DE3228617A1

DE3228617A1 - Rippenwaermeaustauscher, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3228617A1
Application number: DE19823228617
Authority: DE
Inventors: Dominique 92000 Nanterre Nicolle
Original assignee: Valeo SE
Current assignee: Valeo SE
Priority date: 1981-08-10
Filing date: 1982-07-30
Publication date: 1983-02-24
Also published as: FR2511138B1; FR2511138A1

Description

Rippenwärmeaustauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, der jQ insbesondere als Kühl- oder Heizkörper in einem

Kraftfahrzeug verwendbar ist, der ein Rippenrohrbündel und Wasserkästen aufweist, die an den Enden des Bündels befestigt sind. Die Rohrbündel werden von Rohrflanschen gebildet, die ineinander einge- -, ~ paßt sind, und die die Rippen bilden.

Bei diesen Wärmeaustauschern bereitet die Fluiddichtigkeit der so gebildeten Rohre Schwierigkeiten.

Es ist schon vorgeschlagen worden, die Dichtigkeit durch Schweißen oder Kleben zu gewährleisten. Jedoch sind die bekannten Verfahren hierzu zeitraubend und umständlich durchzuführen, was zu einem erhöhten Selbstkostenpreis führt.

Die Erfindung zielt darauf ab, einen Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Schwierigkeiten beim bisherigen Stand der Technik überwunden sind.

Hierzu schlägt die Erfindung einen Wärmeaustauscher vor, der sich dadurch auszeichnet, daß jedes durch Ineinanderpassen der Rohrflansche gebildete Rohr mit einer Innenbeschichtung versehen ist, die die Fluiddichtigkeit auf der gesamten Länge des Rohres gewährleistet und daß die Innenbeschichtung rohrförmig, durchgehend und an ihren Enden offen ist, mit denen sie an den Lochplatten oder den Grundplatten

der Wasserkästen befestigt ist.

Somit wird nach der Erfindung die Dichtigkeit nicht durch die Verbindung oder die Überlappung zwischen den ineinandergepaßten Rohrflanschen gewährleistet, sondern auf der Innenfläche des Rohres und über die gesamte Länge des Rohres hinweg. Gemäß einem weiteren Merkmal nach der Erfindung ist die Innenbeschichtung eine rohrförmige Folie aus Kunststoff, die beispielsweise an ihren Enden auf den Lochplatten oder Grundplatten angeschweißt ist, die auf den Enden des Bündels angebracht ist.

Diese Ausbildungsform nach der Erfindung ist insbesondere im Hinblick auf die Kosten zweckmäßig.

Auch gibt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeaustauschars dieser Art an, das sich dadurch auszeichnet, daß die Rippen übereinander und zwischen den Lochplatten oder Grundplatten dadurch gestapelt werden, indem die Rohrflansche dieser Rippen ineinandergepaßt werden, um ein Bündel von Rohren zu bilden, daß in jedes Rohr ein rohrförmiger Mantel aus Kunststoff eingeführt wird, der auf die Innenfläche des Rohres eng anliegend aufgebracht wird, und daß die Enden auf den Lochplatten oder Grundplatten des Wärmeaustauschers befestigt werden.

³^ Das Verfahren nach der Erfindung gewährleistet eine ausreichende Dichtigkeit aller Rohre eines Bündels des Wärmeaustauschers.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Figur 1 eine schematische Draufsicht eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung,

Figur 2 eine vergrößerte Ansicht einer Rippe nach der Erfindung,

Figur 3 eine Ansicht auf die Außenfläche einer Lochplatte oder Grundplatte des Wärmeaustauschers,

Figur 4a eine perspektivische Ansicht einer der

Traversen des Wärmeaustauschers von Figur 1,

Figur 4b und 4c Schnittansichten durch die Enden

der angebrachten Traverse,

Figur 5 eine vergrößerte Axialschnittansicht eines Rohres eines Bündels des Wärmeaustauschers nach der Erfindung, und

