DE3605244A1 - Kuehler, beispielsweise oelkuehler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühler, beispielsweise einen Ölkühler aus stranggepreßten Profilen mit einem umfangs­ geschlossenen Außenmantel und einem dazu achsgleich liegenden umfangsgeschlossenen Innenmantel, wobei der Innenmantel zu­ mindest an seiner Außenseite und der AußenmanteI zumindest an seiner Innenseite radial verlaufende, zur Achse der Mäntel parallele Rippen aufweist und die beiden Mäntel korrespondierende Umfangskonturen besitzen.

Ein Kühler dieser Art ist aus der US-Patentschrift 43 45 644 be­ kannt. Bei diesem Kühler ist der Innenmantel und der Außenmantel als einstückiges Strangpreßprofil ausgebildet, wobei der von den beiden Mänteln begrenzte Ringraum durch radial verlaufende, die Mäntel unmittelbar verbindende Stege in einzelne Kammern unter­ teilt ist. Die stirnseitig offenen Enden sind mit ringförmigen Kappen verschlossen, welche Ein- bzw. Auslaßöffnungen für das zu kühlende Medium besitzen. Diese Kappen sind am Strangpreßprofil mit mehreren Schrauben befestigt. Ein Strangpreßwerkzeug für ein solches Profil ist kaum herstellbar. Darüberhinaus ist das Ver­ hältnis von Durchströmquerschnitt zur Umfangslänge des Durch­ strömquerschnittes ungünstig. Dieses Verhältnis bestimmt unter anderem die Kühlleistung. Ein weiterer Faktor, der die Kühlleistung ganz erheblich beeinflußt, ist die Stärke der Mediumschichte zwischen zwei benachbarten Begrenzungsflächen des Kühlers. Wie umfangreiche Versuche zeigten, steigt die Kühlleistung erheblich an, wenn diese Schichte oder Schichtdicke im Bereich der doppelten Reibungs- oder Grenzschichtdicke des zu kühlenden Mediums liegt. Unter Grenzschichte wird hier diejenige Strömungsschichte eines gasförmigen oder flüssigen Mediums entlang einer festen Wand ver­ standen, die in unmittelbarer Wandnähe liegt und innerhalb der die Geschwindigkeit der Strömung vom Betrag Null asymptotisch auf den Wert der äußeren Strömung ansteigt. Die Grenzschichtdicke ist dabei derjenige Abstand von der Wand, in dem die Strömungsge­ schwindigkeit zirka 99% der Außengeschwindigkeit erreicht hat. Für flüssige und gasförmige Medien sind diese Werte bekannt. Für Luft und Wasser liegt sie zirka bei zwei Millimeter, bei Ölen (Ge­ triebeölen) kann sie Werte bis zu sechs Millimeter erreichen. Für einen effizienten Kühler ist es daher wichtig, daß der Abstand der kühlenden Flächen relativ klein ist. Andererseits ist die Kühlerkonstruktion so zu gestalten, daß der Kühler unter Beibe­ haltung des erwähnten Kriteriums unterschiedlichen Durchflußmengen anpaßbar ist, ohne daß dadurch die optimale Durchflußgeschwindig­ keit des Mediums, die ja ebenfalls als Faktor in die Kühlleistung eingeht, verändert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kühler so auszubilden, daß er diesen Forderungen genügt, was erfindungsgemäß dadurch ge­ lingt, daß zumindest einer der Mäntel gewellt ist, wobei die Wellenberge und Wellentäler parallel zur Mantelachse verlaufen.

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch das Außenrohr und

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Innenrohr;

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Kühler, der durch ineinander­ fügen der beiden Rohre nach den Fig. 1 und 2 gebildet ist (Schnitt­ linie III-III in Fig. 6);

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch die stirnseitige Abschlußkappe; Fig. 5 eine Ansicht der Abschlußkappe nach Fig. 4 (Blickrichtung Pfeil A) und

Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen Kühler im Stirnbereich.

