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