DE4012045A1 - Waermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit mehreren Rohren, die mit mindestens einem Ende in zugeordneten Öffnungen eines Rohrbodens gehalten sind, wobei im Bereich des Rohrbodens Hülsen in die Rohrenden eingeschoben und kraftschlüssig gegen die Rohre und die Öffnungen im Rohrboden gepreßt sind.

Wärmetauscher dieser Art sind bekannt (DE 35 45 554 A1 - P 7454). Bei diesen bekannten Bauarten ist eine Rohr-Boden- Verbindung vorgesehen, bei der die in die Rohrenden eingescho­ benen Hülsen nach ihrem Aufweiten das Rohr fest gegen die Öff­ nung im Rohrboden drückt, so daß eine flüssigkeitsdichte Ver­ bindung entsteht. Da die Hülse sich weitgehend im Inneren des Rohres befindet, stehen keine Teile der Hülse über die Rohr- Boden-Verbindung hinaus. Rohr-Boden-Verbindungen dieser Art setzen aber das Einsetzen der einzelnen Hülsen in die Rohrenden vor dem Aufweiten voraus. Dies ist verhältnismäßig aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß das Einsetzen der Hülsen wesentlich vereinfacht wird, so daß auch die Her­ stellung des Wärmetauschers einfacher wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der ein­ gangs genannten Art vorgesehen, daß mindestens ein Teil der Hülsen an einem gemeinsamen Hülsenboden und jeweils an die Lage der Öffnungen und der Rohre im Rohrboden angepaßt angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung entsteht ein Montageteil, mit dem in einem Arbeitsgang eine Vielzahl von Hülsen an die zuge­ ordneten Stellen gebracht und in einfacher Weise in die Rohr­ enden eingesetzt werden können. Die Herstellung von Wärme­ tauschern mit eingesetzten Hülsen, die eine besonders gute Dichtheit der Rohr-Boden-Verbindung gewährleisten, wird dadurch wesentlich vereinfacht. Dabei können die Hülsen entweder durch Aufweiten gegen die Rohre und die Öffnungen im Rohrboden ge­ preßt werden oder durch ein axiales Einpressen mit Übermaß (Hülsendurchmesser ist etwas größer als Rohrdurchmesser).

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Dabei bringen die Merkmale des Anspruches 2 den Vorteil mit sich, daß sich ein Streifen in besonders einfacher Weise, bei­ spielsweise durch Tiefziehen in der gewünschten Weise her­ stellen und dann auch besonders einfach bei der Montage hand­ haben läßt. Nach Anspruch 3 können die Hülsen - wie an sich bekannt - mit einem an einem Ende umlaufenden nach außen ge­ richten Flansch versehen sein, der das Hereindrücken der Hülsen in die Rohrenden erleichtert und die Lage der Hülsen sichert. In Weiterbildung der Erfindung werden diese Flansche in einer gemeinsamen Ebene durch den Hülsenboden untereinander zu dem Streifen verbunden. Dadurch kann, insbesondere bei stärkerer Ausrundung am Hülseneinlauf, der Einlaufwiderstand reduziert werden. Die Merkmale der Ansprüche 4 und 5 bringen dabei den wesentlichen Vorteil mit sich, daß trotz der Anordnung in einem gemeinsamen streifenartigen Hülsenboden, alle Hülsen weitgehend individuell gehalten sind, so daß sie sich bei der Montage im Rahmen vorhandener Toleranzen jeweils an die zugeordneten Rohr­ enden anpassen können. Zum anderen bietet diese Ausgestaltung auch den Vorteil, daß beim Aufweitvorgang Material aus dem Flanschbereich der Hülse zum Aufweiten der Hülse nachfließen kann, was nicht oder nicht ohne weiteres möglich wäre, wenn der Flansch ringsrum mit dem Hülsenboden verbunden wäre. Der Hülsenboden würde sich sonst verwerfen. Schließlich ergibt sich der Vorteil, daß der Hülsenboden als Strömungsleitfläche wirkt und damit einen geringeren Strömungsdurchflußwiderstand des Wärmetauschers bewirkt.

Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 5 werden alle Hülsen elastisch am Hülsenboden gehalten. Sie können individuell an­ gepaßt und verformt werden, ohne daß dies wegen der Nachgiebig­ keit der mit den Flanschen verbundenen Bügel zu nachteiligen Einflüssen auf den streifenförmigen Hülsenboden führt.

Bei kreisförmigen Hülsen, was der Regelfall sein wird, sind die Merkmale des Anspruches 6 vorteilhaft. Es ist natürlich auch möglich, die Hülsen oval oder auch der Form von Flachrohren an­ gepaßt auszubilden, wenn dies erforderlich sein sollte.

Die Hülsen lassen sich mit dem zugeordneten streifenförmigen Hülsenboden in einfacher Weise, wie vorher angedeutet, tief­ ziehen. Die Stege zur Halterung der Flansche können ausgestanzt oder angeschnitten werden. Eine einfache und wirtschaftliche Herstellung wird so gewährleistet. Dabei können die Hülsen und Hülsenboden aus einem Metallblech, aber auch aus Kunststoff hergestellt sein.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf den Rohrboden eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung - in Richtung des Pfeiles I der Fig. 2 gesehen -, wobei nur ein Teil des Rohrbodens gezeigt ist,

Fig. 2 den Schnitt durch den Rohrboden der Fig. 1 längs der Linie II-II in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3a eine nochmals vergrößerte Teildarstellung des Bereichs III in Fig. 2,

Fig. 3b die Darstellung gemäß Fig. 3a, jedoch vor dem Aufweitvorgang zum Verpressen der Rohre im Rohr­ boden,

Fig. 4a eine Darstellung ähnlich Fig. 3a, jedoch für eine andere Art des Herstellvorganges,

Fig. 4b die Darstellung ähnlich Fig. 3b für die Ausführung nach Fig. 4a,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Konfektionier­ möglichkeit eines gemäß der Erfindung hergestellten streifenförmigen Hülsenbodens mit mehreren Hülsen, der zur Anpassung an entsprechende Rohrböden - wie in den Fig. 12 und 13 gezeigt - in einzelne Teile zerschnitten werden muß,

Fig. 6 eine andere Möglichkeit des Zerteilens eines gemäß der Erfindung ausgebildeten streifenförmigen Hülsen­ bodens, wobei mit Schrägschnitten gemäß Fig. 5 ge­ arbeitet wird,

Fig. 7 bis 10 Trennmöglichkeiten für den streifenförmigen Hülsen­ boden, die mit abgestuften Trennschnitten arbeiten,

Fig. 11 eine Möglichkeit, mit zick-zack-förmigen Trenn­ schnitten zu arbeiten,

Fig. 12a und 12b die schematischen Darstellungen von Rohrböden mit jeweils unterschiedlichen Hülsenbodenteilen,

Fig. 13 eine Darstellung ähnlich Fig. 12a oder 12b, jedoch bei einer anderen Aufteilung und Anordnung von zwei Hülsenbodenstreifen,

Fig. 14 eine vergrößerte Detaildarstellung des Bereiches XIV eines der streifenförmigen Hülsenbodenstücke der Fig. 13 und

Fig. 15 den Schnitt durch Fig. 14 längs der Linie XV-XV.