Fig. 1 veranschaulicht den Querschnitt des stranggepreßten Außen­ rohres 1, dessen eigentlicher Mantel 2 wellenförmig gestaltet ist, wobei an jeden Wellenberg 3 eine äußere Rippe 4 und an jedes Wellental 5 eine innere Rippe 6 anschließt. Die Wellenberge 3 und die Wellenberge 5 erstrecken sich parallel zur Längsachse des Außenrohres 1. Die Wandstärke sowohl des eigentlichen Mantels 2 wie auch jene der Rippen 4 und 6 sind sehr klein. Darüberhinaus sind pro Längeneinheit des Umfanges viele Rippen 4 bzw. 6 vor­ handen, die Rippenteilung ist also groß.

Fig. 2 veranschaulicht den Querschnitt des stranggepreßten Innen­ rohres 7, dessen eigentlicher Mantel 8 ebenfalls wellenförmig ge­ staltet ist und zwar in korrespondierender Ausgestaltung zum Mantel 2 des Außenrohres 1. An den jeweiligen Wellenbergen 9 schließen nach außen gerichtete Rippen 10 an. Die Teilung der Rippen entspricht jener des Außenmantels 1.

Zur Bildung und Fertigung des Kühlers werden die so ausgestalteten stranggepreßten Rohre 1 und 2 von gleicher Länge ineinander ge­ schoben. Die in radialer Richtung gemessene Höhe H der Rippen 6 bzw. 10 ist etwa gleich der halben Differenz des mittleren Innen­ durchmessers D des Außenmantels 2 und des mittleren Außendurch­ messers d des inneren Mantels 8, so daß sowohl die Rippen 6 wie auch die Rippen 10 den von den beiden ineinander geschobenen Profilen begrenzten Ringraum radial überbrücken (Fig. 3). Die äußere Begrenzungskanten der Rippen 6 bzw. 10, die den erwähnten Ringraum radial überbrücken, liegen dabei jeweils in einer durch die Wellung der Mäntel 2 bzw. 8 gebildeten rinnenartigen Ver­ tiefung (Wellental), so daß auf Grund der gleichmäßigen Teilung der erwähnte Ringraum in eine Vielzahl gleich großer Kammern unter­ teilt ist, wobei die vom Innenmantel 8 nach außen ragenden Rippen 10 den von jeweils zwei benachbarten, nach innen ragenden Rippen 6 des Außenmantels 2 begrenzten Teilraum 11 halbieren.

Die Breite dieser Teilräume 11 ist sehr klein, ist doch zu be­ achten, daß die Fig. 1 und auch die anderen Figuren der Zeichnungen die Bauteile in einem vergrößerten Maßstab veranschaulichen. Tat­ sächlich sind diese Teile nur halb so groß wie dargestellt.

Die halbierten Teilräume 11 bilden die Durchflußquerschnitte und die sie begrenzenden Wände, hier die Rippen 6 und 10 liegen sehr nahe beieinander, nämlich um den Abstand a voneinander getrennt, gemessen in Umfangsrichtung. Dieser Abstand a entspricht der doppelten Grenzschichtdicke des zu kühlenden Mediums.

Soll der aus Fig. 3 ersichtliche Durchflußquerschnitt unter Bei­ behaltung des Abstandes a und unter Beibehaltung der äußeren Ab­ messungen des Kühlers vergrößert werden, so wird ein Innenrohr 7 verwendet mit kleinerem Innendurchmesser, bei gleichzeitiger Ver­ größerung der Höhen H der Rippen 6 und 10. Diese Dimensionsände­ rungen sind natürlich nur in bestimmten Grenzen möglich, denn einerseits kann der Durchmesser d des inneren Rohres 7 nicht beliebig verkleinert werden, andererseits können die Höhen H der Rippen 6 des Außenrohres nicht beliebig erhöht werden.

