-
Wärmeaustauscher
-
Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher und zwar insbesondere
auf Wärmeaustauscher, welche einen Kern- bzw.
-
einen Mittelteil aus Rohren umfassen, welcher sich zwischen einem
Paar von Behälterplatten erstreckt, wobei auf jeder Behälterplatte ein Sammelbehälter
aufgesett ist.
-
Ein Aspekt der Erfindung besteht in der Konzeption eines Wärmeaustauschers
mit einer Anzahl von Rohren, welche sich zwischen einem Paar von Behälterplatten
erstrecken, wobei jede Behälterplatte einen zugeordneten Sammelbehälter aufweist,
und bei dem sich innerhalb wenigstens eines Sammelbehälters ein Verbindungsteil
zwischen'der Behälterplatte und der sich in einem Abstand zur Behälterplatte befindlichen
Wand des Sammelbehälters erstreckt, wobei das Verbindungsteil sowohl mit der Behälter-
bzw. SammelbehälterplaLte als auch mit dem Sainmelbehälter fest verbunden ist.
-
Das Verbindungsteil k-ann einen oder mehrere Stifte oder Stäbe umfassen,
welche sich zwischen der Behälterplatte und der sich in einem Abstand zur Behälterplatte
befindenden Wand des S.lmmelbehälters erstrecken. Das Teil kann an jeder zweckmäßi(aen
und wirksamen Stelle angeordnet sein.
-
Für den Fall, daß eine Anzahl von Verbindungselementen verwendet wird,
kann die Lage der Verbindungsteile asymmetrisch relativ zu den Mittellinien der
Behälterplatte sein, um die Anordnung zu erleichtern oder um einen richtigen Zusammenbau
durch Ausrichtung des Behälters sicherzustellen.
-
Das Verbindungsteil kann sich entweder unterhalb oder oberhalb der
Außenfläche der oberen Wand des Sammelbehälters erstrecken oder mit dieser Außenfläche
bündig sein. Das Teil kann an seinem oberen Ende, mit dem es sich durch die Wand
des Sammelbehälters erstreckt, verjüngt ausgebildet sein, so daß der Zusammenbau
und/oder die Aufnahme und Halterung des Schweißmetalls erleichtert wird, welches
zwischen dem oberen Ende des Verbindungsteils und der oberen Wand des Sammelbehälters
eingesetzt wird. Wahlweise kann ein Verbindungsteil an seinem oberen Ende gleichbleibenden
Querschnitt aufweisen, über die Außenfläche der oberen Wand \des Behälters vorstehen,
und so einen metallischen Schweißzusatzwerkstoff zum Abschmelzen auf die obere Wand
des Behälters bilden. Der Terminus obere Wand" bedeutet hier diejenige Wand des
Sammelbehälters, welche sich in einem Abstand zur Behälterplatte befindet, wobei
das zu kühlende Fluid zwischen der oberen Wand und der Behälterplatte auf seinem
Weg zu oder von den Röhren des Wärmeaustauschers strömt Die Behälterplatte ist vorzugsweise
aus Metall und zwar zweckmäßigerweise aus Aluminium hergestellt. Das Verbindungsteil
bzw. Zugteil kann mit der Behälterplatte vernietet sein (beispielsweise durch Verkerben
oder Sternen, sogenanntes "stake rivetting"). Es kann jedoch auch mit der Befestigungsplatte
verschraubt oder verbolzt sein der über Löt- oder Schweißverfahren befestigt sein.
In kennzeichnender Weise ist der Sammelbehälter aus Metall hergestellt (entweder
gegossen oder geformt) und kann beispielsweise aus Aluminium oder Stahl gegossen,
geformt oder gefertigt sein. Die Verbindung zwischem dem Verbindungs- bzw. Zugteil
und der Befestigungsplatte kann derart
sein, daß das Teil nicht
von der Seite der Behälterplatte abgenommen werden kann, welche der oberen Wand
des Sammelbehälters zugewandt ist.
-
ver Mittelteil des Wärmeaustauschers kann zusammen mit irgendwelchen
zugeordneten Sekundärkühlflächen und den Befestigungsplatten aus Aluminium hergestellt
sein,' die Einheit kann in einem Salzbad oder einem Ofen zusammengelötet werden.
