DE4028437A1 - Waermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einer Vielzahl von in Rohrböden gehaltenen zueinander parallelen Rohren, in die Turbulenzeinlagen zur Erhöhung des Wärmeaustausches zwischen den innerhalb und außerdem der Rohre strömenden Medien eingeschoben sind, insbesondere für den Kühler einer Brenn­ kraftmaschine.

Wärmetauscher dieser Art sind bekannt. Die streifenartigen Turbulenzeinlagen werden dabei in der Regel in ihrer Breite so ausgelegt, daß sie an den Rohrinnenwänden anliegen und so unter Selbsthemmung ihre Axiallage beibehalten. Bei einer solchen Auslegung der Turbulenzeinlagen gestaltet sich aber der Ein­ schiebevorgang relativ schwierig, weil es, insbesondere bei im Verhältnis zu ihrem Durchmesser langen Rohren, wie sie bei­ spielsweise bei aus Aluminium hergestellten Wärmetauschern für Kraftfahrzeuge vorgesehen sind, zu Stauchungen der Turbulenz­ streifen kommen kann.

Es ist auch bekannt (F-PS 25 14 485), die streifenartigen Turbulenzeinlagen schmaler als die lichte Weite der Rohre aus­ zubilden und sie in Axialrichtung dadurch in den Rohren zu halten, daß die Rohre im Bereich ihrer Enden nach dem Ein­ schieben der Turbulenzeinlagen örtlich zusammengedrückt und dadurch im Durchmesser verringert werden, so daß an diesen Stellen die Turbulenzstreifen gehalten sind.

Schließlich sind auch Wärmetauscher bekannt (DE-OS 23 52 734), bei denen mehrere Turbulenzstreifen an einem quer zu ihnen verlaufenden Haltestreifen angebracht sind, der außerhalb der Rohrenden in den Wasserkästen gehalten ist und dadurch auch die an ihm befestigten Turbulenzstreifen hält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Turbulenzstreifen in einfacher Weise innerhalb der Rohre ge­ sichert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der ein­ gangs genannten Art vorgesehen, daß die Turbulenzeinlagen an dem einen Ende, das zuletzt in das Rohr eingeschoben wird, mit einem Halteteil versehen sind, das im zugeordneten Rohrende sitzt und dort reib- oder formschlüssig gehalten ist. Diese Ausgestaltung macht die Turbulenzeinlagen weitgehend unabhängig von der Ausgestaltung der Rohre. Sie können durch die ihnen zugeordneten Halteteile in einfacher Weise axial in den Rohren gesichert werden.

Nach Anspruch 2 ist es dabei besonders zweckmäßig, das Halte­ teil als eine dem Rohrdurchmesser angepaßte Hülse auszubilden, die dann auch noch die Aufgabe übernehmen kann, beim Einpressen der Rohre in die Rohrböden für den notwendigen Gegenhalt zu sorgen. Möglich ist es nach Anspruch 3 auch, die Hülse aus einem federnden Material herzustellen und mit einem axial ver­ laufenden Schlitz zu versehen. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, daß sich die Haltehülse auch die durch Toleranzen bedingten unterschiedlichen Innendurchmesser der Rohre immer anpassen kann. Möglich ist es aber auch nach Anspruch 4, die Hülse mit einem Bund zu versehen, der für eine exakte Anlage der Hülse und dadurch auch für eine exakt einzuhaltende Axial­ lage des Turbulenzstreifens im Rohr sorgt. Diese Ausführungs­ form ermöglicht die Ausbildung der Hülse als Einlaufdüse und ergibt einen wesentlich geringeren Einlaufwiderstand für das strömende Medium. Nach Anspruch 6 ist es auch möglich, das Halteteil als ein Kreuzstegstück auszubilden, dessen Steglänge der lichten Weite des Rohres entspricht. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für Ovalrohre, wo unterschiedliche Steglängen eingesetzt werden müssen.