Die zur Bildung des Kühlers ineinander geschobenen Rohre 1 und 7 sind stirnseitig abzuschließen. Zu diesem Zweck dient die Ab­ schlußkappe 15, die in Fig. 4 im Längsschnitt dargestellt ist. Diese Kappe 15 weist in Achsrichtung gesehen zwei Abschnitte 16 und 17 mit unterschiedlichem Durchmesser auf, sowie eine zentrale Durchgangsöffnung 18. lm Abschnitt 17 mit dem kleineren Außen­ durchmesser ist ein axial langgestreckter Ringraum 19, der in einen im Abschnitt 16 vorgesehenen, nach außen offenen zweiten Ringraum 20 übergeht. Ist der Ringraum 19 von zylinderischen Wan­ dungen 21 und 22 begrenzt, so sind die Wandungen 23 und 24 des zweiten Ringraumes 20 profiliert und zwar korrespondierend zur Außenprofilierung des Außenrohres 1 und zur Innenprofilierung des Innenrohres 7. Das zeigt die Ansicht der Abschlußkappe 15 nach Fig. 5. Die ineinander übergehenden Ringräume 19 und 20 haben unter­ schiedliche radiale Erstreckungen und liegen so relativ zueinander, daß im Übergangsbereich zwischen diesen beiden Ringräumen 19 und 20 je eine Schulter 25 gebildet wird. Seitlich an der Abschlußkappe und zwar im Abschnitt 17 ist ein Anschlußstutzen 26 angeformt.

Diese Abschlußkappe 15 wird nun endseitig auf die ineinander ge­ steckten Rohre 1 und 7 aufgeschoben, wobei die stirnseitigen Rand­ bereiche dieser beiden Rohre 1 und 7 vom Ringraum 20 übergriffen werden (Fig. 6). Die Stirnkanten dieser beiden Rohre 1 und 7 liegen dabei an der erwähnten Schulter 25 an. Im gegenseitig überdeckten Bereich sind die miteinander verbundenen Teile verklebt. Auf Grund der hier gezeigten Profilierung sind diese Klebeflächen sehr groß. Die Abschlußkappe ist zweckmäßigerweise aus einem Kunststoff­ material gefertigt, der wenigstens in engem Bereich eine gewisse elastische Dehnbarkeit aufweist. Wenn im betriebsmäßigen Einsatz auf den Kühler Druckstöße einwirken, dann kann auf Grund der er­ wähnten Elastizität des Materials, aus dem die Abschlußkappe 15 gefertigt ist, der Ringraum 20 wenigstens in einem gewissen Umfang die Funktion eines Expansionsraumes ausüben und so die Klebeflächen entlasten. Mit solchen Druckstößen ist zu rechnen, wenn beispiels­ weise der Kühler im Ölkreislauf eines automatischen Schaltge­ triebes eines Kraftfahrzeuges liegt.

An Stelle einer Klebeverbindung zwischen den Rohren 1 und 7 und der Kappe 15 können auch mechanische Verbindungsglieder verwendet werden, beispielsweise mehrere entlang des Umfanges verteilte und zur Achse des Kühlers parallel angeordnete Zugstangen, die in Fig. 6 durch eine strichpunktierte Linie 27 angedeutet sind. An der äußeren Schulter 28 der Abschlußkappe 15 ist dann ein ring­ förmiges Lagerglied 29 vorgesehen, in Fig. 6 ebenfalls nur ange­ deutet, mit welchem die Enden der Zugstangen 27 verspannt werden, beispielsweise durch Schrauben.

An Stelle eines mit der Abschlußkappe 15 einstückig gefertigten Anschlußstutzen 26 kann im Abschnitt 17 auch nur eine Bohrung vor­ gesehen werden, in welche dann ein Anschlußnippel eingesetzt wird.

