DE19847395A1 - Wärmetauschvorrichtung mit zwei Rohrbündeln, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Wärmetauschvorrichtung mit zwei Rohrbündeln, insbesondere für KraftfahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Wärmeaustauschvorrich
tung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, und ein Ver
fahren für seine Herstellung.
Sie betrifft insbesondere eine Wärmeaustauschvorrich
tung, die zwei verschiedene Wärmeaustauschrohrbündel
umfaßt, die jeweils von zwei unterschiedlichen Flui
den durchströmt werden können.
Es ist bereits, insbesondere aus der Veröffentlichung
DE 195 36 116, eine derartige Vorrichtung bekannt,
die eine Reihe von Flachrohren umfaßt, deren Enden
mit zwei rohrförmigen Sammelkästen verbunden sind,
die sich parallel zueinander erstrecken. Jeder der
Sammelkästen ist innen durch wenigstens eine Zwi
schenwand unterteilt, um einen Fluidkreislauf, der
einen Teil der Rohre des Rohrbündels umfaßt, und ei
nen anderen Fluidkreislauf, der einen anderen Teil
der Rohre des Rohrbündels umfaßt, zu definieren.
Die Herstellung dieser bekannten Vorrichtung erfor
dert aufwendige Verbindungsvorgänge, insbesondere
durch Verlöten. Darüber hinaus kann sie nur mit einer
einzigen Rohrreihe erfolgen, wodurch ihre thermischen
Leistungen begrenzt werden.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrun
de, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen.
Sie bezweckt vor allem die Bereitstellung einer Wär
meaustauschvorrichtung mit zwei Rohrbündeln, die sich
durch mechanische Verbindungsvorgänge ohne Verlöten
herstellen läßt.
Dazu schlägt sie eine Vorrichtung der eingangs ge
nannten Art vor, die eine für die zwei Rohrbündel ge
meinsame Tragplatte umfaßt, die einen ersten Teil,
der mit Löchern versehen ist, um als Sammler für ein
erstes Rohrbündel zu dienen, und einen zweiten Teil
enthält, der mit Öffnungen für das Aufschrumpfen der
Rohre eines zweiten Rohrbündels mit Anschlußkrümmern
versehen ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht daher die
Verbindung zweier Wärmeaustauschrohrbündel, die rein
mechanisch zusammengefügt werden, was anhand einer
Tragplatte erfolgt, die sowohl als Sammler für ein
erstes Rohrbündel wie auch als Aufschrumpfmittel für
ein zweites Rohrbündel dient.
Diese Vorrichtung kann durch eine völlig mechanische
Zusammenfügung ohne Verlöten in einem einzigen Vor
gang hergestellt werden.
Daraus ergibt sich eine kompakte Vorrichtung, die ei
ne oder mehrere Rohrreihen umfassen kann.
Vorteilhafterweise sind die Rohre des ersten Rohrbün
dels und die Rohre des zweiten Rohrbündels parallel
zueinander angeordnet.
In einer Ausführungsart der Erfindung gehen die Rohre
des ersten Rohrbündels und die Rohre des zweiten
Rohrbündels durch eine erste Rippengruppe bzw. durch
eine zweite Rippengruppe hindurch, die voneinander
getrennt sind.
Als Variante gehen die Rohre des ersten Rohrbündels
und die Rohre des zweiten Rohrbündels durch eine
gleiche Rippengruppe hindurch, um eine einteilige
Einheit zu bilden.
Vorzugsweise werden die Rohre des ersten Rohrbündels
über zusammendrückbare Dichtungen mechanisch mit dem
ersten Teil der Tragplatte verbunden.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung münden die
Rohre des ersten Rohrbündels in einer Endkammer, die
eine mit dem ersten Teil der Tragplatte verbundene
Umfangskante aufweist.
Die Tragplatte ist vorteilhafterweise aus Kunststoff
ausgeführt.
