EP0353404A1 - Ölkühler für Verbrennungmotoren - Google Patents

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EP0353404A1
EP0353404A1 EP89108538A EP89108538A EP0353404A1 EP 0353404 A1 EP0353404 A1 EP 0353404A1 EP 89108538 A EP89108538 A EP 89108538A EP 89108538 A EP89108538 A EP 89108538A EP 0353404 A1 EP0353404 A1 EP 0353404A1
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    • 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
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/06—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend
    • 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
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0089—Oil coolers

Definitions

  • the innovation relates to an oil cooler for internal combustion engines with a housing chamber through which the oil to be cooled flows and with a finned tube block through which a cooling liquid, in particular water, flows.
  • An oil cooler of this type is known (DE 34 40 064 A1).
  • Such oil cooler types have the advantage of a relatively high cooling capacity, but cannot be used everywhere because of the installation space required.
  • the innovation is therefore based on the task of designing an oil cooler of the type mentioned in such a way that it has a very high cooling capacity despite the small space requirement.
  • the finned tube block consists of at least two trains of tube forks and fins running transversely to the tube legs, that the apexes of all tube bends lie in a common plane and that a single, the open pipe ends associated water box is provided with partitions, each of which grips between the open ends of the pipe forks of a train.
  • an oil cooler for motor vehicle engines which consists of a housing chamber (1) and a finned tube block (2) inserted into this housing chamber (1), which has only one tube plate (24) which is fixed is inserted between a mounting flange (41) of the housing chamber (1) and a mounting flange (40) of the attached water box (13).
  • This type of training ensures that the media used for heat exchange (cooling water and oil) are sealed against the atmosphere. If a seal leaks, water or oil can only escape into the environment. A mixture of water and oil is impossible.
  • the open ends (12, 12 ') of tube forks (6, 6', 6 ⁇ ) are held, in particular tightly soldered, in the area their parallel legs (7) are connected to ribs (8) running transversely to their longitudinal direction, each of which is pierced by the legs (7).
  • the pipe forks (6, 6 ', 6 ⁇ ) and the plurality of fins (8) form in a known manner a soldered finned tube block (2) which is flowed through by the oil to be cooled in the embodiment.
  • a partition (19) is provided between an inflow (20) in the underside of the housing chamber (1) and a drain (21) also provided on the underside of the housing chamber (1), which in the exemplary embodiment is firmly connected to the finned tube block (2) and lies close to the housing chamber wall.
  • Oil that enters through the opening (20) in the direction of the arrow (25) is therefore deflected in the interior of the housing chamber (1) to the left of the partition (FIG. 2) in the direction of the arrow (26) and flows through the rib Pipe block, is deflected in the other chamber of the housing chamber (1) in the direction of arrow (27) and can then, according to the Cooling, emerge from the opening (21) in the direction of the arrow (28).
  • an inflow and outflow of the oil through the side walls of the housing chamber would also be possible.
  • the flow path of the water used to cool the oil initially goes in the direction of arrow (29) through the inlet port (22) into a first train (3) of pipe forks (6), the left leg ends of which, see FIGS. 2 and 5, each as Inflow openings serve for the water that flows in the direction of arrow (30) through the legs (7) of the pipe forks (6).
  • the water box (13) in the embodiment with the first partition (14) between the open ends (12) and (12 ') of the pipe forks (6) and with further partitions (15) and (16) each again grips between the open ends of pipe forks, each with one leg in one of the chambers in the water tank (13) and with the other leg in the other chamber.
  • the chambers (31, 32, 33) in the water tank (13) are vaulted; the partitions (14, 15, 16) also serve to support the tube sheet (24) against the water tank (13).
  • each of the ribs (8) can be provided with a raised edge (36) or (37) which, after soldering, results in a tight partition wall, which also contributes to the oil in the direction of the arrows (26 ) into the finned tube block (2) and exits the finned tube block in the direction of the arrows (27).
  • edge (37) are impressions (38) which together form a rib which, after installation in the housing chamber (1), can contact the associated housing wall and thereby prevent it, that the oil to be cooled approximately between the housing wall of the housing chamber (1) and the from the edges (36) or (37) formed flow wall can flow through.

