DE19752139A1 - Wärmeübertrager für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für ein Kraft­ fahrzeug mit wenigstens einem Sammelkasten, der durch wenig­ stens eine Längstrennwand in wenigstens zwei parallel zuein­ ander verlaufende Sammelkammern unterteilt ist, sowie mit ei­ nem aus einer Vielzahl von Rohren und Wellrippen zusammenge­ setzten Rippen-/Rohrblock, wobei die Rohre für beide Sammel­ kammern jeweils eine gleiche Anzahl von einmündenden Kanälen bilden.

Ein solcher Wärmeübertrager ist aus der DE 44 32 972 A1 be­ kannt. Dabei werden in einem Sammelkasten des Wärmeübertra­ gers zwei Sammelkammern durch eine Längstrennwand gebildet. Ein Rippen-/Rohrblock des Wärmeübertragers weist zwei zuein­ ander parallele Reihen von Flachrohren auf, wobei die eine Reihe von Flachrohren der einen Sammelkammer und die andere Reihe von Flachrohren der anderen Sammelkammer des Sammelka­ stens zugeordnet ist. Die in die jeweilige Sammelkammer mün­ denden Rohrenden der beiden Flachrohrreihen sind derart ge­ staltet, daß zwischen den benachbarten Rohrenden jeweils ei­ nes in Luftdurchströmungsrichtung hintereinander liegenden Flachrohrpaares ein ausreichender Abstand verbleibt, der das Einsetzen der Längstrennwand zwischen die jeweiligen Rohren­ den ermöglicht. Durch die spezielle Gestaltung der Rohrenden verbleibt ein ausreichender Abstand zum Einstecken der Längs­ trennwand im Bereich des Sammelkastens, obwohl die Flachrohre im weiteren Verlauf des Rippen-/Rohrblockes unmittelbar an­ einanderliegen. Der Boden, durch den die Rohrenden der Flach­ rohre hindurchragen, sowie die Längstrennwand und die Flach­ rohre selbst sind aus Metall hergestellt und durch Löten mit­ einander verbunden.

Aus der DE 34 40 489 A1 ist ein ähnlicher Wärmeübertrager be­ kannt, der einseitig mit einem Wasserkasten versehene Flach­ rohre aufweist. Die dem Wasserkasten abgewandten Enden der Flachrohre sind verschlossen. Jedes Flachrohr weist einen das Flachrohr in zwei Strömungskanäle unterteilenden Trennsteg auf, der in Abstand von dem jeweils geschlossenen Ende des Flachrohres unterbrochen ist und so eine U-förmige Strömungs­ umlenkung des Kühlmediums ermöglicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmeübertrager der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, dessen Aufbau und Herstell­ barkeit gegenüber dem Stand der Technik weiter vereinfacht ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Rohre als Mehr­ kanalrohre gestaltet sind, die durch wenigstens einen längs verlaufenden, auf Höhe der wenigstens einen Längstrennwand positionierten Trennsteg in eine der Anzahl der Sammelkammern entsprechende Anzahl von Kanälen unterteilt sind, und daß die wenigstens eine Längstrennwand mit ihrem den Rohrenden zuge­ wandten unteren Rand im Teilungsabstand der Mehrkanalrohre mit Aussparungen versehen ist, die die Trennstege der Mehr­ kanalrohre formschlüssig und bündig übergreifen und dicht mit den Außenkonturen der Rohrenden verbunden sind. Durch die er­ findungsgemäße Lösung ist es ausreichend, lediglich noch eine Reihe von Rohren vorzusehen, und dennoch die gewünschte An­ zahl von Strömungskanälen zu erzielen. Durch das Versehen der Längstrennwand mit die Trennstege bündig übergreifenden Aus­ sparungen wird eine dichte Verbindung der wenigstens einen Längstrennwand mit den Mehrkanalrohren geschaffen, die eine sichere Trennung der Sammelkammern voneinander ermöglicht. Falls der Sammelkasten mit einem Boden versehen ist, durch den die Mehrkanalrohre hindurchragen, so ist die Längstrenn­ wand mit ihrem unteren Rand auch dicht mit diesem Boden ver­ bunden. Bei bodenlosen Sammelkästen, bei denen die Mehrkanal­ rohre zu einem bündig fluchtenden Block aufgeweitet sind, ist der untere Rand der wenigstens einen Längstrennwand entspre­ chend profiliert, um den dichten Abschluß mit diesen Rohren­ den zu erzielen.

