DE8816980U1 - Röhrenwärmetauscher - Google Patents
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Description
28.05.1991 - 1 - HC/Rc 48O15G B
Happel GmbH & Co.
Südstraße 48
D - 4690 Herne 2
Röhrenwärmetauscher
Die Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher, insbesondere zur Motorkühlung und/oder Beheizung des Fahrgastraumes von
Kraftfahrzeugen, die mit flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotoren ausgerüstet sind, mit einem
Wasserkasten unter Verwendung von
Leichtmetall-Strangpreßprofilen, an dem Wärmetauscherrohre befestigt sind.
Bei Wärmetauschern dieser Art besteht nicht nur das Problem ausreichender Wärmeübertragungsleistung bei möglichst
reduziertem Gewicht. Ein weiteres Problem ergibt sich aus der Notwendigkeit einer Massenproduktion, ohne daß der
Kostenaufwand für die Fertigungseinrichtung zu hoch wird. Bisher sind zum Beispiel für Kunststoffdeckel und
Bodenplatten der Wasserkästen teure Spritzwerkzeuge erforderlich, oder es sind bei Wasserkästen aus Metall
ebenso teure Tiefzieh-, Loch- und Beschneidewerkzeuge und
Löteinrichtungen notwendig. Darüber hinaus muß für jede Wärmetauschergröße ein eigener Werkzeugsatz hergestellt
werden. Ebenso aufwendig und problematisch ist dann die
flüssigkeitsdichte Befestigung der Rohrenden in den Bodenplatten sowie eine ebensolche Verbindung der
Deckelteile mit den Bodenplatten.
Je mehr Fertigungsschritte letztlich vorhanden sind, um so mehr sind dann noch kostenträchtige Prüfeinrichtungen
erforderlich. Mit welchem Aufwand an diese Fragen herangegangen wird, zeigen z.B. die deutschen
Patentschriften 23 02 769 und 23 02 770. Sie zeigen Rohrbündelwärmetauscher, deren Wasserkästen vollständig
aus Kunststoffspritzteilen gefertigt sind und bei denen die Wärmetauscherrohre mit Hilfe eines spritzfähigen,
erhärtbaren, elastischen Dichtungsmaterials in der Bodenplatte befestigt werden sollen. Bei der zuerst
genannten PS wird zusammen mit den Rohrenden auch das Deckelteil mit der Bodenplatte verbunden. Ferner ist es
notwendig, ein hochviskoses Dichtungsmaterial durch zahlreiche enge und verzeigte Kanäle gleichmäßig und ohne
Lunkerstellen an die vorgesehenen Dichtstellen zu führen. Dies mag für Versuchsteile gelingen, in einer
Großserienfertigung ist das hier gezeigte Befestigungsund Dichtverfahren nicht, oder nur mit großem Aufwand zu
beherrschen.
Die als bekannter Stand der Technik anzusehenden Rohrverbindungsarten mit einem Wasserkastenboden in mehr
oder weniger komplizierter Form durch Aufweiten der Rohre, durch Verlöten im Schutzgasofen oder Vakuum, DE-OS
31 43 333» mit elastischem Material oder durch Kleben, sind
zahlreich. Eines ist all diesen Konstruktionen (mit Einschränkung bei den Lötverbindungen) gemeinsam,
nämlich eine hohe Undichtigkeitsquote bei der Fertigung. Dies hat Ausschuß oder Nacharbeit zur Folge.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die
aufgezeigten Nachteile zu vermeiden und die Herstellung von Wärmetauschern der hier in Frage kommenden Art, was
die Einrichtungskosten betrifft, wesentlich zu verbilligen sowie den Fertigungsaufwand durch konstruktive und
verfahrenstechnische Maßnahmen zu verringern.
Dies wird durch zwei Hauptmaßnahmen gemäß der Erfindung erreicht. Erstens wird die unrationelle Vielfalt von teuren
Werkzeugen für jede Wärmetauscherform und -größe durch die Verwendung von wenigen Formen von
Leichtmetall-Strangpreßprofilen ersetzt, zu deren Herstellung Werkzeuge erforderlich sind, deren Kosten in
keinem Vergleich zu den hohen Kosten von z.B. KunststoffSpritzwerkzeugen stehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher zu schaffen, der eine einwandfreie metallische Verbindung
zwischen Leichtmetallrohren und Leichtmetallwasserkasten ohne aufwendige Schutzgaslötanlage ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der (die) den Wärmetauscherrohren zugewendete(n) Bodenteil(e)
des Profils derartig doppelwandig ausgeführt ist (sind), daß jedes doppelwandig ausgeführte Bodenteil des
Stangpreßprofils einen vom Flüssigkeitsraum abgetrennten Kanal bildet, dessen Höhe einen Bruchteil der Gesamthöhe
des Wasserkastens, vorzugsweise weniger als 5 mm, beträgt und der mindestens über die Breite des wasserführenden
Teils des Strangpreßprofils reicht.