In den Fig. 1 und 2 ist schematisch ein Wärmetauscher (1) ge­ zeigt, der in an sich bekannter Weise einen Rippenrohrblock besitzt, der aus mehreren parallel nebeneinander angeordneten Rohren (2) und aus zwischen diesen Rohren und senkrecht zu den Rohrachsen verlaufenden lamellenartig angeordneten Rippen (3) besteht. Die in der Fig. 2 gezeigten Rohrenden sind dicht in einen Rohrboden (4) eingepreßt, der, wie Fig. 1 zeigt, jeweils mit einer Vielzahl von Öffnungen (5) (s. Fig. 3b) versehen ist, in die die Rohre (2) mit ihren Enden hereingeschoben und, wie noch anhand der Fig. 3a, 3b bzw. 4a, 4b erläutert werden wird, durch radiales Aufweiten befestigt werden. Der Rohrboden (4) wird dann in bekannter Weise mit einem Wasserkasten (6) ver­ sehen, durch den eines der Wärmetauschmittel, vorzugsweise eine Flüssigkeit dem Rippenrohrblock zugeführt werden kann, der seinerseits senkrecht zu den Rohrachsen und quer durch die Zwischenräume zwischen den Rippen (3) mit einem zweiten Wärme­ tauschmedium, vorzugsweise Luft, durchströmt werden kann. Wärmetauscher dieser Art finden beispielsweise Verwendung als Heizkörper oder Kühler von Kraftfahrzeugen.

Wie aus den Fig. 1, 2 und 3a aber auch hervorgeht, sind in die offenen Enden der Rohre (2) Hülsen (7) eingesetzt und alle die in die Rohrenden der Rohre (2) eingesetzten Hülsen sind Teil eines in der Form eines Streifens ausgebildeten Hülsenbodens (8), mit dem alle Hülsen (7) gemeinsam gehandhabt und den Rohr­ enden zugeführt werden können. Zu diesem Zweck sind die Hülsen (7) an dem Hülsenboden (8) so angebracht, daß ihre Relativlage zueinander auf die Anordnung der Rohre (2) bzw. der Öffnungen (5) im Rohrboden (4) abgestimmt ist. Die Hülsen (7) lassen sich daher gemeinsam, oder wie später noch erläutert werden wird, zumindest zum Teil gemeinsam, dem Rohrboden (4) und den Rohren (2) zuordnen.

Die Fig. 3a und die Fig. 3b zeigen, daß dies zunächst in der Weise (Fig. 3b) geschieht, daß die Rohre (2) jeweils von einer Seite her in den zugeordneten und die Öffnung (5) bildenden, als Durchzüge ausgebildete Kragen (9) des Rohrbodens (4) ein­ geschoben werden, wobei die Rohre (2) auch mit den lose aufge­ schobenen Rippen (3) in bekannter Weise versehen sind. Ist dies geschehen, so wird der Hülsenboden (8) dem Rohrboden (4) zuge­ führt, und zwar so, daß die Hülsen (7) in die offenen Enden der Rohre (2) mit entsprechendem Spiel eingeschoben werden. Anhand der Fig. 14 wird noch erläutert werden, daß alle Hülsen (7) hierzu mit einer Möglichkeit zum Ausgleich von Toleranzen versehen sind. Ist dieser Montagezustand gemäß Fig. 3b er­ reicht, dann wird mit zwei Aufweitwerkzeugen zunächst das Rohr (2) so aufgeweitet, daß die Rippen (3) fest in ihm sitzen. Anschließend wird mit einem zweiten Werkzeug die Hülse (7) so aufgeweitet, daß sie mit dem Rohr (2) nach außen gegen den Kragen (9) des Rohrbodens gepreßt wird. Das Rohr sitzt auf diese Weise dicht im Rohrboden.

Die Fig. 4a und 4b zeigen eine Abwandlung des Herstellvorganges insoweit, als hier zwar der Einsetzvorgang gemäß Fig. 4b analog vorgenommen wird, wie dies anhand der Fig. 3b erläutert ist. Unterschiedlich ist bei der Herstellung lediglich, daß der Rohrbodenbereich mit der Hülse (7) ein und demselben Werkzeug, beispielsweise mit einer Aufweitkugel im selben Umfang aufge­ weitet wird, wie das Rohr (2) im Bereich der Rippen (3). Der aufgeweitete Innendurchmesser (d_i) der Hülse (7) entspricht daher dem aufgeweiteten Rohrdurchmesser (d_R).

