DE4311892A1

DE4311892A1 - Heat exchanger, in particular for motor vehicles

Info

Publication number: DE4311892A1
Application number: DE19934311892
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Helms; Herbert Dr Damsohn; Walter Dipl Ing Wolf
Original assignee: Behr GmbH and Co KG; Mahle Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1993-04-10
Filing date: 1993-04-10
Publication date: 1994-10-13

Abstract

Heat exchanger, in particular for motor vehicles, having oval tubes whose ends have a cross-section in the shape of a figure eight and are held by means of an elastic seal in passages, with a cross-section in the shape of a figure eight, of a tube plate (sheath). The problem in tube/plate connections (joints) for such heat exchangers consists, inter alia, in that the tubes are not sufficiently sealed and not held securely against being drawn out of the rubber seal. The object of the invention is to provide a tight tube/plate connection, secure against being drawn out, for oval tubes in rubber seals. This object is achieved by widening the tube ends with respect to the seals and the passages and are preferably widened on their longitudinal sides for the purpose of forming a safety device against withdrawal.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a heat exchanger, in particular for Motor vehicles according to the preamble of claim 1.

Derartige Wärmetauscher wurden durch die DE-A 31 04 010 bekannt, wo bei die vorliegende Erfindung vom Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 ausgeht. Dort wird eine Rohr/Bodenverbindung für einen Wärmetauscher mit Flachrohren beschrieben, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, d. h. mit zwei geraden bzw. ebenen Seitenwänden und halbkreisförmig ge rundeten Stirnseiten. Diese Flachrohre sind an ihren Endbereichen zu einem achtförmigen Querschnitt umgeformt, welcher in einen bodensei tigen Durchzug bzw. Kragen mit ebenfalls achtförmigem Querschnitt eingesetzt wird, wobei sich zwischen dem Rohrende und dem Durchzug eine Gummidichtung befindet. Während der Durchzug mit achtförmigem Querschnitt plastisch verformt ist, werden die Rohrenden vor ihrem Einführen in die Bodendurchzüge nur elastisch verformt, d. h. in ih ren mittleren Bereichen zusammengedrückt und dann in die Öffnungen der Dichtungen eingeführt. Nach dem Einsetzen der Rohrenden federn diese elastisch zurück, so daß sich eine Dichtwirkung einerseits aufgrund dieser elastischen Rückfederung der Längsseiten der Flach rohre ergibt und andererseits aufgrund des Übermaßes, welches die Außenabmessungen der Rohrenden gegenüber den Innenabmessungen der Dichtungsöffnung aufweisen. Die Rohrenden sind also gegenüber der Gummidichtung und den Durchzügen nicht mechanisch aufgeweitet. Dar aus ergeben sich gewisse Nachteile, einerseits bezüglich einer unzureichenden Dichtheit und andererseits bezüglich einer erschwer ten Montage, da die Rohrenden aufgrund ihres Übermaßes nur mit einem erheblichen Kraftaufwand in die Dichtungen eingeführt werden können. Darüber hinaus sind die Rohre nicht gegen ein Herausziehen aus dem Boden gesichert.Such heat exchangers are known from DE-A 31 04 010, where the present invention is based on the exemplary embodiment according to FIG. 10. There, a tube / floor connection for a heat exchanger with flat tubes is described, as shown in Fig. 1, ie with two straight or flat side walls and semicircular GE rounded end faces. These flat tubes are formed at their end regions to an eight-shaped cross section, which is used in a bottom-side passage or collar also with an eight-shaped cross section, with a rubber seal between the tube end and the passage. While the passage with an eight-shaped cross section is plastically deformed, the tube ends are only elastically deformed before being inserted into the bottom passages, ie compressed in their central regions and then inserted into the openings of the seals. After insertion of the pipe ends, these spring back elastically, so that there is a sealing effect on the one hand due to this elastic resilience of the long sides of the flat tubes and on the other hand due to the oversize which the outer dimensions of the pipe ends have compared to the inner dimensions of the sealing opening. The pipe ends are not mechanically widened compared to the rubber seal and the passages. This results in certain disadvantages, on the one hand with regard to inadequate tightness and on the other hand with regard to difficult installation, since the pipe ends can only be inserted into the seals with a considerable amount of force due to their excess. In addition, the pipes are not secured against being pulled out of the ground.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art eine verbesserte Rohr/Bodenverbindung zu schaffen, bei welcher die Rohre einerseits hinreichend dicht im Bo den gehalten und gleichzeitig gegen Ausziehen gesichert sind. