DE19752139B4

DE19752139B4 - Wärmeübertrager für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19752139B4
Application number: DE19752139A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Demuth (Fh); Peter Dipl.-Ing. Hafenbrak; Michael Kohl; Kurt Dr.-Ing. Molt
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2017-11-26
Also published as: FR2771483B1; DE19752139A1; US6202741B1; FR2771483A1

Abstract

Wärmeübertrager für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Sammelkasten, der durch wenigstens eine Längstrennwand in wenigstens zwei parallel zueinander verlaufende Sammelkammern unterteilt ist, sowie mit einem aus einer Vielzahl von Mehrkanalrohren und Wellrippen zusammengesetzten Rippen-/Rohrblock, wobei die Mehrkanalrohre für beide Sammelkammern jeweils eine gleiche Anzahl von in Durchzüge eines Bodens des Sammelkastens einmündenden Kanälen bilden, und durch wenigstens einen längsverlaufenden, auf Höhe der wenigstens einen Längstrennwand positionierten Trennsteg in eine der Anzahl der Sammelkammern entsprechende Anzahl von Kanälen unterteilt sind, und wobei die wenigstens eine Längstrennwand mit ihrem den Rohrenden zugewandten Rand im Teilungsabstand der Mehrkanalrohre mit Aussparungen versehen ist, die die Trennstege der Mehrkanalrohre formschlüssig und bündig übergreifen und dicht mit den Außenkonturen der Rohrenden verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , dass zwischen den Aussparungen (14) bogenartige Profilierungen (15) vorgesehen sind, die mit einer Oberflächenkontur des Bodens (9) des Sammelkastens (3) zwischen den Durchzügen (10) für die Mehrkanalrohre (7) übereinstimmen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Sammelkasten, der durch wenigstens eine Längstrennwand in wenigstens zwei parallel zueinander verlaufende Sammelkammern unterteilt ist, sowie mit einem aus einer Vielzahl von Mehrkanalrohren und Wellrippen zusammengesetzten Rippen-/Rohrblock, wobei die Mehrkanalrohre für beide Sammelkammern jeweils eine gleiche Anzahl von in Durchzüge eines Bodens des Sammelkastens einmündenden Kanälen bilden und durch wenigstens einen längsverlaufenden, auf Höhe der wenigstens einen Längstrennwand positionierten Trennsteg in eine der Anzahl der Sammelkammern entsprechenden Anzahl von Kanälen unterteilt sind, und wobei die wenigstens eine Längstrennwand mit ihrem den Rohrenden zugewandten Rand im Teilungsabstand der Mehrkanalrohre mit Aussparungen versehen sind, die die Trennstege der Mehrkanalrohre formschlüssig und bündig übergreifen und dicht mit den Außenkonturen der Rohrenden verbunden sind.

Gemäß der DE 44 32 972 A1 sind Wärmeübertrager bekannt. Dabei werden in einem Sammelkasten des Wärmeübertragers zwei Sammelkammern durch eine Längstrennwand gebildet. Ein Rippen-/Rohrblock des Wärmeübertragers weist zwei zueinander parallele Reihen von Flachrohren auf, wobei die eine Reihe von Flachrohren der einen Sammelkammer und die andere Reihe von Flachrohren zu der anderen Sammelkammer des Sammelkastens zugeordnet ist. Die in die jeweilige Sammelkammer mündenden Rohrenden der beiden Flachrohrreihen sind derart gestaltet, daß zwischen den benachbarten Rohrenden jeweils eines in Luftströmungsrichtung hintereinander liegenden Flachrohrpaares ein ausreichender Abstand verbleibt, der das Einsetzen der Längstrennwand zwischen die jeweiligen Rohrenden ermöglicht. Durch die spezielle Gestaltung der Rohrenden verbleibt ein ausreichender Abstand zum Einstecken der Längstrennwand im Bereich des Sammelkastens, obwohl die Flachrohre im weiteren Verlauf des Rippen/Rohrblockes unmittelbar aneinander liegen. Der Boden, durch den die Rohrenden der Flachrohre hindurchragen, sowie die Längstrennwand und die Flachrohre selbst sind aus Metall hergestellt und durch Löten miteinander verbunden.

