DE69404108T2 - Heat exchanger, especially used as an oil cooler - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der insbesondere als Ölkühler zur Kühlung des Schmieröls eines Kraftfahrzeugs, vor allem eines Lastkraftwagens, benutzt werden kann.The invention relates to a heat exchanger which can be used in particular as an oil cooler for cooling the lubricating oil of a motor vehicle, in particular a truck.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher enthält die folgenden Bestandteile:The heat exchanger according to the invention contains the following components:
- eine Vielzahl von Flachrohren in Stapelanordnung, die jeweils durch zwei gegenüberliegende längliche Platten gebildet werden, die eine zwischen ihnen liegende Durchflußlamelle für eine Flüssigkeit begrenzen, wobei die Lamellen untereinder durch zwei Reihen von Öffnungen in Verbindung stehen, die in Richtung des Stapels aufeinander ausgerichtet und jeweils in gegenüberliegenden Bereichen der Platten vorgesehen sind, und- a plurality of flat tubes in a stack arrangement, each formed by two opposite elongated plates defining a flow lamella for a liquid between them, the lamellas being connected to one another by two rows of openings aligned in the direction of the stack and each provided in opposite regions of the plates, and
- eine Vielzahl von gewellten Rippen, die zwischen den Flachrohren angeordnet sind und von einem Luftstrom beströmt werden können.- a multitude of corrugated fins arranged between the flat tubes and which can be flowed over by an air stream.
Wenn ein derartiger Wärmetauscher als Ölkühler benutzt wird, zirkuliert das Öl im Innern der durch die Flachrohre begrenzten Lamellen, wobei es durch den Luftstrom gekühlt wird, der die zwischen den Flachrohren angeordneten Rippen beströmt.When such a heat exchanger is used as an oil cooler, the oil circulates inside the fins defined by the flat tubes, being cooled by the air flow that flows over the fins arranged between the flat tubes.
In solchen bekannten Wärmetauschern werden die Platten und die Rippen üblicherweise durch Verlöten miteinander verbunden, wobei außerdem zwei Gehäuse vorgesehen sind, die direkt an einer Endplatte befestigt werden, um den Ein- und Auslaß der zu kühlenden Kühlflüssigkeit zu ermöglichen, bei der es sich im allgemeinen um Öl handelt.In such known heat exchangers, the plates and fins are usually joined together by soldering, and two housings are also provided which are attached directly to an end plate to allow the inlet and outlet of the cooling liquid to be cooled, which is generally oil.
Die Befestigung eines solches bekannten Wärmetauschers am Fahrzeug erfolgt üblicherweise anhand von Befestigungsmitteln, die an den Flachrohren angelötet werden.The attachment of such a known heat exchanger to the vehicle is usually done using fasteners that are soldered to the flat tubes.
Bei dieser Befestigungsart ergeben sich jedoch praktische Schwierigkeiten aufgrund der Ausdehnungsunterschiede, die am Wärmetauscher während seines Betriebs auftreten, da die zu kühlende Kühlflüssigkeit mit einer hohen Temperatur in den Wärmetauscher einströmt und ihn mit einer niedrigeren Temperatur wieder verläßt.However, this type of fastening presents practical difficulties due to the differences in expansion that occur in the heat exchanger during operation, since the cooling liquid to be cooled flows into the heat exchanger at a high temperature and leaves it again at a lower temperature.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen.The invention is based in particular on the object of eliminating this disadvantage.