Die Endkammer kann ebenfalls aus Kunststoff ausge
führt sein, so daß sie dann durch Reibschweißen mit
der Tragplatte verbunden werden kann.
In einer bevorzugten Anwendung der Erfindung gehört
das erste Rohrbündel zu einem Kühlradiator eines Mo
tors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, während das
zweite Rohrbündel zu einem Kondensator einer Klimaan
lage gehört.
Unter einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, wie
er vorstehend definiert wurde, das die folgenden
Schritte umfaßt:
- a) die Tragplatte mit den Anschlußkrümmern ausrüsten, so daß diese Anschlußkrümmer jeweils zwei Enden auf weisen, die in die Aufpreßöffnungen der Tragplatte eingesetzt sind;
- b) die Rohre des ersten Rohrbündels so anordnen, daß sie Enden gegenüber den Löchern der Tragplatte auf weisen;
- c) die Rohre des zweiten Rohrbündels so anordnen, daß sie Enden gegenüber den Anschlußkrümmern aufweisen;
- d) die Tragplatte an das erste und das zweite Rohr bündel in einer zur Richtung der Rohre parallelen Verschiebung ansetzen, so daß die Enden der Rohre des ersten Rohrbündels in die Löcher der Tragplatte ein greifen und daß die Enden der Rohre des zweiten Rohr bündels mit den Anschlußkrümmern zusammengesteckt werden; und
- e) einen relativen Druck zwischen der Tragplatte und den Rohren des zweiten Rohrbündels ausüben, um das Aufschrumpfen der Enden der Rohre des zweiten Rohr bündels und der Anschlußkrümmer zu bewirken.
Vorteilhafterweise wird die Tragplatte zuvor mit ei
ner Endkammer ausgerüstet, die später mit den Rohren
des ersten Rohrbündels in Verbindung stehen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
werden beim Vorgang d) die Enden der Rohre des ersten
Rohrbündels in Dichtungen eingesetzt, die die Löcher
der Tragplatte umgeben.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Er
findung stehen beim Vorgang a) und beim Vorgang d)
die Enden der Anschlußkrümmer über eine zum ersten
und zweiten Rohrbündel gerichtete Fläche der Trag
platte über, so daß die nach dem Vorgang d) zusammen
gesteckten Enden zu den Aufschrumpföffnungen beab
standet sind. Daraus folgt, daß beim Vorgang e) die
zusammengesteckten Enden durch die Aufschrumpföffnun
gen aufgeschrumpft werden.
In der nachstehenden, nur als Beispiel angeführten
Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Be
zug genommen. Darin zeigen:
Fig. 1 eine im Querschnitt ausgeführte Teilansicht
einer Wärmeaustauschvorrichtung nach einer ersten
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine Draufsicht der Vorrichtung von Fig.
1;
Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie
III-III von Fig. 1;
die Fig. 4, 5, 6 und 7 verschiedene Schritte
beim Zusammenbau der Vorrichtung von Fig. 1;
Fig. 8 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1 zur Ver
anschaulichung einer Vorrichtung nach einer zweiten
Ausführungsart der Erfindung; und
Fig. 9 eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX
von Fig. 8.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt eine
gemeinsame Tragplatte 10 für ein erstes Bündel 12 von
Rohren 14 und ein zweites Bündel 16 von Rohren 18.
Die Rohre 14 haben einen ovalen Querschnitt und sind
in zwei parallelen Reihen angeordnet, die durch eine
Gruppe von zueinander parallelen Rippen 20 hindurch
gehen (Fig. 1 und 3).
Die Rohre 18 haben einen kreisrunden Querschnitt und
sind in zwei parallelen Reihen angeordnet, die durch
eine Gruppe von Rippen 22 hindurchgehen (Fig. 1
und 3).
Die Rohre 14 und die Rohre 18 verlaufen parallel zu
einander, während die Rippen 20 und 22 durch einen
Zwischenraum 24 zueinander beabstandet sind (Fig.