Aus der DE 34 40 489 A1 ist ein ähnlicher Wärmeübertrager bekannt, der einseitig mit einem Wasserkasten versehene Flachrohre 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 Strömungsumlenkung des Kühlmittels ermöglicht.

Die EP 0656 517 A1 und die EP 0 704 666 A1 offenbaren jeweils Wärmeübertrager, bei welchen die Trennwand Schlitze aufweist, zur Aufnahme von Rohren.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Aufbau und Herstellung gegenüber dem Stand der Technik weiter vereinfacht ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen den Aussparungen bogenartige Profilierungen vorgesehen sind, die mit einer Oberflächenkontur des Bodens des Sammelkastens zwischen den Durchzügen für Mehrkanalrohre übereinstimmt.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es ausreichend, lediglich noch eine Reihe von Rohren vorzusehen, und dennoch die gewünschte Anzahl von Strömungskanälen zu erzielen. Durch das Versehen der Längstrennwand mit die Trennstege bündig übergreifenden Aussparungen wird eine dichte Verbindung der wenigstens einen Längstrennwand mit den Mehrkanalrohren geschaffen, die eine sichere Trennung der Sammelkästen voneinander ermöglicht.

Falls der Sammelkasten mit einem Boden versehen ist, durch den die Mehrkanalrohre hindurchragen, so ist die Längstrennwand mit ihrem unteren Rand auch dicht mit diesem Boden verbunden.