Nach Anspruch 7 und 8 ist es besonders vorteilhaft, die Halte­ teile, insbesondere wenn sie als Hülsen ausgebildet sind, mehrerer Turbulenzeinlagen zu einer gemeinsamen Montageplatte zusammenzufassen, wobei es auch möglich ist, jeden Halteteil über nachgiebige Stege mit der Montageplatte zu verbinden. Diese Ausführungsform erlaubt die individuelle Verformung jeder Haltehülse, ohne daß die Montageplatte oder der Montagestreifen durch die beim Aufweiten der in den Rohrböden eingezogenen Rohrenden und beim Aufweiten der Haltehülsen einer Verformung in den den Haltehülsen benachbarten Bereichen unterworfen wird.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a bis g verschiedene Ausführungsformen von erfindungsgemäß ausgestalteten Turbulenzstreifen mit an einem Ende angeordneten Halteteilen,

Fig. 2 eine andere Ausführungsform von Turbulenzstreifen, die über ihre Halteteile an einer gemeinsamen Montageplatte sitzen,

Fig. 3 der Ansicht der Ausführungsform der Fig. 2 von der Unterseite,

Fig. 4 eine Ausführungsform von vier mit Haltehülsen ver­ sehenen Turbulenzstreifen, die untereinander durch einen Verbindungsstreifen zusammengehalten werden,

Fig. 5 eine Ausführungsform ähnlich Fig. 4, jedoch mit anderer Anbindung der Haltehülsen und mit gedrehten Turbulenzstreifen,

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen der Turbulenzstreifen der Fig. 5,

Fig. 7a und b verschiedene Varianten von Turbulenzstreifen, die an Haltehülsen angebracht sind,

Fig. 8 eine Anordnung mit einem Verbindungsstreifen, an dem auf beiden Seiten Haltehülsen und Turbulenz­ streifen angebracht sind und

Fig. 9 die Anordnung der Fig. 8, jedoch mit um 90° in die Montagelage gedrehten Turbulenzstreifen.

In der Fig. 1 sind sieben Ausführungsvarianten von Turbulenz­ einlagen gezeigt, die alle aus Kunststoff bestehen. Die Turbulenzeinlage besteht dabei im wesentlichen aus zwei sich überkreuzenden Zick-Zack-Streifen, deren Kreuzungspunkte auf einer gemeinsamen Achse liegen. Die Turbulenzstreifen der Aus­ führungsformen 1a, 1f, und 1g weichen in ihrer Form, auf die es im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht ankommt, voneinander und von der bei den Ausführungsbeispielen 1b bis 1e jeweils gleichen Form ab. Die Ausführungsform der Fig. 1a sieht eine Kunststoffhülse (1) am oberen Ende des durch die beiden sich kreuzenden Zick-Zack-Streifen gebildeten Gitterstreifens (2) vor, die beim Herstellungsvorgang, beispielsweise im Spritz­ gußverfahren einstückig an dem Gitterstreifen (2) angebracht ist. Die Hülse (1) besitzt einen Bund (1′), der sich beim Einschieben des Turbulenz-Gitterstreifens (2) in ein Rohrende an der oberen Stirnfläche des Rohres anlegen kann. Die Hülse (1) sichert auf diese Weise die Axiallage des Gitterstreifens (2) innerhalb des - nicht gezeigten - Rohres. Die Hülse (1) besitzt mit Ausnahme des Bundes (1′) zylindrische Gestalt und ist dafür vorgesehen, nach dem Einführen des Gitterstreifens als letztes Ende desselben in ein entsprechendes zylindrisches Rohr eingeschoben zu werden.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1b ist am oberen Ende des Git­ terstreifens (3) ein Haltestück (6) in der Form eines Kreuz­ stegstückes angespritzt, dessen Stege (7 bzw. 8) unterschiedli­ che Länge aufweisen.Das Haltestück (6) ist daher dafür gedacht, sich am oberen Ende eines Ovalrohres zu verankern, nachdem der Gitterstreifen (3) bereits in das Rohr eingeführt ist. Die Ab­ messungen der Stege (7 und 8) können dabei so gewählt sein, daß sich das Haltestück (6) am oberen Ende des Rohres verklemmt. Dies ist auch durch eine leicht konische Ausbildung der Stege oder durch die Anordnung einer Nase an dem zuletzt einschiebba­ ren Ende möglich, die auch als Rastarretierung oder Anschlag dienen kann. Dadurch ist auch die Axiallage des Gitterstreifens (3) und damit der Turbulenzeinlage im Rohr gesichert. Natürlich wäre es auch möglich, anstelle eines Kreuzstegstückes mit zwei Stegen nur einen der beiden Stege (7 oder 8) als Halterung vorzusehen.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1c sitzt am oberen Ende des Gitterstreifens (3) eine ovale Hülse (9), deren Außenabmes­ sungen ebenfalls den Innenabmessungen eines Ovalrohrs so ange­ paßt sind, daß sich die Hülse (9) im Rohr verklemmt. Auch diese ovale Hülse kann mit einem Anschlagbund versehen sein, so daß sie in der Art einer Einlaufdüse ausgebildet werden und gerin­ geren Einlaufwiderstand für das Strömungsmedium ergeben kann.