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Pa tentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß weisen also sowohl die Rohrenden als auch die Bodendurchzüge einen achtförmigen Querschnitt auf und ebenso die dazwischenliegenden Dichtungen, in welche die Rohre mit einem geringen Untermaß leicht eingeführt werden können, um anschließend aufgeweitet zu werden. Das Aufweiten der Rohrenden erfolgt durch ein geeignetes Werkzeug vor allem zunächst in Längsrichtung des achtförmigen Querschnittes, so daß die taillenför migen Bereiche nach außen gezogen werden und sich damit eng und un ter Vorspannung an die Dichtung anlegen. Natürlich erfolgt diese Aufweitung im plastischen Bereich, so daß die Rohrenden "stehen" bleiben und nicht zurückfedern. Durch diese Maßnahme ist eine hin reichende Dichtheit der Rohr/Bodenverbindung gewährleistet.The object of the present invention is for a heat exchanger an improved pipe / floor connection to the type mentioned create, in which the pipes are sufficiently tight in the Bo which are held and at the same time secured against being pulled out. This Task is performed according to the characteristics of the characterizing part of Pa claim 1 solved. According to the invention, both Pipe ends as well as the bottom passages have an eight-shaped cross section on and also the seals in between, in which the Pipes with a small undersize can be easily inserted to be expanded afterwards. The widening of the pipe ends takes place using a suitable tool, first of all in Longitudinal direction of the eight-shaped cross section, so that the waist-shaped areas are pulled outwards, making them narrow and uncomfortable Apply the initial tension to the seal. Of course this is done Expansion in the plastic area so that the pipe ends "stand" stay and not spring back. With this measure one is gone sufficient tightness of the pipe / floor connection is guaranteed.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 werden die mittleren Bereiche der Längsseiten der Rohrenden, die nach innen, also zur Flüssigkeitsseite des Wärmetauschers hin über stehen, nach außen ausgestellt, so daß sich etwa dreieckförmige Lap pen ergeben, die eine Auszugssicherung für die Rohre darstellen, so mit als Zuganker wirken und den Rohrquerschnitt im Dichtungsbereich stabilisieren. Dieses Ausstellen der Lappen wird insbesondere durch den achtförmigen Rohrquerschnitt ermöglicht bzw. begünstigt.According to an advantageous development of the invention according to claim 2, the middle areas of the long sides of the pipe ends, the inwards, i.e. towards the liquid side of the heat exchanger stand, exposed to the outside, so that approximately triangular lap result in pen, which represent a pull-out protection for the pipes, so also act as a tie rod and the pipe cross-section in the sealing area stabilize. This flap is particularly by enables or favors the eight-shaped pipe cross-section.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind die Rohre als sogenannte schlanke Ovalrohre, d. h. mit einem annähernd elliptischen Querschnitt ausgebildet, dessen Achsenverhältnis im Be reich von 3 : 1 bis 5 : 1 liegt. Für dieses schlanke Ovalrohr erweist sich ein Rohrende mit achtförmigem Querschnitt besonders vorteil haft, wenn dies - in einer Weiterbildung der Erfindung - aus kreis förmigen Teilquerschnitten und einem verbindenden Taillenabschnitt zusammengesetzt ist, wobei der Gesamtumriß des Durchzuges bzw. auch des Rohres im aufgeweiteten Zustand aus verschiedenen Radien zusam mengesetzt ist. Durch die Wahl dieser Abmessungen der Radien für die Kontur des Durchzuges und der Rohrenden ergibt sich nach dem Aufwei ten des Rohres eine besonders günstige und gleichmäßige Spannungs verteilung und damit auch eine sehr gute Dichtwirkung.According to a further advantageous embodiment of the invention Pipes as so-called slim oval pipes, d. H. with an approximate elliptical cross section, the axis ratio in Be ranges from 3: 1 to 5: 1. Proved for this slim oval tube a pipe end with an eight-shaped cross section is particularly advantageous liable if - in a further development of the invention - from a circle shaped partial cross-sections and a connecting waist section is composed, the overall outline of the passage or of the tube together in the expanded state from different radii is set. By choosing these dimensions the radii for the The contour of the passage and the pipe ends is based on the proof a particularly favorable and even tension distribution and thus also a very good sealing effect.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen darge stellt und wird im folgendem näher beschrieben; es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawings represents and is described in more detail below; it shows