Zweckmäßigerweise ist die Umfangsfläche des Abschnittes 16 der Abschlußkappe 15 ebenfalls profiliert, und zwar in der Weise, daß durch diese Profilierung zackenartige Stege 30 (Fig. 5) entstehen. Ein Kühler dieser Art kann beispielsweise in ein Rohr eingebaut werden, wobei dann diese Stege 30 zwei Aufgaben erfüllen, nämlich einerseits den Kühler lagerichtig in diesem Rohr zu halten und ferner Durchlaßöffnungen begrenzen in Verbindung mit der Innen­ seite des den Kühler aufnehmenden Rohres, durch welche das kühlende Medium streichen kann. Ein solches Rohr ist in der Fig. 5 durch die strichpunktierte Linie 32 angedeutet.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die umfangsgeschlossenen Außen- und Innenrohre 1 und 7 zylinderisch ausgebildet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, auch andere Umfangskonturen, beispiels­ weise elliptische oder vieleckige zu wählen. In korrespondierender Weise ist dann die Abschlußkappe 15 auszubilden.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist ferner die Außenkontur des Außenrohres 1 (Fig. 1) radial symmetrisch ausgebildet. Eine solche Ausgestaltung ist dann zweckmäßig, wenn der Kühler beispielsweise in eine Rohrleitung eingebaut wird. Dies ist der Fall bei Ölkühlern für Kraftfahrzeuge, bei welchen dieser Ölkühler in den Wasser­ kühler integriert wird. Es ist aber auch denkbar und es liegt im Rahmen der Erfindung, außenseitig am Außenrohr 1 beispiels­ weise eine Leiste vorzusehen, die zusammen mit dem Rohr 1 strang­ gepreßt wird und mit diesem einstückig ausgebildet ist und die in Fig. 1 mit einer strichpunktierten Linie 14 angedeutet ist. Eine solche Leiste kann der Befestigung des Kühlers dienen. lst eine solche Leiste vorgesehen, die hier durch die strichpunktierte Linie 14 angedeutet ist, so ist natürlich auch die äußere umfangs­ seitige Begrenzungswand 23 des zweiten Ringraumes 20 der Ab­ schlußkappe 15 entsprechend zu gestalten.

Ohne die Erfindung einzuschränken seien beispielsweise einige zweckmäßige Abmessungen für einen solchen Kühler angeführt, der als Ölkühler im Kraftfahrzeugbau verwendet wird:

So beträgt der Außendurchmesser des Außenrohres 1 ca. 40 mm, der Außendurchmesser des Innenrohres 7 ca. 30 mm. Die mittlere Stärke s der Rippen 4, 6 und 10 ca. 0,6 mm und die Wandstärke des eigent­ lichen Mantels 2 bzw. 8 ca. 0,8 mm. Daß ferner das Verhältnis zwischen Durchströmquerschnitt einerseits und Umfangslänge des durchströmten Querschnittes andererseits außerordentlich günstig ist, macht die Fig. 5 unmittelbar anschaulich. Der mittlere Durch­ messer des Mantels 2 beträgt ferner ca. 32 mm und der mittlere Durchmesser des inneren Mantels 8 ca. 22 mm.

Beim Ineinanderfügen der Rohre greifen die Wellungen zahnartig in­ einander und durch dieses zahnartige Ineinandergreifen sind die Rohre einwandfrei zueinander positioniert, so daß die nach außen ragenden Rippen des inneren Mantels positionsgerecht im Teilraum der nach innen ragenden Rippen des Außenmantels liegen und diesen halbieren, so daß über den gesamten Umfang des Kühlers gleiche geometrische Verhältnisse vorhanden sind. Die Breite a der Teil­ räume 11 werden den jeweils zu kühlenden Medien optimal angepaßt. So ist es auf Grund der vorgeschlagenen Konstruktion möglich, die den Kühler bildenden Elemente so zu gestalten, daß die mittlere Breite a des Teilraumes 11 nur wenige Millimeter beträgt.

Dieser Betrag entspricht dann der doppelten Grenzschichtstärke des zu kühlenden Mediums, so daß eine optimale Kühlleistung er­ wartet werden kann.

Ergänzend sei auch vermerkt, daß die Rippen 4, 6 und 10 von ebenen Flächen und Flächenabschnitten begrenzt sein können, daß es aber auch möglich ist, die Oberfläche dieser Rippen etwas zu wellen. Auch sei noch abschließend erwähnt, daß mehrere Ölkühler der hier beschriebenen Bauweise zu Gruppen und Kombinationen zusammengefaßt werden können.