Figuren 6 bis 9 Figur 5 ähnliche Ansichten zur Verdeutlichung der Schritte des Verfahrens nach der Erfindung.
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Unter Bezugnahme auf Figur 1 ist in einer Draufsicht ein Wärmeaustauscher nach der Erfindung gezeigt. Dieser Wärmeaustauscher 10 weist einen Körper oder ein Bündel 11 auf, an dessen Enden Platten angebracht sind, auf denen Wasserkästen 12: und 13 unter Zwischenschaltung von Lochplatten oder Grundplatten 14 und 15 jeweils angebracht sind. Traversen.16 erstrecken sich längs den kleinen Seiten des Bündels 11 und sie sind an ihren Enden fest mit den Lochplatten 14 und 15 derart verbunden, daß man durch Montage die verschiedenen Teile des Wärmeaustauschers 10 erhält.

Jeder Wasserkasten 12, 13 weist jeweils ein Ansatzstück 17, 18 auf/ wobei das eine Ansatzstück den Fluideintrittsstutzen des Wärmeaustauschers und das andere Ansatzstück den Fluidaustrittsstutzen des Wärmeaustauschers bildet.

Die Platten oder Rippen 20, die die Bündel 11 des Wärmeaustauschers bilden, sind in den Figuren 2 und 5 näher gezeigt. Jede Platte oder Rippe 20 ist eine ebene Platte mit einer rechteckigen Gestalt, die beispielsweise aus Aluminium besteht und eine sehr geringe Dicke, beispielsweise in der Größenordnung von 0,1 bis 0,2 mm hat. In diesen Platten sind Löcher 21 ausgebildet, die beispielsweise in zwei geraden und parallelen Reihen angeordnet sind. Jedes Loch 21 wird von einem zylindrischen rohrförmigen Rohrflansch bzw. Bund 22 eingefaßt, der sich senkrecht zu einer Seite der Platte 20 erstreckt und in einem Ende 23 mit kleinerem Durchmesser endet, dessen innerer Rand 2 4 abgerundet ist oder in Form einer Kurve verläuft (Figur 5). Diese Ausbildung der Rohrflansche oder Bunde 22 ermöglicht, daß sie ineinander einpaßbar bis zu einer bestimmten Höhe sind, die durch den Abstand zwischen den beiden Platten 20 bestimmt ist, wobei die Platten aufeinanderfolgend zur Bildung des Bündels 11 aufeinandergestapelt werden.

Schlitze 25 sind in jeder Platte 20 ausgebildet, " um Durchgänge oder dergleichen zu bilden, mit denen das Wärmeaustauschvermögen zwischen dem Bündel 11 und dem durchgehenden Fluid verbessert wird.

Eine der Lochplatten oder Grundplatten 14, 15 ist in vergrößertem Maßstab in Figur 3 gezeigt. Diese Lochplatte 14 (oder 15) ist eine ebene Platte, die

etwa den Umriß eines Rechtecks hat und aus einem Kunststoff beispielsweise besteht. Auch diese Lochplatte hat zwei Reihen von Löchern 50, die ein Ende 26 mit einem großen Durchmesser haben, die auf der Außenfläche der Lochplatte oder Grundplatte 14 enden und die ein gegenüberliegendes Ende 27 haben, das auf der Innenfläche endet, d.h. auf der dem Bündel von Rohren 11 zugewandten Seite. Diese Enden 27 haben einen kleineren Durchmesser. Jedes Loch 15 der Lochplatte oder Grundplatte 14 (oder 15) weist (Figur 5) einen kreiszylindrischen Zwischenabschnitt 28 auf _r der sich in Richtung zu dem Ende 26 in Form einer nach links gekrümmten Fläche 29 erweitert und der mit dem gegenüberliegenden Ende 27 durch eine Aufweitung 30 mit kurvenförmigem Verlauf verbunden ist.

Jede Grundplatte oder jede Lochplatte 14, 15 weist auch Ausschnitte cder Ausnehmungen 31 mit rechteckiger Form auf, die in den Längsseiten in der Nähe der Enden vorgesehen sind. Diese Ausnehmungen 31 sind zur Aufnahme von Laschen 32 bestimmt, die an den Enden der Verbindungstraversen 16 (Figur 4a) ausgebildet sind.

