DE102016201954A1

DE102016201954A1 - Heat exchanger

Info

Publication number: DE102016201954A1
Application number: DE102016201954.6A
Authority: DE
Inventors: Georg Baumgartner; Chi-Duc Nguyen; Gerhard Zsiga
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-08-10
Also published as: EP3232149B1; EP3232149A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager (1) mit einem Gehäuse (2) und einem darin angeordneten Wärmeübertragerblock (3). Erfindungswesentlich ist dabei, – dass das Gehäuse (2) zwei U-förmige Seitenteile (8, 9) sowie zwei Abdeckungen (10, 11) aufweist, – dass an jedem Seitenteil (8, 9) jeweils im Bereich einer Ecke eine erste Nase (12) angeordnet ist, – dass an jeder Abdeckung (10, 11) jeweils im Bereich einer Ecke eine zweite Nase (14) angeordnet ist, – dass an einer Innenseite jedes Rohrbodens (6, 7) eine rechteckförmig umlaufende erste Nut (15) angeordnet ist, in welchen die Abdeckungen (10, 11) und die Seitenteile (8, 9) jeweils mit einem Rand stirnseitig aufgenommen sind, – dass in jedem Eckbereich der ersten Nut (15) jeweils eine Durchgangsöffnung (16) angeordnet ist, durch welche jeweils eine erste und eine zweite Nase (12, 14) geführt ist, wobei die Nasen (12, 14) umgebogen sind und dadurch das jeweilige Seitenteil (8, 9) und die jeweilige Abdeckung (10, 11) mechanisch am zugehörigen Rohrboden (6, 7) fixieren.The invention relates to a heat exchanger (1) with a housing (2) and a heat exchanger block (3) arranged therein. It is essential to the invention that the housing (2) has two U-shaped side parts (8, 9) and two covers (10, 11), that on each side part (8, 9) in each case in the region of a corner a first nose (8) 12), - that on each cover (10, 11) in each case in the region of a corner a second lug (14) is arranged, - arranged on an inner side of each tube sheet (6, 7) a rectangular circumferential first groove (15) is, in which the covers (10, 11) and the side parts (8, 9) are each received with a front edge, - that in each corner region of the first groove (15) each have a through hole (16) is arranged, through which in each case a first and a second lug (12, 14) is guided, wherein the lugs (12, 14) are bent over and thereby the respective side part (8, 9) and the respective cover (10, 11) mechanically on the associated tube sheet (6, 7).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem Gehäuse sowie mit einem darin angeordneten Wärmeübertragerblock gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Wärmeübertragers. The present invention relates to a heat exchanger with a housing and with a heat exchanger block arranged therein according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a method for producing such a heat exchanger.

Aus der DE 10 2005 012 761 A1 ist ein gattungsgemäßer Wärmeübertrager mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Wärmeübertragerblock bekannt, der ein Rohrbündel mit mehreren Flachrohren aufweist, welche längsendseitig in komplementär dazu ausgebildeten Durchzügen in Rohrböden gehalten sind. From the DE 10 2005 012 761 A1 a generic heat exchanger with a housing and a heat exchanger block arranged therein is known, which has a tube bundle with a plurality of flat tubes, which are longitudinally held in complementary trained passages in tube sheets.

Aus der DE 10 2005 032 812 A1 ist ein Wärmeübertrager mit einem gelöteten, aus Flachrohren und Rippen bestehenden Block bekannt, wobei die Flachrohre von einem ersten Medium durchströmbar sind und mit mindestens einem Sammelkasten kommunizieren und die Rippen von einem zweiten Medium überströmbar sind. Die Rippen selbst sind dabei im Wesentlichen eben ausgebildet und parallel zueinander angeordnet und weisen darüber hinaus Öffnungen mit Kontaktflächen auf, wobei die Flachrohre in den Öffnungen aufgenommen und im Bereich der Kontaktflächen verlötet sind. Hierdurch sollen insbesondere die Herstellungskosten für einen derartigen Wärmeübertrager gesenkt werden können. From the DE 10 2005 032 812 A1 a heat exchanger with a soldered, consisting of flat tubes and ribs block is known, wherein the flat tubes are flowed through by a first medium and communicate with at least one collecting tank and the ribs are overflowed by a second medium. The ribs themselves are substantially flat and arranged parallel to each other and moreover have openings with contact surfaces, wherein the flat tubes are received in the openings and soldered in the region of the contact surfaces. As a result, in particular, the production costs for such a heat exchanger can be reduced.

Aus der DE 102 59 026 A1 ist ein Wärmeübertrager mit einem aus Rohren und Rippen bestehenden Wärmeübertragernetz bekannt, sowie mit mindestens einem aus der Blechplatine geformten Sammelkasten, der einen Bodenabschnitt mit Öffnungen aufweist, in welche die Rohre münden. Dieser Bodenabschnitt weist einerseits eine Bodenlängskante mit Aussparung auf und geht andererseits in einen gebogenen Wandabschnitt über, die in einer Wandlängskante mit Laschen endet. Die Wandlängskante ist im Wesentlichen senkrecht auf die Bodenlängskante zurückgeführt und mit den Laschen in die Aussparungen gesteckt. Hierdurch soll eine einfache Herstellbarkeit des Wärmeübertragers ermöglicht werden. From the DE 102 59 026 A1 For example, a heat exchanger with a heat exchanger network consisting of tubes and fins is known, as well as with at least one collection box formed from the sheet metal blank, which has a bottom section with openings into which the tubes open. This bottom portion has on the one hand a bottom longitudinal edge with a recess and on the other hand passes into a curved wall section, which ends in a longitudinal wall edge with tabs. The wall longitudinal edge is returned substantially perpendicular to the bottom longitudinal edge and inserted with the tabs in the recesses. As a result, a simple manufacturability of the heat exchanger is to be made possible.