1 und 3), um jede Wärmeübertragung zwischen den Rohr
bündeln 12 und 16 zu vermeiden.
Die Rohre 14 haben Enden 26 mit kreisrunder oder ova
ler Form, die in Löcher 28 eingesetzt sind, die in
zwei Reihen angeordnet und durch einen ersten Teil 30
der Tragplatte 10 hindurch eingearbeitet sind. Dieser
erste Teil 30 dient als Sammler für das Rohrbündel
12, wobei die Enden 26 der Rohre über zusammendrück
bare Dichtungen 32 mechanisch mit dem Teil 30 verbun
den sind. Diese Dichtungen 32 sind im Innern der Lö
cher angeordnet und gehören zu einem aus Gummi oder
dergleichen ausgeführten gemeinsamen Teil, nach einer
auf dem Gebiet der Wärmetauscher hinreichend bekann
ten Technik.
Die Rohre 14 des ersten Rohrbündels münden in einer
Endkammer 34, die eine Umfangskante 36 aufweist, die
mit dem Teil 30 der Tragplatte, entgegengesetzt zum
Rohrbündel, verbunden ist.
Im dargestellten Beispiel bestehen die Tragplatte 10
und die Endkammer 34 beide aus Kunststoff, beispiels
weise des Typs Polypropylen, wobei die Verbindung
durch Reibschweißen erfolgt.
Die Rohre 18 werden paarweise durch U-förmige An
schlußkrümmer 38 verbunden. Die Anschlußkrümmer 38
besitzen zwei Enden 40, die jeweils in Enden 42 der
Rohre 18 eingesetzt werden. Die Verbindung zwischen
den Enden 40 und 42 erfolgt durch eine Aufschrumpf
technik, das heißt einen rein mechanischen Vorgang
durch radiales Zusammendrücken, anhand von in zwei
Reihen angeordneten Durchgangsöffnungen 44, die ein
zweiter Teil 46 der Tragplatte 10 enthält.
Die Öffnungen 44 haben eine präzise Form mit koni
schem Eingang, um ein fortschreitendes radiales Zu
sammendrücken der zuvor zusammengesteckten Enden 40
und 42 zu bewirken, so daß eine Aufschrumpfung her
beigeführt wird, woraus sich eine feste und dichte
mechanische Zusammenfügung ohne Notwendigkeit einer
Verlötung nach einer auch auf dem Gebiet der Wärme
tauscher bekannten Technik ergibt.
Es wird nun auf die Fig. 4 bis 7 Bezug genommen,
um die Herstellung der Vorrichtung von Fig. 1 zu be
schreiben.
Die Tragplatte 10 wird zuvor durch einen Reibschweiß
vorgang mit der Endkammer 34 ausgerüstet. Danach wer
den die Anschlußkrümmer 38 gegenüber den Öffnungen 44
der Tragplatte angesetzt, woraufhin die Anschlußkrüm
mer 38 in der Richtung des Pfeils F1 (Fig. 4) einge
setzt werden, so daß ihre Enden 40 über die Tragplat
te 10 hinaus vorstehen.
Anschließend werden die Rohrbündel 12 und 16 gegen
über der Tragplatte 10 angeordnet, so daß sich die
Enden 26 der Rohre 14 gegenüber den Löchern 28 befin
den und daß die Enden 42 der Rohre 18 gegenüber den
Enden 40 der Anschlußkrümmer 38 angeordnet sind.
Daraufhin wird die Tragplatte 10 durch eine Verschie
bung parallel zur Richtung der Rohre an den Rohrbün
deln 12 und 16 angesetzt. In der Praxis empfiehlt es
sich vorzugsweise, die Rohrbündel festzuhalten und
nur die Tragplatte in der Richtung der Pfeile F2 zu
verschieben, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist.
