EP0326813B1 - Wärmetauscher, insbesondere Wasser/Luft-Kühler aus Aluminium - Google Patents

Wärmetauscher, insbesondere Wasser/Luft-Kühler aus Aluminium Download PDF

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EP0326813B1 EP89100302A EP89100302A EP0326813B1 EP 0326813 B1 EP0326813 B1 EP 0326813B1 EP 89100302 A EP89100302 A EP 89100302A EP 89100302 A EP89100302 A EP 89100302A EP 0326813 B1 EP0326813 B1 EP 0326813B1
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heat exchanger
tubes
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flat tubes
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Gerhard Schwenk
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Behr GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/084—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/18—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding
    • F28F9/182—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding the heat-exchange conduits having ends with a particular shape, e.g. deformed; the heat-exchange conduits or end plates having supplementary joining means, e.g. abutments

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger according to the preamble of claim 1.
  • a heat exchanger with rectangular tubes (DE 26 24 879 A1) is known in which the tube ends are pressed into conical openings in tube sheets and are kept sealed by deforming elastic collars. To here from the collar To be able to compensate for the pressure exerted, reinforcements in the form of meandering strips are inserted into the pipe ends. Such a design is complex.
  • a heat exchanger of the type mentioned at the beginning with oval tubes is also known (EP 0 176 729 A1), in which the longer sides of the oval tubes are directed towards one another.
  • separate spacers are inserted into the tubes, which support the tube walls at least in the region of their broad sides. The insertion of separate spacers in the pipe ends is complex and also carries the risk that the spacers are not in the right place if the insertion is not carried out carefully.
  • the invention has for its object to design a heat exchanger of this type so that the collapse of the tubes can be avoided without the manufacturing effort being too great.
  • the support web can be produced in a particularly simple manner in this way.
  • the tabs can be punched out and bent in a simple manner by means of punching and shaping dies which, after the tubes have been drawn into their corresponding passages in the tube sheets, act on the ends of the tubes at the ends. A separate operation is not necessary for this.
  • the punching and bending of the tabs can be coupled with the cassette process, ie with the process of pulling the tubes into the tube sheet.
  • the pipe ends can be prepared accordingly using the appropriate cut and shape punches, which can be arranged in the bottom press-on receptacle, before the soldering process is carried out.
  • the tabs can be punched out of the opposite tube walls and bent against each other. In such an embodiment, it is expedient to provide the features of claim 3, because then the above-mentioned procedure for cassette is particularly simple.
  • Fig. 1 shows several flat tubes (1) which are arranged parallel to each other with their side surfaces to form a heat exchanger and are held at the ends in a tube sheet (3).
  • the tube sheet (3) which is preferably made of aluminum, is provided in a known manner with a circumferential flanged edge (7) into which the free edge of a hood-shaped water box, for example made of plastic, can be inserted tightly.
  • All flat tubes (1) have a very narrow, long one Flow cross-section whose width (a) (see FIG. 2) is in the order of a few millimeters, preferably even in the order of approximately 1 mm.
  • the flat tubes (1) are also made of aluminum.
  • the flat tubes (1) themselves, if it is a water / air cooler for a vehicle engine, as in the exemplary embodiment, are traversed by water, which is fed to one of the water boxes, not shown, and either deflected or diverted from the other water box.
  • the openings (2) designated as passages are slightly funnel-shaped from one side of the tube sheet (3).
  • the tube ends (1a) of the flat tubes (1) are pushed into these openings in a known manner. If all of the flat tubes (1) are "cassetted" by inserting their tube ends into the assigned tube sheets (3), then a cutting and shaping punch coupled to the tube sheet receptacle can be used in the middle _ in the plane (M) of FIG. 1 _ of the front end (1b) of the two opposite tube walls (4 and 4 ') are each punched out of a tab (6, 6').
  • the tabs (6, 6 ') are bent at the same time so that they lie against each other with their ends (6a and 6a'), (Fig. 3).
  • this measure creates support webs (5) in each flat tube (1), which lie in the middle (M) of the flat tubes (1) and which are used to stiffen the tube ends (1a) in the area of the tube sheets (3).
  • These support webs (5) prevent the subsequent appearance of the denting of the tube walls (4, 4 ') from occurring during the subsequent soldering process in which the tube ends (1a) are soldered to the tube sheets (3).
  • the flat tubes (1) can therefore be firmly and tightly connected to the tube sheet (3). The same applies to the tube sheet, not shown, assigned to the other tube ends.