In Ausgestaltung der Erfindung sind die Mehrkanalrohre als Flachrohre und die Trennstege als Längssicken gestaltet. Dies ist eine besonders einfache und kostengünstig herstellbare Ausgestaltung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine Sammelkasten mit einem Boden versehen, der mit einer der Anzahl der Mehrkanalrohre entsprechenden Anzahl von Durchzü­ gen versehen ist, die auf Höhe der Längssicken der Mehrkanal­ rohre mit bündig anliegenden laschenartigen Stegabschnitten versehen sind, und daß der untere Rand der Längstrennwand in seinen Abschnitten zwischen den Aussparungen mit Profilierun­ gen versehen ist, die bündig mit einer Oberseite des Bodens zwischen den Durchzügen abschließen. Dadurch wird eine dichte Verbindung zwischen dem Boden, den Mehrkanalrohren und der wenigstens einen Längstrennwand ermöglicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind der mit den Sam­ melkammern versehene Sammelkasten, die wenigstens eine Längstrennwand, der Boden und die durch die Durchzüge hin­ durchragenden Rohrenden aus Metall hergestellt und dicht mit­ einander verlötet. Dadurch ergibt sich ein Ganzmetall-Wärme­ übertrager, der eine vollständige Wiederverwertbarkeit ge­ währleistet. Die Verlötung der einzelnen Metallteile des Wärmeübertragers ermöglicht mit besonders einfachen Mitteln eine dichte und dauerhafte Verbindung zwischen den Teilen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Flachrohre an ihren der Längstrennwand gegenüberliegenden Rohrenden ver­ schlossen, und die Längssicken enden in Abstand vor den ver­ schlossenen Rohrenden unter Bildung eines U-förmigen Umlenk­ abschnittes. Dadurch wird in jedem Flachrohr eine Rückströ­ mung erzielt, die die Anordnung der Anschlüsse für Zu- und Rücklauf eines Kühl- oder Heizkreislaufes ermöglichen, so daß ein Sammelkasten im Bereich dieser Rohrenden entfallen kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Flachrohre im Bereich der verschlossenen Rohrenden flach gedrückt und derart umgeformt, daß die Rohrenden rechtwinklig zu einer Seite abragen. Dadurch wird mit einfachen Mitteln ein dichter Verschluß der Rohrenden erzielt. Vorzugsweise erfolgt eine einfache Umkantung oder Umkantung in Kombination mit einem anschließenden U- förmigen Umschlagen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung entspricht die Quer­ erstreckung des umgeformten Rohrendes jedes Flachrohres dem Teilungsabstand der Rohrenden zueinander. Dadurch liegen die Stirnenden der umgekanteten Rohrenden im verlöteten Rippen-/­ Rohrblock direkt an dem jeweils benachbarten Flachrohr an, wodurch bei entsprechender Lotplattierung der Flachrohre eine Verlötung dieser Stirnenden mit den benachbarten Rohrenden der Flachrohre erzielbar ist, die eine stabile Verbindung al­ ler Rohrenden der dem Sammelkasten gegenüberliegenden Seite ermöglicht. Dadurch wird die Stabilität des gesamten Rippen-/­ Rohrblockes und damit des Wärmeübertragers bei gleichzeitig äußerst einfacher Herstellbarkeit erhöht.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Ausfüh­ rungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, wobei der obere Sammelkasten teilweise aufgebrochen ist,

Fig. 2 einen Längsschnitt auf Höhe einer Längstrennwand des oberen Sammelkastens durch den Wärmeübertrager nach Fig. 1,

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Querschnitt durch ein Flachrohr des Rippen-/Rohrblockes des Wärmeüber­ tragers nach den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 eine Draufsicht von oben auf den Wärmeübertrager nach den Fig. 1 und 2, wobei der Sammelkasten nicht dargestellt ist,

Fig. 5 einen Schnitt durch den Wärmeübertrager nach Fig. 4 entlang der Schnittlinie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 in perspektivischer Darstellung eine weitere Ausfüh­ rungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers,

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Wärmeübertrager nach Fig. 6, wobei der Sammelkasten entfernt ist,

Fig. 8 einen Schnitt durch den Wärmeübertrager nach den Fig. 6 und 7 entlang der Schnittlinie VIII-VIII in Fig. 7,

Fig. 9 in vergrößerter Darstellung die Längstrennwand für die beiden Wärmeübertrager nach den Fig. 1 und 6 als Einzelteil, und

Fig. 10 in vergrößerter perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform eines Flachrohres, dessen Rohrende sowohl umgekantet als auch umgeschlagen ist.

