DE4432972A1 - Wärmetauscher mit zwei Rohrreihen, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Wärmetauscher mit zwei Rohrreihen, insbesondere für Kraftfahrzeuge

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Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, bestehend aus einer Mehrzahl von Rohren, die jeweils einen Körper und ein Ende umfassen und so angeordnet sind, daß sie ein Rohrbündel mit zwei Reihen bilden, aus einer Sammlerplatte, durch welche die Enden der Rohre hindurchgehen, einer Wasserkastenwand, die an die Sammlerplatte angeschlossen ist, und einer zwischen der Sammlerplatte und der Wasserkastenwand angeord­ neten Längstrennwand zur Begrenzung von zwei Kammern, die mit den beiden Rohrreihen in Verbindung stehen.
Wärmetauscher dieser Art, werden insbesondere in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor entweder als Kühler für die Kühlung des Motors oder als Heizradia­ tor für den Fahrgastraum eingesetzt.
Die zwei im Innern des Wasserkastens vorgesehenen Kammern dienen als Einlaß bzw. als Auslaß einer Kühl­ flüssigkeit, bei der es sich in der Regel um Wasser mit Zusatz eines Frostschutzmittels handelt, das in einem geschlossenen Kreislauf umläuft und das durch Wärmeaustausch mit einem Luftstrom gekühlt wird, der die Rohre des Rohrbündels umspült.
Die Rohre sind am anderen Ende des Rohrbündels ent­ weder durch einen entsprechenden Wasserkasten oder durch Winkelstücke miteinander verbunden.
Aufgrund dieser Anordnung entsteht ein Rohrbündel mit zwei Lagen oder Durchläufen, wobei die Flüssigkeit in einer der Lagen in einer Richtung und in der anderen Lage in entgegengesetzter Richtung fließt.
Die Rohre der Rohrbündel haben üblicherweise sowohl im Bereich des Körpers als auch im Bereich des Endes einen konstanten kreisförmigen Querschnitt.
Um die Leistungen des Wärmetauschers zu verbessern, ist ferner die Verwendung von Rohren bekannt, deren Körper einen nicht kreisförmigen Querschnitt mit länglicher Form besitzt, deren Ende einen weniger länglichen oder gar kreisförmigen Querschnitt auf­ weist.
Unabhängig von der Form der benutzten Rohre werden ihre Enden einzeln in Löcher eingesetzt, zwischen denen ein ausreichender Zwischenraum bestehen muß, um den Durchgang der Längstrennwand zu ermöglichen und um der Sammlerplatte eine hohe mechanische Festigkeit zu verleihen.
Von daher besteht die Notwendigkeit, einen minimalen Achsabstand zwischen zwei benachbaren Löchern für die Aufnahme der jeweiligen Enden von zwei benachbarten Rohren vorzusehen, die zu zwei verschiedenen Reihen des Rohrbündels gehören.
Dies trägt dazu bei, daß sich die Breite der Sammler­ platte und damit auch die Baubreite des Wärmetauschers entsprechend vergrößert.
Der Zweck der Erfindung besteht hauptsächlich darin, diesen Nachteil zu beseitigen.
Dazu schlägt sie einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art vor, bei dem die Enden der Rohre ver­ formt und im Verhältnis zum Körper der Rohre versetzt sind, so daß zwischen den Enden von zwei benachbarten Rohren, die zu zwei verschiedenen Reihen gehören, ein Zwischenraum für den Durchgang der Längstrennwand vorgesehen ist, und daß die Enden einen anderen Achs­ abstand aufweisen als die Körper der benachbarten Rohre.
Bei einem gegebenen Achsabstand der Körper der Rohre kann somit der Zwischenraum zwischen den Enden der Rohre vergrößert werden, um hauptsächlich einen aus­ reichenden Durchgang für die Quertrennwand herbei­ zuführen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Achsabstand der Enden der benachbarten Rohe größer als der Achsabstand der Körper der Rohre.
Die Körper der Rohre haben vorteilhafterweise einen allgemein abgeflachten Querschnitt, während ihre Enden einen in etwa ovalen Querschnitt aufweisen.
Diese Anordnung ermöglicht eine Optimierung der ther­ mischen Leistungen des Wärmetauschers.
Vorteilhafterweise stehen die Körper von zwei benach­ barten Rohren weitgehend untereinander in Berührung, was zu einer Verringerung der Baubreite des Wärme­ tauschers beitragen kann.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden die jeweiligen Enden von zwei benachbarten Rohren in zwei verschiedenen Löchern eingesetzt, die in einer Sammlerplatte vorgesehen sind, wobei letztere so viele Löcher besitzt, wie es Rohrenden gibt.