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Abstract

Ölkühler für Verbrennungsmotoren mit einer vom zu kühlenden Öl durchströmten Gehäusekammer und mit einem von einer Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser durchströmten Rippen-Rohrblock, bei dem der Rippen-Rohrblock (2) aus mindestens zwei Zügen von Rohrgabeln (6, 6', 6") und aus quer zu den Schenkeln (7) der Rohrgabeln verlaufenden Rippen (8) besteht und die Scheitelpunkte (9) aller Bögen der Rohrgabeln (6, 6', 6") in einer gemeinsamen Ebene liegen. Es ist ein einziger, den offenen Rohrenden (12, 12') zugeordneter Wasserkasten (13) mit Trennwänden (14, 15, 16) vorgesehen, die jeweils zwischen die offenen Enden (12, 12') der Rohrgabeln (6, 6', 6") eines Zuges greifen. Der Ölkühler hat bei sehr hoher Kühlleistung einen kleinen Raumbedarf.

Description

  • Die Neuerung betrifft einen Ölkühler für Verbrennungsmotoren mit einer vom zu kühlenden Öl durchströmten Gehäusekammer und mit einem von einer Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser durch­strömten Rippen-Rohrblock.
  • Ein Ölkühler dieser Art ist bekannt (DE 34 40 064 A1). Solche Ölkühlerbauarten weisen den Vorteil einer relativ hohen Kühl­leistung auf, lassen sich aber wegen des benötigten Einbau­raumes nicht überall einsetzen.
  • Der Neuerung liegt die daher die Aufgabe zugrunde, einen Öl­kühler der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er trotz kleinem Raumbedarf eine sehr hohe Kühlleistung aufweist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Ölkühler der eingangs genannten Art vorgesehen, daß der Rippen-Rohrblock aus min­destens zwei Zügen von Rohrgabeln und aus quer zu den Rohr­schenkeln verlaufenden Rippen besteht, daß die Scheitelpunkte aller Rohrbögen in einer gemeinsamen Ebene liegen und daß ein einziger, den offenen Rohrenden zugeordneter Wasserkasten mit Trennwänden vorgesehen ist, die jeweils zwischen die offenen Enden der Rohrgabeln eines Zuges greifen.
  • Durch diese Ausgestaltung wird nur ein Wasserkasten benötigt. Der Einbauraum ist daher sehr klein. Dazu kommt, daß bedingt durch die mehrfache Umlenkung des Kühlwassers eine intensive Ausnutzung des Kühlmediums erreicht werden kann. Die Kühl­leistung ist daher hoch, ohne daß besondere Einbauvorgaben ein­gehalten werden müssen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Neuerung sind in den Unter­ansprüchen gekennzeichnet, wobei die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 eine relativ enge Packung von Rohren erlaubt, die einen hohe Durchfluß von Kühlmittel ermöglicht. Die Merkmale der Ansprüche 4 und 5 erlauben zum einen in sehr einfacher Weise trotz der dicken Rohrpackung die Führung des Wassers und zum anderen die Strömungsführung für das zu kühlende Öl. Die Merk­male des Anspruches 8 und 9 schließlich sichern eine einfache Bauart zu, die insbesondere für den Kraftfahrzeugbau geeignet ist. Die Merkmale des Anspruches 10 ergeben neben einer strö­mungsgünstigen Umlenkung auch einen sehr stabilen Wasserkasten, der die vom Öldruck auf den Rohrboden ausgeübten Kräfte sicher aufnehmen kann.
  • In der Zeichnung ist die Neuerung anhand eines Ausführungsbei­spieles dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1 die perspektivische, teilweise aufgebrochene Ansicht eines Ölkühlers gemäß der Neuerung,