Ein Wärmeübertrager 1 nach den Fig. 1 bis 5 ist als Heiz­ körper für eine Heizungsanlage eines Kraftfahrzeugs gestal­ tet. Der Wärmeübertrager 1 weist einen Rippen-/Rohrblock 2 auf, der aus einer Vielzahl von in einer Reihe parallel ne­ beneinander ausgerichteten Flachrohren 7 sowie einer entspre­ chenden Anzahl von zwischen diesen liegenden und nicht darge­ stellten Wellrippen zusammengesetzt ist. Obere Rohrenden der Flachrohre 7 münden in nachfolgend näher beschriebener Weise in einen oberen, auch als Sammelkasten bezeichneten Wasserka­ sten 3. Gegenüberliegende untere Rohrenden der Flachrohre 7 münden in einen unteren Wasserkasten 8. Alle Teile des Wärme­ übertragers 1 sind aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, hergestellt und in an sich bekannter Weise in einem Lötofen miteinander verlötet.

Die Flachrohre 7 sind gemäß Fig. 3 als Mehrkanalrohre gestal­ tet, indem sie zwei Strömungskanäle 7a und 7b bilden. Hierzu sind auf halber Breite jedes Flachrohres 7 die Wandungen des Flachrohres 7 unter Bildung einer Längssicke 11 jeweils über die gesamte Länge des Flachrohres 7 nach innen gedrückt und in diesem Bereich dicht miteinander verlötet. Die Längssicke 11 bildet somit einen Trennsteg zwischen den beiden Strö­ mungskanälen 7a und 7b.

Der untere Wasserkasten 8 weist gemäß den Fig. 2 und 5 ei­ ne wannenartige Form auf. Der Wasserkasten 8 ist ebenfalls mit einem Boden versehen, der Durchzüge zur Aufnahme der un­ teren Rohrenden der Flachrohre 7 aufweist. Im Bereich ihrer unteren Rohrenden münden die Flachrohre 7 in den unteren Was­ serkasten 8, der als Umlenkkasten gestaltet ist. Ein- und Austritt für das die Strömungskanäle 7a, 7b durchströmende Kühlmedium, im vorliegenden Fall Kühlwasser eines Fahrzeug­ verbrennungsmotors, befinden sich nämlich am oberen Wasserka­ sten 3. Um einen Kühlmediumskreislauf innerhalb des Rippen-/­ Rohrblockes 2 zu erzielen, verläuft im oberen Wasserkasten 3 rechtwinklig zu den Flachrohren 7 über die gesamte Länge des Wasserkastens 3 eine Längstrennwand 6, die in dem oberen Was­ serkasten 3 zwei Sammelkammern bildet. In die gemäß Fig. 1 vordere Sammelkammer münden die Strömungskanäle 7a, in die rückseitige Sammelkammer münden die Strömungskanäle 7b. Dem­ gemäß mündet ein Eintrittsstutzen 4 in die hintere Sammelkam­ mer, indem ein Verbindungsrohr zwischen dem Wasserkastenge­ häuse und der Längstrennwand 6 gelegt ist. Ein Austrittsstut­ zen 5 mündet in die vordere Sammelkammer. Voraussetzung für einen sicheren Strömungskreislauf innerhalb des Wärmeübertra­ gers 1 ist es, daß die Längstrennwand 6 eine sichere und dichte Trennung der beiden Sammelkammern im oberen Wasserka­ sten 3 schafft. Die Längstrennwand 6 muß daher mit ihrem un­ teren Rand zum einen dicht mit einem Boden 9 und zum anderen dicht mit den Flachrohren 7 auf Höhe der durch die Längssic­ ken 11 gebildeten Trennstege abschließen. Der Boden 9 weist zum dichten Abschluß mit den Rohrenden der Flachrohre 7 eine der Anzahl der Flachrohre 7 entsprechende Anzahl von Durchzü­ gen 10 auf (Fig. 2), die an die Außenkontur der Flachrohre 7 angepaßt sind. Auf Höhe der Längssicken 11 weisen die Durch­ züge laschenartige Stegabschnitte auf, die bündig in den Längssicken 11 anliegen.