In dieser Ausführungsform ist der Zwischenraum zwi­ schen den jeweiligen Enden von zwei benachbarten Rohren größer als die Dicke der Trennwand.
Vorteilhafterweise werden die Sammlerplatte, die Enden der Rohre und die Trennwand durch Löten miteinander verbunden.
Außerdem besteht die Möglichkeit, eine sogenannte "mechanische" Verbindung mit Einfügung einer Dichtung
zwischen der Sammlerplatte und der Trennwand sowie zwischen Bünden der Sammlerplatte und den Rohren auszuführen, wenngleich diese mechanische Verbindung eine größere Gesamtbreite als eine Verbindung mittels Löten erfordert.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung werden die jeweiligen Enden von zwei benachbarten Rohren in ein und dasselbe Loch der Sammlerplatte eingesetzt, wobei letztere so viele Löcher besitzt, wie es Rohr­ endenpaare gibt.
Nach einer weiteren Besonderheit der Erfindung um­ fassen die Rohrenden zwei parallele flache Seiten, zwischen denen ein Abstand besteht, der in etwa der Dicke der Trennwand entspricht.
Die Trennwand besitzt vorteilhafterweise eine Längs­ seite mit voneinander entfernten Zähnen, die jeweils in eines der Löcher der Sammlerplatte und zwischen den zwei in das Loch eingesetzten Rohrenden eingreifen können.
Auf diese Weise entsteht eine in der Breite besonders kompakte Anordnung.
Bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung werden die Sammlerplatte, die Rohrenden und die Längs­ trennwand vorteilhafterweise durch Löten miteinander verbunden.
In der nachstehenden, lediglich als Beispiel angeführ­ ten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, auf denen folgendes dargestellt ist:
Fig. 1 zeigt eine mit partiellem Ausbruch ausge­ führte Seitenansicht eines Wärmetauschers nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine endseitige Ansicht dieses Wärme­ tauschers.
Fig. 3 zeigt eine mit partiellem Ausbruch ausge­ führte Draufsicht des Wärmetauschers der Fig. 1 und 2.
Fig. 4 zeigt eine Teilschnittansicht entlang der Linie IV-IV von Fig. 3.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Wärmetauschers nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 6 zeigt eine Teildraufsicht des Wärmetauschers von Fig. 5.
Fig. 7 zeigt eine Teildraufsicht der unbestückten Sammlerplatte des Wärmetauschers der Fig. 5 und 6.
Fig. 8 zeigt eine perspektivische Teilansicht von zwei benachbarten Rohren.
Fig. 9 zeigt eine perspektivische Teilansicht der Längstrennwand des Wärmetauschers der Fig. 5 und 6.
Der in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Wärmetauscher umfaßt eine Mehrzahl von Rohren 10, die jeweils einen Körper 1 mit abgeflachtem Querschnitt und ein Ende 14 mit länglichem, in etwa ovalem Querschnitt aufweisen (Fig. 3).
Die Rohre 10 sind so angeordnet, daß sie ein Rohr­ bündel 16 mit zwei Reihen R1 und R2 bilden, die im vorliegenden Beispiels aus jeweils fünfzehn Rohren bestehen.
Zwischen den Rohren 10 sind Rippen 18 angeordnet, die im vorliegenden Beispiel eine allgemein gewellte Form aufweisen. Das Rohrbündel 16 wird an seinen beiden Enden durch zwei Querleisten 20 eingefaßt (Fig. 1), die sich parallel zur Richtung der Rohre des Rohr­ bündels erstrecken.
Der Wärmetauscher umfaßt außerdem eine Sammlerplatte 22, die eine Mehrzahl von Bünden 24 besitzt, die jeweils ein Loch 26 mit in etwa ovaler Form begrenzen, das für den Durchgang eines Endes 14 eines Rohrs 10 dient. Im vorliegenden Beispiel umfaßt die Sammler­ platte 22 fünfzehn Lochpaare 26 in Entsprechung zu fünfzehn Endenpaaren 14.
Die Sammlerplatte 22 umfaßt einen Umfangsrand 28, in den der entsprechende Umfangsrand 30 einer Wasser­ kastenwand 32 eingesteckt wird.
Zwischen der Sammlerplatte 22 und der Wand 32 ist eine Längstrennwand 34 angeordnet, die zwei Kammern be­ grenzt: eine Einlaßkammer 36, die mit den Rohren der Reihe R1 in Verbindung steht, und eine Auslaßkammer 38, die mit den Rohren der Reihe R2 in Verbindung steht (Fig. 2). An der Wand 32 ist ein Sockel 40 angebracht, der einen Einlaßstutzen 42 und einen Auslaßstutzen 44 umfaßt, die mit den Kammern 36 bzw. 38 in Verbindung stehen.