    • Fig. 2 den schematischen Schnitt längs der Ebenen II-II in Fig. 1,
    • Fig. 3 eine vergrößerte Detaildarstellung der Einzelheit III der Fig. 1 am Rand des Rippen-Rohrblockes,
    • Fig. 4 eine Abwandlung der Einzelheit III der Fig. 1,
    • Fig. 5 eine Draufsicht auf die offenen Enden der Rohrgabeln des Rippen-Rohrblockes der Fig. 1 und 2 bei abge­nommenem Gehäusdeckel,
    • Fig. 6 die Ansicht auf die Rohrbögen der Ausführung der Fig. 2 und
    • Fig. 7 die Ansicht des Rippenrohrblockes (2) der Fig. 5 und 6 in Richtung des Pfeiles VII der Fig. 6.
  • In den Fig. 1 und 2 ist ein Ölkühler für Kraftfahrzeugmotoren gezeigt, der aus einer Gehäusekammer (1) und aus einem in diese Gehäusekammer (1) eingesetzten Rippen-Rohrblock (2) besteht, der nur einen Rohrboden (24) besitzt, der fest zwischen einem Befestigungsflansch (41) der Gehäusekammer (1) und einem Befestigungsflansch (40) des aufgesetzten Wasserkastens (13) eingefügt ist. Diese Art der Ausbildung gewährleistet, daß die für den Wärmeaustausch verwendeten Medien (Kühlwasser und Öl) jeweils gegen Atmosphäre abgedichtet sind. Bei Undichtwerden einer Dichtung kann daher Wasser oder Öl nur in die Umgebung austreten. Eine Mischung von Wasser mit Öl ist ausgeschlossen.
  • In dem Rohrboden (24) sind, wie insbesondere den Fig. 5 bis 7 entnommen werden kann, jeweils die offenen Enden (12, 12′) von Rohrgabeln (6, 6′, 6˝) gehalten, insbesondere dicht einge­lötet, die im Bereich ihrer parallel zueinander verlaufenden Schenkel (7) mit quer zu ihrer Längsrichtung verlaufenden Rippen (8) verbunden sind, die jeweils von den Schenkeln (7) durchstoßen werden. Die Rohrgabeln (6, 6′, 6˝) und die Vielzahl der Rippen (8) bilden in bekannter Weise einen ver­löteten Rippen-Rohrblock (2), der beim Ausführungsbeispiel von dem zu kühlenden Öl durchströmt wird. Dies wird dadurch er­reicht, daß zwischen einem Zufluß (20) in der Unterseite der Gehäusekammer (1) und einem ebenfalls an der Unterseite der Gehäusekammer (1) vorgesehenen Abfluß (21) für das Öl eine Trennwand (19) vorgesehen ist, die beim Ausführungsbeispiel fest mit dem Rippen-Rohrblock (2) verbunden ist und dicht an der Gehäusekammerwand anliegt. Öl, das im Sinne des Pfeiles (25) durch die Öffnung (20) eintritt, wird daher in dem Innen­raum der Gehäusekammer (1) links von der Trennwand (Fig. 2) im Sinn des Pfeiles (26) umgelenkt, durchströmt den Rippen-Rohr­block, wird in der anderen Kammer der Gehäusekammer (1) im Sinn des Pfeiles (27) nach unten umgelenkt und kann dann, nach der Kühlung, in Richtung des Pfeiles (28) aus der Öffnung (21) aus­treten. Möglich wäre natürlich auch ein Zu- und Abfluß des Öls durch die Seitenwände der Gehäusekammer.
  • Der Strömungsweg des zur Kühlung des Öles verwendeten Wassers geht zunächst in Richtung des Pfeiles (29) durch den Einlaß­stutzen (22) in einen ersten Zug (3) von Rohrgabeln (6), deren linke Schenkelenden, siehe Fig. 2 und 5, jeweils als Zufluß­öffnungen für das Wasser dienen, das im Sinne des Pfeiles (30) durch die Schenkel (7) der Rohrgabeln (6) strömt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Wasserkasten (13) beim Ausführungs­beispiel mit der ersten Trennwand (14) zwischen die offenen Enden (12) und (12′) der Rohrgabeln (6) und mit weiteren Trenn­wänden (15) und (16) jeweils wieder zwischen die offenen Enden von Rohrgabeln greift, die jeweils mit einem Schenkel in eine der Kammern im Wasserkasten (13) und mit dem anderen Schenkel in die andere Kammer reichen. Die Kammern (31, 32, 33) im Wasserkasten (13) sind gewölbeartig ausgebildet; die Trennwände (14, 15, 16) dienen auch als Abstützung des Rohrbodens (24) gegen den Wasserkasten (13).