Es wird aus dieser Beschreibung deutlich, daß durch die Ver­ wendung des streifenförmigen Hülsenbodens (8), an dem viele Hülsen entsprechend angeordnet sind, der Herstellungsvorgang eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung vereinfacht werden kann. Es wird nämlich nicht notwendig, die Vielzahl von Hülsen entweder von Hand oder durch ebenfalls aufwendige Montagevor­ richtungen den entsprechenden Rohrenden zuzuordnen. Vorteilhaft ist auch, daß die Hülsen (7) durch den Hülsenboden einen An­ schlagbereich erhalten, der das zu weite Einschieben der Hülsen oder ein ungenügendes Einschieben verhindert. Alle Hülsen können in sehr einfacher Weise mit ihren, dem Hülsenboden (8) entsprechenden Flansch fluchtend eingeschoben werden. Der Flansch der Hülsen (7) dient dabei auch als Anschlag für die von der anderen Seite eingeschobenen Enden der Rohre (2).

Die Hülsen (7) lassen sich in sehr einfacher Weise beispiels­ weise im Tiefziehverfahren aus einem von einem Coil abge­ wickelten Blechstreifen herstellen. Möglich ist es auch, den Hülsenboden mit den Hülsen aus Kunststoff durch Spritzgießen herzustellen. Dieser Streifen muß anschließend in Hülsenboden­ stücke (8′) gemäß Fig. 5 unterteilt werden, wobei beim Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 5 die Trennschnitte (10) jeweils schräg zur Längsrichtung des Streifens (8) erfolgen, und zwar unter einem Winkel, der dem Winkel angepaßt ist, der sich durch die Anordnung der Hülsen (7) im Streifen (8) ergibt. Strichpunk­ tiert ist die Verbindungslinie (11) zwischen den Achsen von zwei benachbarten Hülsen (7) angedeutet. Unter dem gleichen Winkel zu den Längskanten des Streifens (8) erfolgt der Trenn­ schnitt (10). Die Fig. 6 zeigt eine Abwandlung der Anordnung der Trennschnitte (10) insofern, als hier die Trennschnitte (10, 10′) jeweils unter wechselndem Winkel erfolgen, so daß nicht, wie in der Fig. 5 jeweils parallelepipedförmige Strei­ fenstücke (8′) entstehen, sondern Streifenstücke (8′′) mit untereinander identischer Trapezform.

Wie anschließend anhand der Fig. 12b erläutert werden wird, reicht das Abtrennen von Hülsenbodenstücken (8′) oder (8′′) durch Schrägschnitte oft nicht aus, um die Einpassung des Hülsenbodens oder der Hülsenbodenstücke in den später vom Wasserkasten (6) beschränkten Raum zu ermöglichen. Die Fig. 7, 8 und 10 sehen daher stufenartig abgesetzte Trennschnitte (12) vor, die aber gemäß Fig. 8 wechselseitig mit symmetrischen Trennschnitten (12′) wechseln können, so daß unterschiedliche Formen von Hülsenbodenstreifenstücken (80 bzw. 80′) entstehen. Fig. 9 bringt eine Abwandlung insofern, als hier Trennschnitte (12′) ebenfalls in Stufenform vorgesehen werden, die hier aber durch die Anordnung einer Ausnehmung (13) bestimmt sind, mit der beim Trennschnitt eine Hülse aus dem streifenförmigen Hülsenboden (8) herausgeschnitten wird. Auch solche Streifen­ formen (80′′) können je nach Bedarf zur Herstellung der Wärme­ tauscher verwendet werden. Die Fig. 10 und 11 zeigen unter­ schiedliche Trennschnitte (14 bzw. 15), die ebenfalls eine unterschiedliche Streifenform (81 bzw. 81′) bei im übrigen gleicher Ausbildung des Hülsenboden-Streifens (8) ermöglichen. Möglich wäre es auch, die Trennschnitte anstelle abgestufter Form auch in gerundeter Form auszuführen.

