DE4106296C2

DE4106296C2 - Heat exchangers, in particular water / air coolers for internal combustion engines

Info

Publication number: DE4106296C2
Application number: DE19914106296
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr Ing Damsohn; Bernd Eurich; Albert Dipl Ing Schmitz
Original assignee: Behr GmbH and Co KG; Mahle Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1991-02-28
Filing date: 1991-02-28
Publication date: 1999-03-11
Anticipated expiration: 2011-03-01
Also published as: DE4106296A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere Wasser/ Luft-Kühler für Brennkraftmaschinen, mit einem Rohr-Rippen-Block aus wenigstens einer Reihe von Flachrohren und zwischen diesen angeordneten Rippenelementen, mit die Enden der Flachrohre auf nehmenden Rohrböden und mit Seitenteilen, die den Rohr-Rippen- Block einfassen und die Rohrböden miteinander verbinden, wobei die Flachrohre mit den dazwischen angeordneten Rippenelementen und den Rohrböden und die Seitenteile mit den Rohrböden und den äußeren Rippenelementen des Rippen-Rohr-Blockes verlötet sind und wobei der Rippen-Rohr-Block und die Rohrböden aus Aluminium hergestellt sind.The invention relates to a heat exchanger, in particular water / Air cooler for internal combustion engines, with a tube-fin block from at least one row of flat tubes and between them arranged rib elements, with the ends of the flat tubes taking tube sheets and with side parts, which the tube-rib- Border the block and connect the tube sheets to each other, whereby the flat tubes with the rib elements arranged between them and the tube sheets and the side parts with the tube sheets and the outer fin elements of the fin-tube block are soldered and wherein the fin-tube block and tube sheets are made of aluminum are manufactured.

Bei derartigen im Stand der Technik bekannten Wärmetauschern sind die Einzelkomponenten aus Aluminium hergestellt. Nach der Vormontage des Wärmetauschers aus den Einzelkomponenten wird der vormontierte Wärmetauscher mit Spannteilen versehen, um beim sich anschließenden Reinigungs- und Lötprozeß ein Aus bauchen des Wärmetauschers im Bereich der Seitenteile zu ver hindern. Das Ausbauchen im Bereich der Seitenteile tritt insbe sondere dann auf, wenn Reinigungsflüssigkeit unter Druck durch die Flachrohre gespült wird. Außerdem können derartige Aus bauchungen durch die beim Lötprozeß auftretende Erwärmung ver ursacht sein. Die beim Herstellungsprozeß zum Einsatz kommenden Spannteile, die aus Spannbändern und Nägeln bestehen, werden wieder verwendet. Hierzu ist aber ein Sortieren und Richten der Spannteile nach deren Verwendung bei der Herstellung des Wärmetauschers erforderlich.In such heat exchangers known in the prior art the individual components are made of aluminum. After Pre-assembly of the heat exchanger from the individual components the preassembled heat exchanger is provided with clamping parts in order to in the subsequent cleaning and soldering process an off bulge of the heat exchanger in the area of the side parts prevent. The bulging in the area of the side parts occurs in particular especially when cleaning fluid is under pressure the flat tubes are rinsed. In addition, such can bulges caused by the heating occurring during the soldering process be caused. Those used in the manufacturing process Clamping parts, which consist of straps and nails used again. For this purpose, however, is sorting and straightening the Clamping parts after their use in the manufacture of the Heat exchanger required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Herstellungspro zeß derartiger Wärmetauscher zu vereinfachen.The invention has for its object the manufacturing pro zeß to simplify such heat exchangers.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Wärmetauscher da durch gelöst, daß die Seitenteile aus einem Metall hergestellt sind, das einen höheren Elastizitätsmodul als Aluminium auf weist.This task is there with a generic heat exchanger solved by that the side parts made of a metal that have a higher modulus of elasticity than aluminum points.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß bei der Montage des Wärme tauschers im Bereich der Seitenteile eine derartige Biegestei figkeit erzielt wird, daß keine Spannteile erforderlich sind, um ein Ausbauchen im Bereich der Seitenteile zu verhindern. Die zum Einsatz kommenden Seitenteile aus einem Metall mit einem höheren Elastizitätsmodul als Aluminium bewirken im Bereich der Seitenteile eine Biegesteifigkeit, die die beim Reinigungs- und Lötprozeß auftretenden Belastungen kompensieren kann. Insbeson dere liegt auch bei den hohen beim Lötprozeß auftretenden Temperaturen ausreichende Biegesteifigkeit vor. Darüber hinaus weist der neue Wärmetauscher auch im montierten Zustand eine große Stabilität auf. Die zum Einsatz kommenden Seitenteile können in einfacher Weise als Serienbauteil hergestellt werden. Weiterhin ist vorteilhaft, daß die neuen Seitenteile in ein facher Weise mit den bisher verwendeten Einzelkomponenten derartiger Wärmetauscher kombiniert werden können.With the invention it is achieved that when assembling the heat exchangers in the area of the side parts such a bending arm ability is achieved that no clamping parts are required, to prevent bulging in the area of the side parts. The used side parts made of a metal with a cause a higher modulus of elasticity than aluminum in the area of Side parts have a bending stiffness that the cleaning and Soldering process can compensate for loads. In particular this is also due to the high levels occurring during the soldering process Temperatures sufficient bending stiffness. Furthermore the new heat exchanger has one even when assembled great stability. The side parts used can be easily manufactured as a series component. It is also advantageous that the new side parts in one with the individual components previously used Such heat exchangers can be combined.