Um die erfindungsgemäße Befestigung und Abdichtung der Rohre im Wasserkasten zu erreichen, werden die dünnwandigen
Leichtmetall-Strangpreßprofile derart ausgeführt, daß der
den Wärmetauscherrohren zugewendete Bodenteil des Profils
doppelwandig ausgeführt ist, und zwar so, daß ein vom
eigentlichen Flüssigkeitsraum des Wasserkastens abgetrennter Kanal von geringer Höhe, vorzugsweise weniger als 5 mm, über
die Breite des Wasserkastenprofils entsteht, der durch fluchtend in beiden Bodenwänden angeordnete Lochungen
hindurch von den Rohren durchdrungen ist. Zur genauen Führung der Rohre sind beide Bodenwände für den jeweiligen
Rohrquerschnitt passend gelocht.
Die Verwendung von Strangpreßprofilen erlaubt es mit wenigen Profilformen und unterschiedlich abgeschnittenen Längen,
zahlreiche Wärmetauschergrößen mit einem Bruchteil der Werkzeugkosten gegenüber der bisher üblichen Praxis
herzustellen.
Erfindungsgemäß sind die Rohrenden durch die zugehörigen Lochpaare so weit eingeführt, daß sie geringfügig,
vorzugsweise z.B. zwei bis vier Rohrwandstärken weit, in den flüssigkeitsführenden Raum des Wasserkastenprofils
hineinragen. Die Stirnseiten des Wasserkastenprofils sind mit Endplatten verschlossen, die im flüssigkeitsführenden
Bereich Bohrungen enthalten können, falls Flüssigkeitseinund -austrittsrohre angebracht werden müssen-.
Die Stirnseiten im Bereich der doppelten Bodenwände sind mit Platten verschlossen, die Bohrungen zur Zufuhr des
Dichtmediums bzw. zur Entlüftung beim Füllen aufweisen. Die Endplatten werden mittels an sich bekannter Verfahren
automatisch aufgeschweißt, z.B. Laserschweißung.
Wenn Flüssigkeitseintritt und -austritt nicht an den Stirnseiten liegen, wird das Strangpreß-Profil an den
vorgesehenen Stellen entsprechend gelocht.
Um die Lochungen zum Einführen der Rohre von außen her durch beide Bodenwände hindurch vornehmen zu können, ohne daß das
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Wandmaterial nachgibt, werden beide Wände während des
Lochens durch Einlagen (z.B. aus Stahl) gestützt, die Aussparungen für die Lochstempel enthalten.
Zusätzliche Stege zwischen den Bodenwänden können zur Stabilität beim Lochen dienlich sein.
Wenn die Stirnseiten des Strangpreßprofils verschlossen und die beiden Bodenwände gelocht sind, werden die
Wärmetauscherrohre in folgender Weise mit dem Wasserkasten verbunden:
Die Rohre werden, gegebenenfalls bereits mit Lamellen versehen, durch die Lochpaare in den Bodenwänden hindurch so
weit eingesteckt, wie bereits angegeben. Der Wärmetauscher wird so gedreht, daß der Wasserkasten-senkrecht steht.
Durch die unteren Bohrungen zwischen den Bodenwänden wird ein flüssiges Metall oder eine flüssige Metallegierung
eingeführt, deren Schmelzpunkt niedriger ist als der des Wasserkasten-Strangpreßprofils.
Es kann z.B. eine homogenisierte Zink-Aluminium-Legierung eingebracht werden mit einem Zinkanteil von 95 Vol. %.
Es wird solange gefüllt, bis die eingebrachte Metallegierung mindestens die obenliegenden Bohrungen erreicht hat.
Nach dem Abkühlen ist eine dichte, mechanisch äußerst stabile Verbindung zwischen Rohren und Wasserkasten
hergestellt, bei der auch alle Schwierigkeiten wegen unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten vermieden
sind.
Vorstehend ist lediglich auf die wichtigsten Merkmale der Erfindung eingegangen worden, um die nachfolgende
Erläuterung von Ausführungsbeispielen zu vereinfachen.
