27, 37) als Blechbiegeteil ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungs- (25, 41, 42) und/oder Längssicke (19, 24, 33) im Stanz- und/oder Blechbiegeverfahren hergestellt sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Längssicke (19, 24, 33) durch ein, vorzugsweise mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Seitenteil (5, 5', 5'', 21, 27, 37) verbundenes, Zusatzbauteil gebildet wird.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Anbindung des zusätzlichen Verbindungsbereichs (10, 12, 17, 29) an den Anschlussbereich des Rohrbodens (3) über eine stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise eine Lötverbindung, erfolgt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Anbindung des zusätzlichen Verbindungsbereichs (10, 12, 17, 29) an den Anschlussbereich des Rohrbodens (3) über eine mechanische, insbesondere kraft- und/oder formschlüssige, Verbindung erfolgt.