Fig. 1 die erfindungsgemäße Rohr/Bodenverbindung in Luftanströmungsrichtung gesehen, Fig. 1 seen the tube / plate connection according to the invention in Luftanströmungsrichtung,

Fig. 2 dieselbe Rohr/Bodenverbindung wie in Fig. 1 quer zur Luftströmung gesehen,Seen transversely Fig. 2 shows the same tube / plate connection as shown in Fig. 1 to the air flow,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Konturen von Rohr und Durchzug und Fig. 3 is a schematic plan view of the contours of the tube and passage and

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf das Rohrende. Fig. 4 is a schematic plan view of the pipe end.

Fig. 1 und 2 zeigen die erfindungsgemäße Rohr/Bodenverbindung für einen an sich bekannten Kraftfahrzeug-Wärmetauscher, also beispiels weise einen Kühler für eine Brennkraftmaschine, der primärseitig vom Kühlmittel und sekundärseitig von Umgebungsluft durchströmt wird. Um den luftseitigen Widerstand solcher Wärmetauscher im Kraftfahrzeug zu senken, werden heute sogenannte schlanke Ovalrohre verwendet. Fig. 1 zeigt ein solches Ovalrohr 1 mit seiner kleinen Achse b und Fig. 2 zeigt dasselbe Rohr 1 mit seiner großen Achse a im Schnitt. Auf diesem Rohr 1 befinden sich zur Vergrößerung der Wämeaustauschfläche Rippen 6, die über nicht näher dargestellte Rip pendurchzüge durch Rohraufweitung in inniger Verbindung mit dem Rohr 1 stehen. Das Rohr 1 weist einen Endbereich 7 auf, der einen acht förmigen Querschnitt besitzt und in einem Durchzug 3 mit ebenfalls achtförmigem Querschnitt eines Rohrbodens 2 eines nicht näher darge stellten Wärmetauschers gehalten ist. Zwischen Durchzug 3 und Rohrende 7 befindet sich ein Kragen 5 einer Dichtungsplatte 4, die auf den Rohrboden 2 gelegt ist. Die Montage der Rohre 1 erfolgt in der Weise, daß die Dichtungsplatte 4 mit ihren Kragen 5 auf den Rohrboden 2 gelegt bzw. in dessen Durchzüge 3 mit den Kragen 5 eingesetzt wird. Danach werden die Rohrenden 7, die gegenüber dem Öffnungsquerschnitt der Dichtungskragen 5 ein leichtes Untermaß aufweisen, mit Spiel in die Kragen 5 eingeschoben und nach Erreichen ihrer Endposition durch einen Stempel mechanisch aufgeweitet. Durch dieses Aufweiten im plastischen Bereich wird eine Verpressung der Dichtungskragen 5 und damit die erforderliche Dichtwirkung der Rohre im Boden erzielt. Abschließend werden die mittleren Bereiche der Längsseiten der Rohrenden 7 um etwa 20° oder mehr gegenüber der Rohrachse 1′ nach außen ausgestellt, so daß sich formschlüssige Auszugssicherungen 8 und 9 ergeben. Fig. 1 and 2 show the tube / plate connection according to the invention for a known motor vehicle heat exchanger, so the example as a radiator for an internal combustion engine, the primary side is the coolant and the secondary side through which ambient air flows. To reduce the air-side resistance of such heat exchangers in motor vehicles, so-called slim oval tubes are used today. Fig. 1 shows such an oval tube 1 with its small axis b and Fig. 2 shows the same tube 1 with its large axis a in section. On this tube 1 there are ribs 6 to increase the heat exchange surface, which are pendurchzug through not expanding rip through tube expansion in intimate connection with the tube 1 . The tube 1 has an end region 7 , which has an eight-shaped cross section and is held in a passage 3 , also with an eight-shaped cross section, of a tube sheet 2 of a heat exchanger, not shown in more detail. Between the passage 3 and the pipe end 7 there is a collar 5 of a sealing plate 4 which is placed on the tube sheet 2 . The tubes 1 are mounted in such a way that the sealing plate 4 is placed with its collar 5 on the tube sheet 2 or is inserted into the passages 3 with the collar 5 . Thereafter, the tube ends 7, which have a slight undersize compared with the opening cross-section of the sealing collar 5 are inserted with play into the collar 5 and mechanically expanded by a punch, after reaching its end position. This widening in the plastic area results in compression of the sealing collar 5 and thus the required sealing effect of the pipes in the floor. Finally, the central areas of the long sides of the tube ends 7 are exposed to the outside by about 20 ° or more with respect to the tube axis 1 ', so that positive locking devices 8 and 9 result.