Es sind zusätzlich noch erfindungsgemäß Merkmale vorhanden, auf die anschließend nur kurz eingeganen wird. Für einen
Fachmann ist es jedoch ohne weiteres ersichtlich, daß das als erfinderisch Offenbarte ohne weiteres für andere,
abgewandelte Konstruktionen gemäß der vorliegenden Erfindung gelten kann.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele von Wärmetauschern gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Wärmetauscher mit einem seitlichen
Wasserkasten, mit Mehrkanalflachrohren und Umkehrung der Strömungsrichtung in den Rohren an
den Rohrenden,
Fig. 2 einen Wärmetauscher wie in Fig. 1, jedoch mit Elementen zur Oberflächenvergrößerung zwischen
den Flachrohren,
Fig. 3 einen Wärmetauscher mit einem seitlichen Wasserkasten, jedoch mit haarnadelförmig
gebogenen Rundrohren, die mit Lamellen zur Oberflächenvergößerung versehen sind,
Fig. 4 - je einen Wärmetauscher mit einem Wasserkasten
Fig. 6 in der Mitte und Rohrausführungen wie in den Fig. 1 - 3,
Fig. 7 + zeigen Querschnitte eines Strangpreßprofils Fig. mit Lochung der doppelten Wand im Bodenbereich,
Fig. 9 zeigt vereinfacht die Füllung des Bodenkanals
eines Strangpreßprofils mit einem flüssigen, metallischen Dichtmedium.
Auf den Figuren 1 bis 3 sind Wärmetauscher gemäß der
Erfindung dargestellt, die sich lediglich durch die Art der Berohrung und durch unterschiedliche,
oberflächenvergrößernde Elemente 16,18,19,20 unterscheiden.
Die Wasserkästen aus Strangpreßprofil 1 sind bei diesen Ausführungsbeispielen nur auf einer Seite angeordnet. Die
Rohre sind so gestaltet, daß in ihnen eine Flüssigkeitsströmung vom Wasserkasten weg und nach einer
Richtungsumkehrung wieder zu diesem hin erzeugt wird.
Selbstverständlich können, was hier nicht besonders dargestellt ist, auch zwei einander gegenüberliegende, an
beiden Rohrenden angeordnete, Wasserkästen vorhanden sein, die beide erfindungsgemäß gestaltet und mit den Rohren
verbunden sind.
Jedes Wasserkastenprofil 1 hat an dem den Rohrenden zugewendeten Bereich 6 zwei im Strangpreßprofil mitgeformte
Wände 2 und 3, die einen Kanal 5 bilden, der vorzugsweise eine Höhe 5a von 5 mm oder weniger aufweist und über die
gesamte Breite des darüberliegenden flüssigkeitsführenden Raumes 7 reicht.
Die Stirnseiten des Strangpreßprofils 1 sind in Fig. 1 und Fig. 3 jeweils mit einer Deckplatte 12 verschlossen, die mit
dem Profil 1 verschweißt ist, z.B. mittels Laserschweißung. Natürlich sind auch andere geeignete Mittel zur Befestigung
des Deckplatten einsetzbar, auch können die Deckplatten unterschiedlich zur hier gezeigten Form ausgebildet sein
(z.B. als vorgeformtes Guß-, Zieh, oder Preßteil).
Erforderliche Zwischenwände 4 zur Flüssigkeitstrennung oder
zur Abstützung 9 sind ebenfalls Bestandteil des Strangpreßprofils. Die Deckplatten 12 auf jeder Stirnseite
werden mit einer oder mehreren Bohrungen 15a,15b im Bereich 6 versehen, die zur Füllung mit dem verflüssigten,
metallischen Dichtmedium bzw. zur Entlüftung während des Füllvorgangs dienen.
Um die dem Wasserkasten gegenüberliegenden Rohrenden der
Einzelrohre 16 zu halten, werden sie von einer gelochten Endplatte 19 gehalten, die von den Rohrenden durchdrungen
und mit diesen verbunden sind.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der der
flüssigkeitsführende Teil 7 und der Kanal 3 jeweils eine eigene Deckplatte 13,I^ aufweisen.
Die Figuren 4 bis 6 zeigen mit den gleichen Varianten wie
bei den Figuren 1 bis 3 eine Wärmetauscherausführung, bei der der Wasserkasten in der Mitte angebracht ist.
