DE2448332A1 - Waermetauscher - Google Patents

Waermetauscher

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DE2448332A1
DE2448332A1 DE19742448332 DE2448332A DE2448332A1 DE 2448332 A1 DE2448332 A1 DE 2448332A1 DE 19742448332 DE19742448332 DE 19742448332 DE 2448332 A DE2448332 A DE 2448332A DE 2448332 A1 DE2448332 A1 DE 2448332A1
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Manfred Dr Ing Nonnenmann
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Behr GmbH and Co KG
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft Wärmetauscher vorzugsweise für Fahrzeuge, bestehend aus Rohrrippenblock, Wasserkastenboden und Wasserkastendeckel, insbesondere solche, bei denen für die Rohre im Wasserkastenboden Durchzüge vorgesehen sind.
Die Abdichtung zwischen Bodenteil der Wasserkasten und Rohre bei den Wärmetauschern bereitet besondere Schwierigkeiten, insbesondere bei sogenannten lötlosen Wärmetauschern, bei denen die Rohre mit dem Wasserkasten nicht verlötet sind und trotzdem dünne Böden und dünne Rohre verwendet werden sollen.
Es ist bekannt, die Rohre nach dem Zusammenbau mit dem Wasserkastenboden durch geeignete Stempel konisch aufzuweiten, um dadurch einen festen Sitz im Wasserkastenboden herbeizuführen. Es ist ferner bekannt, den Wasserkastenboden in der unmittelbaren Umgebung jedes Rohres mit einem Ringflansch, einem sogenannten Durchzug zu versehen, der das Rohr über eine bestimmte Länge umgreift. Bei bekannten Wärmetauschern dieser Art sind zwischen Durchzug und Rohr noch Dichtungselemente vorgesehen.
60981 7/0542
— 2 —
Für das AuftragsverhVItnls gilt die GebOhrenordnung der Deutschen Patentanwaltskammer. - Gerichtsstand (Or Leistung und Zahlung: Nürnberg. Gespriche am Fernsprecher haben leein· rechtsverbindliche Wlrkuna
Der.Kennwert 1 ist maßgebend für die Erzielung einer ausreichenden Dichtheit der Rohr-Boden-Verbindung. Theoretisch ist dazu nur eine einzige in sich geschlossene und dichte Ringlinie nötig (L-»o). Dies läßt sich jedoch technisch nicht realisieren. Somit muß, um eine dichte Verbindung zu erhalten, erfindungsgemäß die Höhe des Durchzugs L in Verbindung mit den Festigkeitswerten 6~* und <5"~i der Kennwert 1 einen
ti Ja.
bestimmten Wert annehmen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein zweiter Kennwert K0 mit
K0 = L . D_ . (ST'/srO
δ Ka β κ
im Bereich zwischen 7 und 30 liegt und ferner für einen dritten Kennwert K-,
K3 = L/SB
gilt, daß K-. im Bereich zwischen 0,8 bis 4 liegt.
Für die Aufnahme von Kräften, die in axialer Richtung des Rohres auf die Verbindung Rohr-Boden einwirken können, sind im wesentlichen die Reibungskräfte zwischen Rohr und Bodendurchzug von Bedeutung. Diese Reibungskräfte hängen einerseits von der Anlagefläche des Rohres im Bodendurchzug (Durchzuglänge L multipliziert mit dem Rohr-Außendurchmesser D ) und dem Verhältnis der Festigkeiten von Boden und Rohr ab. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die am Rohr anliegende Länge L des Bodendurchzugs im Verhältnis zur Wandstärke des Bodens Sn, d.' h. der Kennwert K, im angegebenen Bereich zwischen 0,8 bis 4 liegt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein vierter Kennwert K. definiert, für den gilt
ΚΛ = L . (Dn 2 - Dn. 2) . ((E-VDn.) . 10~2 4 Da Dl B Dl
und K. in einem Bereich zwischen 0,4 und 2,5 liegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Wärmetauscher der eingangs erläuterten Art eine Verbindung
zwischen Rohre und Wasserkastenboden ohne Verwendung von
zusätzlichen Dichtungselementen zu schaffen, die gegenüber
Druck- und Zugkräften ausreichend stabil ist, dicht gegen
Wasser und Luft und bei mechanischen Schwingungen, wie sie
insbesondere beim Fahrbetrieb in Fahrzeugen auftreten,
eine ausreichende Festigkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch
gelöst, daß die Rohre nach dem Einführen in den Boden aufgeweitet sind und der Betrag eines ersten Kennwertes K,
K1 = L . (SB/SR) . (^/^)
im Bereich zwischen 1,2 bis 3 liegt.