An ihrem anderen Ende stehen die Enden 10 des Rohr­ bündels miteinander über (nicht dargestellte) Mittel in Verbindung, die entweder aus einem ähnlichen Was­ serkasten oder aus Winkelstücken bestehen können.
Der Wärmetauscher kann so von einem Fluid, beispiels­ weise von Wasser mit Zusatz von Frostschutzmittel, durchströmt werden, das durch den Einlaß 42 in die Kammer 36 einströmt, anschließend durch eine erste Lage, die aus den Rohren der Reihe R1 besteht, und dann durch eine zweite, aus den Rohren der Reihe R2 bestehende Lage fließt, um schließlich die Kammer 38 zu erreichen und den Wärmetauscher durch den Auslaß 44 wieder zu verlassen.
Wie im einzelnen in den Fig. 2 und 3 zu erkennen ist, sind die Enden 14 der Rohre 10 verformt und im Verhältnis zum Körper 12 der Rohre versetzt, so daß zwischen den Enden 14 von zwei benachbarten Rohren, die zu zwei verschiedenen Reihen R1 und R2 gehören, ein Durchgangsabstand P für die Längstrennwand 34 besteht.
Außerdem haben die Enden 14 einen endseitigen Achs­ abstand E1, der sich vom mittleren Achsabstand E2 der Rohrkörper 12 unterscheidet. Im vorliegenden Beispiel ist der endseitige Achsabstand E1 größer als der mittlere Achsabstand E2.
Dabei ist zu beachten, daß die jeweiligen Körper 12 von zwei benachbarten Rohren (die zu zwei verschiede­ nen Reihen gehören) weitgehend untereinander in Be­ rührung stehen, während der zwischen den Enden 14 von zwei benachbarten Rohren bestehende Durchgangsabstand P größer als die Dicke der Trennwand 34 ist.
Dadurch kann die Baubreite des Wärmetauschers mini­ miert werden, wobei gleichzeitig ein ausreichender Durchgangsabstand P vorgesehen ist, um das Einsetzen der Trennwand zu ermöglichen und um der Sammlerplatte 22 eine hohe mechanische Festigkeit zu verleihen.
In der Ausführungsform der Fig. 1 bis 4 sind die Sammlerplatte 22, die Enden 14 der Rohre und die Trennwand 34 vorzugsweise durch Löten miteinander verbunden.
Es besteht jedoch die Möglichkeit, eine mechanische Verbindung vorzusehen, bei der eine Dichtung zwischen der Sammlerplatte und der Trennwand eingefügt wird, wobei Bünde vorgesehen sind, die jeweils zwischen einem Bund 24 der Sammlerplatte und einem Ende 14 eines Rohrs eingesetzt werden.
Es wird nun auf die Fig. 5 bis 9 Bezug genommen, die eine andere Ausführungsform der Erfindung dar­ stellen, die mit der Ausführungsform der Fig. 1 bis 4 verwandt ist. Dabei werden gleichartige oder iden­ tische Elemente jeweils mit der gleichen Kennzahlen bezeichnet.
Der Wärmetauscher umfaßt eine Mehrzahl von Rohren 10, die jeweils einen Körper 12 mit abgeflachtem Quer­ schnitt und ein Ende 14 mit ovalem Querschnitt auf­ weisen und die so angeordnet sind, daß sie ein Rohr­ bündel 16 mit zwei Reihen R1 und R2 bilden. Zwischen den Rohren 10 sind Rippen 18 mit gewellter Form ange­ ordnet.
Der Wärmetauscher umfaßt außerdem eine Sammlerplatte 22, die nur eine Reihe von Löchern 26 mit allgemein länglicher Form besitzt (Fig. 7), wobei jedes Loch für das gleichzeitige Einsetzen der jeweiligen Enden 14 von zwei benachbarten Rohren 10 bestimmt ist.
Jedes der Löcher 26 wird von einem Bund 24 eingefaßt und von zwei parallelen Längskanten 50 sowie von zwei halbkreisförmigen Kanten 52 begrenzt (Fig. 7).
Jedes der Enden 14 wird durch zwei parallele Längs­ seiten 54, eine halbkreisförmige Seite 56 sowie eine gerade und flache Querseite 58 begrenzt. Die beiden Seiten 58 sind parallel gegenüberliegend angeordnet (Fig. 8), wobei zwischen ihnen ein Durchgangsabstand P′ vorgesehen ist, der in etwa der Dicke der Trennwand 34 entspricht. Wenn die beiden benachbarten Enden 14 in das Loch 26 eingesetzt werden, wirken die Seiten 44 mit den Seiten 50 des Loches zusammen, während die Seiten 56 mit den Seiten 52 des Loches zusammenwirken. Man kann dann die Längstrennwand 34 in jeden der Zwischenräume P′ einsetzen, die jeweils zwischen den Rohrpaaren vorgesehen sind.