  • the support web (5) is formed by two tabs bent inwards from opposite walls.
  • this embodiment is particularly simple in terms of production technology, it is of course also conceivable to form the support web only from one wall, for example by punching out and bending a tab.
  • Other possibilities are also conceivable, such as the arrangement of a plurality of support webs distributed over the pipe width. However, such measures require a greater manufacturing effort.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Bei Wärmetauschern dieser Art, insbesondere wenn die Flachrohre und die Rohrböden aus Aluminium bestehen, treten bei der Fertigung Probleme dadurch auf, daß die Flachrohre in den als Durchzügen bezeichneten schlitzartigen Öffnungen in den Rohrböden nach dem Löten nach innen eingefallen sind und dadurch nicht genügende Festigkeit und Dichtigkeit aufweisen. Dies tritt sowohl auf bei Flachrohren, die innen mit Turbulenzeinlagen bestückt sind, insbesondere aber bei Rohren ohne solche Turbulenzeinlagen. Bei relativ schmalen Flachrohren, die beispielsweise nur eine Breite von ca. 1 mm aufweisen, bringt die Anordnung von Turbulenzeinlagen nur noch einen Druckverlust mit sich, aber keinen Vorteil mehr hinsichtlich einer turbulenten Durchströmung. Solche schmalen Rohre werden daher in der Regel ohne Turbulenzeinlagen verwendet. Bei ihnen tritt das geschilderte Problem auf.
  • Zurückzuführen dürfte dieses Einfallen der Rohre beim Löten entweder darauf zu sein, daß sich die dünneren Rohre durch die beim Lötvorgang auftretende Erwärmung schneller als der Rohrboden erwärmen, sich aber wegen der Verklemmung in den Durchzügen nicht ausdehnen können und daher einbeulen. Möglich kann es auch sein, daß von der Herstellung der Flachrohre her noch Eigenspannungen in den Rohren vorhanden sind, die dann bei der Erwärmung während des Lötvorganges ebenfalls zum Einfallen der Rohre führen.
  • Es ist ein Wärmetauscher mit rechteckigen Rohren (DE 26 24 879 A1) bekannt, bei dem die Rohrenden in konische Öffnungen in Rohrböden hereingedrückt und durch Verformen von elastischen Kragen abgedichtet gehalten werden. Um hier den von den Krägen ausgeübten Druck ausgleichen zu können, sind in die Rohrenden Verstärkungen in Form von mäanderförmig gewundenen Streifen eingelegt. Eine solche Bauart ist aufwendig.
  • Es ist auch ein Wärmetauscher der eingangs genannten Art mit Ovalrohren bekannt (EP 0 176 729 A1), bei dem die längeren Seiten der Ovalrohre jeweils gegeneinander gerichtet sind. Um dort bei der Herstellung des Wärmetauschers ein Einfallen der Rohre nach dem Aufweiten zu verhindern, sind in die Rohre gesonderte Abstandshalter eingeführt, die die Rohrwandungen zumindest im Bereich ihrer Breitseiten abstützen. Das Einsetzen gesonderter Abstandshalter in die Rohrenden ist aufwendig und birgt auch die Gefahr in sich, daß die Abstandshalter nicht an der richtigen Stelle sitzen, wenn das Einsetzen nicht sorgfältig vorgenommen wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher dieser Art so auszubilden, daß das Einfallen der Rohre vermieden werden kann, ohne daß der Herstellungsaufwand zu groß wird.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 vorgesehen. Der Abstützsteg läßt sich auf diese Weise in besonders einfacher Weise herstellen. Die Laschen können in einfacher Weise durch Schnitt- und Formstempel ausgestanzt und umgebogen werden, die nach dem Einziehen der Rohre in ihre entsprechenden Durchzüge in den Rohrböden stirnseitig an den Rohrenden angreifen. Ein gesonderter Arbeitsgang wird dazu nicht notwendig. Das Ausstanzen und Umbiegen der Laschen kann mit dem Vorgang des Kassettierens, d.h. mit dem Vorgang des Einziehens der Rohre in den Rohrboden gekoppelt werden. Die Rohrenden können dabei durch die entsprechenden Schnitt- und Formstempel, die in der Bodenaufdrückaufnahme angeordnet werden können, entsprechend vorbereitet werden, ehe der Lötvorgang vorgenommen wird.