Dazu schlägt sie einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art vor, der einen länglichen Querträger umfaßt, der auf einer an einem Ende des Stapels befindlichen Platte anliegt und mit zwei Durchgängen versehen ist, die jeweils mit einer der beiden Reihen von aufeinander ausgerichteten Öffnungen in Verbindung stehen, und der einen verformbaren Teil in Form eines Rohrbogenausgleichers aufweist, der eine Veränderung seiner Länge ermöglicht, sowie zwei winkelförmige Flansche, die fest mit dem Querträger verbunden sind und an der Platte anliegen, die am anderen Ende des Stapels angeordnet ist.To this end, it proposes a heat exchanger of the type mentioned at the outset, comprising an elongated cross member resting on a plate located at one end of the stack and provided with two passages, each communicating with one of the two rows of aligned openings, and having a deformable part in the form of a bend compensator allowing its length to be varied, as well as two angular flanges fixed to the cross member and resting on the plate located at the other end of the stack.
Der Flachrohrstapel wird dabei, unabhängig von den Temperaturen der Kühlflüssigkeit beim Eintritt und Austritt in den bzw. aus dem Wärmetauscher, eng durch den Querträger und die beiden winkelförmigen Flansche umschlossen.The flat tube stack is tightly sealed by the cross member and the two angled flanges.
Der am Querträger ausgebildete Rohrbogenausgleicher ermöglicht durch Federkraft die Herbeiführung eines ausgezeichneten Kontakts an den Flachrohren, um eine einwandfreie Verlötung zu bewirken.The pipe bend compensator on the cross member enables excellent contact to be made with the flat tubes by means of spring force in order to ensure perfect soldering.
Außerdem ermöglicht dieser Rohrbogenausgleicher eine hohe Festigkeit des Wärmetauschers gegenüber etwaigen schroffen Temperaturwechseln.In addition, this pipe bend compensator enables the heat exchanger to be highly resistant to any sudden temperature changes.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Querträger eine flache rechteckige Scheibe, die eine U-förmige Querbiegung aufweist, die den vorgenannten Rohrbogenausgleicher bildet.In a preferred embodiment of the invention, the cross member comprises a flat rectangular disc, which has a U-shaped transverse bend, which forms the aforesaid pipe bend compensator.
Aufgrund des Vorhandenseins dieses Rohrbogenausgleichers kann sich die Länge der Scheibe entweder im Sinne einer Vergrößerung oder im Sinne einer Verkleinerung verändern.Due to the presence of this pipe bend compensator, the length of the disc can change either in the sense of enlargement or in the sense of reduction.
Der Querträger umfaßt vorteilhafterweise gegenüberliegende Seitenrandleisten, die sich senkrecht zur Ebene der Scheibe erstrecken und zur Befestigung der beiden winkelförmigen Flansche dienen.The cross member advantageously comprises opposite side edge strips which extend perpendicular to the plane of the pane and serve to attach the two angular flanges.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung umfaßt der Querträger außerdem mindestens eine Längsrandleiste, die sich senkrecht zur Ebene der Scheibe erstreckt und zur Befestigung des Wärmetauschers dient.According to another feature of the invention, the cross member also comprises at least one longitudinal edge strip extending perpendicular to the plane of the disc and serving to fix the heat exchanger.
Jeder winkelförmige Flansch umfaßt vorteilhafterweise einen ersten Schenkel, der sich parallel zur Richtung des Stapels erstreckt und an den Enden der Platten zur Anlage kommt, und einen zweiten Schenkel, der sich parallel zum Querträger erstreckt und an der Platte anliegt, die am anderen Ende des Stapels angeordnet ist. Der Querträger und die beiden Flansche bilden dadurch einen Rahmen, der den Stapel der Flachrohre umgibt.Each angular flange advantageously comprises a first leg extending parallel to the direction of the stack and resting on the ends of the plates, and a second leg extending parallel to the cross member and resting on the plate arranged at the other end of the stack. The cross member and the two flanges form thereby creating a frame that surrounds the stack of flat tubes.