Durch den Wegfall der Spannteile bei der Montage entfallen auch die durch die Wiederverwendung der Spannteile erforderlichen Arbeitsgänge. Hierbei ist insbesondere das Aufsammeln, Richten, Ordnen und Zwischenlagern der Spannteile zu nennen. Durch den Wegfall dieser Arbeitsgänge ist der Herstellungsprozeß des neuen Wärmetauschers vereinfacht.The elimination of the clamping parts during assembly also eliminates the need for them those required by reusing the clamping parts Operations. In particular, collecting, straightening, Organize and intermediate storage of the clamping parts. By the Elimination of these operations is the manufacturing process of the new heat exchanger simplified.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Seitenteile aus Stahlblech hergestellt sind. Dieses Material zeichnet sich einerseits durch einen hohen Elastizitätsmodul und andererseits durch relativ geringe Materialkosten aus. Außerdem bleibt die hohe Biegesteifigkeit von Stahlblech auch bei den beim Lötprozeß auftretenden Temperaturen erhalten.In an advantageous embodiment it is provided that the Side parts are made of sheet steel. This material is characterized on the one hand by a high modulus of elasticity and on the other hand from relatively low material costs. In addition, the high bending stiffness of steel sheet remains obtained at the temperatures occurring during the soldering process.

In Weiterbildung der Erfindung bestehen die Seitenteile aus einem aluminierten Stahlblech. Ein derartiges, mit einer Aluminiumschicht versehenes Stahlblech zeichnet sich ins besondere dadurch aus, daß es gegen Korrosion beständig ist und gleichzeitig eine hohe Biegesteifigkeit aufweist.In a further development of the invention, the side parts consist of an aluminized steel sheet. Such a, with Steel sheet provided with an aluminum layer is characterized by special in that it is resistant to corrosion and at the same time has a high bending stiffness.

Hierbei kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß die Dicke der Aluminiumschicht etwa zehn Prozent der Stahlblechdicke beträgt.It can advantageously be provided that the thickness of the Aluminum layer is about ten percent of the steel sheet thickness.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Seitenteile auf ihrer im montierten Zustand innenliegenden Seite mit einer Lotschicht versehen. Derartige Seitenteile vereinfachen den Herstellungsprozeß, da nach der Vormontage des Wärmetauschers dieser lediglich noch den hohen Temperaturen des Hartlötprozes ses ausgesetzt werden muß, um eine feste Verbindung der Einzel bestandteile zu erzielen.In a further embodiment of the invention, the side parts on its inside, when assembled, with a Provide solder layer. Such side parts simplify the Manufacturing process since after the pre-assembly of the heat exchanger this only the high temperatures of the brazing process This must be suspended to ensure a firm connection of the individual to achieve components.