In einer ersten Phase dieser Ansetzbewegung greifen
die Enden 26 der Rohre 14 in die Dichtungen 32 ein,
während die Enden 42 der Rohre 18 mit den Enden 40
der Anschlußkrümmer 38 zusammengesteckt werden. In
diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß nach Ab
schluß dieses Vorgangs die Enden 40 der Anschlußkrüm
mer noch über die Tragplatte hinaus vorstehen, solan
ge der Aufpreßvorgang noch nicht erfolgt ist.
Anschließend wird in einer weiteren Phase, wie sie in
Fig. 6 veranschaulicht ist, erneut ein Druck in der
Richtung der Pfeils F3 ausgeübt, wodurch das voll
ständige Einsetzen der Enden 26 der Rohre 14 in die
Dichtungen 32 bewirkt wird, die dabei zusammenge
drückt werden.
Parallel dazu wird die Tragplatte 10 axial im Ver
hältnis zu den zuvor paarweise zusammengesteckten En
den 40 und 42 verschoben. Daraus ergibt sich ein Auf
schrumpfen der zusammengesteckten Enden dank der
spezifischen Form der Aufschrumpföffnungen 44.
Nach dem Abschluß dieses Vorgangs erhält man (Fig.
7) eine vollständig zusammengebaute Vorrichtung, ähn
lich der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.
Es ist natürlich möglich, einen ähnlichen Vorgang an
den anderen Enden der Rohre anhand einer anderen
Tragplatte auszuführen. Das führt dann zu dem Ergeb
nis, daß die Rohre des Rohrbündels 14 durch zwei End
kammern abgeschlossen werden und daß die Rohre des
Rohrbündels 16 durch Anschlußkrümmer an ihren beiden
Enden verbunden sind.
In der Ausführungsvariante der Fig. 8 und 9 wird
eine einzige Rippengruppe 48 anstelle von zwei ge
trennten Rippengruppen wie in der vorangehenden Aus
führungsform verwendet.
Wenn eine Wärmeübertragung zwischen den Rohrbündeln
12 und 16 vermieden werden soll, ist es möglich, Aus
nehmungen in jeder der Rippen 48 in dem Bereich vor
zusehen, der dem vorstehend unter Bezugnahme auf die
Fig. 1 und 3 beschriebenen Zwischenraum 24 ent
spricht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
gehört das Rohrbündel 12 zu einem Kühlradiator eines
Motors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Rohre
14 werden dann von der Kühlflüssigkeit des Motors
durchströmt.
In dieser besonderen Anwendung gehört das Rohrbündel
16 zu einer Klimaanlage, wobei die Rohre 18 dann von
einem Kältemittel durchströmt werden.
Es dürfte verständlich sein, daß sich die erfindungs
gemäße Vorrichtung einfach durch mechanische Verbin
dung, das heißt ohne Verlöten, herstellen läßt. Sie
kann besonders kompakt in verschiedenen Abmessungen,
mit einer oder mehreren Rohrreihen für das eine oder
das andere der Rohrbündel, ausgeführt werden.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern
sie erstreckt sich auch auf andere Varianten.
So ist die Erfindung insbesondere nicht auf die vor
stehend beschriebenen Sonderfälle für die Kühlung ei
nes Motors und die Kondensation eines Kältemittels
beschränkt.