Die Fig. 12a und 12b sollen dazu dienen, den Sinn und Zweck dieser verschiedenen Trennschnittanordnung deutlich zu machen. Fig. 12a und 12b zeigen strichpunktiert die Kontur des Wasser­ kastens (6), dessen innere Wandung (6a bzw. 6a′) die äußersten Rohrpaare so eng als möglich umgeben soll. Der auf der linken Seite (Fig. 12a) über dem Rohrboden (4) angeordnete Hülsen­ bodenstreifenteil (80′) - der gemäß Fig. 7 oder auch gemäß Fig. 8 hergestellt sein kann -, paßt sich dem linken Rand (6a) des Wasserkastens gut an und verläuft, was nicht näher dargestellt ist, bis zum rechten Rand des Wasserkastens (6) durch. Seine Länge entspricht daher der Länge des Rohrbodens und des Wasser­ kastens. In der Fig. 12b dagegen ist der Hülsenbodenstreifen (8′) so abgetrennt, daß in der Mitte des Wasserkastens ein rohrfreier Trennraum verbleiben kann, der z. B., was später noch erläutert werden wird, zum Anordnen einer Trennwand zwischen zwei Rohrbündeln ausgenutzt werden kann. Der auf der rechten Hälfte (Fig. 12b) eingesetzte, z. B. gemäß Fig. 5 hergestellte Hülsenbodenstreifenteil (8′) reicht aber beim Beispiel mit seiner rechten unteren Kante (16) in den Bereich der Wand (6a′) des Wasserkastens (6) herein. Für den gezeigten Wasserkasten (6) eignet sich daher der gezeigte Streifenteil (8′) nicht.

Die Fig. 13 zeigt eine Lösung, bei der Hülsenbodenstreifenteile (80′′) in der Herstellungsart nach den Fig. 9 verwendet werden. Hier fehlen Rohre in der Mitte, weil zum Beispiel zur Herstel­ lung von Wärmetauschern mit getrennter Regelung für Fahrer- und Beifahrerseite in diesem Bereich eine Trennwand (25) im Wasser­ kasten (6) verläuft, die gestrichelt angedeutet ist. Man erkennt, daß die Trennschnitte (12′) hier so verlaufen, daß sich die Hülsenbodenstreifenteile (80′′) dem Innenraum des Wasserkastens anpassen und daß die dadurch gebildeten Ausneh­ mungen (13) zur Bildung des Zwischenraumes zur Anordnung der Trennwand (25) ausgenützt werden.

Die Fig. 14 zeigt, daß jede Hülse (7) mit dem an ihrem einen Ende etwa rechtwinklig zur Hülsenachse (18) verlaufenden Flansch (17) nicht unmittelbar in das streifenförmige Material des Hülsenbodenstreifens (8) übergeht. Jeder Flansch (17) einer Hülse (7) ist vielmehr nur an drei, auf dem Umfang in gleichen Abständen angeordneten Stegen (19) mit dem Streifenteil (8) verbunden, im übrigen aber durch etwa mondsichelförmige Ein­ schnitte (20) davon getrennt. Diese Einschnitte (20) ihrerseits grenzen beim Ausführungsbeispiel an Bügel (21) an, die als schmale nachgiebige Verbindungsbrücken nur jeweils an ihren Enden mit der Ebene des Hülsenbodenstreifens (8) in Verbindung stehen, im übrigen aber von diesen durch ganze schmale mond­ sichelartige Einschnitte (22) getrennt sind. Jeweils zwei der Bügel (21) münden daher an einer gemeinsamen Verbindungsstelle (23) in die Ebene des streifenartigen Hülsenbodens (8).