Der erste Schenkel eines der Flansche umfaßt vorteilhafterweise einen rechtwinklig gebogenen Befestigungsflügel. Dieser Flügel kann zur Befestigung des Wärmetauschers im Kraftfahrzeug verwendet werden.The first leg of one of the flanges advantageously comprises a fastening wing bent at a right angle. This wing can be used to fasten the heat exchanger in the motor vehicle.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enden die zweiten Schenkel der beiden Flansche in zwei einander zugekehrten Schrägkanten. Dadurch entstehen zwei unabhängige Flansche, bei denen der Abstand zwischen den beiden einander zugekehrten Schrägkanten veränderlich ist.In a preferred embodiment of the invention, the second legs of the two flanges end in two beveled edges facing each other. This creates two independent flanges in which the distance between the two beveled edges facing each other is variable.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die zwei Schenkel der beiden Flansche über einen Rohrbogenausgleicher miteinander verbunden.In another embodiment of the invention, the two legs of the two flanges are connected to each other via a pipe bend compensator.
In diesem Falle sind die beiden Flansche fest aneinander angebracht.In this case, the two flanges are firmly attached to each other.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung umfaßt der Wärmetauscher zwei am Querträger gegenüber den beiden Durchgängen angesetzte Gehäuse, die mit einem Einlaßstutzen bzw. mit einem Auslaßstutzen für die Kühlflüssigkeit versehen sind.According to another feature of the invention, the heat exchanger comprises two housings attached to the cross member opposite the two passages, which are provided with an inlet connection and an outlet connection for the cooling liquid.
Demzufolge können die beiden Gehäuse im vorhinein am Querträger vorgesehen werden, wodurch anschließend die Anbringung des Querträgers und der beiden Flansche an den Flachrohren vereinfacht wird.As a result, the two housings can be provided on the cross member in advance, which subsequently simplifies the attachment of the cross member and the two flanges to the flat tubes.
Die Flachrohre, die Rippen, der Querträger und die Flansche werden vorteilhafterweise zusammengelötet.The flat tubes, the ribs, the cross member and the flanges are advantageously soldered together.
In der nachstehenden, nur als Beispiel angeführten Beschreibung wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen, auf der folgendes dargestellt ist:In the following description, given by way of example only, reference is made to the attached drawing, which shows:
- Figur 1 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.- Figure 1 shows an exploded perspective partial view of a heat exchanger according to the invention.
- Figur 2 zeigt eine Teilschnittansicht des Wärmetauschers von Figur 1.- Figure 2 shows a partial sectional view of the heat exchanger of Figure 1.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher umfaßt eine Vielzahl von Flachrohren 10, die nebeneinander angeordnet sind, um einen Stapel entlang einer Stapelrichtung XX zu bilden (Figur 2). Jedes der Flachrohre 10 besteht aus zwei gegenüberliegenden länglichen Platten 12, die eine zwischen ihnen liegende Durchflußlamelle 14 für eine Flüssigkeit begrenzen, zum Beispiel für das Schmieröl eines Motors oder das Getriebeöl eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Lastkraftwagens.The heat exchanger according to the invention comprises a multiplicity of flat tubes 10 arranged next to one another to form a stack along a stacking direction XX (Figure 2). Each of the flat tubes 10 consists of two opposite elongated plates 12 which delimit a flow lamella 14 lying between them for a liquid, for example for the lubricating oil of an engine or the transmission oil of a motor vehicle, for example a truck.
Jede der Lamellen 12 weist eine rechteckige Gesamtform auf und umfaßt eine Umfangskante 16, die eine Anschlußlippe bildet, um die dichte Verbindung mit einer gegenüberliegenden entsprechenden Platte zu ermöglichen.Each of the slats 12 has a rectangular overall shape and includes a peripheral edge 16 which forms a connecting lip to enable the tight connection with an opposite corresponding plate.
Jede der Platten 12 enthält zwei Vorsprünge 18 und 20, die in zwei gegenüberliegenden Bereichen der Platten vorgesehen sind, wobei diese Bereiche in Längsrichtung der Platten beabstandet sind.Each of the plates 12 includes two projections 18 and 20, which are provided in two opposite regions of the plates, which regions are spaced apart in the longitudinal direction of the plates.