  • Dabei können die Laschen nach dem Patentanspruch 2 aus den gegenüberliegenden Rohrwänden ausgestanzt und gegeneinander gebogen werden. Bei einer solchen Ausführung ist es zweckmäßig, die Merkmale des Patentanspruches 3 vorzusehen, weil dann die oben angegebene Verfahrensweise beim Kassettieren besonders einfach wird.
  • Vorteilhaft kann es nach den Merkmalen des Anspruches 4 sein, nur einen oder auch mehrere aus zwei Laschen bestehenden Abstützsteg in der Mitte der Flachrohre vorzusehen. Es hat sich gezeigt, daß ein solcher Abstützsteg ausreicht, dessen Breite, verglichen mit der in der größeren Ausdehnung gemessenen Rohrbreite, sehr klein gehalten werden kann. Eine nachteilige Beeinflussung des Durchströmvorganges ist daher nicht zu erwarten. Natürlich ist es auch möglich, Abstützstege zu mehreren nebeneinander, auch über die gesamte Rohrbreite verteilt, anzuordnen, wenn dies zweckmäßig erscheint. Nach den Merkmalen des Anspruches 5 können zusammen mit den Rohrenden, die in den Rohrböden verlötet werden, auch die beiden sich aneinander abstützenden Enden der Laschen verlötet werden.
  • Die Neuerung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Teildraufsicht auf die Stirnenden von Flachrohren, die zur Bildung eines Wärmetauschers in einem Rohrboden gehalten sind,
    • Fig. 2 die vergrößerte Darstellung des Schnittes nach der Linie II-II in Fig. 1 und
    • Fig. 3 die Draufsicht _ teilweise verkürzt _ in Richtung des Pfeiles III auf eines der Rohre in der Fig.2.
  • Fig. 1 zeigt mehrere Flachrohre (1), die zur Bildung eines Wärmetauschers mit ihren Seitenflächen parallel zueinander angeordnet und mit den Enden in einem Rohrboden (3) gehalten sind. Der Rohrboden (3), der vorzugsweise aus Aluminium besteht, ist in bekannter Weise mit einem umlaufenden Bördelrand (7) versehen, in den der freie Rand eines haubenförmigen Wasserkastens, beispielsweise aus Kunststoff, dicht eingesetzt werden kann. Alle Flachrohre (1) weisen einen sehr schmalen, langen Durchströmungsquerschnitt auf, dessen Breite (a), (siehe Fig. 2), in der Größenordnung von wenigen Millimetern, vorzugsweise sogar in der Größenordnung von ca. 1 mm liegt. Auch die Flachrohre (1) bestehen aus Aluminium. Sie sind in gleichem Abstand zueinander angeordnet und lassen es in bekannter Weise zu, daß in dem Raum zwischen den beiden Rohrboden (der zweite Rohrboden ist nicht gezeigt) und zwischen den einzelnen Flachrohren (1) lamellenartig ausgebildete Bleche eingefügt werden, die später von der als Wärmetauschmedium dienenden Luft parallel zu den Seitenflächen der Flachrohre (1) durchströmt werden. Die Flachrohre (1) selbst werden, wenn es sich wie beim Ausführungsbeispiel um einen Wasser/Luft-Kühler für einen Fahrzeugmotor handelt, von Wasser durchströmt, das jeweils einem der nicht gezeigten Wasserkästen zugeleitet und von dem anderen Wasserkasten entweder umgelenkt oder dort abgeleitet wird.
  • Aus der vergrößerten Darstellung der Fig.2 und 3 wird deutlich, daß die als Durchzüge bezeichneten Öffnungen (2) von einer Seite des Rohrbodens (3) her leicht trichterförmig ausgebildet sind. In diese Öffnungen werden in bekannter Weise die Rohrenden (1a) der Flachrohre (1) eingeschoben. Sind alle Flachrohre (1) durch Einschieben ihrer Rohrenden in die zugeordneten Rohrböden (3) "kassettiert", dann kann durch einen mit der Rohrbodenaufnahme gekoppelten Schnitt- und Formstempel jeweils in der Mitte _ in der Ebene (M) der Fig. 1 _ von dem Stirnende (1b) der beiden gegenüberliegenden Rohrwände (4 und 4′) aus je eine Lasche (6, 6′) ausgestanzt werden. Die Laschen (6, 6′) werden gleichzeitig so umgebogen, daß sie mit ihren Stirnenden (6a bzw. 6a′), (Fig. 3), aneinanderliegen. Zu diesem Zweck wird zweckmäßig vorgesehen, die Rohrenden (1a) so weit über den Rohrboden (3) vorstehen zu lassen, daß dies mindestens der Hälfte der Breite (a) der Flachrohre (1) entspricht. Es steht dann genügend Material zur Verfügung, um die Laschen (6, 6′) auszustanzen und nach dem Umbiegen aneinander anliegen zu lassen.