Bei bodenlosen Sammelkästen, bei denen die Mehrkanalrohre zu einem bündig fluchtenden Block aufgeweitet sind, ist der untere Rand der wenigstens einen Längstrennwand entsprechend profiliert, um den dichten Abschluß mit diesen Rohrenden 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 Durchzügen versehen ist, die auf Höhe der Längssicken der Mehrkanalrohre mit bündig anliegenden laschenartigen Stegabschnitten versehen sind, und daß der untere Rand der Längstrennwand in seinen Abschnitten zwischen den Aussparungen mit Profilierungen 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 Sammelkammern versehene Sammelkasten, die wenigstens eine Längstrennwand, der Boden und die durch die Durchzüge hindurchragenden Rohrenden aus Metall hergestellt und dicht miteinander verlötet. Dadurch ergibt sich ein Ganzmetall-Wärmeübertrager, der eine vollständige Wiederverwertbarkeit gewährleistet. 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 verschlossen, und die Längssicken enden in Abstand vor den verschlossenen Rohrenden unter Bildung eines U-förmigen Umlenkabschnittes. Dadurch wird in jedem Flachrohr eine Rückströmung 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 Quererstreckung 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 aller 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 Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der Zeichnungen dargestellt.
1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, wobei der obere Sammelkasten teilweise aufgebrochen ist,
2 einen Längsschnitt auf Höhe einer Längstrennwand des oberen Sammelkastens durch den Wärmeübertrager nach 1,
3 in vergrößerter Darstellung einen Querschnitt durch ein Flachrohr des Rippen-/Rohrblockes des Wärmeübertragers nach den 1 und 2,
4 eine Draufsicht von oben auf den Wärmeübertrager nach den 1 und 2, wobei der Sammelkasten nicht dargestellt ist,
5 einen Schnitt durch den Wärmeübertrager nach 4 entlang der Schnittlinie V-V in 4,
6 in perspektivischer Darstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers,
7 eine Draufsicht auf den Wärmeübertrager nach 6, wobei der Sammelkasten entfernt ist,
8 einen Schnitt durch den Wärmeübertrager nach den 6 und 7 entlang der Schnittlinie VIII-VIII in 7,
9 in vergrößerter Darstellung die Längstrennwand für die beiden Wärmeübertrager nach den 1 und 6 als Einzelteil, und
10 in vergrößerter perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform eines Flachrohres, dessen Rohrende sowohl umgekantet als auch umgeschlagen ist.
Ein Wärmeübertrager 1 nach den 1 bis 5 ist als Heizkörper für eine Heizungsanlage eines Kraftfahrzeugs gestaltet. Der Wärmeübertrager 1 weist einen Rippen-/Rohrblock 2 auf, der aus einer Vielzahl von in einer Reihe parallel nebeneinander ausgerichteten Flachrohren 7 sowie einer entsprechenden Anzahl von zwischen diesen liegenden und nicht dargestellten Wellrippen zusammengesetzt ist. Obere Rohrenden der Flachrohre 7 münden in nachfolgend näher beschriebener Weise in einen oberen, auch als Sammelkasten bezeichneten Wasserkasten 3. Gegenüberliegende untere Rohrenden der Flachrohre 7 münden in einen unteren Wasserkasten 8. Alle Teile des Wärmeübertragers 1 sind aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, hergestellt und in an sich bekannter Weise in einem Lötofen miteinander verlötet.
Die Flachrohre 7 sind gemäß 3 als Mehrkanalrohre gestaltet, 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 Strömungskanälen 7a und 7b.
Der untere Wasserkasten 8 weist gemäß den 2 und 5 eine wannenartige Form auf. Der Wasserkasten 8 ist ebenfalls mit einem Boden versehen, der Durchzüge zur Aufnahme der unteren Rohrenden der Flachrohre 7 aufweist. Im Bereich ihrer unteren Rohrenden münden die Flachrohre 7 in den unteren Wasserkasten 8, der als Umlenkkasten gestaltet ist. Ein- und Austritt für das die Strömungskanäle 7a, 7b durchströmende Kühlmedium, im vorliegenden Fall Kühlwasser eines Fahrzeugverbrennungsmotors, befinden sich nämlich am oberen Wasserkasten 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 Wasserkasten 3 zwei Sammelkammern bildet. In die gemäß 1 vordere Sammelkammer münden die Strömungskanäle 7a, in die rückseitige Sammelkammer münden die Strömungskanäle 7b. Demgemäß mündet ein Eintrittsstutzen 4 in die hintere Sammelkammer, indem ein Verbindungsrohr zwischen dem Wasserkastengehäuse und der Längstrennwand 6 gelegt ist. Ein Austrittsstutzen 5 mündet in die vordere Sammelkammer. Voraussetzung für einen sicheren Strömungskreislauf innerhalb des Wärmeübertragers 1 ist es, daß die Längstrennwand 6 eine sichere und dichte Trennung der beiden Sammelkammern im oberen Wasserkasten 3 schafft. Die Längstrennwand 6 muß daher mit ihrem unteren Rand zum einen dicht mit einem Boden 9 und zum anderen dicht mit den Flachrohren 7 auf Höhe der durch die Längssicken 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 Durchzügen 10 auf (2), die an die Außenkontur der Flachrohre 7 angepaßt sind. Auf Höhe der Längssicken 11 weisen die Durchzüge laschenartige Stegabschnitte auf, die bündig in den Längssicken 11 anliegen.
Der dichte Abschluß des unteren Randes der Längstrennwand 6, die anhand der 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 9 erkennbar ist, weist der untere Rand der Längstrennwand 6, der eine Längskante der Längstrennwand 6 darstellt, Aussparungen 14 auf, die einen derart rechteckigen Querschnitt haben, 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 Profilierungen 15 vorgesehen, die exakt mit der Oberflächenkontur des Bodens 9 zwischen den Durchzügen für die Flachrohre 7 übereinstimmen. Im Bereich ihrer übrigen umlaufenden Außenkante ist die Längstrennwand 6 exakt an die entsprechende Innenkontur des Gehäuses des Wasserkastens 3 angepaßt. Da alle miteinander in Berührung gelangenden Teile des Wärmeübertragers 1 lotplattiert sind, erfolgt im Lötofen in einfacher Weise eine dichte Verlötung der einzelnen Teile miteinander, insbesondere 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 6 bis 9 ist ebenfalls als Heizkörper für eine Heizungsanlage eines Kraftfahrzeugs gestaltet. Der Wärmeübertrager 1a entspricht im wesentlichen 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 Sammelkammern 7a und 7b münden. Die Gestaltung des Wärmeübertragers 1a im Bereich des oberen Wasserkastens ist identisch mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform anhand der 1 bis 5. Auch die Flachrohre entsprechen der Darstellung nach 3. Einziger Unterschied zum Wärmeübertrager 1 nach den 1 bis 5 ist es, daß der Wärmeübertrager 1a keinen unteren Wasserkasten aufweist. Vielmehr sind die Flachrohre im Bereich ihrer unteren Rohrenden flachgedrückt und rechtwinklig 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 abgekantet. Die Länge jedes abgekanteten Rohrabschlusses 12 stimmt exakt mit dem Teilungsabstand der Flachrohre überein, so daß die Stirnenden der Rohrabschlüsse 12 jeweils am benachbarten Flachrohr bündig anliegen (6). Durch entsprechende 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 Umlenkung von dem einen Strömungskanal in den anderen Strömungskanal 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 Bildung einer Öffnung 13 unterbrochen. Unmittelbar vor dem Übergang in den abgewinkelten Rohrabschluß 12 ist der Trennsteg in Form der Längssicke 11a unter Bildung eines Versteifungssteges wieder fortgesetzt, wodurch im Übergangsbereich zwischen dem unteren Rohrabschnitt und dem abgewinkelten Rohrabschluß 12 eine erhöhte Stabilität erzielt wird. Eine Durchströmung der Flachrohre erfolgt daher gemäß 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 Sammelkammer 7a, von wo aus das Kühlwasser gekühlt zum Austrittsstutzen gelangt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die verschlossenen Rohrenden der Flachrohre nicht lediglich rechtwinklig umgekantet, sondern gemäß 10 zusätzlich noch U-förmig umgeschlagen. Die Quererstreckung dieses Rohrendes – von einer Mittellängsebene des Flachrohres aus gesehen – muß nicht dem Teilungsabstand der Flachrohre des Rippen-/Rohrblockes entsprechen, sondern kann auch wesentlich geringer sein. Die 10 ist nicht näher mit Bezugszeichen versehen, da die Darstellung aus sich heraus verständlich ist.