Die Vorsprünge 18 und 20 bilden Plattenköpfe und sind mit einer Öffnung 22 bzw. mit einer Öffnung 24 versehen.The projections 18 and 20 form plate heads and are provided with an opening 22 and an opening 24, respectively.
Im dargestellten Beispiel (Figur 1) ist jede der Öffnungen 22, ebenso wie jede der Öffnungen 24, als Doppelöffnung ausgebildet, wobei es sich jedoch auch um eine einfache Öffnung handeln könnte.In the example shown (Figure 1), each of the openings 22, as well as each of the openings 24, is designed as a double opening, although it could also be a single opening.
Wenn die Platten 12 paarweise angeordnet werden, um eine Flachrohr 10 zu bilden und wenn diese Rohre anschließend übereinandergeschichtet werden, um einen Stapel zu bilden, werden die Öffnungen 22 in der Richtung XX aufeinander ausgerichtet, so daß die Kühlflüssigkeit in die Lamellen 14 einströmen kann. Danach verläßt diese Kühlflüssigkeit die Lamellen 14 durch die Öffnungen 24, die ebenfalls in der Richtung XX aufeinander ausgerichtet sind.If the plates 12 are arranged in pairs to form a flat tube 10 and if these tubes are then stacked on top of one another to form a stack, the openings 22 are aligned in the direction XX so that the cooling liquid can flow into the fins 14. This cooling liquid then leaves the fins 14 through the openings 24, which are also aligned in the direction XX.
In jeder der Lamellen 14 ist ein (nur in Figur 1 dargestelltes) Störelement 25 angeordnet, um die Strömung der in den Lamellen fließenden Kühlflüssigkeit zu stören und den Wärmeaustausch mit der Luft zu verbessern.In each of the fins 14, a disturbance element 25 (shown only in Figure 1) is arranged in order to disturb the flow of the cooling liquid flowing in the fins and to improve the heat exchange with the air.
Der Wärmetauscher umfaßt außerdem eine Vielzahl von gewellten Rippen 26, die zwischen den Flachrohren 10 eingefügt sind und von einem Luftstrom beströmt werden können, der zwischen den Flachrohren 10 verläuft. Die Rippen 26 haben eine rechteckige Gesamtform und erstrecken sich jeweils zwischen den Vorsprüngen 18 und 20. Sie besitzen in etwa die gleiche Breite wie die Rohre 10, haben aber eine kleinere Länge.The heat exchanger also includes a plurality of corrugated fins 26 that are inserted between the flat tubes 10 and can be flowed over by an air flow that runs between the flat tubes 10. The fins 26 have a rectangular overall shape and extend between the projections 18 and 20. They have approximately the same width as the tubes 10, but are shorter in length.
Der Wärmetauscher, wie er bisher beschrieben wurde, weist einen an sich bekannten Aufbau auf. Die Platten 12, welche die Flachrohre 10 bilden, und die Rippen 26 werden durch Verlöten zusammengebaut.The heat exchanger, as described so far, has a structure known per se. The plates 12, which form the flat tubes 10, and the fins 26 are assembled by soldering.
Erfindungsgemäß umfaßt der Wärmetauscher einen länglichen Querträger 28, der auf der am oberen Ende des Stapels angeordneten Platte 12 anliegt. Der Querträger 28 umfaßt eine rechteckige Scheibe 30 mit einer allgemein flachen Form, die in etwa die gleichen Abmessungen wie die Platte 12 aufweist. Die rechteckige Scheibe 30 kommt an den beiden Vorsprüngen 18 und 20 der entsprechenden Platte 12 zur Auflage. Die rechteckige Scheibe 30 weist eine Querbiegung 32 mit U- oder Omega-förmigem Querschnitt auf, die einen Rohrbogenausgleicher bildet, um eine Veränderung der Länge Scheibe 30 entweder im Sinne einer Vergrößerung oder im Sinne einer Verkleinerung zu ermöglichen.According to the invention, the heat exchanger comprises an elongate cross member 28 which bears against the plate 12 arranged at the top of the stack. The cross member 28 comprises a rectangular disk 30 with a generally flat shape and approximately the same dimensions as the plate 12. The rectangular disk 30 bears against the two projections 18 and 20 of the corresponding plate 12. The rectangular disk 30 has a transverse bend 32 with a U-shaped or omega-shaped cross section which forms a pipe bend compensator to compensate for a variation in the length Disc 30 can be enlarged or reduced in size.