In Fig. 3 sind die Konturen von Durchzug und Rohr in einer Drauf sicht vergrößert dargestellt. Die Konturlinie 10 (ausgezogene Linie) stellt die Kontur des Durchzuges dar, während die gestrichelte Linie 18 die Außenkontur des aufgeweiteten Rohres umreißt. Dabei stellen die taillenförmige Abschnitte 19 der gestrichelten Linie die Außenkontur des Rohres im Durchzugsbereich dar, während die fein gestrichelten, nach außen weisenden Bereiche 20 die ausgestellten Rohrendbereiche zeigen, die als Zuganker wirken und sich in dieser Projektion deutlich erkennbar über die Kontur 10 des Durchzuges erstrecken. Der kurz gestrichelte achtförmige Linienzug 21 zeigt die Außenkontur des Rohrendes im umgeformten Zustand, d. h. vor dem Einführen und vor dem Aufweiten. Zwischen der gestrichelten achtförmigen Kontur 18 und der durchgezogenen Kontur 10 befindet sich also die Dichtung 22, die schraffiert angelegt ist.In Fig. 3, the contours of passage and pipe are shown enlarged in a top view. The contour line 10 (solid line) represents the contour of the passage, while the dashed line 18 outlines the outer contour of the expanded tube. The waist-shaped sections 19 of the dashed line represent the outer contour of the tube in the passage area, while the finely dashed, outwardly pointing areas 20 show the tube end areas which act as tie rods and which in this projection extend clearly over the contour 10 of the passage . The short dashed eight-shaped line 21 shows the outer contour of the pipe end in the deformed state, ie before insertion and before expansion. Between the dashed eight-shaped contour 18 and the solid contour 10 there is thus the seal 22 , which is hatched.

Die Innenkontur 10 des Durchzuges setzt sich aus einzelnen kreisför migen Abschnitten zusammen: an den beiden Scheitelbereichen 11 und 12 ist ein erster Radius R1 vorgesehen, der jeweils seitlich in einen kleineren Radius R2 übergeht, d. h. in die Abschnitte 13, 14, 15, 16. Der Übergangsbereich, d. h. der Taillenabschnitt 17 wird durch einen weiteren Radius R3, der kleiner als R2 ist, gebildet, wobei alle Radien kontinuierlich ineinander übergehen. Diese Kontur des achtförmigen Durchzuges mit den Radien R1 = 3,5, R2 = 2,5 und R3 = 2,0, ist besonders vorteilhaft für einen elliptischen Rohrquer schnitt mit den Außenabmessungen 11,3 und 3,2, also einem Achsenver hältnis von 3,5 (Längenmaße in mm).The inner contour 10 of the passage is composed of individual circular sections: a first radius R1 is provided at the two apex regions 11 and 12 , each of which laterally merges into a smaller radius R2, ie into sections 13 , 14 , 15 , 16 . The transition region, ie the waist section 17 , is formed by a further radius R3, which is smaller than R2, with all radii continuously merging into one another. This contour of the eight-shaped passage with the radii R1 = 3.5, R2 = 2.5 and R3 = 2.0, is particularly advantageous for an elliptical pipe cross-section with the outer dimensions 11.3 and 3.2, that is, an axis ratio of 3.5 (length dimensions in mm).