Hierbei kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß die Lotschicht als Lötfolie oder Lotplattierung ausgebildet ist.It can advantageously be provided that the solder layer is designed as a solder foil or solder plating.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist weiterhin vorgesehen, daß die Rohrböden auf ihrer im montierten Zustand innenliegenden Seite mit einer Lotschicht versehen sind. Auch hierbei kann vor teilhaft vorgesehen sein, daß auf die Rohrböden eine Lötfolie oder eine Lotplattierung aufgebracht ist. Die auf die Rohrböden aufgebrachte Lotschicht bewirkt ebenfalls eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses.In an advantageous embodiment, it is also provided that that the tube sheets on their inside when assembled Side are provided with a solder layer. Here, too, can be partially provided that a solder foil on the tube sheets or solder plating is applied. The on the tube sheets applied solder layer also simplifies of the manufacturing process.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Flachrohre mit einer Lotplattierung versehen. Die auf den Flachrohren aufgebrachte Lotplattierung bewirkt nach dem Lötprozeß eine feste Einbindung der Rippenelemente zwischen benachbarten Flachrohren.In a further development of the invention, the flat tubes are with a Provide solder plating. The one attached to the flat tubes Solder plating causes a firm integration after the soldering process the fin elements between adjacent flat tubes.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus einer in der Zeichnung dargestellten und nachstehend beschriebenen bevorzug ten Ausführungsform. Es zeigen:Further features of the invention result from one in the Drawing shown and described below preferred th embodiment. Show it:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Wärmetauschers ohne Wasserkästen, Fig. 1 is a schematic view of a heat exchanger without water boxes,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X ge mäß Fig. 1, Fig. 2 is an enlarged view of detail X accelerator as Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt längs der Linie III-III gemäß Fig. 2, Fig. 3 is a section along the line III-III of FIG. 2,

Fig. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles Y gemäß Fig. 1 und Fig. 4 is a view in the direction of arrow Y of FIG. 1 and

Fig. 5 den Schnitt längs der Linie V-V gemäß Fig. 4. Fig. 5 is a section along the line VV in Fig. 4.

Der in Fig. 1 in schematischer Ansicht dargestellte Wärmetauscher (10) kommt als Wasser/Luft-Kühler in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz. Der Wärmetauscher (10) besitzt zwei gegenüberliegend angeordnete Rohrböden (11, 12), denen jeweils ein in der Zeich nung nicht dargestellter Wasserkasten zugeordnet ist. Die Rohr böden (11, 12) nehmen Flachrohre (13) auf, deren Endbereiche in den Rohrböden (11, 12) eingebracht sind und gegenüber diesen abgedichtet sind. Zwischen benachbarten Flachrohren (13) sind Rippenelemente (14) angeordnet, die zickzackförmig verlaufen. Die in einer Reihe angeordneten Flachrohre bilden mit den Rip penelementen einen sogenannten Rippen-Rohr-Block. Die Endberei che der Rohrböden (11, 12) sind jeweils über Seitenteile (15, 16) miteinander verbunden, die gleichzeitig den Rippen-Rohr- Block einfassen.The heat exchanger ( 10 ) shown in a schematic view in FIG. 1 is used as a water / air cooler in a motor vehicle. The heat exchanger ( 10 ) has two oppositely arranged tube sheets ( 11 , 12 ), each of which is assigned a water tank, not shown in the drawing. The tube sheets ( 11 , 12 ) take on flat tubes ( 13 ), the end regions of which are introduced into the tube sheets ( 11 , 12 ) and are sealed off from these. Rib elements ( 14 ), which run in a zigzag shape, are arranged between adjacent flat tubes ( 13 ). The flat tubes arranged in a row form a so-called finned tube block with the rib elements. The end areas of the tube sheets ( 11 , 12 ) are each connected to one another via side parts ( 15 , 16 ) which at the same time surround the fin-tube block.

Die Rohrböden (11, 12), die Flachrohre (13) und die Rippenele mente (14) des Wärmetaustauschers (10) sind aus Aluminium her gestellt. Demgegenüber bestehen die Seitenteile (15, 16) aus einem biegesteifen Stahlblech, das einen höheren Elstaizitäts modul als Aluminium aufweist.The tube sheets ( 11 , 12 ), the flat tubes ( 13 ) and the Rippenele elements ( 14 ) of the heat exchanger ( 10 ) are made of aluminum. In contrast, the side parts ( 15 , 16 ) consist of a rigid steel sheet, which has a higher elasticity module than aluminum.