Claims (14)
1. Wärmeaustauschvorrichtung, umfassend zwei ver
schiedene Wärmeaustauschrohrbündel, die von zwei un
terschiedlichen Fluiden durchströmt werden können,
dadurch gekennzeichnet, daß sie
eine für die zwei Rohrbündel (12, 16) gemeinsame
Tragplatte (10) umfaßt, die einen ersten Teil (30),
der mit Löchern (28) versehen ist, um als Sammler für
ein erstes Rohrbündel (12) zu dienen, und einen zwei
ten Teil (46) enthält, der mit Öffnungen (44) für das
Aufschrumpfen der Rohre (18) eines zweiten Rohrbün
dels (16) mit Anschlußkrümmern (38) versehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Rohre (14) des er
sten Rohrbündels (12) und die Rohre (18) des zweiten
Rohrbündels (16) parallel zueinander verlaufen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Rohre (14) des er
sten Rohrbündels (12) und die Rohre (18) des zweiten
Rohrbündels (16) durch eine erste Rippengruppe (20)
bzw. durch eine zweite Rippengruppe (22) hindurchge
hen, die voneinander getrennt sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Rohre (14) des er
sten Rohrbündels (12) und die Rohre (18) des zweiten
Rohrbündels (16) durch eine gleiche Rippengruppe (48)
hindurchgehen, um eine einteilige Einheit zu bilden.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß die
Rohre (14) des ersten Rohrbündels über zusammendrück
bare Dichtungen (32) mechanisch mit dem ersten Teil
(30) der Tragplatte (10) verbunden sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die
Rohre (14) des ersten Rohrbündels (12) in einer End
kammer (34) münden, die eine mit dem ersten Teil (30)
der Tragplatte verbundene Umfangskante (36) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß die
Tragplatte (10) aus Kunststoff besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 in Kombination mit An
spruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Endkammer (34) aus Kunststoff besteht und
durch Reibschweißen mit der Tragplatte (10) verbunden
ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da
durch gekennzeichnet, daß die An
schlußkrümmer (38) Enden (40) haben, die in Enden
(42) der Rohre (18) des ersten Rohrbündels eingesetzt
sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da
durch gekennzeichnet, daß das er
ste Rohrbündel (12) zu einem Kühlradiator eines Mo
tors gehört, während das zweite Rohrbündel (16) zu
einem Kondensator einer Klimaanlage gehört.
11. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers
nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß es die folgenden
Schritte umfaßt:
- a) die Tragplatte (10) mit den Anschlußkrümmern (38) ausrüsten, so daß diese Anschlußkrümmer jeweils zwei Enden (40) aufweisen, die in die Aufpreßöffnungen (44) der Tragplatte eingesetzt sind;
- b) die Rohre (14) des ersten Rohrbündels so anordnen, daß sie Enden (26) gegenüber den Löchern (28) der Tragplatte aufweisen;
- c) die Rohre (18) des zweiten Rohrbündels so anord nen, daß sie Enden (42) gegenüber den Enden (40) der Anschlußkrümmer (38) aufweisen;
- d) die Tragplatte (10) an das erste und das zweite Rohrbündel in einer zur Richtung der Rohre parallelen Verschiebung ansetzen, so daß die Enden (26) der Roh re des ersten Rohrbündels in die Löcher (28) der Tragplatte eingreifen und daß die Enden (42) der Roh re des zweiten Rohrbündels mit den Anschlußkrümmern (38) zusammengesteckt werden; und
- e) einen relativen Druck zwischen der Tragplatte (10) und den Rohren des zweiten Rohrbündels ausüben, um das Aufschrumpfen der Enden (42) der Rohre des zwei ten Rohrbündels und der Anschlußkrümmer (38) zu be wirken.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Tragplatte (10) zu
vor mit einer Endkammer (34) ausgerüstet wird, die
später mit den Rohren des ersten Rohrbündels (12) in
Verbindung stehen kann.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 und 12, da
durch gekennzeichnet, daß beim
Vorgang d) die Enden (26) der Rohre des ersten Rohr
bündels in zusammendrückbare Dichtungen (32) einge
setzt werden, die in den Löchern (28) der Tragplatte
angeordnet sind.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, da
durch gekennzeichnet, daß beim
Schritt a) und beim Schritt d) die Enden (40) der An
schlußkrümmer über eine zum ersten und zweiten Rohr
bündel gerichtete Fläche der Tragplatte überstehen,
so daß die im Anschluß an den Vorgang d) zusammenge
steckten Enden (40, 42) zu den Aufschrumpföffnungen
(44) beabstandet sind, und daß beim Schritt e) die
besagten zusammengesteckten Enden durch die Auf
schrumpföffnungen aufgeschrumpft werden.
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