Durch eine stetig strenger werdende Abgasgesetzgebung, müssen zunehmend innermotorische Maßnahmen zur Emissionsreduzierung, insbesondere zur Reduzierung von Stickoxid-Emissionen (NO_X) ergriffen werden. Dabei kommt dem Thermomanagement eine immer wichtigere Bedeutung zu, um die Wärmeströmung in der Brennkraftmaschine so zu leiten und so zu nutzen, dass eine möglichst hohe Brennstoffeffizienz bei gleichzeitig minimalen Emissionen erreicht werden kann. Due to a steadily tightening emissions legislation, increasingly engine-internal measures for emission reduction, in particular for the reduction of nitrogen oxide emissions (NO _X ) must be taken. Here, the thermal management is becoming increasingly important in order to direct the heat flow in the internal combustion engine so and to use so that the highest possible fuel efficiency can be achieved with minimal emissions.

Einen ersten Schritt hierzu bilden bspw. turboaufgeladene Brennkraftmaschinen, durch welche Gewichts-, Bauraum- und Verbrauchsvorteile erzielt werden können. Bei der Turboaufladung wird die Frischluft mit Hilfe eines Turboverdichters auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau gebracht. Vor der Verbrennung im Zylinder wird der ggf. verdichteten Frischluft eine bestimmte Menge rückgeführten Abgases beigemischt, um dadurch den Sauerstoffgehalt und die Temperatur im Brennraum zu reduzieren, wodurch geringere NO_X-Emissionen erreicht werden können. Eine weitere Möglichkeit die NO_X-Emissionen zu reduzieren besteht darin, sowohl die Frischluft nach dem Verdichten als auch das rückgeführte Abgas mittels eines Wärmeübertragers zu kühlen. Zusätzlich kann die dem Abgas oder der Frischluft entnommene Wärme für die schnellere Aufwärmung einer Fahrzeugkabine und/oder eine schnellere Aufwärmung der Brennkraftmaschine bzw. eines Getriebes nach dem Kaltstart genutzt werden, wodurch ebenfalls Verbrauchs- und Emissionsvorteile erzielt werden können. For example, a turbo-charged internal combustion engine, by which weight, space and fuel consumption advantages can be achieved. During turbocharging, the fresh air is brought to a higher pressure and temperature level with the help of a turbo-compressor. Before combustion in the cylinder, the possibly compressed fresh air is mixed with a certain amount of recirculated exhaust gas, thereby reducing the oxygen content and the temperature in the combustion chamber, whereby lower NO _x emissions can be achieved. Another way to reduce the NO _x emissions is to cool both the fresh air after compression, as well as the recirculated exhaust gas by means of a heat exchanger. In addition, the heat taken from the exhaust gas or the fresh air can be used for the faster warming up of a vehicle cabin and / or a faster warming up of the internal combustion engine or a transmission after the cold start, whereby consumption and emission advantages can likewise be achieved.

Die zur Kühlung verwendeten Wärmeübertrager, insbesondere im Bereich einer Ladeluftkühlung, werden standardmäßig in der so genannten Rohrbündelbauweise ausgeführt. Dabei bestehen die Rohrbündel aus übereinander gestapelten, gasführenden Flachrohren mit innenliegenden Wellrippen und zwischen den Rohren liegenden kühlmittelseitigen Turbulenzeinlagen, wobei die Rohrbündel standardmäßig mit jeweils einem Rohr nach außen abschließen. Dabei werden die zwischen den Rohren befindlichen Kühlmittelkanäle außenseitig über zwei an die Flachrohre angelötete Abdeckungen und stirnseitig über an die Flachrohre angelötete Rohrböden wasserdicht abgeschlossen. Das Gehäuse wird komplettiert durch oben und unten angelötete Seitenteile, welche keinerlei Dichtigkeitsfunktion erfüllen müssen. The heat exchangers used for cooling, in particular in the area of a charge air cooling, are performed by default in the so-called tube bundle design. In this case, the tube bundles consist of stacked, gas-conducting flat tubes with internal corrugated fins and lying between the tubes coolant side turbulence inserts, the tube bundles complete by default with one tube to the outside. In this case, the coolant channels located between the tubes are sealed watertight on the outside via two soldered to the flat tubes covers and the front side soldered to the flat tubes tubesheets. The housing is completed by top and bottom soldered side panels, which do not have to fulfill any tightness function.