Die Seitenteile (15, 16) besitzen einen Aufbau, der prinzipiell aus Fig. 5 hervorgeht. Auf einem innenliegend angeordneten Stahl blech (17) ist beidseitig eine Aluminiumschicht (18, 19) aufge bracht, deren Dicke etwa 10% der Stahlblechdicke beträgt. Die Aluminiumschichten (18, 19) sind auf das Stahlblech (17) auf plattiert. Auf der im montierten Zustand innenliegenden Alumi niumschicht (18) ist eine Lötfolie (20) aufgebracht. Die prin zipiell gleichartig ausgeführten Seitenteile (15, 16) können serienmäßig als Stanzpreßteil hergestellt werden.The side parts ( 15 , 16 ) have a structure which is shown in principle in FIG. 5. On an internally arranged steel sheet ( 17 ) an aluminum layer ( 18 , 19 ) is brought up on both sides, the thickness of which is approximately 10% of the steel sheet thickness. The aluminum layers ( 18 , 19 ) are plated on the steel sheet ( 17 ). A solder foil ( 20 ) is applied to the aluminum layer ( 18 ) lying inside in the assembled state. The basically identical side parts ( 15 , 16 ) can be manufactured as a stamped pressed part as standard.

Die im montierten Zustand innenliegend angeordneten Seiten der Rohrböden (11, 12) sind ebenfalls mit einer Lotschicht verse hen, die nicht aus der Zeichnung hervorgeht. Weiterhin ist an den Flachrohren (13) eine Lotschicht vorgesehen, was ebenfalls nicht in der Zeichnung dargestellt ist.The internally arranged sides of the tube sheets ( 11 , 12 ) are also hen with a solder layer verse, which does not appear from the drawing. Furthermore, a solder layer is provided on the flat tubes ( 13 ), which is also not shown in the drawing.

Beim Zusammenbau des Wärmeaustauschers (10) werden zunächst in prinzipiell bekannter Weise die Einzelteile des Wärmetauschers (10) zusammengefügt. Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 her vorgeht, werden die Flachrohre (13) mit ihren Endbereichen in den gegenüberliegend angeordneten Rohrböden (11, 12) aufgenom men. Zwischen benachbarten Flachrohren (13) sind zickzackförmig die Rippenelemente (14) verspannt. Der Endbereich (16') des Seitenteiles (16) wird an einer am Rohrboden (11) ausgebildeten Aufnahme (21) aufgenommen. In gleicher Weise erfolgt die Auf nahme des weiteren Endbereiches der Seitenteile an den Rohrbän dern.When assembling the heat exchanger ( 10 ), the individual parts of the heat exchanger ( 10 ) are first assembled in a manner known in principle. As is particularly evident from FIGS . 2 and 3, the flat tubes ( 13 ) are received with their end regions in the tube plates ( 11 , 12 ) arranged opposite one another. The rib elements ( 14 ) are clamped in a zigzag shape between adjacent flat tubes ( 13 ). The end region ( 16 ') of the side part ( 16 ) is received on a receptacle ( 21 ) formed on the tube sheet ( 11 ). In the same way, the further end region of the side parts is taken up on the tube strips.

Die aus einem biegesteifen Stahlblech hergestellten Seitenteile (15, 16) verleihen dem Wärmetauscher (10) eine so große Stabi lität, daß bei der Herstellung, insbesondere beim Reinigen und Hartlöten, im Bereich der Seitenteile (15, 16) kein Ausbauchen oder Ausbeulen auftritt. Bei der Herstellung kann somit der vormontierte Wärmetauscher (10) ohne Spannbänder und Nägel hartgelötet und gereinigt werden. Die bisher bei bekannten Wär metauschern zum Einsatz kommenden Spannteile sind somit ent behrlich, wodurch die Herstellung vereinfacht wird.The side parts ( 15 , 16 ) made of a rigid steel sheet give the heat exchanger ( 10 ) such a high degree of stability that no bulging or bulging occurs in the area of the side parts ( 15 , 16 ) during manufacture, particularly when cleaning and brazing. The preassembled heat exchanger ( 10 ) can thus be brazed and cleaned during production without tensioning straps and nails. The previously used in known heat exchangers clamping parts are thus unnecessary, which simplifies production.