Wie bei der vorangehenden Ausführungsform weisen die Enden 14 einen Achsabstand E1 auf, der größer als der Achsabstand E2 der Körper 12 ist, die weitgehend untereinander in Berührung stehen (Fig. 5 und 6 zu ändern).
Die Trennwand 34 hat in etwa die Form eines Kamms, der eine Längsseite 60 (Fig. 9) mit voneinander entfern­ ten Zähnen 62 besitzt, die jeweils in ein Loch 26 der Sammlerplatte 22 und in den Zwischenraum p, zwischen den beiden in in das Loch 26 eingesetzten Enden 14 eingreifen können.
Der Abstand I zwischen zwei benachbarten Zähnen (Fig. 9) entspricht dem Abstand I, der zwei benachbarte Löcher 26 voneinander trennt (Fig. 7). Die Länge jedes Zahnes entspricht der Breite des Lochs 26, wie sie zwischen seinen beiden Seiten 50 definiert ist.
Wenn die Trennwand 34 eingesetzt wird, füllt ihr Steg jeden der Zwischenräume P′ aus, wobei jeder ihrer Zähne 62 den Mittelteil jedes der Löcher 26 ausfüllt.
Die Ausführungsform der Fig. 6 bis 9 eignet sich hauptsächlich für eine mittels Löten vorgenommene Verbindung zwischen der Sammlerplatte 22, den Enden 14 der Rohre und der Trennwand 34.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf weitere Varianten.

Claims (11)

1. Wärmetauscher, bestehend aus einer Mehrzahl von Rohren (10), die jeweils einen Körper (12) und ein Ende (14) umfassen und so angeordnet sind, daß sie ein Rohrbündel (16) mit zwei Reihen (R1, R2) bilden, aus einer Sammlerplatte (22), durch welche die Enden der Rohre hindurchgehen, einer Wasserkastenwand (32), die an die Sammlerplatte angeschlossen ist, und einer zwischen der Sammlerplatte und der Wasserkastenwand angeordneten Längstrennwand (34) zur Begrenzung von zwei Kammern (36, 38), die mit den zwei Rohrreihen (R1 bzw. R2) in Verbindung stehen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Enden (14) der Rohre (10) verformt und im Verhältnis zum Körper (12) der Rohre versetzt sind, so daß zwischen den Enden (14) von zwei benachbarten Rohren (10), die zu den zwei Reihen (R1, R2) gehören, ein Zwischenraum (P) für den Durchgang der Längstrennwand (34) vorgesehen ist, und daß die Enden (14) jeweils einen Achsabstand (E1) aufweisen, der sich vom Achsabstand (E2) der Körper (12) der benachbarten Rohre unterscheidet.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Achsabstand (E1) der Enden (14) der benachbarten Rohe größer als der Achs­ abstand (E2) der Körper (12) der Rohre ist.
3. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (12) der Rohre (10) einen allgemein abgeflach­ ten Querschnitt haben, während ihre Enden (14) einen in etwa ovalen Querschnitt aufweisen.
4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (12) von zwei benachbarten Rohren (10) weit­ gehend untereinander in Berührung stehen.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Enden (14) von zwei benachbarten Rohren (10) in zwei verschiedenen Löchern (26) eingesetzt werden, die in der Sammlerplatte (22) vorgesehen sind, wobei letztere so viele Löcher besitzt, wie es Rohr­ enden gibt.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Durchgangsraum (P) zwischen den jeweiligen Enden (14) von zwei benachbar­ ten Rohren (10) größer als die Dicke der Trennwand (34) ist.
7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammlerplatte (22), die Enden (14) der Rohre und die Trennwand (34) durch Löten miteinander verbunden sind.
8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Enden (14) von zwei benachbarten Rohren (10) in ein und dasselbe Loch (26) der Sammlerplatte (34) eingesetzt sind, wobei letztere so viele Löcher (26) besitzt, wie es Endenpaare (14) von Rohren (10) gibt.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Enden (14) der Rohre (10) zwei parallele flache Seiten (58) umfassen, zwischen denen ein Durchgangsabstand (P′) besteht, der in etwa der Dicke der Trennwand (34) entspricht.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (34) eine Längsseite (60) mit voneinander entfernten Zähnen (62) besitzt, die jeweils in ein Loch (26) der Samm­ lerplatte (22) und zwischen ,den zwei in das Loch eingesetzten Enden (14) der Rohre (10) eingreifen können.
11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammlerplatte (22), die Enden (14) der Rohre (10) und die Trennwand (34) durch Löten miteinander verbunden sind.
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