Nachteilig bei derartigen Wärmeübertragern ist jedoch, dass insbesondere die äußeren Flachrohre des Rohrbündels nur ungleichmäßig gekühlt werden, da sie lediglich auf einer Seite von Kühlmittel umströmt werden. Dies führt zu Thermospannungen, welche eine geringere Thermowechsel-Dauerfestigkeit nach sich ziehen. Diese Thermowechsel-Dauerfestigkeit bestimmt jedoch maßgeblich die Eignung eines Wärmeübertragers für die oben genannten Anwendungen. Aufgrund der in Zukunft zu erwartenden weiteren Steigerung von Aufladedrücken und Abgasrückführraten kommt somit der Verbesserung der Thermowechsel-Dauerfestigkeit eine zunehmend größere Bedeutung zu. Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Wärmeübertragern ist darüber hinaus, dass diese vergleichsweise aufwendig herzustellen sind, insbesondere unter Verwendung von teuren und unhandlichen Löt-/Schweißrahmen. A disadvantage of such heat exchangers, however, is that in particular the outer flat tubes of the tube bundle are cooled only unevenly, since they are flowing around only on one side of coolant. This leads to thermal stresses, which result in a lower thermo change fatigue strength. However, this thermal fatigue strength determines significantly the suitability of a heat exchanger for the above applications. Due to the anticipated further increase in boost pressures and exhaust gas recirculation rates in the future, the improvement of the thermal shock fatigue resistance is becoming increasingly important. A disadvantage of the known from the prior art heat exchangers beyond that these are relatively expensive to produce, especially using expensive and unwieldy soldering / welding frame.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Wärmeübertrager der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte Herstellung auszeichnet. The present invention therefore deals with the problem of providing a heat exchanger of the generic type an improved or at least one alternative embodiment, which is characterized in particular by a simplified production.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, an einzelnen Bauteilen eines Wärmeübertragers spezielle einstückig mit diesen ausgebildete mechanische Fixierelemente vorzusehen, die eine einfache mechanische Vorfixierung des Wärmeübertragers erlauben, so dass dieser in einem sich anschließenden Schweiß-/Lötprozess nicht mehr durch teure und aufwendig handzuhabende Löt-/Schweißrahmen gehalten werden muss. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager weist dabei in bekannter Weise ein Gehäuse sowie einen darin angeordneten Wärmeübertragerblock auf, der ein Rohrbündel mit mehreren Flachrohren umfasst, welche längsendseitig in komplementär dazu ausgebildeten Durchzügen in Rohrböden gehalten sind. Erfindungsgemäß weist nun dieses Gehäuse zwei U-förmige Seitenteile sowie zwei Abdeckungen auf, wobei an jedem Seitenteil jeweils im Bereich einer Ecke eine in Axialrichtung vorspringende erste Nase angeordnet ist, also insgesamt vier erste Nasen je Seitenteil, und wobei an jeder Abdeckung jeweils im Bereich einer Ecke eine in Axialrichtung vorspringende zweite Nase angeordnet ist, also insgesamt vier zweite Nasen je Abdeckung. An einer Innenseite jedes Rohrbodens ist dabei eine rechteckige und umlaufende erste Nut angeordnet, in welchen die Abdeckungen und die Seitenteile jeweils stirnseitig aufgenommen sind. Jedes Seitenteil und jede Abdeckung ist somit mit einer ersten Stirnseite in einer ersten Nut eines ersten Rohrbodens und mit dem gegenüberliegenden Rand stirnseitig in der gegenüberliegenden ersten Nut des zweiten Rohrbodens aufgenommen. In jedem Eckbereich der ersten Nut ist darüber hinaus erfindungsgemäß jeweils eine Durchgangsöffnung angeordnet, durch welche jeweils eine erste und eine zweite Nase geführt sind, wobei diese beiden Nasen umgebogen sind und dadurch das jeweilige Seitenteil und die jeweilige Abdeckung mechanisch am zugehörigen Rohrboden fixieren. Durch jeden Rohrboden greifen durch die insgesamt vier Durchgangsöffnungen somit jeweils vier erste Nasen und vier zweite Nasen, was eine mechanische Vorfixierung des Gehäuses und damit auch eine mechanische Vorfixierung des Wärmeübertragers mit dem im Gehäuse angeordneten Wärmeübertragerblock erlaubt, so dass dieser in diesem mechanisch vorfixierten Zustand anschließend in einen Lötofen verbracht und dort gelötet bzw. einem nachfolgenden Schweißprozess zugeführt werden kann, ohne vorher aufwendig und umständlich in einen zugehörigen Lötrahmen bzw. Schweißrahmen eingebaut werden zu müssen. Mit den erfindungsgemäßen mechanischen Fixierelementen (Nasen und Durchgangsöffnungen), lässt sich somit die Herstellung des Wärmeübertragers