Die auf der im montierten Zustand innenliegenden Seite der Sei tenteile (15, 16) aufgebrachte Lötfolie (20) bewirkt mit der auf den Rohrböden (11, 12) innenliegend angeordneten Lötfolie nach dem Hartlöten eine feste Verbindung zwischen den Seiten teilen (15, 16) und den Rohrböden (11, 12) im Bereich der Auf nahmen (21). Die Rippenelemente (14), die nicht mit einer Lot schicht versehen sind, werden durch die auf den Seitenteilen (15, 16) aufgebrachte Lötfolie (20) oder von der auf den Flach rohren (13) aufgebrachten Lotschicht fixiert.The solder foil ( 20 ) applied to the inner side of the tent parts ( 15 , 16 ) in the assembled state causes a firm connection between the sides after the hard soldering with the solder foil arranged internally on the tube sheets ( 11 , 12 ) ( 15 , 16 ) and the tube sheets ( 11 , 12 ) in the area of the recordings ( 21 ). The rib elements ( 14 ), which are not provided with a solder layer, are fixed by the solder foil ( 20 ) applied to the side parts ( 15 , 16 ) or by the solder layer applied to the flat tubes ( 13 ).

Sowohl die Lotschicht als auch die Aluminiumschichten können auf verschiedene Weise auf das Stahlblech (17) aufgebracht wer den. Die Aluminiumschichten (18, 19) können aufgewalzt oder aufplattiert werden. Gleichfalls kann die Lotschicht (20) so wohl als Lötfolie als auch als Aufplattierung ausgebildet sein. Es ist schließlich auch möglich, die Lotschicht (20) direkt auf das Stahlblech (17) aufzubringen.Both the solder layer and the aluminum layers can be applied to the steel sheet ( 17 ) in various ways. The aluminum layers ( 18 , 19 ) can be rolled on or plated on. Likewise, the solder layer ( 20 ) can be designed as a solder foil as well as a plating. Finally, it is also possible to apply the solder layer ( 20 ) directly to the steel sheet ( 17 ).

Claims

1. Heat exchanger, in particular water / air cooler for internal combustion engines, with a tube-fin block from at least one row of flat tubes and fin elements arranged between them, with the ends of the flat tubes receiving tube sheets and with side parts which form the tube-fin block grasp and connect the tube sheets with each other, the flat tubes with the rib elements and the tube sheets arranged in between and the side parts are soldered to the tube sheets and the outer rib elements of the fin-tube block, and wherein the fin-tube block and the tube sheets are made of aluminum are produced, characterized in that the side parts ( 15 , 16 ) are made of a metal which has a higher modulus of elasticity than aluminum.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the side parts ( 15 , 16 ) made of a steel sheet ( 17 ) are Herge.

3. Heat exchanger according to one or more of the preceding claims, characterized in that the side parts ( 15 , 16 ) consist of an aluminized steel sheet ( 17 ).

4. Heat exchanger according to claim 3, characterized in that the thickness of the aluminum layer ( 18 , 19 ) is approximately 10% of the thickness of the steel sheet ( 17 ).

5. Heat exchanger according to one or more of the preceding claims, characterized in that the side parts ( 15 , 16 ) are provided on their inner side in the assembled state with a solder layer ( 20 ).

6. Heat exchanger according to claim 5, characterized in that the solder layer ( 20 ) is formed out as a solder foil or solder plating.

7. Heat exchanger according to one or more of the preceding claims, characterized in that the tube sheets ( 11 , 12 ) are provided on their inner side in the assembled state with a solder layer.

8. Heat exchanger according to claim 7, characterized in that the tube sheets ( 11 , 12 ) are provided with a solder foil or a solder plating.

9. Heat exchanger according to one or more of the preceding claims, characterized in that the flat tubes ( 13 ) are provided with a solder plating.