Auf der Außenfläche jeder Grundplatte 14, 15 ist eine Nut 33 ausgebildet, die zur Aufnahme des Randes des zugeordneten Wasserkastens 12, 13 bestimmt ist. Jeder Wasserkasten kann auch aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein und er kann durch Anschweißen, wie durch Ultraschallschweißen, an der zugeordneten Grundplatte oder Lochplatte angebracht werden.

Zweckmäßigerweise sind die beiden Wasserkästen 12 und 13 identisch ausgebildet und auch die Grundplatten oder Lochplatten 14 und 15 sind identisch ausgebildet.

Jede Verbindungstraverse 16 der Grundplatten 14 und 15 auf den Enden des Bündels 11 ist mit einer ebenen Strebe 35 ausgebildet, deren Längsenden in Form eines ü gebogen sind, um Bügel 36 zu bilden, die zur Aufnahme unter Zwischenlage einer Einlage 38 aus elastomerem Material oder dergleichen der Enden der Lochplatten oder Grundplatten 14 und 15 bestimmt sind. Die vorstehend beschriebenen Laschen 32 verlaufen seitlich von den Bügeln 36. Die ebene Strebe 35 bildet beispielsweise durch gekrümmte Teile Befestigungslaschen 37 für den Wärmeaustauscher.

Zweckmäßigerweise werden die Traversen 16 auf die folgende Weise angebracht: die Laschen 32 des unteren Bügels 36 jeder Traverse 16 befinden sich in den Ausnehmungen 31 der unteren Lochplatte 15 des Wärmeaustauschers und zwar in der Form, daß die Laschen 32.unter Druck auf den Grundteilen der Ausnehmungen (Figur 4c) aufliegen, oder anders ausgedrückt in der Form, daß die untere Lochplatte 15 ausreichend fest zwischen diesen Laschen 32 eingespannt ist. Im Gegensatz hierzu (Figur 4b) sind die seitlichen Laschen 32, die vom oberen Bügel 36 jeder Traverse 16 herabhängen, nur in die Ausnehmungen der oberen Lochplatte oder Grundplatte 14 eingesetzt und ermöglichen eine Relativverschiebung dieser Lochplatte bezüglich den Traversen 16. Durch diese Anordnung lassen sich die Ausdehnungs- und Kontrak-

³^ tionsänderungen zwischen dem Bündel 11 und den Traversen 16 ausgleichen.

Bei der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform ist die Unterseite oder die Innenfläche der Lochplatte 14 auf die obere Fläche der ersten Rippe 20 gelegt, deren Rohrflansche 22 durch die unteren Ende 23 in die Löcher 21 der unmittelbar darunterliegenden Rippe 20 eingepaßt sind. Die Rohrflansche 22 der Rippe

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oder die untere Rippe sind mit ihren unteren Enden 23 in die zylindrischen Löcher 28 der unteren Grundplatte 15 eingepaßt.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 6 bis 9 sollen schematisch die verschiedenen Phasen des Verfahrens nach der Erfindung erläutert werden,

Wenn das Bündel 11 des Wärmeaustauschers dadurch zusammengestellt ist/ daß die Platten 20 übereinandergestapelt und die Rohrflansche 22 ineinander eingepaßt sind und wenn die Grundplatten oder Lochplatten 14 und 15 beidseitig des Bündels 11 ange- ordnet und an Ort und Stelle durch die Traversen 16 gehalten sind, wie dies in Figur 1 gezeigt ist, führt man in jedes Rohr 40 des so gebildeten Bündels einen rohrförmigen Mantel 41 aus Kunststoff über das obere Ende des Rohres 40 ein. Der Mantel 41 ist vorgeformt und er ist auf nahezu dichte Weise auf das untere Ende eines Rohres 42 aufgezogen, über das unter Druck stehende Heißluft einströmt. Jedes Rohr 42 ist mit einem Stück verbunden, das eine Abdeckung oder einen Stopfen 43 bildet, der um das obere Ende 26 jedes Lochs der oberen Grundplatte 14 gelegt wird und der dieses obere Ende auf dichte Weise mit Hilfe einer dicht schließenden Ringverbindung 44 verschließt