Die Ausführungsform der Fig. 1d zeigt eine mit einem Axial­ schlitz (11) versehene Hülse (10), an der der Gittersteg (3) außen angespritzt ist. Da Gittersteg (3) und Hülse (10) aus elastischem Kunststoff hergestellt sind, kann sich die Hülse (10) innerhalb des Rohres federnd an die Rohrinnenwand anlegen und so die Axiallage der Turbulenzeinlage sichern.

Die Ausführungsform der Fig. 1e zeigt eine runde Hülse (12) am oberen Ende, die keinen Bund aufweist und die sich ganz beson­ ders dafür eignet, durch Einführen eines Dornes mit dem Rohr aufgeweitet zu werden, um den Sitz des Rohres im Rohrboden zu gewährleisten. Die Hülse (12) sitzt reibschlüssig in dem zugeordneten Rundrohr und sichert die Axiallage des Gitter­ streifens (3). Ein solcher Aufweitvorgang kann auch für die Ausführungsform der Fig. 1a und 1g vorgesehen werden.

Die Ausführungsform der Fig. 1f zeigt eine ovale Hülse (13), die am oberen Ende des Gitterstreifens (4) angeordnet ist. Sie eignet sich zum Einsetzen in ein Ovalrohr, das ihren Außen­ abmessungen mit seiner lichten Weite entspricht. Auch hier kann wahlweise das Verklemmen der Hülse (13) im Ovalrohr dadurch er­ reicht werden, daß die Abmessungen der Hülse (13) gerade so gewählt sind, daß sie im Ovalrohr klemmt. Möglich ist es aber auch, Hülse (13) und Rohr gemeinsam aufzuweiten, indem ein ent­ sprechend geformter ovaler Dorn in das Rohrende eingeführt wird.

Die Ausführungsform der Fig. 1g schließlich zeigt eine Hülse (14) mit rundem Querschnitt und mit einem Bund (14′), an der der Gitterstreifen (5) mit seinen Enden so angeordnet ist, daß er - im Gegensatz zu der Ausführungsform der Fig. 1a - an den Wandungen der Hülse (14) befestigt ist. Die Hülse (14) kann mit ihrem Bund (14′) auf das obere Stirnende des zugeordneten Rohres aufgesetzt werden und sichert so die Axiallage des Gitterstreifens (5) im Rohr.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform für Turbulenz­ einlagen für Ovalrohre. Dabei sind wieder die aus sich kreuzen­ den Zick-Zack-Streifen aufgebauten Gitterstreifen (3) vor­ gesehen, die jeweils an ihrem oberen Ende beispielsweise wie bei der Ausführungsform der Fig. 1c oder 1f mit Hülsen (15) mit ovalem Querschnitt versehen sind. Diese Hülsen (15) sind bei dieser Ausführungsform aber zusammen mit den daran hängenden Gitterstreifen (3) einstückig mit einer Montageplatte (16) ge­ spritzt, die den Vorteil hat, daß mehrere Hülsen (15) mit den daran hängenden Turbulenzstreifen (Gitterstreifen 3) schon in der Anordnung vorliegen, wie sie der Rohranordnung eines nicht gezeigten Wärmetauschers mit einem Rippenrohrblock entspricht. Die Montageplatte (16) erlaubt daher eine einfache Handhabung mehrerer Turbulenzeinlagen zum Zweck des Einschiebens in die Rohre. Der Herstellungsvorgang eines solchen Wärmetauschers kann damit vereinfacht werden. Die Ansicht nach Fig. 3 zeigt, daß die Hülsen (15) untereinander durch die Montageplatte (16) verbunden sind. Sie werden alle gleichzeitig in die zugeord­ neten offenen Rohrenden eingedrückt, bis die Montageplatte (16) an den Stirnseiten der Rohre anliegt. Die Montageplatte (16) bildet bei dieser Ausführungsform daher einen Bund für alle Hülsen (15).