Hier hat das Strangpreßprofil 1 auf jeder den Enden der Rohre 18 zugewendeten Seite einen Bereich 6a bzw. 6b, in dem
das Strangpreßprofil zwei Wände 2 und 3 aufweist,die Kanäle 5 bilden, die sich über die Höhe des zwischen ihnen
gebildeten flüssigkeitsführenden Raumes erstrecken. Die weitere Ausführung ist analog zu den Figuren 1 bis 3
gestaltet.
Mit 10,11 und 11a sind die erforderlichen Anschlüsse angedeutet.
Fig. 7 und 8 zeigen an einem perspektivischen Schnitt eines erfindungsgemäßen Strangpreßprofils 1 und als Beispiel für
ein Flachrohr 16 mit Mittelsteg die Anordnung der fluchtend angeordneten Lochungen 8 in den Wänden 2 und 3 im Bereich
6.
Ein gegebenenfalls gewünschter Stützsteg 9 ist gestrichelt angedeutet. Um die Rohre bei dieser Ausführungsform durch
die fluchtenden Lochungen 8 in den Wänden 2,3 einschieben zu können, wird ein Teil des Mittelsteges 17 am Rohrende
herausgenommen. Die Rohre werden vorzugsweise so weit eingeschoben, daß die Rohrenden l6a zwei bis vier
Rohrwandstärken weit in den flüssigkeitsführenden Raum 7 des Strangpreßprofils 1 hineinragen.
Die Füllung der Kanäle 5 mit einem flüssigen, metallischen Dichtmedium kann, vergleiche Fig.9» folgendermaßen
erfolgen:
In die Bohrungen 15a und 15b der Deckplatten der Bereiche werden Leichtmetallrohre 24,25 von wenigen Zentimetern Länge
fest eingepreßt.
Eine Verlötung oder Verscheißung ist hier nicht erforderlich. Der Wärmetauscher wird vorgewärmt so
eingespannt, daß der Wasserkasten senkrecht steht. Die Vorwärmung geschieht zweckmäßig jedoch erst, wenn der
vorher, besonders im Inneren des Wasserkastens, gut entfettete Wärmetauscher zum Füllen montiert ist. Das
Füllrohr 24 wird lösbar mit einer Einrichtung zur Verflüssigung und dosierten Zufuhr des geschmolzenen,
metallischen Dichtmediums 27 verbunden, die mit den Bezugszeichen 21,22,23 nur angedeutet ist und bei der auch
die Zuführungsleitung 22 und das Absperrorgan 23 über die Schmelztemperatur des Dichtmediums beheizt sind.
Das Absperrorgan 23 kann mit einer Dosiereinrichtung kombiniert sein. Das Entlüftungsrohr 25 wird lösbar mit
einem Überschlagsicherungsbehälter 26 verbunden, der verhindert, daß eventuell flüssiges Dichtmedium in eine an
die Leitung 27 angeschlossenen Absaugeinrichtung gelangt, die einen Unterdruck im Kanal 5 erzeugt, um ein
gleichmäßiges und schnelles Füllen zu bewirken.
Das eingefüllte Dichtmedium soll einen niedrigeren Schmelzpunkt haben als das Metall des Strangpreßprofils
Wenn dieses Profil aus Aluminium besteht, wird vorzugsweise eine homogenisierte Zink-Aluminium-Legierung 95/5
verwendet.
Man kann auch andere Dichtmedien einsetzen, z.B. das gleiche Material wie beim Strangpreßprofil. In diesem Fall wird das
Strangpreßprofil nicht vorgewärmt und das flüssige Dichtmedium muß sehr schnell mit Überdruck und eventuell
höherem Unterdruck auf der Entlüftungsseite "eingeschossen" werden.
Nach dem Erstarren des flüssigen Dichtmediums werden die Verbindungen der Rohre 24 und 25 mit dem Absperrorgan 23
bzw. dem Überschlagsicherungsbehälter 26 gelöst und anschließend die Rohre 24 und 25 unmittelbar am Deckel
abgetrennt.
Die abgetrennten, mit erstarrtem Dichtmedium gefüllten Rohrstücke können der Schmelze 27 zugegeben werden, deren
Zusammensetzung in bekannter Weise in einem engen Schmelzpunktbereich gehalten wird.