Bei einer für einen derartigen Zusammenbau geeigneten Anordnung ist das Verbindungsteil
bzw. sind die Teile derart ausgebildet, daß sie vor dem Lötvorgang mit der Behälterplatte
zusammengebaut werden können. Der Sammelbehälter kann dann nachfolgend in einem
separaten Fertigungsvorgang auf die Behälterplatte aufgebracht werden und das Verbindungsteil
oder die Teile können- bei diesem letzten Vorgang mit dem Sammelbehälter verschweißt,
verbolzt oder sonstwie befestigt sein. Wahlweise kann der Behälter vor dem Lötvorgang
mit der Befestigungsplatte zusammengesetzt werden, falls das Behältermaterialvertraglichmit
dem Lötverfahren ist.
-
Der Sammelbehälter kann eine Kammer oder mehrere Kammern, beispielsweise
zwei, aufweisen, wobei zwischen den Kammern eine Trennwand oder Trennwände vorgesehen
sind. Das Verbindungsteil oder die Teile können sich in oder durch Durchgänge in
der Trennwand bzw. in den Trennwänden erstrecken. In diesen Fällen ist die Wand
bzw. sind die Wände einstückig mit dem Sammelbehälter ausgebildet und umfassen eine
oder mehrere Durchgänge, die sich durch eine geeignet angeordnete Ausbauchung in
der Wand bzw. den Wänden erstrecken und beim Gießvorgang hergestellt oder durch
spanende Bearbeitung erzeugt worden sind. Wahlweise kann eine Trennwand Aussparungen
entlang ihrer Länge aufweisen, welche mit jedem Verbindungsteil übereinstimmen,
so daß jedes Verbindungsteil in eine Aussparungim Bereich der Trennwand paßt. Bei
diesem Aufbau ist es nicht mehr erforderlich, daß in der Trennwand selbst Durchgänge
vorgesehen werden müssen.
-
Das Verbindungsteil oder die Teile können obere verjüngte Abschnitte
aufweisen, welche zusammen mit einer in der oberen Wand des Sammelbehälters vorgesehenen
öffnung, die eine abgeschrägte Wand aufweisen kann, eine ringförmige Aussparungergeben,
die mit Schweißgut beim Verschweißen des Verbindungsteils oder der Teile mit der
oberen Wand des Sammelbehälters gefüllt werden können. Wahlweise kann für den Fall
daß das Verbindungsteil oder die Teile bolzenförmig ausgebildet ist bzw. sind an
die Unterseite der oberen Wand des Behälters eine Blindnut angelötet oder angeschweißt
werden, um einen Gewindeabschnitt des Bolzens auf zunehmen.
-
Bei einer weiteren Ausgestaltung kann das Verbindungsteil oder können
die Verbindungsteile durch den Mittelteil des Wärmeaustauschers verlaufen und sich
an ihrem Ende durch den jeweiligen Sammelbehälter erstrecken.
-
Das Mittelteil des Wärmeaustauschers kann Rohre mit einem annähernd
rechteckförmigen, kreisförmigen oder anderem geeigneten Querschnitt aufweisen. Die
Rohre haben zweckmäßigerweise innere und/oder äußere sekundäre oder ausgedehhte
primäre Wärmeaustauschflächen, welche auch. als Stützelemente dienen können, um
einer Aufweitung der Rohrwände -unter Einwirkung des inneren Fluiddrucks standzuhalten.
Die äußeren Sekundärflächen können als Rippen, Riffelungen oder Rillen ausgebildet
sein. Die Innenflächen können in der Form von Rillen bzw. Riffelungen, Spiralen,
Schleifen oder anderen Vorsprüngen, die nach innen von der Rohrwand vorstehen, gebildet
sein.
-
Die Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung können als Kühler für Motorschmieröl
verwendet werden, bei denen das öl durch die Rohre des Kühlers zirkuliert, wohingegen
die Luft außerhalb der Rohre vorbeistreicht. Die Erfindung kann auch in Wärmeaustauschern
für die Kühlung oder Beheizung von anderen Fluiden verwirklicht werden. Die Erfindung
ist dort von größerem Vorteil, wo der innere Druck relativ hoch ist oder wo der
für den Behälter oder die Behälter verfügbare Raum begrenzt ist.