Claims

Wärmeübertrager für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Sammelkasten, der durch wenigstens eine Längstrennwand in wenigstens zwei parallel zueinander verlaufende Sammelkammern unterteilt ist, sowie mit einem aus einer Vielzahl von Mehrkanalrohren und Wellrippen zusammengesetzten Rippen-/Rohrblock, wobei die Mehrkanalrohre für beide Sammelkammern jeweils eine gleiche Anzahl von in Durchzüge eines Bodens des Sammelkastens einmündenden Kanälen bilden, und durch wenigstens einen längsverlaufenden, auf Höhe der wenigstens einen Längstrennwand positionierten Trennsteg in eine der Anzahl der Sammelkammern entsprechende Anzahl von Kanälen unterteilt sind, und wobei die wenigstens eine Längstrennwand mit ihrem den Rohrenden zugewandten Rand im Teilungsabstand der Mehrkanalrohre mit Aussparungen versehen ist, die die Trennstege der Mehrkanalrohre formschlüssig und bündig übergreifen und dicht mit den Außenkonturen der Rohrenden verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , dass zwischen den Aussparungen (14) bogenartige Profilierungen (15) vorgesehen sind, die mit einer Oberflächenkontur des Bodens (9) des Sammelkastens (3) zwischen den Durchzügen (10) für die Mehrkanalrohre (7) übereinstimmen.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrkanalrohre als Flachrohre (7) und die Trennstege als Längssicken (11, 11a) gestaltet sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchzüge (10) auf Höhe der Längssicken (11) der Flachrohre (7) mit bündig anliegenden laschenartigen 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) abschließen.
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 hergestellt und dicht miteinander verlötet sind.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (7) an ihren der-Längstrennwand (6a) gegenüberliegenden Rohrenden verschlossen sind, und daß die Längssicken im Bereich dieser Rohrenden unter Bildung eines U-förmigen Umlenkabschnittes unterbrochen sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre im Bereich der verschlossenen Rohrenden flachgedrückt und derart umgeformt sind, daß die Rohrenden rechtwinklig zu einer Seite abragen.
Wärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Quererstreckung des umgeformten Rohrendes jedes Flachrohres dem Teilungsabstand der Rohrenden zueinander entspricht.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrenden jeweils in einem Übergangsbereich zwischen dem Umlenkabschnitt und dem umgekanteten Rohrabschluß mit einem in der Flucht der Längssicke angeordneten Versteifungssteg versehen sind.