Claims (1)
- 28.05.1991 - 1 - HC/Rc 48O15G CAnsprüche1. Wärmetauscher, insbesondere zur Motorkühlung und/oder Beheizung des Fahrgastraumes von Kraftfahrzeugen, die mit flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotoren ausgerüstet sind, mit einem Wasserkasten unter Verwendung von Leichtmetall-Strangpreßprofilen, an dem Wärmetauscherrohre befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der (die) den Wärmetauscherrohren (16,18) zugewendete(n) Bodenteil(e) (6) des Profils derartig doppelwandig ausgeführt ist (sind), daß jedes doppelwandig ausgeführte Bodenteil (6) des Strangpreßprofils (1) einen vom Flüssigkeitsraum (7) abgetrennten Kanal (5) bildet, dessen Höhe (5a) einen Bruchteil der Gesamthöhe des Wasserkastens, vorzugsweise weniger als 5 mm, beträgt und der mindestens über die Breite des wasserführenden Teils (7) des Strangpreßprofils reicht.2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der doppelwandige Teil (6) des Bodens durch beide Wände (2, 3) hindurch derart gelocht ist, daß für jedes Rohr ein fluchtendes Lochpaar (8) vorhanden ist.-Z-3. Wärmetauscher nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Lochpaare (8) der Rohrform angepaßt sind.K. Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten mit Metallplatten (12) verschlossen sind.5. Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stirnseite mit zwei Metallplatten (13,14) verschlossen ist.6. Wärmetauscher nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatten (12,13,14) durch Schweißen, vorzugsweise Laserschweißen, befestigt sind.7. Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre durch die zugehörigen Lochpaare so weit eingesteckt sind, daß die Rohrenden (l6a) geringfügig, vorzugsweise zwei bis vier Rohrwandstärken weit, in den flüssigkeitsführenden Teil (7) des Strangpreßprofils hineinragen.8. Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Deckplatten des Strangpreßprofils im Bereich (6) zwischen den doppelten Bodenwänden mit Bohrungen (15a,15b) versehen sind.9. Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der sich zwischen den doppelten Bodenwänden erstreckende Kanal (5) Stützstege (9) zwischen den Wänden aufweist.10. Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Flachrohren, ohne zwischen den Rohren liegende, eingelötete, oberflächenvergrößernde Elemente, die dem Wasserkasten gegenüberliegenden Enden der Einzelrohre von einer gelochten Endplatte (19) gehalten werden, die von den Rohrenden durchdrungen und mit diesen verbunden ist.
Priority Applications (1)
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| DE8816980U DE8816980U1 (de) | 1988-02-06 | 1988-02-06 | Röhrenwärmetauscher |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19883803599 DE3803599A1 (de) | 1988-02-06 | 1988-02-06 | Roehrenwaermetauscher und verfahren zu seiner herstellung |
| DE8816980U DE8816980U1 (de) | 1988-02-06 | 1988-02-06 | Röhrenwärmetauscher |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE8816980U1 true DE8816980U1 (de) | 1991-08-22 |
Family
ID=25864619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE8816980U Expired - Lifetime DE8816980U1 (de) | 1988-02-06 | 1988-02-06 | Röhrenwärmetauscher |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE8816980U1 (de) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE9319559U1 (de) * | 1993-12-20 | 1994-02-10 | Behr Gmbh & Co, 70469 Stuttgart | Wärmetauscher mit aus Aluminium bestehenden Wärmetauscherrohren |
| EP0632245A1 (de) * | 1993-07-01 | 1995-01-04 | THERMAL-WERKE Wärme-, Kälte-, Klimatechnik GmbH | Wasser/Luft-Wärmetauscher aus Aluminium für Kraftfahrzeuge |
| DE102014201937A1 (de) * | 2014-02-04 | 2015-08-06 | MAHLE Behr GmbH & Co. KG | Ladeluftkühler |
| US11473854B2 (en) * | 2016-01-21 | 2022-10-18 | Hamilton Sundstrand Corporation | Heat exchanger with adjacent inlets and outlets |
-
1988
- 1988-02-06 DE DE8816980U patent/DE8816980U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0632245A1 (de) * | 1993-07-01 | 1995-01-04 | THERMAL-WERKE Wärme-, Kälte-, Klimatechnik GmbH | Wasser/Luft-Wärmetauscher aus Aluminium für Kraftfahrzeuge |
| DE9319559U1 (de) * | 1993-12-20 | 1994-02-10 | Behr Gmbh & Co, 70469 Stuttgart | Wärmetauscher mit aus Aluminium bestehenden Wärmetauscherrohren |
| DE102014201937A1 (de) * | 2014-02-04 | 2015-08-06 | MAHLE Behr GmbH & Co. KG | Ladeluftkühler |
| US11473854B2 (en) * | 2016-01-21 | 2022-10-18 | Hamilton Sundstrand Corporation | Heat exchanger with adjacent inlets and outlets |
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