deutlich vereinfachen und damit auch deutlich kostengünstiger herstellen. The present invention is based on the general idea to provide specific integral with these mechanical fixing elements on individual components of a heat exchanger, which allow a simple mechanical prefixing of the heat exchanger, so that this in a subsequent welding / soldering process no longer expensive and complicated to handle Soldering / welding frame must be kept. The heat exchanger according to the invention has in a known manner a housing and a heat exchanger block arranged therein, which comprises a tube bundle with a plurality of flat tubes, which are held in the longitudinal end of complementary trained passages in tube sheets. According to the invention, this housing now has two U-shaped side parts and two covers, wherein an axially projecting first nose is arranged on each side part in each case in the region of a corner, ie a total of four first lugs each side part, and wherein each cover in each case Corner is arranged in the axial direction projecting second nose, so a total of four second lugs per cover. On an inner side of each tube plate, a rectangular and circumferential first groove is arranged, in which the covers and the side parts are each received on the front side. Each side part and each cover is thus received with a first end face in a first groove of a first tube sheet and the opposite edge at the end face in the opposite first groove of the second tube sheet. In addition, according to the invention, in each corner region of the first groove, in each case one passage opening is arranged, through each of which a first and a second lug are guided, these two lugs being bent and thereby mechanically fixing the respective side part and the respective cover to the associated tube plate. Thus, four first lugs and four second lugs each engage through each tube bottom through the four through openings, which permits mechanical prefixing of the housing and thus also mechanical pre-fixing of the heat exchanger with the heat exchanger block arranged in the housing, so that it then adjoins in this mechanically pre-fixed state spent in a brazing furnace and soldered there or can be supplied to a subsequent welding process without having to be laboriously and laboriously installed in an associated Lötrahmen or welding frame before. With the mechanical fixing elements according to the invention (lugs and passage openings), the production of the heat exchanger can thus be significantly simplified and thus also produced significantly more cost-effectively.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind zwischen den Flachrohren Turbulenzeinlagen angeordnet. Mittels derartiger Turbulenzeinlagen wird eine turbulente Strömung zwischen den einzelnen Flachrohren erreicht und damit ein verbesserter Wärmeübertrag erzielt. Zusätzlich oder alternativ kann auch zwischen jedem Seitenteil und dem jeweils benachbarten Flachrohr eine Turbulenzeinlage angeordnet sein. Dies ist insbesondere zur Steigerung der Thermowechsel-Dauerfestigkeit von großer Bedeutung, da in diesem Fall das jeweils außenliegende Flachrohr nicht nur von einer Seite mit Kühlmittel umspült wird, sondern von zwei Seiten. Aus diesem Grund ist das jeweilige Seitenteil beabstandet zum benachbarten Flachrohr angeordnet, so dass kein direkt wärmeübertragender Kontakt zwischen dem außenliegenden Flachrohr und dem Seitenteil besteht. Selbstverständlich können zusätzlich oder alternativ auch innerhalb der Flachrohre entsprechende Turbulenzeinlagen/Wellrippen angeordnet werden, wodurch auch hier ein gesteigerter Wärmeübertrag erreicht werden kann. In an advantageous development of the solution according to the invention, turbulence inserts are arranged between the flat tubes. By means of such turbulence inserts a turbulent flow between the individual flat tubes is achieved and thus achieved an improved heat transfer. Additionally or alternatively, a turbulence insert can also be arranged between each side part and the respectively adjacent flat tube. This is particularly important for increasing the thermal shock fatigue strength of great importance, since in this case the respective outer flat tube is not only washed from one side with coolant, but from two sides. For this reason, the respective side part is arranged at a distance from the adjacent flat tube, so that there is no direct heat-transmitting contact between the outer flat tube and the side part. Of course, additionally or alternatively, corresponding turbulence inserts / corrugated ribs can also be arranged inside the flat tubes, as a result of which an increased heat transfer can also be achieved here.