Die verwendeten Zeichen haben folgende Bedeutung:
L = gemeinsame Anlagelänge zwischen Rohr und Durchzug [mm]
χ = Bereich von L der noch im Bereich des eigentlichen [mm]
Bodens B liegt
y = über die Bodendicke S hinausstehender Teil des [mm]
B Durchzugs D
S = Wandstärke des Bodens (ursprünglicher Zustand) [mm] S0 - Wandstärke des Durchzugs nach dem Aufweiten des [mm]
Rohres
S1, = Wandstärke des Rohras vor der Aufweitung [mm]
Zugfestigkeit des 3odenmaterials [kp.mm ]
Zugfestigkeit des Rohrmaterials [kp.mm ]
D _= Außendurchmesser des Durchzugs nach dem Aufweiten [mm] Dj3^= Innendurchmesser des Durchzugs nach dem Aufweiten [mm] DR.= Rohrinnendurchmesser [mm]
Dp _= Rohraußendurchmesser [mm]
Elastizitätsmodul des Rohrmaterials [kp.mm ]
_2
Elastizitätsmodul des Durchzugs [kp.mm ]
6098 17/0542
Der Bodendurchzug soll nämlich der vom Rohr in radialer.
Richtung nach außen verlaufenden Kraft entgegenwirken und. benötigt deshalb eine bestimmte Festigkeit welche sowohl
von6" als auch von der Geometrie des Durchzuges abhängt. Dabei ist noch der Innendurchmesser des Durchzugs ins Verhältnis zur anliegenden Länge gesetzt.
um die Festigkeitswerte des Bodens im Verhältnis zur Festigkeit des Rohres zu berücksichtigen gilt für einen fünften Kennwert K5 in vorteilhafter Weise
K5 - L . (DDa2 - DD.2) . (6-Β/ς. . (1/D01),
daß sein Wert im Bereich zwischen 2 bis 12 liegt.
Um Teillängen χ und γ des Durchzuges L ausreichend zu berücksichtigen/ abhängig davon ob χ positiv oder negativ ist, wird erfindungsgemäß für einen Kennwert Kfi mit
K6 = (DDa2 - DDi2) · L> ·*£ · l0~3
verlangt, daß er in einem Bereich zwischen 0,4 und 2,5 liegt, wobei für χ ^o gilt L' = (2 χ + y)
für x<o L'= γ - |x I .
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn bei der Formung der Durchzüge berücksichtigt wird, daß S-. kleiner als S_ sein muß.
Um für das Rohr nach dem Aufweiten einen besonders festen Sitz im Durchzug zu erzielen, ist es vorteilhaft, wenn die Länge CD des aus einem Durchzug überstehenden Teiles eines Rohres R
ÜB ^ 2 . SD ist.
Aus der Zeichnung sind die'einzelnen Formelzeichen und deren Bedeutung zu entnehmen. In der Zeichnung ist nur eine einzige
609817/0542
ORIGINAL INSPECTED
Verbindung zwischen einem Rohr und einem Wasserkasfcenboden bzw. einem entsprechenden Durchzug dargestellt. Da der übrige Aufbau des Wärmetauschers an sich beliebig ist, sind Wasserkastendeckel, Rippenbleche und dergleichen nicht gezeichnet .