Der dichte Abschluß des unteren Randes der Längstrennwand 6, die anhand der Fig. 9 als Einzelteil dargestellt ist, mit dem Boden 9 des oberen Wasserkastens 3 und den Rohrenden der Flachrohre 7 auf Höhe der Längssicken 11 andererseits erfolgt durch eine entsprechende Profilierung der Längstrennwand 6 im Teilungsabstand der Flachrohre 7. Wie insbesondere aus Fig. 9 erkennbar ist, weist der untere Rand der Längstrennwand 6, der eine Längskante der Längstrennwand 6 darstellt, Ausspa­ rungen 14 auf, die einen derart rechteckigen Querschnitt ha­ ben, daß sie jeweils bündig auf den verengten Abschnitt der Flachrohre 7 und damit auf die Längssicke 11 aufsteckbar sind. Zwischen den Aussparungen 14 sind bogenartige Profilie­ rungen 15 vorgesehen, die exakt mit der Oberflächenkontur des Bodens 9 zwischen den Durchzügen für die Flachrohre 7 über­ einstimmen. Im Bereich ihrer übrigen umlaufenden Außenkante ist die Längstrennwand 6 exakt an die entsprechende Innenkon­ tur des Gehäuses des Wasserkastens 3 angepaßt. Da alle mit­ einander in Berührung gelangenden Teile des Wärmeübertragers 1 lotplattiert sind, erfolgt im Lötofen in einfacher Weise eine dichte Verlötung der einzelnen Teile miteinander, insbe­ sondere eine dichte Verlötung der Längstrennwand 6 mit dem Boden 9, den Rohrenden der Flachrohre 7 und dem Gehäuse des Wasserkastens 3.

Ein Wärmeübertrager 1a gemäß den Fig. 6 bis 9 ist eben­ falls als Heizkörper für eine Heizungsanlage eines Kraftfahr­ zeugs gestaltet. Der Wärmeübertrager 1a entspricht im wesent­ lichen dem Wärmeübertrager 1, wie er zuvor beschrieben worden ist. Der Wärmeübertrager 1a weist einen Rippen-/Rohrblock 2a auf, der ebenfalls mit zweikanaligen Flachrohren versehen ist, die im Bereich eines oberen Wasserkastens in zwei Sam­ melkammern 7a und 7b münden. Die Gestaltung des Wärmeübertra­ gers 1a im Bereich des oberen Wasserkastens ist identisch mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform anhand der Fig. 1 bis 5. Auch die Flachrohre entsprechen der Darstellung nach Fig. 3. Einziger Unterschied zum Wärmeübertrager 1 nach den Fig. 1 bis 5 ist es, daß der Wärmeübertrager 1a keinen un­ teren Wasserkasten aufweist. Vielmehr sind die Flachrohre im Bereich ihrer unteren Rohrenden flachgedrückt und rechtwink­ lig umgekantet, so daß sich ein dichter unterer Rohrabschluß 12 ergibt. Dabei sind alle Flachrohre exakt auf gleicher Höhe unter Bildung der unteren Rohrabschlüsse 12 gleichsinnig ab­ gekantet. Die Länge jedes abgekanteten Rohrabschlusses 12 stimmt exakt mit dem Teilungsabstand der Flachrohre überein, so daß die Stirnenden der Rohrabschlüsse 12 jeweils am be­ nachbarten Flachrohr bündig anliegen (Fig. 6). Durch entspre­ chende Verlötung dieser Stirnenden mit den benachbarten Flachrohren ergibt sich ein stabiler, leistenartiger unterer Abschluß für den Rippen-/Rohrblock 2a. Um innerhalb jedes Flachrohres eine Rückströmung zu erzielen und damit eine Um­ lenkung von dem einen Strömungskanal in den anderen Strö­ mungskanal zu erreichen, geht der Trennsteg in jedem Flach­ rohr nicht über die gesamte Länge jedes Flachrohres durch, sondern ist im Bereich des unteren Rohrabschnittes unter Bil­ dung einer Öffnung 13 unterbrochen. Unmittelbar vor dem Über­ gang in den abgewinkelten Rohrabschluß 12 ist der Trennsteg in Form der Längssicke 11a unter Bildung eines Versteifungs­ steges wieder fortgesetzt, wodurch im Übergangsbereich zwi­ schen dem unteren Rohrabschnitt und dem abgewinkelten Rohrab­ schluß 12 eine erhöhte Stabilität erzielt wird. Eine Durch­ strömung der Flachrohre erfolgt daher gemäß Fig. 6 von der hinteren Strömungskammer 7b, in die der Eintrittsstutzen des oberen Wasserkastens mündet, nach unten und über die Öffnung 13 U-förmig wieder zurück in die benachbarte vordere Sammel­ kammer 7a, von wo aus das Kühlwasser gekühlt zum Austritts­ stutzen gelangt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die verschlossenen Rohrenden der Flachrohre nicht lediglich rechtwinklig umgekantet, sondern gemäß Fig. 10 zusätzlich noch U-förmig umgeschlagen. Die Quererstreckung dieses Rohr­ endes - von einer Mittellängsebene des Flachrohres aus ge­ sehen - muß nicht dem Teilungsabstand der Flachrohre des Rip­ pen-/Rohrblockes entsprechen, sondern kann auch wesentlich geringer sein. Die Fig. 10 ist nicht näher mit Bezugszeichen versehen, da die Darstellung aus sich heraus verständlich ist.