Zweckmäßig ist an zumindest einer Nase zumindest eine Einführschräge angeordnet. Derartige Einführschrägen erleichtern den Zusammenbau des Gehäuses, das heißt des Wärmeübertragers, indem das Einführen der jeweiligen Nase in die zugehörige Durchgangsöffnung vereinfacht wird. At least one insertion bevel is expediently arranged on at least one nose. Such chamfers facilitate the assembly of the housing, that is, the heat exchanger by the insertion of the respective nose is simplified into the associated passage opening.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind die jeweils in einer Durchgangsöffnung aufgenommenen Nasen voneinander weg umgebogen. Hierdurch kann eine zuverlässige Fixierung einer Abdeckung und einem angrenzenden Seitenteil an einem Rohrboden erreicht werden. In an advantageous development of the solution according to the invention, the noses received in each case in a passage opening are bent away from one another. In this way, a reliable fixation of a cover and an adjacent side part can be achieved on a tube sheet.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist jeweils ein U-Schenkel des U-förmigen Seitenteils einen Anstellwinkel α von weniger als 90° in Bezug auf einen dazwischen angeordneten Steg auf. Hierdurch wird zwischen dem jeweiligen U-Schenkel des Seitenteils und der daran angrenzenden Abdeckung ein definierter Lotspalt erzeugt, der eine besonders dichte und zuverlässige Verlötung erzeugt. In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention each have a U-leg of the U-shaped side part an angle of attack α of less than 90 ° with respect to a web arranged therebetween. As a result, a defined Lotspalt is generated between the respective U-leg of the side part and the adjoining cover, which generates a particularly dense and reliable soldering.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist an jeder Außenseite eines jeden Rohrbodens eine dem Rand folgende, rechteckförmige umlaufende zweite Nut angeordnet, in welcher ein Rand eines Diffusors oder eines Umlenktanks aufgenommen ist. Durch diese formschlüssige Aufnahme kann zusammen mit einer Verlötung ein dichtes Verbinden des jeweiligen Rohrbodens mit dem Diffusor bzw. dem Umlenktank erreicht werden. In gleicher Weise sind selbstverständlich auch die Abdeckungen bzw. die Seitenteile vorzugsweise formschlüssig in der ersten Nut des jeweiligen Rohrbodens aufgenommen. In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention is on each outer side of each tube sheet one the edge following, rectangular circumferential second groove arranged, in which an edge of a diffuser or a Umlenktanks is received. Through this positive recording, a tight connection of the respective tube plate with the diffuser or the Umlenktank can be achieved together with a soldering. In the same way, of course, the covers or the side parts are preferably received positively in the first groove of the respective tube sheet.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem Gedanken, ein einfaches Verfahren zur Herstellung des zuvor beschriebenen Wärmeübertragers anzugeben, bei welchem zunächst Seitenteile und Abdeckungen jeweils derart mit zwei Rohrböden zu einem Gehäuse zusammengesteckt werden, dass eine jeweilige Stirnseite bzw. ein jeweiliger Rand zweier Seitenteile und zweier Abdeckungen in eine umlaufende erste Nut eines ersten Rohrbodens eingreifen und dass eine jeweilige gegenüberliegende Stirnseite bzw. ein jeweils gegenüberliegender Rand zweier Seitenteile und zweier Abdeckungen in eine umlaufende erste Nut eines gegenüberliegenden zweiten Rohrbodens eingreifen. In diesem Zustand greifen in jeweils eine eckseitige Durchgangsöffnung des jeweiligen Rohrbodens jeweils eine erste Nase eines Seitenteils und eine zweite Nase einer Abdeckung ein. Anschließend werden die Nasen umgebogen und so die Seitenteile, die Abdeckungen und die Rohrböden mechanisch aneinander fixiert. Bereits zuvor werden üblicherweise Flachrohre in den jeweiligen Durchzügen der beiden gegenüberliegenden Rohrböden positioniert und ggf. noch Turbulenzeinlagen zwischen den einzelnen Flachrohren bzw. zwischen einem jeweils außenliegenden Flachrohr und einem zugehörigen Seitenteil angeordnet. Ein derart mechanisch vorfixierter Wärmeübertrager kann nun ohne Verwendung eines aufwendig handzuhabenden und vor allen Dingen teuren Lötrahmens in einen Lötofen verbracht und dort zumindest der Wärmeübertragerblock verlötet werden. Selbstverständlich kann in dieser mechanisch vorfixierten Art und Weise der Wärmeübertrager auch weiteren Dichtprozessen, wie bspw. einem sich anschließenden Schweißprozess, zugeführt werden, wobei durch die mechanische Vorfixierung ein zuverlässiges und exaktes Schweißen, insbesondere ohne Verzug, erreicht werden kann. The present invention is further based on the idea to provide a simple method for producing the heat exchanger described above, in which initially side parts and covers are so assembled with two tube sheets to form a housing that a respective end face or a respective edge of two side parts and two Covers engage in a circumferential first groove of a first tube plate and that a respective opposite end face or a respective opposite edge of two side parts and two covers engage in a circumferential first groove of an opposite second tube plate. In this state, in each case a corner-side passage opening of the respective tube sheet each engage a first nose of a side part and a second nose of a cover. Then the noses are bent over and the side parts, the covers and the tubesheets are mechanically fixed to each other. Already before flat tubes are usually positioned in the respective passages of the two opposite tube sheets and possibly still arranged turbulence inserts between the individual flat tubes or between each outer flat tube and an associated side part. Such a mechanically prefixed heat exchanger can now be spent without the use of a consuming hand-to-handle and above all expensive soldering frame in a brazing furnace and there soldered at least the heat exchanger block. Of course, in this mechanically prefixed manner, the heat exchanger can also be supplied to further sealing processes, such as, for example, a subsequent welding process, wherein reliable pre-fixing and reliable welding, in particular without distortion, can be achieved.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,