Natürlich ist es möglich, die Hülsen (15) nicht nur, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, fest mit der Montageplatte (16), die natürlich sehr dünn sein kann, zu verbinden, sondern jede einzelne Hülse (15) auch durch elastische Stege mit der Mon­ tageplatte zu verbinden, so daß beim Einpreßvorgang der Hülsen in die Rohrenden auch eine gewisse individuelle Anpassung der Hülsen an ihre zugeordneten Rohrenden möglich ist. Dies ist vor allen Dingen dann wichtig, wenn die Hülsen bei einem Aufweit­ vorgang des Rohres verformt werden sollen, weil sich ansonsten Materialverformungen der Hülsen in eine Verformung der Montage­ platte (16) auswirken können, was vermieden werden soll. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Hülsen nicht, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, aus Kunststoff, sondern aus Metall bestehen, was natürlich ebenso möglich ist, allerdings auch metallische Turbulenzeinlegestreifen in der Regel voraussetzt.

Es ist natürlich auch möglich, die Hülsen (15) durch einen oder mehrere, in der Fig. 2 gestrichelt angedeutete Querstege (30) innen zu versteifen. Die Stege können auch als Kreuzstege ausgebildet sein.

Schließlich ist es auch denkbar, wie in Fig. 3 gestrichelt angedeutet ist, auf die Hülsen (15) als Halteteile ganz zu ver­ zichten und an deren Stelle jeweils die letzte Gittermasche des Gitterstreifens (3) unmittelbar vorzusehen. In diesem Fall würde der Gitterstreifen an der strichpunktiert angedeuteten Ebene (33) enden und seine letzte Gittermasche (31) erhält eine gegenüber den anderen Gittermaschen (32) größere Weite. Sie kann daher direkt in dem Rohrende verklemmt werden, wenn der Gitterstreifen (3), so wie für die anderen Ausführungsbeispiele beschrieben, stirnseitig in ein Rohr eingeführt wird. Auch in diesem Fall wäre es möglich, alle letzten Gittermaschen (31) untereinander gemeinsam z. B. durch eine Platte (16) zu ver­ binden.

Die Fig. 4 zeigt solche metallischen Turbulenzstreifen (17), die schematisch als glatte Streifen gezeigt sind, natürlich aber zur Erzeugung einer Turbulenz mit Wellungen oder mit nach verschiedenen Richtungen abstehenden Laschen versehen sein sollen. Bei der Ausführungsform der Fig. 4 sind vier solcher Turbulenzstreifen (17) jeweils mit einem Verbindungssteg (26) an einer geschlitzten Hülse (18) angebunden, die wiederum mit einem Randstreifen (19) in Verbindung steht, der mit mehreren Indexieröffnungen (20) versehen sein kann, um eine Automati­ sierung des Herstell- und Einlegevorganges der Turbulenzstrei­ fen in die Rohre zu ermöglichen. Es ist natürlich auch möglich, wie in Fig. 7a angedeutet ist, jeweils Streifenstücke (19a) von dem Randstreifen (19) zu trennen. Die Ausführungsform der Fig. 4 ist, wie man erkennen kann, aus einem Blech geschnitten oder gestanzt, wobei anschließend die Hülsen (18) zu ihrer etwa zylindrischen offenen Form gedrückt werden.

Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform ähnlich Fig. 4, nur daß hier die Turbulenzstreifen (21) gegenüber den Turbulenzstreifen (17) der Fig. 4 um 90° gedreht sind, und zwar einschließlich ihrer jeweiligen Hülsen (18). Die Hülsen (18) können, um ihr Einrollen aus der flachen Platinenform und ihre 90°-Verdrehung zu erleichtern, jeweils mit Stegen (27′) an dem zugeordneten Randstreifen (19a) befestigt sein. Die Herstellung der Turbu­ lenzstreifen der Fig. 5 kann in gleicher Weise wie bei jenen der Fig. 4 erfolgen.

Die Fig. 6 macht deutlich, wie die Verbindung zwischen Rand­ streifen (19a), Hülse (18) und Turbulenzstreifen (21) vorgenom­ men ist. Es wird ersichtlich, daß der Steg (26) vom Mantel der Hülse (18) aus schräg so nach innen verläuft, daß der Turbu­ lenzstreifen (21) zentrisch zur Hülse (18) und damit auch zu dem Rohr angeordnet ist, in das er eingeschoben werden soll.