  • Wie den Fig. 2 und 3 entnehmbar ist, entstehen durch diese Maßnahme in jedem Flachrohr (1) Abstützstege (5), die in der Mitte (M) der Flachrohre (1) liegen und die für eine Aussteifung der Rohrenden (1a) im Bereich der Rohrböden (3) sorgen. Diese Abstützstege (5) verhindern, daß beim anschließenden Lötvorgang, bei dem die Rohrenden (1a) mit den Rohrböden (3) verlötet werden, die nachteilige Erscheinung des Einbeulens der Rohrwände (4, 4′) nach innen auftritt. Die Flachrohre (1) können daher fest und dicht mit dem Rohrboden (3) verbunden werden. Gleiches gilt für den nicht gezeigten, den anderen Rohrenden zugeordneten Rohrboden.
  • Wie sich aus den Fig. 1 und insbesondere Fig. 3 ergibt, genügt die Anordnung eines einzigen Abstützsteges (5) in der Mitte der Flachrohre (1). Da die den Abstützsteg (5) bildenden Laschen (6, 6′), verglichen mit der senkrecht zu dem Abstand (a) gemessenen Breite der Flachrohre (1), nur eine sehr kleine Breite aufweisen, tritt nur eine vernachlässigbare Beeinflussung des freien Durchströmquerschnittes der Flachrohre (1) auf. Es kann aber auf einfache Weise das sonst zu befürchtende Einbeulen während des Lötvorganges vermieden werden.
  • Im Ausführungsbeispiel ist der Abstützsteg (5) durch zwei von gegenüberliegenden Wänden aus nach innen umgebogene Laschen gebildet. Wenngleich diese Ausführung fertigungstechnisch besonders einfach ist, so ist es natürlich auch denkbar,den Abstützsteg beispielsweise durch Ausstanzen und Umbiegen einer Lasche nur von einer Wand aus zu bilden. Auch andere Möglichkeiten, wie beispielsweise die Anordnung mehrerer, über die Rohrbreite verteilter Abstützstege, sind denkbar. Solche Maßnahmen machen aber einen größeren Herstellungsaufwand erforderlich.

Claims (5)

1. Wärmetauscher, insbesondere Wasser/Luft-Kühler aus Aluminium, bestehend aus mehreren, nicht zylindrischen Rohren, die mit ihren größeren Seitenflächen parallel zueinander ausgerichtet und mit beiden Enden in entsprechenden Öffnungen von Rohrböden dicht gehalten sind, wobei mindestens ein zwischen den den größeren Seitenwänden zugeordneten Rohrwänden (4) der Rohre (1) verlaufender Abstandshalter (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre Flachrohre (1) mit etwa parallelen Rohrwänden (4) sind, daß der Abstandshalter als ein durch Laschen (6, 6′) gebildeter Abstützsteg (5) ausgebildet ist und daß die Laschen jeweils von den Stirnseiten (2b) der Flachrohre (1) ausgehend aus der Rohrwand (4) herausgestanzt und im Bereich der Ebene der Rohrböden (3) nach innen umgebogen sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstützsteg (5) jeweils durch zwei mit ihren freien Stirnseiten (6a, 6a′) aneinandergelegte Laschen (6, 6′) gebildet ist, die jeweils aus den gegenüberliegenden Rohrwänden (4, 4′) ausgestanzt sind.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten (1b) der Rohrenden (1a) mindestens um die halbe Länge (a) des Abstützsteges (5) aus den Rohrböden (3) herausragen.
4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen (6, 6′) in der Mitte (M) der Flachrohre (1) angeordnet sind.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden (1a) mit den Rohrböden (3) und die freien Stirnseiten (6a, 6a′) der Laschen (6, 6′) miteinander verlötet sind.
EP89100302A 1988-02-05 1989-01-10 Wärmetauscher, insbesondere Wasser/Luft-Kühler aus Aluminium Expired - Lifetime EP0326813B1 (de)

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EP0326813A1 EP0326813A1 (de) 1989-08-09
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