Der rohrförmige Mantel 41 besteht zweckmäßigerweise aus einem Kunststoff, wie Polyäthylen, der Zugaben eines Metalloxids, wie Magnesiumoxid oder Aluminium, oder auch Ruß enthält, um die Wärmeleitfähigkeit und/oder die Steifigkeit und den Kriechwiderstand

zu verbessern.
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Dieser rohrförmige Mantel 41 ist an seinem unteren Ende 45 geschlossen und hat eine Länge, die etwa gleich oder geringfügig größer als die Länge des

Bündels 11 ist. Der Durchmesser des Mantels 41 ist ausreichend kleiner als der Durchmesser des engsten Teils jedes Rohres 40, d.h. kleiner als der Durchmesser des unteren Endes 23 jedes Rohrflansches 22. Als nähere Angaben können beispielsweise aufgeführt werden, daß die Länge eines Mantels 41 in der Größenordnung von 30 bis 40 cm liegen kann und daß ihr Durchmesser 3 bis 4 oder 5 mm beträgt.

Beim Verfahren nach der Erfindung wird dann unter Druck stehende Heißluft in das Innere jedes Mantels 41 über die Rohre 42 geleitet. Diese Heißluft bewirkt, daß sich der Mantel 41 ausdehnt und sich so verformt, daß er in enge Anlage auf der Innenfläche jedes Rohres 40 (Figur 7) kommt und somit eine durchgehende Innenbeschichtung 46 auf der gesamten Innenfläche des Rohres 40 bildet. Die über das Rohr 42 eingeleitete Heißluft kann unter einem Druck in der Größenordnung von 2 bis 3 bar stehen und eine Temperatur von etwa 12O⁰C haben (diese Werte können in Abhängigkeit von dem verwendeten Kunststoffmaterial variieren). Die Enddicke der Folie der Innenbeschichtung 46 auf den Innenwandungen der Rohre 40 liegt beispielsweise in der Größenordnung von 0,05 mm.

An seinem unteren Ende ist jeder Mantel 41 durch ^O eine Auflage derart unterstützt, daß er sich auf die Erweiterung 2 9 jedes Lochs der unteren Grundplatte 25 anlegt. Dieses untere Ende bleibt wie in Figur 7 gezeigt geschlossen. An seinem oberen Ende bleibt der Mantel 41 anfangs in dichter Weise um das untere Ende des Rohres 42 gelegt und zu einem zweiten Zeitpunkt löst er sich vom unteren Ende des Rohres aufgrund des Eintritts der unter Druck stehen-

den Heißluft und er legt sich eng an die Erweiterung 2 9 des Lochs der oberen Grundplatte 14 an.

Die Zufuhr von unter Druck stehender Heißluft wird dann gestoppt (gesamte Einwirkzeit dieser unter Druck stehenden Heißluft liegt in der Größenordnung von einigen Sekunden) und dann werden die Rohre 42 und die ringförmigen Teile 43 von der oberen Grundplatte 14 entfernt (Figur 8). Der folgende Herstellungsschritt ist in Figur 9 gezeigt, bei dem die erweiterten Enden jeder Folie für die Innenbeschichtung 46 an den erweiterten Teilen 29 der Grundplatten 14 und 15 befestigt werden. Hierzu werden amboßförmige Heizteile 47, die konkave Oberflächen 48 mit entsprechender Form haben, auf die Enden der Innenbeschichtung 46 gelegt, um sie auf den erweiterten Teilen 2 9 der Löcher der Grundplatten 14 und 15 anzusch-vveißen und eine Dichtigkeit zu gewährleisten.

Wenn das untere ainboßförmige Teil 47 die Verschwelst sung des unteren Endes einer Innenbeschichtung vornimmt, wird gleichzeitig auch dieses untere Ende geöffnet. Es ist zweckmäßig, wenn die Lochplatten oder Grundplatten aus Kunststoff bestehen, da hierdurch das Anschweißen der Innenbeschichtung 46 auf den erweiterten Teilen 29 der Löcher dieser Grundplatten erleichtert wird.