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf das Rohrende, wobei die Stirnflä che des Rohrendes mit 30 und die ausgestellten Bereiche mit 31 be zeichnet sind, die als Zuganker bzw. Ausziehsicherung wirken. Die achtförmige Kontur 32 (ausgezogene Linie) stellt die Innenkontur des Rohrendes im Durchzugsbereich dar, d. h. den Querschnitt des Rohren des in seinem aufgeweiteten Zustand gegenüber den Durchzügen. Eine weitere achtförmige Kontur 33 ist in gestrichelten Doppellinien an gedeutet und stellt das Rohrende dar, welches durch Umformung des Ovalrohres entstanden ist, d. h. vor der Aufweitung. Die Konturlinie 34 umreißt den Querschnitt des Ovalrohres außerhalb des Durchzugs bzw. Bodenbereiches, d. h. im Bereich der Rippen. Die Scheitelkontu ren 35 sind schließlich die Außenkonturen des Ovalrohres, ebenfalls im Rippenbereich. Es ergeben sich also nach dieser Fig. 4 unter schiedliche Querschnittsformen, die in der Tiefe gestaffelt liegen, nämlich die oberste, etwa rautenförmige Kontur 30 als die Stirnflä che des Rohrendes, darunter im Bodenbereich der achtförmige Innen querschnitt 32 des Rohres und darunter der elliptische Querschnitt 34 im Rippenbereich des Rohres, wobei jeder Querschnitt für seine Funktion ausgelegt ist: der elliptische Querschnitt 34 für einen ge ringen Luftwiderstand, der achtförmige Querschnitt 32 für eine mög lichst gleichmäßige Spannung nach der Aufweitung und günstige Dicht wirkung und schließlich der rautenförmige Querschnitt 31 für eine Ausziehsicherung der Rohre. Fig. 4 shows a plan view of the pipe end, the end face of the pipe end with 30 and the exhibited areas with 31 be distinguished, which act as a tie rod or pull-out protection. The eight-shaped contour 32 (solid line) represents the inner contour of the pipe end in the passage area, ie the cross section of the pipe in its expanded state compared to the passages. Another eight-shaped contour 33 is indicated in dashed double lines and represents the tube end, which was created by reshaping the oval tube, ie before expansion. The contour line 34 outlines the cross section of the oval tube outside the passage or floor area, ie in the area of the ribs. The Scheitelkontu ren 35 are finally the outer contours of the oval tube, also in the rib area. There arise therefore, according to this Fig. 4 under schiedliche cross-sectional shapes, which are staggered in depth, namely the top, such as diamond-shaped contour 30 as the Stirnflä surface of the tube end, including cross-section in the bottom region of the eight-shaped interior 32 of the tube and including the elliptical cross-sectional 34 in the rib region of the tube, each cross section being designed for its function: the elliptical cross section 34 for low aerodynamic drag, the eight-shaped cross section 32 for the most uniform possible tension after expansion and favorable sealing effect and finally the diamond-shaped cross section 31 for one Pull-out protection for the pipes.

Claims

1. Heat exchanger, in particular for motor vehicles, with oval tubes, the ends of which have an eight-shaped cross section and are held by means of elastic seals in passages with an eight-shaped cross section of a tube sheet, characterized in that the tube ends ( 7 ) with respect to the seals ( 5 ) and the passages ( 3 ) are widened.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tube ends ( 7 ) on the seal ( 4 ) protrude and on their long sides to form a pull-out protection ( 8 , 9 ) are out.

3. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the central regions of the long sides are at least 20 ° with respect to the longitudinal axis ( 1 ') of the tube ( 1 ) and seen in the direction of the longitudinal axis ( 1 ') form an obtuse-angled tab ( 20 ) .

4. Heat exchanger according to one of claims 1-3, characterized in that the tubes ( 1 ) have an approximately elliptical cross-section with an axis ratio of 3: 1 to 5: 1.

5. Heat exchanger according to claim 4, characterized in that the eight-shaped passage cross section ( 10 ) from two approximately circular partial cross sections ( 11 , 13 , 14 ; 12 , 15 , 16 ) is assembled, which are connected by a waist section ( 17 ).

6. Heat exchanger according to claim 5, characterized in that the two approximately circular partial cross sections ( 11 , 13 , 14 ; 12 , 15 , 16 ) in the two apex regions ( 11 , 12 ) of the through ( 10 ) each by a first radius R1 and in the side areas ( 13 , 14 ; 15 , 16 ) are each bounded by a second radius R2 and that the waist section ( 17 ) is formed by a third radius R3, with all radii continuously merging and R1 R2 <R3.