Claims (12)

1. Kühler, beispielsweise Ölkühler aus stranggepreßten Profilen mit einem umfangsgeschlossenen Außenmantel und einem dazu achsgleich liegenden umfangsgeschlossenen Innenmantel, wo­ bei der Innenmantel zumindest an seiner Außenseite und der Außenmantel zumindest an seiner Innenseite radial verlaufende, zur Achse der Mäntel parallele Rippen aufweist und die beiden Mäntel korrespondierende Umfangskonturen besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die in radialer Richtung gemessene Höhe (H) der Rippen (6, 10) etwa gleich ist der halben Differenz des Innendurchmessers (D), des Außenmantels (2) und des Außen­ durchmessers (d) des Innenmantels (8) und die vom Innenmantel (8) nach außen ragenden Rippen (10) den von jeweils zwei be­ nachbarten, nach innen ragenden Rippen (6) des Außenmantels (2) begrenzten Teilräume (11) halbieren, wobei die Anzahl der Teilräume (11) gleich ist der Anzahl der nach außen ragenden Rippen (10) des Innenmantels (2).

2. Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Mäntel (2, 8) gewellt ist, wobei die Wellenberge (3) und Wellentäler (5) parallel zur Mantelachse verlaufen.

3. Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Außen­ mantel (2) und Innenmantel (8) korrespondierend zueinander gewellt sind.

4. Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Stärke der Rippen (6, 10) kleiner ist als die Wand­ stärke der Mäntel (2, 8).

5. Kühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der von den beiden Mänteln (2, 8) begrenzte Ringraum von den Rippen (6) bzw. (10) radial durchsetzt ist und die freien Enden oder Kanten der Rippen (6, 10) jeweils in durch die Wellung gebildeten Vertiefungen desjenigen Mantels ragen, gegen den sie sich erstrecken.

6. Kühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum stirnseitigen Abschluß der achsgleich liegenden Rohre (1, 7) in an sich bekannter Weise eine zentrale Öffnung (18) aufweisende Abschlußkappe (15) vorgesehen ist mit einem die Teilräume (11) verbindenden Ringraum (19), an welchem sich ein weiterer, einseitig offener Ringraum (20) anschließt, dessen umfangsseitige äußere Begrenzungswand (23) korrespondierend zur Außenkontur des Außenrohres (1) und dessen umfangsseitig innere Begrenzungswand (24) korrespondierend zur Innenkontur des Innenrohres (7) ausgebildet ist und dieser Ringraum (20) die beiden Rohre (1, 7) randseitig übergreift und mit diesen verbunden vorzugsweise verklebt ist.

7. Kühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung des die Teilräume (11) verbindenden inneren Ring­ raumes (19) größer ist als seine radiale Erstreckung.

8. Kühler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem inneren Ringraum (19) ein Anschlußnippel verbunden ist oder der Ringraum (19) einen seitlich angeformten Anschluß­ stutzen (26) aufweist.

9. Kühler nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abschlußkappe (15) aus Kunststoffmaterial gefertigt ist, oder aus Metall, insbesondere Aluminium.

10. Kühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Be­ reich (16) der Abschlußkappe (15), der den nach außen offenen Ringraum (20) aufweist, einen größeren Außendurchmesser be­ sitzt als der Bereich (17) mit dem inneren Ringraum (19).

11. Kühler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab­ schlußkappe (15) an ihrem Umfang, vorzugsweise in dem den größeren Durchmesser aufweisenden Abschnitt (16) radial nach außen gerichtete Stege (30) aufweist.

12. Kühler nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Ringräume (19 und 20) der Abschluß­ kappe (15) über eine äußere und eine innere Schulter (25) ineinander übergehen und diese Schultern (25) bei funktions­ gerechtem Einbau der Abschlußkappe (15) einen Anschlag für die Stirnkanten der Rohre (1 und 7) bilden (Fig. 6).