Die erfindungsgemäßen Wärmetauscher lassen sich besonders günstig bei sehr dünnen Boden und sehr dünnwandigen Rohren verwirklichen. Dabei soll S_, kleiner als 3,0 mm und die Wandstärke SR kleiner als 1,5 mm sein. Aus einer Gleichgewicht sbetrachtung ergibt sich, daß die in der Verbindung Rohrboden vom Rohr nach außen wirkenden Druckkräfte :.m Gleichgewicht zu den vom Boden auf das Rohr einwirkenden Kräfte stehen müssen. Die am Rohr und Boden entstehende Spannung D hängt dabei ab vom Elastizitätsmodul und der auf den jeweiligen Durchmesser bezogenen Durchmesservergrößerung A. D so daß für (T'gilt; £"= E . A D/D. Damit er
gibt sich
ER ■		 für
Δ 		die Formel
SR
EB ' SD
(D5) 2
daß der Wert dieses Ausdrucks im Bereich zwischen 0,7 und liegen muß.
Vereinfachend sind in diese Formel die mittleren Durchmesser D= und D- eingesetzt. Berücksichtigt ist, daß die eingesetzten
K LJ
Elastizitätsmodulen von Boden und Rohr, nicht exakt identisch sind mit den Elastizitätsmodulen, die in der Verbindung Rohr-Boden tatsächlich auftreten.
- Ansprüche 6098 1 7/0542

Claims (6)

  1. Ansprüche
    il^ Wärmetauseher bestehend aus Rohr-Rippenblock, Wasserkastenboden und Wasserkastendeckel, insbesondere für Fahrzeuge, wobei für die Rohre im Wasserkastenboden Durchzüge vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre R nach dem Einführen in den Boden B aufgeweitet sind und daß der Betrag eines ersten Kennwertes K, K1 = L . (sB/sR) . «ς/φ
    im Bereich zwischen 1,2 bis 8 liegt
    L = Anlagelänge zwischen Rohr R und Durchzug D [mm] χ = Bereich von L der noch im Bereich des eigent- [mm] liehen Bodens B liegt (AB)
    y = über die Bodendicke S_ hinausstehender Teil [mm]
    des Durchzugs
    S_ = Wandstärke des Bodens (ursprünglicher Zustand)[ram] Sn = Wandstärke des Rohres vor der Aufweitung [mm]
    K
    r-£ = Zugfestigkeit des Bodenmaterials [kr>„mm ]
    ζζ = Zugfestigkeit des Rohrmaterials [kp.mm ]
  2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Kennwert K2
    K2 = L · 0Ra * «Z'*£>
    im Bereich zwischen 7 und 3 0 liegt,
    wobei Dn = Rohraußendurchmesser
    Ka
    und ferner für einen dritten Kennwert K
    wobei Dn = Rohraußendurchmesser [mm]
    Ka
    3 K3 = L/SB
    gilt, daß K3 im Bereich zwischen 0,8 bis 4 liegt,
    60981 7/0542
  3. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein vierter Kennwert K.
    mit wobei
    K4 = L · (DDa2 - DDi2) · ^Di
    Dn = Außendurchmesser des Durchzugs nach dem Aufweiten [mm] ua
    Djy = Innendurchmesser des Durchzugs nach dem Aufweiten [mm] im Bereich zwischen 0,4 und 2,5 liegt.
  4. 4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein fünfter Kennwert K5 mit
    K5 = L . (DDa2 - DDi2) . (ζ/ej) . (1/D0.) im Bereich zwischen 2 bis 12 liegt.
  5. 5. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein sechster Kennwert K, mit
    K6 = (DDa2 - DDi2) · L< '*ί ' 10~3 in einem Bereich zwischen 0,4 und 2,5 liegt,
    ι χ = Bereich von L der noch im Bereich des eigentlichen [mm]
    Bodens liegt y = über die Bodendicke Sx, hinausstehender Teil des
    Durchzugs und für x>o L'=(2x + y) für χ <o L1 = y - IxI ist.
    _ 3 _ 60981 7/0542
  6. 6. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Formung· der Durchzüge gilt
    SD<SB
    wobei Sn = Wandstärke des Durchzugs.
    7» Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder folgenden,- dadurch gekennzeichnet, daß die Lange CD des aus einem Durchzug überstehenden Teiles eines Rohres R CD ^ 2 . Sn
    XV
    gewählt ist.
    6 0 9 8 1 7 / 0 5 A
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