In die Scheibe 30 sind zwei Durchgänge 34 und 36 eingearbeitet, die jeweils mit einer der beiden Reihen von aufeinander ausgerichteten Öffnungen 22 und 24 in Verbindung stehen. Im dargestellten Beispiel besteht jeder der Durchgänge aus einer Doppelöffnung, deren Umriß dem der Doppelöffnungen 22 bzw. 24 entspricht.Two passages 34 and 36 are incorporated into the disk 30, each of which is connected to one of the two rows of aligned openings 22 and 24. In the example shown, each of the passages consists of a double opening, the outline of which corresponds to that of the double openings 22 and 24 respectively.
Der Querträger 28 umfaßt außerdem zwei gegenüberhegende Seitenrandleisten 38 und 40, die sich senkrecht zur Ebene der Scheibe 30 erstrecken und zur Befestigung von zwei winkelförmigen Flanschen 42 und 44 dienen.The cross member 28 also comprises two opposite side edge strips 38 and 40 which extend perpendicularly to the plane of the disc 30 and serve to attach two angular flanges 42 and 44.
Darüber hinaus umfaßt der Querträger 28 eine Längsrandleiste 46, die sich senkrecht zur Ebene der Scheibe 30 erstreckt und zur Befestigung des Wärmetauschers dient. Im dargestellten Beispiel enthält die Randleiste 46 eine längliche Aussparung 48. Der Quertr-ger 28 umfaßt desweiteren eine Längsrandleiste 47, die sich auf einem Teil der Länge der Scheibe erstreckt.In addition, the cross member 28 comprises a longitudinal edge strip 46 which extends perpendicular to the plane of the disk 30 and serves to attach the heat exchanger. In the example shown, the edge strip 46 contains an elongated recess 48. The cross member 28 further comprises a longitudinal edge strip 47 which extends over part of the length of the disk.
Der Flansch 42 umfaßt einen ersten Schenkel 50, der sich parallel zur Richtung XX des Stapels erstreckt und an den Enden der Platten zur Auflage kommt, sowie einen zweiten Schenkel 52 der sich parallel zur Scheibe 30 des Querträgers erstreckt und an der Platte 12 anliegt, die sich am anderen Ende des Stapels befindet. Ebenso umfaßt der Flansch 44 einen ersten Schenkel 54, der sich parallel zur Richtung XX erstreckt und an den Enden der Platten zur Anlage kommt, und einen zweiten Schenkel 56, der sich parallel zur Scheibe 30 erstreckt und an der Platte anliegt, die sich am anderen Ende bzw. am unteren Ende des Stapels befindet. Daraus folgt, daß der Querträger 28 und die beiden Flansche 42 und 44 einen Rahmen mit allgemein rechteckigem Umriß bilden, der den Stapel der Flachrohre 12 umgibt.The flange 42 comprises a first leg 50 which extends parallel to the direction XX of the stack and rests on the ends of the plates, and a second leg 52 which extends parallel to the disc 30 of the cross member and rests on the plate 12 which is located at the other end of the stack. Likewise, the flange 44 comprises a first leg 54 which extends parallel to the direction XX and rests on the ends of the plates, and a second leg 56 which extends parallel to the disc 30 and rests on the plate which is located at the other end or at the bottom of the stack. It follows that the cross member 28 and the two flanges 42 and 44 form a frame with a generally rectangular outline which supports the stack of flat tubes. 12 surrounds.