  • Dabei ist die Anordnung so getroffen, wie insbesondere aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht, daß jeweils zwei Reihen (17) und (18) von Rohrgabeln einem Zug (3) bzw. (4) und (5) zugeordnet sind, wobei die einzelnen Rohrgabeln (6, 6′, 6˝) zwar untereinander parallel, aber jeweils in den verschiedenen Reihen (17) und (18) so versetzt zueinander angeordnet sind, daß jeweils die offenen Enden (12) des ersten Schenkels der Rohrgabeln in der Reihe (18) in der Mittelebene zwischen den offenen Enden (12a, 12a′) der ersten Reihe (17) von Rohrgabeln verlaufen, so daß die jeweils zugeordneten Rohrbögen (10, 10′; Fig. 6) versetzt zueinander auf der Unterseite des Rippen-Rohrblockes (2) lie­gen. Die erste Trennwand (14) ist dabei, wie aus Fig. 5 erkenn­bar ist, so ausgebildet, daß sie im Zick-Zack jeweils zwischen den ersten offenen Rohrenden (12a, 12) und dem zweiten offenen Rohrenden (12a′, 12′) der beiden Reihen (17) und (18) von Rohr­ gabeln verlaufen. Die Enden (12′, 12a′) münden dabei in die von der ersten Kammer im Wasserkasten (13) getrennten zweiten Kammer (31). Es erfolgt daher die Umlenkung des durchströmenden Wassers im Sinne des Pfeiles (34) in den nächsten Zug (4) und von dort aus wegen der Anordnung der Trennwand (15) in die Kammer (32) und dann, wegen der Trennwand (16) in die Aus­trittskammer (33). Das Kühlwasser wird daher dreimal umgelenkt, ehe es in Richtung des Pfeiles (35) die letzte Kammer (33) im Wasserkasten (13) verlassen kann. Dies ergibt eine ausgezeich­nete Ausnützung des Kühlvermögens des verwendeten Kühlwassers, das wegen der zweiflutigen Anordnung auch in ausreichender Menge durch den Ölkühler strömen kann. Die Kühlleistung des neuen Ölkühlers ist daher ausgezeichnet. Der Raumbedarf ist gering.
  • Die Scheitelpunkte (9) aller Bögen (10, 10′) der Rohrgabeln (6, 6′, 6˝) liegen (Fig. 7) in einer gemeinsamen Ebene (11). Alle Rohrgabeln (6, 6′, 6˝) besitzen gleiche Abmessungen. Die Her­stellung des Rippenrohrblockes (2), der in üblicher Weise ver­lötet wird, ist daher äußerst einfach. Der Einbauraum erhält wegen der kompakten Ausbildung des Rippen-Rohrblockes (2) ein­fache geometrische Abmessungen.
  • In den Fig. 3 und 4 ist jeweils eine Variante der Randausbil­dung des Rippen-Rohrblockes (2) gezeigt. Es ist erkennbar, daß jede der Rippen (8) mit einem hochgezogenen Rand (36) bzw. (37) versehen sein kann, der nach dem Verlöten eine dichte Trennwand ergibt, die mit dazu beiträgt, daß das Öl im Sinne der Pfeile (26) in den Rippen-Rohrblock (2) ein- und im Sinn der Pfeile (27) wieder aus dem Rippen-Rohrblock austritt. Fig. 4 zeigt dabei eine Variante, bei der in den Rand (37) Ausprägungen (38) eingedrückt sind, die zusammen eine Rippe bilden, die sich nach dem Einbau in die Gehäusekammer (1) an die zugeordnete Gehäuse­wand anlegen und dadurch verhindern kann, daß das zu kühlende Öl etwa zwischen der Gehäusewand der Gehäusekammer (1) und der von den Rändern (36) bzw. (37) gebildeten Strömungswand hin­durchströmen kann.