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
beschrieben. Darin zeigen Fig. 1 eine Stirnansicht eines Teilschnitts eines Wärmeaustauschers
gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Draufsicht eines Teils des Wärmeaustauschers nach
Fig. 1, bei abgenommenem Sammelbehälter, Fig. 3 eine Draufsicht des in Fig. 1 dargestellten
Wärmeaustauschers mit weggelassenen Einlässen und Auslässen, Fig. 4 eine Draufsicht
einer weiteren Ausführungsform eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung, Fig.
5 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform, Fig. 6 eine Draufsicht auf eine
vierte Ausführungsform mit einem Schnitt durch den Sammelbehälter, Fig. 7 eine Draufsicht
auf eine fünfte Ausführungsform mit Schnitt durch den Sammelbehälter sowie Fig.
8 eine Stirnansicht eines Schnitts einer sechsten Ausführungsform eines Wärmeaustauschers
gemäß der Erfindung.
-
Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Wärmeaustauscher weist ein Mittelteil
aus Metallrohren 10 mit annähernd rechteckförmigem Querschnitt auf, welche sich
in zwei Reihen zwischen einem Pair von Behälterplatten 11 erstrecken, von denen
lediglich eine dargestellt ist. Im Betriebszustand nehiaen.die Rohre das zu kühlende
Fluid auf, wie.beispielsweise öl. Die Rohre weisen-aus Gründen der übersichtlichkeit
nicht dargestellte-innere sekundäre Wärmeübertragungsflächen sowie äußere Sekundärflächen
in Form von parallelen Rippen 12 auf, welche in kennzeichnender Weise Kühlschlitze
ausbilden,
so daß die Wärmeübertragung zur Kühlluft verbessert
wird. Die Rohre, Rippen und Behälterplatten sind sämtlich aus Aluminium hergestellt
und sind so ausgebildet, daß sie unter Vakuum zur Bildung des nachfolgend beschriebenen
Aufbaus zusammengelötet werden J tonnen.
-
Drei Verbindungsstifte 13 sind durch Verlöten oder Vernieten unter
Verkerben oder Sternen in Abständen zueinander auf den Behälterplatten längs der
Mittellinie ihrer ( und des Behälters) längsten Abmessung befestigt. Aus Fig. 3
geht hervor, daß die Stifte asymmetrisch relativ zur Mittellinie über die Breite
der Behälterplatte oder des Behälters angeordnet sind. Wahlweise kann einer der
Stifte zentral längs der Längserstreckung der Behälterplatte angeordnet sein, wobei
die beiden anderen Stifte in einem unterschiedlichen Abstand dazu angeordnet sind.
-
Dann wird auf jeder Behälterplatte 11 ein Sammelbehälter 14 angeordnet
und an seinem Umfang mit dem nach oben gebogenen Umfangsrand 15 der Behälterplatte
11 verlötet oder verschweißt. In die obere Wand des Sammelbehälters sind Öffnungen
eingeschnitten oder eingeformt, so daß jeder Stift 13 sich durch eine entsprechende
Öffnung erstreckt, wobei sein freies Ende im wesentlichen mit der Außenfläche der
oberen Behälterwand bündig ist. Der sich durch die obere Behälterwand erstreckende
Abschnitt eines jeden Stifts 13 ist konisch ausgebildet, so daß zwischen den Wänden
der Öffnung und dem Abschnitt des Stifts eine ringförmige Aussparung erzeugt ist,
in welche das Schweiß-oder Lötguteingelegt werden kann, wodurch die Stifte mit der
oberen Wand des Sammelbehälters gas- und flüssigkeitsdicht verbunden werden. Anstelle
einer auf jedem Stift 13 ausgebildeten Verjüngung kann wahlweise auch ein kurzer
Endabschnitt mit einem kleineren Durchmesser als der Rest des Stiftes vorgesehen
sein. Weiter kann zwischen jedem Stift 13 und der Behälterplatte 11 eine nicht dargestellte
Dichtscheibe oder ein ähnliches kompressibles Dichtelement vorgesehen sein, welches
durch den Niet oder eine
andere Befestigungseinrichtung für die
Stifte 13 an der Behälterplatte 11 in Lage gehalten ist.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist lediglich ein einzelner
Stift 13 verwendet; der Sammelbehälter 14 weist .ei Kammern 16 und 17 auf, die durch
eine Trennwand 18 getrennt sind. Die Anschlüsse für den Einlaß und den Auslaß sind
nicht dargestellt, jedoch besteht der Zweck dieser Art eines Radiators darin, den
Einlaß und Auslaß an dem einen Ende des Wärmeaustauschers vorzusehen, wohingegen
der andere nicht dargestellte Sammelbehälter eine einzige Kammer ohne Einlaß- oder
Auslaßschlauchanschlüsse aufweist.