Die Fig. 7a zeigt eine Variante insofern als hier die dem Turbulenzstreifen (24) zugeordnete Befestigungshülse (25) über einen Verbindungssteg (27) mit dem Querstreifen (19a) in Ver­ bindung steht. Diese Ausführungsform erlaubt ein leichteres Hochrollen der Hülse (25) aus dem flachen Platinenmaterial.

Die Ausführungsform der Fig. 7b zeigt eine Hülse (25′) ähnlich der Hülse (25), die über einen Verbindungssteg (26) mit den Turbulenzstreifen (24′) verbunden ist. Der Haltesteg ist hier abgetrennt, die Handhabung zum Zweck der Montage ist daher anders. Die Indexieröffnung (20) kann nicht für die Montage verwendet werden.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der zu beiden Seiten ei­ nes Verbindungsstreifens (29), der mit Indexieröffnungen (20) versehen ist, jeweils Haltehülsen (18′) angebracht sind, die wiederum - wie in Fig. 5 und 6 - über einen Verbindungssteg (26) mit Turbulenzstreifen (21) verbunden sind. Die Hülsen (18) sind daher, wie auch schon vorher erwähnt, aus einer gestanzten Platine hochgebogen und mit dem Turbulenzstreifen (21) und 90° gegenüber dem Verbindungsstreifen (29) gedreht. Aus dieser Form der Fig. 8 wird durch weiteres Abbiegen von Hülse (18′) und Turbulenzstreifen (21) um 90° aus der Ebene des Verbindungs­ streifens (29) die für die Montage geeignete Endform der Fig. 9 gebildet. Alle hier gezeigten Turbulenzstreifen (21) können durch manuelle oder automatische Handhabung gleichzeitig in die entsprechende Rohre eingeführt und befestigt werden. Je nach Anordnung der Rohre können die Turbulenzstreifen (21) auch ver­ setzt zueinander angeordnet sein, was beispielsweise durch Weg­ lassen eines der beiden, sich jeweils am Streifen (29) gegen­ überliegend befindlichen Turbulenzstreifen (21) oder durch Änderung der Teilung geschehen kann.

Alle gezeigten Varianten erlauben eine einfache Axialsicherung der Turbulenzstreifen in ihrem zugeordneten Rohr, ohne daß ein gesonderter Arbeitsvorgang für eine solche Sicherung notwendig wird.

Claims (10)

1. Wärmetauscher mit einer Vielzahl von in Rohrböden ge­ haltenen zueinander parallelen Rohren, in die streifenartige Turbulenzeinlagen zur Erhöhung des Wärmeaustausches zwischen den innerhalb und außerhalb der Rohre strömenden Medien einge­ schoben sind, insbesondere Rippenrohrblock für den Kühler einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenz­ einlagen (2, 3, 17, 21, 23, 24) an einem ihrer Enden mit einem Halteteil (1, 6, 13, 18, 25) versehen sind, das im zugeord­ neten Rohrende sitzt und reib- oder formschlüssig gehalten ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteteil als eine dem Rohrdurchmesser oder der Rohr­ form angepaßte Hülse (1, 9, 12, 13, 18, 18′, 25) ausgebildet ist.

3. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (10, 18, 25) aus einem federnden Material besteht und mit einem axial verlaufenden Schlitz (11) versehen ist.

4. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (1, 14) mit einem Bund (1′, 14′) versehen ist, der am stirnseitigen Rohrende anliegt.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (1, 14) im Bereich des Bundes (1′, 14′) als Ein­ laufdüse ausgebildet ist.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteteil als ein Steg- oder Kreuzstegstück (6) ausge­ bildet ist, dessen Steglängen (7, 8) der lichten Weite des Rohres entspricht.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteteile (15) mehrerer Turbulenzeinlagen (3) Teile einer gemeinsamen Montageplatte (16) sind.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halteteil (15) über nachgiebige Stege mit der Montageplatte (16) verbunden ist.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Halteteile ausgebildeten Hülsen (15) innen durch einen oder mehrere Querstege oder sich kreuzende Stege (30) ausgesteift sind.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 1 mit einer als ein Gitter­ streifen (3) ausgebildeten Turbulenzeinlage, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Halteteil die letzte Gittermasche (31) dient, die größer als die anderen Gittermaschen (32) ausgebildet ist.