1 einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager in einer Explosionsdarstellung, 1 a heat exchanger according to the invention in an exploded view,

2 eine Schnittdarstellung durch einen Eckbereich zwischen einem Seitenteil und einer Abdeckung, 2 a sectional view through a corner region between a side part and a cover,

3 eine Draufsicht auf zweite Nasen einer Abdeckung, 3 a plan view of second lugs of a cover,

4 eine Schnittdarstellung durch einen Rohrboden im Bereich einer Durchgangsöffnung mit durchgeschobener erster und zweiter Nase, 4 a sectional view through a tube plate in the region of a through hole with pushed through the first and second nose,

5 eine Darstellung wie in 4, jedoch bei umgebogener erster und zweiter Nase. 5 a representation like in 4 , but with bent first and second nose.

Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßer Wärmeübertrager 1 ein Gehäuse 2 mit einem darin angeordneten Wärmeübertragerblock 3 auf. Der Wärmeübertragerblock 3 besitzt dabei ein Rohrbündel mit mehreren Flachrohren 4, die längsendseitig in komplementär dazu ausgebildeten Durchzügen 5 eines Rohrbodens 6, 7 gehalten sind. Erfindungsgemäß weist nun das Gehäuse 2 zwei U-förmige Seitenteile 8, 9 sowie zwei Abdeckungen 10, 11 auf. An jedem Seitenteil 8, 9 ist dabei jeweils im Bereich einer Ecke eine in Axialrichtung 13 vorspringende erste Nase 12 angeordnet, während an jeder Abdeckung 10, 11 jeweils im Bereich einer Ecke eine in Axialrichtung 13 vorspringende zweite Nase 14 angeordnet ist. Darüber hinaus ist an einer Innenseite jedes Rohrbodens 6, 7 eine dem Rand des Rohrbodens folgende rechteckförmige, umlaufende erste Nut 15 angeordnet, in welchen die Abdeckungen 10, 11 und die Seitenteile 8, 9 jeweils mit einem Rand stirnseitig aufgenommen sind. In jedem Eckbereich der ersten Nut 15 ist darüber hinaus jeweils eine Durchgangsöffnung 16 (vgl. auch die 4 und 5) angeordnet, durch welche jeweils eine erste und eine zweite Nase 12, 14 geführt ist, wobei die Nasen 12, 14 umgebogen sind und dadurch das jeweilige Seitenteil 8, 9 und die jeweilige Abdeckung 10, 11 mechanisch am Rohrboden 6, 7 fixieren. According to the 1 , Has a heat exchanger according to the invention 1 a housing 2 with a heat transfer block disposed therein 3 on. The heat exchanger block 3 has a tube bundle with several flat tubes 4 , the longitudinal end in complementary to trained passages 5 a tube bottom 6 . 7 are held. According to the invention now has the housing 2 two U-shaped side panels 8th . 9 as well as two covers 10 . 11 on. At each side part 8th . 9 is in each case in the area of a corner one in the axial direction 13 projecting first nose 12 arranged while at each cover 10 . 11 each in the area of a corner one in the axial direction 13 projecting second nose 14 is arranged. In addition, on an inner side of each tube sheet 6 . 7 a the edge of the tube bottom following rectangular, circumferential first groove 15 arranged in which the covers 10 . 11 and the side parts 8th . 9 are each received with a rim on the front side. In every corner of the first groove 15 is in addition each a through hole 16 (See also the 4 and 5 ), through each of which a first and a second nose 12 . 14 is guided, with the noses 12 . 14 are bent and thus the respective side part 8th . 9 and the respective cover 10 . 11 mechanically at the tube bottom 6 . 7 fix.

Mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse 2, welches im Wesentlichen aus den beiden Seitenteilen 8, 9 und den beiden Abdeckungen 10, 11 besteht, lässt sich der Wärmeübertrager 1 hinsichtlich seines Gehäuses 2 und hinsichtlich des darin angeordneten Wärmeübertragerblocks 3 mechanisch vorfixieren, so dass dieser in diesem mechanisch vorfixierten Zustand einem späteren Fertigungsschritt, bspw. einem Verschweißen oder einem Verlöten, zugeführt werden kann, ohne dass der Wärmeübertrager 1 hierfür zuerst noch in einen teuren Schweißrahmen bzw. Lötrahmen eingespannt werden müsste. With the housing according to the invention 2 which consists essentially of the two side parts 8th . 9 and the two covers 10 . 11 consists, can be the heat exchanger 1 in terms of its housing 2 and with regard to the heat transfer block disposed therein 3 mechanically prefix, so that it can be supplied in this mechanically prefixed state a later manufacturing step, for example. A welding or soldering, without the heat exchanger 1 this would first have to be clamped in an expensive welding frame or soldering frame.

Um den Wärmeübertrag steigern zu können, sind zwischen den Flachrohren 4 vorzugsweise so genannte Turbulenzeinlagen 17 angeordnet, wobei derartige Turbulenzeinlagen 17 ebenso innerhalb eines jeweiligen Flachrohres 4 angeordnet sein können. Von besonderem Vorteil ist darüber hinaus, sofern zwischen jedem Seitenteil 8, 9 und den jeweils nächstbenachbarten Flachrohren 4 eine solche Turbulenzeinlage 17 angeordnet ist, da in diesem Fall auch das außenliegende Flachrohr 4 beidseitig von Kühlmittel umströmt ist und dadurch einer geringeren Temperaturbelastung ausgesetzt, wodurch die Thermowechsel-Dauerfestigkeit gesteigert werden kann. In order to increase the heat transfer, are between the flat tubes 4 preferably so-called turbulence inserts 17 arranged, with such turbulence inserts 17 also within a respective flat tube 4 can be arranged. Of particular advantage is, in addition, provided between each side part 8th . 9 and the next adjacent flat tubes 4 such a turbulence insert 17 is arranged, as in this case, the outer flat tube 4 Coolant flows around on both sides and is therefore exposed to a lower temperature load, as a result of which the thermal change fatigue resistance can be increased.

Betrachtet man die Nasen 12, 14 näher, insbesondere bspw. die beiden Nasen 14 an der Abdeckung 10, 11, so kann man erkennen, dass diese vorzugsweise eine Einführschräge 18 (vgl. 3) aufweisen, welche ein Einführen der jeweiligen Nase 12, 14 in die zugehörige Durchgangsöffnung 16 am Rohrboden 6, 7 erleichtern. Üblicherweise sind dabei die beiden jeweils in einer in Durchgangsöffnung 16 aufgenommenen Nasen 12, 14 voneinander weg umgebogen, wie dies bspw. gemäß der 5 dargestellt ist, und fixieren hierdurch die zugehörige Abdeckung 10, 11 bzw. das zugehörige Seitenteil 8, 9 am jeweils zugehörigen Rohrboden 6, 7. Looking at the noses 12 . 14 closer, in particular, for example, the two noses 14 on the cover 10 . 11 , it can be seen that these are preferably an insertion bevel 18 (see. 3 ), which is an insertion of the respective nose 12 . 14 in the associated passage opening 16 at the tube bottom 6 . 7 facilitate. Usually, the two are each in a through hole 16 recorded noses 12 . 14 bent away from each other, as for example, according to the 5 is shown, and thereby fix the associated cover 10 . 11 or the associated side part 8th . 9 at the respectively associated tubesheet 6 . 7 ,