Claims (11)

1. Ölkühler für Verbrennungsmotoren mit einer vom zu kühlenden Öl durchströmten Gehäusekammer und mit einem von einer Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser durchströmten Rippen-Rohrblock, gekennzeichnet dadurch, daß der Rippen-­Rohrblock (2) aus mindestens zwei Zügen (3, 4, 5) von Rohr­gabeln (6, 6′, 6˝) und aus quer zu den Schenkeln (7) der Rohrgabeln verlaufenden Rippen (8) besteht, daß die Scheitel­punkte (9) aller Bögen (10, 10′) der Rohrgabeln (6, 6′, 6˝) in einer gemeinsamen Ebene (11) liegen und daß ein einziger, den offenen Rohrenden (12, 12′) zugeordneter Wasserkasten (13) mit Trennwänden (14, 15, 16) vorgesehen ist, die jeweils zwischen die offenen Enden (12, 12′) der Rohrgabeln (6, 6′, 6˝) eines Zuges (3, 4, 5) greifen.
2. Ölkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zug (3, 4, 5) aus zwei Reihen (17, 18) von Rohrgabeln (6, 6′, 6˝) besteht, deren Bögen (10, 10′) versetzt zueinander liegen.
3. Ölkühler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Bögen (10, 10′) der Rohrgabeln (6, 6′, 6˝) jedes Zuges (3, 4, 5) so angeordnet sind, daß jeweils ein Rohr­schenkel (7) einer Rohrgabelreihe (17, 18) in der Mitte der Schenkel (7) der anderen Rohrgabelreihe verläuft.
4. Ölkühler nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Trennwände (14, 15, 16) des Wasserkastens (13) im Zick-Zack zwischen den ersten Rohrschenkeln (7a) der zweiten Rohrgabelreihe (18) und den zweiten Schenkeln (7b) der ersten Rohrgabelreihe (17) verlaufen.
5. Ölkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Züge (3, 4, 5) mit je zwei Rohrgabelreihen (17, 18) vor­gesehen sind.
6. Ölkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Züge (3, 4, 5) quer zur Durchströmungs­richtung des Öles angeordnet sind und daß zwischen die Bögen (10, 10′) der Rohrgabeln (6, 6′) von zwei Zügen (3, 4) eine Trennwand (19) eingreift, die dicht an der Gehäusekammer (1) anliegt.
7. Ölkühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beidseits der Trennwand (19) die Zu- und Abflußöffnung (20, 21) für das Öl angebracht sind.
8. Ölkühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (19) fest am Rippen-Rohrblock (2) angebracht ist.
9. Ölkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Rohrgabeln (6, 6′, 6˝) gleiche Ab­messungen haben.
10. Ölkühler nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeich­net, daß die Trennwände (14, 15, 16) Teile der Wandung von ge­wölbeartig ausgebildeten Kammern (31, 32, 33) sind, die im Wasserkasten (13) zur Umlenkung der Kühlflüssigkeit ausgebildet sind.
11. Ölkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Rippen-Rohrblock (2) einen Rohrboden (24) besitzt, der zwischen die dichtend miteinander verbundenen Be­festigungsflansche (40, 41) des Wasserkastens (13) und der Ge­häusekammer (1) eingefügt ist.
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