-
Die in Fig. 4 mit gestrichelter Linie dargestellte Trennwand 18 besitzt
eine durchgehende Öffnung, in die der Stift 13 eingepaßt ist. Der Stift 13 erstreckt
sich bündig zur Außenfläche des Behälters und ist in ähnlicher Weise mit dem Behälter
verschweißt oder verlötet, wie es in Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben
worden ist.
-
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines dem Behälter nach Fig.
4 ähnlichen Behälters mit zwei Kammern, jedoch mit der Ausnahme, daß in diesem Fall
die Trennwand 18 eine geringere Dicke als der Durchmesser der öffnung für den Stift
13 aufweist. Dies-gilt jedoch nicht für den mittleren Bereich, wo eine Ausbauchung
19 mit einem gröseren Durchmesser als die öffnung für den Stift 13 vorgesehen ist.
Dieser Aufbau ist aus ökonomischen Gründen mit Hinsicht auf die Verwendung des Metalls
für den Behälter vorteilhafter als die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform. Bei
den Ausführungsformen der Fig. 4 und 5 erfolgt die Befestigung des Stifts 13 an
der Behälterplatte in ähnlicher Weise, wie dies in Zusammenhang mit den Fig. 1 bis
3 beschrieben worden ist.
-
In Fig. 6 ist ein Wärmeaustauscher dargestellt, welcher eine zentrale
Trennwand 20 aufweist, die sich entlang der
iängeren Hauptachse
des Sammelbehälters 14 erstreckt. die Trennwand 20 ist einstückig mit dem Sammelbehälter
14 aus Aluminium hergestellt und weist l)llrchgänge auf, welche durch die vier symmetrisch
entlang der Längserstreckung angeordneten Ausbauchungen 21 gearbeitet sind. Die
Stifte sind an der oberen Wand des Sammelbehälters in der Weise befestigt, wie es
in Zusammenhang mit den Fig. 1 -bis 3 beschrieben worden ist. Die Stifte sind mit
der Behälterplatte vernietet (sogenanntes starke rivetting"), wobei jeder Stift
an der Unterseite der Behälterplatte ein Kopfteil aufweist, welches einen größeren
Durchmesser als die öffnung in der Behälterplatte aufweist, durch welche sich der
Stift erstreckt.
-
Die in Fig. 7- dargestelle Ausführungsform ist mit der in Fig. 6 dargestellten
Ausführungsform mit der Ausnahme vergleichbar, daß die Stifte"13 sich nicht durch
Durchgänge -in der zentralen Trennwand 20 erstrecken, sondern benachbart von Aussparungen
22 in der zentralen Trennwand 20 angeordnet sind. Dadurch ist es nicht erforderlich,
in die Trennwand 20 einen Durchgang einzuarbeiten.
-
In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeaustauschers
dargestellt, bei welchem das Verbindungsc'eil einen Stift 23 aufweist, welcher sich
durch den Kern bzw. Mittelteil des Wärmeaustauschers und zwischen beiden Sammelbehältern
erstreckt. Die Sekundärkühlfläche für die Röhren 10 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit
in der Zeichnung nicht dargestellt. Der Stift 23 ist mit jedem Sammelbehälter 14
vernietet.
-
Zusammenfassend betrifft demnach die Erfindung einen Wärmeaustauscher,
welcher vorzugsweise aus Aluminium hergestellt ist und ein Rohr/Kühlrippen- oder
Rohr/Rillen-Mittelteil aufweist, welches sich zwischen Sammelbehältern erstreckt.
Wenigstens ein Sammelbehälter weist ein Verbindungsteil oder Verbindungsteile auf,
welche sich zwischen der Behälterplatte und der Wand des Sammelbehälters
erstreckt,
die sich in einem Abstand zur Behälterplatte befindet. Das Verbindungsteil ist sowohl
an der Behälterplatte als auch an der Wand des Sammelbehälters an einer Stelle zwischen
den Rohrreihen befestigt und kann sich durch einen Durchgang innerhalb des Sammelbehälters
erstrecken.