Betrachtet man die 2, so kann man erkennen, dass jeweils ein U-Schenkel 19 des jeweiligen Seitenteils 8, 9 einen Anstellwinkel von weniger als 90° zu einem die U-Schenkel 19 verbindenden Steg 27 aufweist, wodurch sich zwischen dem U-Schenkel 19 und der damit verbundenen Abdeckung 10, 11 ein definierter Lotspalt 20 ergibt, der eine zuverlässige Verlötung ermöglicht. Eine Innenseite 21 des jeweiligen Seitenteils 8, 9 ist dabei vorzugsweise lotplattiert, wodurch auch eine Anbindung der benachbart angeordneten Turbulenzeinlage 17 möglich ist.Looking at the 2 , so you can see that each has a U-leg 19 the respective side part 8th . 9 an angle of incidence of less than 90 ° to one of the U-legs 19 connecting footbridge 27 has, resulting in between the U-leg 19 and the associated cover 10 . 11 a defined solder gap 20 results, which allows a reliable soldering. An inside 21 the respective side part 8th . 9 is preferably solder-plated, whereby a connection of the adjacently arranged turbulence insert 17 is possible.

Betrachtet man nochmals die 1, so kann man erkennen, dass an jeder Außenseite eines jeden Rohrbodens 6, 7 eine rechteckförmige und umlaufende zweite Nut 22 angeordnet ist, in welcher ein Rand eines Diffusors 23 oder eines Umlenktanks 24 aufgenommen, insbesondere formschlüssig aufgenommen und bspw. dicht verlötet ist. Ebenso formschlüssig aufgenommen sind bspw. der jeweilige Rand, das heißt die Stirnseite, der Abdeckungen 10, 11 und der Seitenteile 8, 9 in der zugehörigen ersten Nut 15 des jeweils zugehörigen Rohrbodens 6, 7. Looking again at the 1 So you can see that on every outside of every tube bottom 6 . 7 a rectangular and circumferential second groove 22 is arranged, in which an edge of a diffuser 23 or a diverter tank 24 recorded, in particular positively recorded and, for example, is tightly soldered. Likewise positively received are, for example, the respective edge, that is, the front side of the covers 10 . 11 and the side panels 8th . 9 in the associated first groove 15 of the respective associated tube plate 6 . 7 ,

An der gemäß der 1 gezeigten Abdeckung 11 sind zudem ein Kühlmitteleinlass 25 sowie ein Kühlmittelauslass 26 angeordnet. Gemäß der 1 sind dabei der Kühlmitteleinlass 25 und der Kühlmittelauslass 26 im Bereich ihrer jeweiligen Stutzen bezeichnet. At the according to the 1 shown cover 11 are also a coolant inlet 25 and a coolant outlet 26 arranged. According to the 1 are the coolant inlet 25 and the coolant outlet 26 referred to in the area of their respective sockets.

Hergestellt wird der erfindungsgemäße Wärmeübertrager 1 dabei wie folgt: Zunächst werden die Seitenteile 8, 9 und die Abdeckungen 10, 11 jeweils derart mit den beiden Rohrböden 6, 7 zu einem Gehäuse 2 zusammengesteckt, dass eine jeweilige Stirnseite, das heißt ein jeweiliger Rand, zweier Seitenteile 8, 9 und zweier Abdeckungen 10, 11 in eine umlaufende erste Nut 15 des ersten Rohrbodens 6 eingreifen und die jeweiligen gegenüberliegende Stirnseite bzw. ein gegenüberliegender Rand zweier Seitenteile 8, 9 und zweier Abdeckungen 10, 11 in eine umlaufende erste Nut 15 eines gegenüberliegenden zweiten Rohrbodens 7 eingreifen. Das Zusammenstecken erfolgt dabei derart, dass in jeweils eine eckseitige Durchgangsöffnung 16 des Rohrbodens 6, 7 jeweils eine erste Nase 12 eines Seitenteils 8, 9 und eine zweite Nase 14 einer Abdeckung 10, 11 eingreifen. Anschließend werden die Nasen 12, 14 umgebogen und so die Seitenteile 8, 9 bzw. die Abdeckungen 10, 11 und die Rohrböden 6, 7 mechanisch aneinander fixiert. Innerhalb des derart mechanisch fixierten Gehäuses 2 sind selbstverständlich zuvor noch die Flachrohre 4 sowie ggf. Turbulenzeinlagen 17 angeordnet worden. Das derart mechanisch vorfixierte Gehäuse 2 mit dem darin angeordneten Wärmeübertragerblock 3 kann nun in einem weiteren Herstellungsschritt in einen Lötofen verbracht und dort verlötet werden oder aber in eine Schweißstation, in welcher es geschweißt wird. Durch die Möglichkeit der mechanischen Vorfixierung kann insbesondere auf teure und umständlich handzuhabende Lötrahmen bzw. Schweißrahmen gänzlich verzichtet werden. The heat exchanger according to the invention is produced 1 doing so as follows: First, the side panels 8th . 9 and the covers 10 . 11 in each case with the two tube sheets 6 . 7 to a housing 2 put together, that a respective end face, that is, a respective edge, two side parts 8th . 9 and two covers 10 . 11 in a circumferential first groove 15 of the first tube sheet 6 engage and the respective opposite end face or an opposite edge of two side parts 8th . 9 and two covers 10 . 11 in a circumferential first groove 15 an opposite second tube sheet 7 intervention. The mating is carried out such that in each case a corner-side passage opening 16 of the tube bottom 6 . 7 each a first nose 12 a side part 8th . 9 and a second nose 14 a cover 10 . 11 intervention. Then the noses become 12 . 14 bent over and so the side panels 8th . 9 or the covers 10 . 11 and the tubesheets 6 . 7 mechanically fixed to each other. Within the thus mechanically fixed housing 2 are, of course, before the flat tubes 4 and possibly turbulence inserts 17 been arranged. The thus mechanically prefixed housing 2 with the heat exchanger block arranged therein 3 can now be spent in a further manufacturing step in a brazing furnace and soldered there or in a welding station in which it is welded. Due to the possibility of mechanical prefixing can be dispensed with in particular expensive and cumbersome to handle solder frames or welding frame.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005012761 A1 [0002]
DE 102005032812 A1 [0003]
DE 10259026 A1 [0004]