Im Wärmeaustauscher nach der Erfindung wird jedes

Rohr des Bündels durch Einpassen von zylindrischen Rohrflanschen ineinander und durch Anbringen einer Beschichtung gebildet, die durchgehend und dicht auf der Innenfläche des Rohres angebracht ist. Diese Beschichtung ist fluidbeständig (sie ist beständig gegen Flüssigkeiten), die in den Wärmeaustauschrohren zirkuliert und sie leistet auch den Druck- und Temperaturschwankungen sowie den Dehnungen und Kontraktionen des Bündels ausreichend Widerstand.

-ναι

Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht eine Automatisierung der Herstellung von Wärmeaustauschern.

Claims

Rippenwärmeaustauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Patentansprüche

Wärmeaustauscher, wie ein Kühler eines Kühlkreislaufes einer Brennkraftmaschine, mit einem Rippenrohrbündel und Wasserkästen, die an den Enden des Bündels unter Zwischenschaltung von Lochplatten oder Grundplatten angebracht sind, in welchem das Bündel von einem Stapel von Rippen gebildet wird, der Rohrflansche aufweist, die ineinander unter Bildung der Rohre eingepaßt sind, ,dadurch gekennzeichnet, daß jedes so gebildete Rohr (40) mit einer Innenbeschichtung (46) versehen ist, die die Fluiddichtigkeit über die gesamte Länge des Rohrs gewährleistet, und daß die Innenbeschichtung (46) in Form eines durchgehenden Rohres ausge-

bildet ist, das an seinen Enden offen ist, wobei die Innenbeschichtung (46) mit ihren Enden an den Lochplatten oder den Grundplatten (14, 15) der Wasserkästen befestigt ist.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbeschichtung (46) eine rohrförmige Folie aus Kunststoff ist, die beispielsweise an ihren Enden durch Anschweißen an den Lochplatten oder den Grundplatten (14, 15) befestigt ist.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch g e kennzeichnet, daß der Kunststoff Polyäthylen ist, der beispielsweise als Zusatz Aluminium, Magnesiumoxid oder Ruß aufweist.
4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbeschichtung (46) eine Dicke in der Größenordnung von 0,05 mm hat.
5. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (50) der Lochplatten oder der Grundplatten (14, 15) an einem Zwischenteil (28) zylindrisch und an ihren Enden (26, 27) erweitert oder

vergrößert sind.
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6. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lochplatten oder Grundplatten (14, 15) identisch sind und beispielsweise aus Kunststoff bestehen.
7. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers nach einem der vorhergehenden Ansprüche/ dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (20) übereinander und zwischen den Lochplatten oder Grundplatten (14, 15) dadurch gestapelt werden, daß die Rohrflansche (22) dieser Rippen ineinandergepaßt werden, um ein Bündel (11) von Rohren (40) zu bilden, daß in jedes Rohr (40) ein rohrförmiger Mantel (41) aus Kunststoff eingeführt wird, der auf die Innenfläche des Rohres (40) eng anliegend aufgebracht wird, und daß die Enden auf den Lochplatten oder Grundplatten (14, 15) des Wärmeaustauschers befestigt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man in den Rohren ,(40) Mäntel (41) plaziert, die an ihrem unteren Ende geschlossen sind, und daß man in die Mäntel unter Druck stehende Heißluft einleitet, damit sich diese eng auf den Innenwandungen der Rohre (40) anlegen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Mantel (41) aus Kunst- stoff dicht schließend mit seinem offenen Ende auf einen Stutzen oder eine Leitung (42) aufgezogen wird, die zur Zuführung von unter Druck stehender Heißluft dient.

^u
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen oder die Leitung (42) mit einer Haube (43) verbunden ist, die einen dichten Abschluß des oberen Endes des Rohres (40) des Bündels sicherstellt, in das der Mantel (41) aus Kunststoff eingeführt ist.

-ΑΙ
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Mäntel (41) durch Schweißen auf den Wandungen (29) der Löcher der Grundplatte (14, 15) befestigt sind, die die Mündungsöffnungen der Rohre (40) in die Wasserkästen bilden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet, daß man das geschlossene Ende jedes Mantels (41) gleichzeitig mit dem entsprechenden Anschweißvorgang an der Grundplatte (15) öffnet.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Mantel (41) eine Länge hat, die etwa gleich der Länge des zugeordneten Rohres des Bündels (11) ist.