Anstelle der erläuterten Ausführungsart wäre es auch in ein­ facherer Weise möglich, keine Einschnitte (20) in mondsichel­ artiger Form auszustanzen, sondern lediglich kreisbogenformige Einschnitte längs den in Fig. 14 an der rechten unteren Hülse (7) angedeuteten Trennlinien (30 und 30′) vorzunehmen, so daß auch dann der gleiche Effekt erreicht wird. Die Hülsen sind beim Hülsenziehen während der Herstellung des Hülsenbodens, beim Einsetzen und beim Verformen frei beweglich. Fig. 14 stellt, dann den Einbauzustand des Hülsenstreifens (8) im aufgeweiteten und verformten Zustand der Hülsen (7) und Hülsenflansche (17) dar, in dem sich durch die Verformung die mondsichelförmigen Ausnehmungen (22) und die dann - gestrichelt angedeutet - eben­ falls mondsichelförmigen Ausnehmungen (20′) angrenzend an die Trennschnitte (30, 30′) gebildet haben.

Wie aus den Fig. 14 und 15 deutlich wird, ist durch diese Aus­ gestaltung jede einzelne Hülse weitgehend frei beweglich an dem gemeinsamen Streifen (8) gehalten. Sie kann sich daher beim Einsetzen in die Rohrenden an Toleranzabweichungen leicht an­ passen. Auch bei der Verformung durch den Aufweitvorgang, wie er anhand der Fig. 3a, 3b, 4a, 4b beschrieben ist, besteht durch die individuelle Aufhängung der Hülsen (7) der Vorteil, daß Material aus dem Bereich des Flansches (17) nachfließen kann ohne daß der Bereich des außen angrenzenden Hülsenbodens (8) dadurch beeinträchtigt wird. Ein Verwerfen oder Verformen der Verbindungsteile des Hülsenbodens (8) zwischen den einzelnen Hülsen ist damit ausgeschlossen. Eine einwandfreie Herstellung, mit der auch die notwendige Dichtheit der Rohr-Boden-Verbindung erreicht wird, wird dadurch gewähr­ leistet.

Claims (10)

1. Wärmetauscher mit mehreren Rohren (2), die mit min­ destens einem Ende in zugeordneten Öffnungen (5), insbesondere Durchzügen (9) eines Rohrbodens (4) gehalten sind, wobei im Bereich des Rohrbodens Hülsen (7) in die Rohrenden eingeschoben und kraftschlüssig gegen die Rohre und die Öffnungen im Rohr­ boden gepreßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Hülsen (7) an einem gemeinsamen Hülsenboden (8) und jeweils an die Lage der Öffnungen (5) und der Rohre (2) im Rohrboden (4) angepaßt angeordnet ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenboden ein durch einen Trennschnitt (10, 12, 14, 15) abgetrennter Teil (8′, 80, 81) eines mit den Hülsen (7) versehenen Streifens ist.

3. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (7) mit in der Ebene des Streifens (8) liegenden Flanschen (17) am Streifen befestigt sind.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flansch (17) einer Hülse (7) durch schmale Stege (19) mit dem Hülsenbodenstreifen (8) verbunden ist, wobei jeder Steg (19) durch Einschnitte (20) vom Hülsenbodenstreifen (8) und vom benachbarten Steg getrennt ist.

5. Warmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß drei gleichmäßig auf den Umfang jedes Flansches (17) ver­ teilte Stege vorgesehen sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (19) jeweils mit Bügeln (21) in Verbindung stehen, die brückenartig mit ihren beiden Enden mit dem Hülsen­ bodenstreifen in Verbindung stehen, von dem Material des Hülsenbodenstreifens (8) aber durch einen mondsichelähnlichen Einschnitt (22) getrennt sind.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6 für Hülsen (7) mit einem zylindrischen Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ schnitte (20 und 22) sowie die brückenartigen Bügel (21) min­ destens eine kreisbogenförmig verlaufende Kante aufweisen, die sich etwa über 120° erstreckt.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (7) aus dem Material des Hülsen­ bodenstreifens (8) tiefgezogen sind.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (20, 22) aus dem Material des Hülsenbodenstreifens (8) herausgestanzt oder angeschnitten sind.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenbodenstreifen (8) und die Hülsen aus Metall oder aus Kunststoff bestehen.