Claims

Heat exchanger ( 1 ) with a housing ( 2 ) and a therein heat exchanger block ( 3 ), which is a tube bundle with several flat tubes ( 4 ), the longitudinal end in complementary thereto trained passages ( 5 ) in tube sheets ( 6 . 7 ), characterized in that - the housing ( 2 ) two U-shaped side parts ( 8th . 9 ) as well as two covers ( 10 . 11 ), that on each side part ( 8th . 9 ) in each case in the region of a corner in the axial direction ( 13 ) projecting first nose ( 12 ), that on each cover ( 10 . 11 ) in each case in the region of a corner in the axial direction ( 13 ) projecting second nose ( 14 ) is arranged, - that on an inner side of each tube bottom ( 6 . 7 ) a circumferential first groove ( 15 ) in which the covers ( 10 . 11 ) and the side parts ( 8th . 9 ) are each received with an edge on the front side, - that in each corner region of the first groove ( 15 ) each have a passage opening ( 16 ) is arranged, through each of which a first and a second nose ( 12 . 14 ), the noses ( 12 . 14 ) are bent over and thereby the respective side part ( 8th . 9 ) and the respective cover ( 10 . 11 ) mechanically on the associated tube sheet ( 6 . 7 ).

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that between the flat tubes ( 4 ) Turbulence inserts ( 17 ) are arranged.

Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that between each side part ( 8th . 9 ) and the respective adjacent flat tube ( 4 ) a turbulence insert ( 17 ) is arranged.

Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that on at least one nose ( 12 . 14 ) at least one insertion bevel ( 18 ) is arranged.

Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that each in a through hole ( 16 ) received noses ( 12 . 14 ) are bent away from each other.

Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that in each case a U-leg ( 19 ) of the U-shaped side part ( 8th . 9 ) an angle of attack α <90 ° to one of the U-legs ( 19 ) connecting bridge ( 27 ) having.

Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that on each outer side of each tube bottom ( 6 . 7 ) a circumferential second groove ( 22 ) is arranged, in which an edge of a diffuser ( 23 ) or a deflecting tank ( 24 ) is recorded.

Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the side parts ( 8th . 9 ) and the covers ( 10 . 11 ) in the first groove ( 15 ) are soldered.

Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that on one of the two covers ( 10 . 11 ) a coolant inlet ( 25 ) and a coolant outlet ( 26 ) are arranged.

Method for producing a heat exchanger ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, in which - side parts ( 8th . 9 ) and covers ( 10 . 11 ) in each case with two tube sheets ( 6 . 7 ) to a housing ( 2 ), that a respective edge of two side parts ( 8th . 9 ) and two covers ( 10 . 11 ) in a circumferential first groove ( 15 ) of a first tube plate ( 6 ) and that a respective opposite edge of two side parts ( 8th . 9 ) and two covers ( 10 . 11 ) in a circumferential first groove ( 15 ) of an opposing second tube plate ( 7 ), - in each case a corner-side passage opening ( 16 ) each have a first nose ( 12 ) of a side part ( 8th . 9 ) and a second nose ( 14 ) a cover ( 10 . 11 ), - the noses ( 12 . 14 ) and thus the side parts ( 8th . 9 ), the covers ( 10 . 11 ) and the tubesheets ( 6 . 7 ) are mechanically fixed to each other, - the mechanically fixed side parts ( 8th . 9 ), the covers ( 10 . 11 ), the tube sheets ( 6 . 7 ), as well as in passages ( 5 ) of the tubesheets ( 6 . 7 ) received flat tubes ( 4 ) and between the flat tubes ( 4 ) and the side parts ( 8th . 9 ) arranged turbulence inserts ( 17 ) are spent together in a soldering oven and soldered there.