Der erste Schenkel des Flansches 44 umfaßt einen rechtwinklig gebogenen Befestigungsflügel 58, der mit zwei Langlöchern 60 versehen ist.The first leg of the flange 44 comprises a right-angled fastening wing 58 which is provided with two elongated holes 60.
Wie in Figur 1 zu erkennen ist, enden die zweiten Schenkel 52 bzw. 56 der beiden Flansche in zwei einander zugekehrten Schrägkanten 62 bzw. 64, die durch einen geringen Abstand voneinander getrennt sind. Dieser Abstand kann sich nach Maßgabe der Dehnungsunterschiede vergrößern oder verkleinern, die an den Flachrohren 10 in Abhängigkeit von den Ein- und Austrittstemperaturen der sie durchströmenden Kühlflüssigkeit auftreten.As can be seen in Figure 1, the second legs 52 and 56 of the two flanges end in two facing beveled edges 62 and 64, respectively, which are separated from each other by a small distance. This distance can increase or decrease depending on the expansion differences that occur on the flat tubes 10 depending on the inlet and outlet temperatures of the cooling liquid flowing through them.
In einer nicht dargestellten Variante könnten die beiden Schenkel 52 und 56 durch einen Rohrbogenausgleicher entsprechend dem vorstehend beschriebenen Rohrbogenausgleicher 32 verbunden werden.In a variant not shown, the two legs 52 and 56 could be connected by a pipe bend compensator corresponding to the pipe bend compensator 32 described above.
Darüber hinaus umfaßt der Wärmetauscher zwei Gehäuse 66 und 68 (Figur 1), die jeweils durch ein tiefgezogenes Blech gebildet werden und an der Scheibe 30 des Querträgers gegenüber den beiden Durchgängen 34 bzw. 36 angesetzt sind. Die Gehäuse 66 und 68 sind mit einem Einlaßstutzen 70 bzw. mit einem Auslaßstutzen 72 für die zu kühlende Flüssigkeit, beispielsweise Öl, versehen.In addition, the heat exchanger comprises two housings 66 and 68 (Figure 1), each of which is formed by a deep-drawn sheet metal and is attached to the disc 30 of the cross member opposite the two passages 34 and 36 respectively. The housings 66 and 68 are provided with an inlet connection 70 and an outlet connection 72 for the liquid to be cooled, for example oil.
Es dürfte verständlich geworden sein, daß die aus dem Querträger 28 und den beiden Flanschen 42 und 44 bestehende Bauemheit eine Art Einfassung bildet, die den Stapel der Flachrohre 10 und der Rippen 26 eng umschließt, unabhängig von den Ausdehnungen, die an der Bauemheit nach Maßgabe der Temperaturunterschiede zwischen Einlaß und Auslaß des Wärmetauschers auftreten.It should be understandable that the structural unit consisting of the cross member 28 and the two flanges 42 and 44 forms a kind of enclosure that tightly encloses the stack of flat tubes 10 and the fins 26, regardless of the expansions that occur on the structural unit depending on the temperature differences between the inlet and outlet of the heat exchanger.
Die Flachrohre 10 (Platten 12), die Rippen 26, der Querträger 28 sowie die Flansche 42 und 44 werden vorteilhafterweise durch Verlöten miteinander verbunden.The flat tubes 10 (plates 12), the ribs 26, the cross member 28 and the flanges 42 and 44 are advantageously connected to one another by soldering.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist insbesondere zur Kühlung des Schmieröls für den Motor oder das Getriebe eines Kraftfahrzeugs, vor allem eines Lastkraftwagens, bestimmt.The heat exchanger according to the invention is intended in particular for cooling the lubricating oil for the engine or the gearbox of a motor vehicle, in particular a truck.
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1994
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