Claims (9)

1. Wärmeübertrager für ein Kraftfahrzeug mit wengistens ei­ nem Sammelkasten, der durch wenigstens eine Längstrenn­ wand in wenigstens zwei parallel zueinander verlaufende Sammelkammern unterteilt ist, sowie mit einem aus einer Vielzahl von Rohren und Wellrippen zusammengesetzten Rip­ pen-/Rohrblock, wobei die Rohre für beide Sammelkammern jeweils eine gleiche Anzahl von einmündenden Kanälen bil­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre als Mehrkanal­ rohre (7) gestaltet sind, die durch wenigstens einen längsverlaufenden, auf Höhe der wenigstens einen Längstrennwand (6, 6a)) positionierten Trennsteg (11, 11a) in eine der Anzahl der Sammelkammern (7a, 7b) ent­ sprechende Anzahl von Kanälen unterteilt sind, und daß die wenigstens eine Längstrennwand (6, 6a) mit ihrem den Rohrenden zugewandten Rand im Teilungsabstand der Mehrka­ nalrohre (7) mit Aussparungen (14) versehen ist, die die Trennstege (11, 11a) der Mehrkanalrohre (7) formschlüssig und bündig übergreifen und dicht mit den Außenkonturen der Rohrenden verbunden sind.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrkanalrohre als Flachrohre (7) und die Trenn­ stege als Längssicken (11, 11a) gestaltet sind.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der wenigstens eine Sammelkasten (3) mit einem Boden (9) versehen ist, der mit einer der Anzahl der Mehrkanalrohre (7) entsprechenden Anzahl von Durch­ zügen (10) versehen ist, die auf Höhe der Längssicken (11) der Mehrkanalrohre (7) mit bündig anliegenden la­ schenartigen Stegabschnitten versehen sind, und daß der den Rohrenden zugewandte Rand der Längstrennwand (6, 6a) in seinen Abschnitten zwischen den Aussparungen (14) mit Profilierungen (15) versehen ist, die bündig mit einer Oberseite des Bodens (9) zwischen den Durchzügen (10) ab­ schließen.

4. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den Sammelkammern (7a, 7b) versehene Sammelkasten (3), die wenigstens eine Längstrennwand (6, 6a), der Boden (9) und die durch die Durchzüge (10) hindurchragenden Rohrenden aus Metall her­ gestellt und dicht miteinander verlötet sind.

5. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachrohre (7) an ihren der Längstrennwand (6a) gegenüberliegenden Rohrenden ver­ schlossen sind, und daß die Längssicken im Bereich dieser Rohrenden unter Bildung eines U-förmigen Umlenkabschnit­ tes unterbrochen sind.

6. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachrohre im Bereich der verschlossenen Rohr­ enden flachgedrückt und derart umgeformt sind, daß die Rohrenden rechtwinklig zu einer Seite abragen.

7. Wärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Quererstreckung des umgeformten Rohrendes jedes

Flachrohres dem Teilungsabstand der Rohrenden zueinander entspricht.

8. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden jeweils in einem Über­ gangsbereich zwischen dem Umlenkabschnitt und dem umge­ kanteten Rohrabschluß mit einem in der Flucht der Längs­ sicke angeordneten Versteifungssteg versehen sind.