EP0444595A1 - Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler für Kraftfahrzeuge Download PDF

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EP0444595A1 EP91102802A EP91102802A EP0444595A1 EP 0444595 A1 EP0444595 A1 EP 0444595A1 EP 91102802 A EP91102802 A EP 91102802A EP 91102802 A EP91102802 A EP 91102802A EP 0444595 A1 EP0444595 A1 EP 0444595A1
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flat
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Herbert Dr. Damsohn
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Mahle Behr GmbH and Co KG
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Behr GmbH and Co KG
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    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/042—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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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
    • F28F2220/00—Closure means, e.g. end caps on header boxes or plugs on conduits

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular an oil cooler for motor vehicles, consisting of a plurality of flat tube sections through which a first heat exchange medium flows, which are closed on both sides by flat squeezing and / or by a flat squeezed standing seam and which are in parallel with the interposition of fins like ribs and the second heat exchange medium flowing against them.
  • Heat exchangers of this type are known (DE-GM 89 03 873).
  • the heat exchanger of this known type is produced in that a flat tube is bent in a zigzag or serpentine manner in such a way that the flat tube sections running between the bending points are parallel to one another.
  • the sealing of the flat tube sections which are provided through transverse bores with connecting pieces for the heat exchange medium, is achieved by squeezing the tube walls flat at the bending points on the one hand and at the two initially open ends of the tube by means of a squeezed standing seam. Sealing such standing seams creates certain difficulties, even when soldering is carried out.
  • the invention has for its object to design a heat exchanger of the type mentioned in such a way that the end closure of the flat tubes is carried out without great effort, but in such a way that the tightness is guaranteed in any case.
  • a heat exchanger of the type mentioned at the outset that the standing seams arranged on the tube ends are provided with a shaft contour running in the longitudinal direction of the fold. This can be done in a simple manner after folding by means of a corresponding pressing tool which presses the standing seam into a corrugated contour. On the one hand, this configuration results in a very stable closing fold. It also ensures its tightness because of the stable fold, even when the heat exchanger is exposed to relatively strong mechanical loads during operation, as is the case when used for oil coolers for motor vehicles.
  • the embodiment according to claims 4 to 6 has the advantage that in the area of the openings for connecting serve the flat tubes with each other, no deformation or distortion occur.
  • the features of claim 7 ensure a particularly tight fold and the features of subclaim 8 outline advantageous options for arranging the position of the fold with respect to the flat tube.
  • a heat exchanger is schematically indicated in its basic structure, which is to be used for the oil cooler of a motor vehicle.
  • the heat exchanger (1) of Fig. 1 consists of several flat tubes (2) of a certain length, which are arranged parallel to each other with their larger areas and are stacked on top of each other in the finished state with the interposition of lamellar fin plates (3).
  • Each of the flat tubes (2) is provided in the region of its ends with an opening (4) through which, as indicated by the arrow (5), one of the heat exchange media, for example the oil to be cooled, via connecting pieces (not shown) into the interior of the flat tube (2) can be guided, which is also filled in a known manner with inserted turbulence plates (6).
  • each flat tube (2) is also connected to one another via intermediate sleeves, so that a heat exchange medium in the direction of the arrow (5) can enter all flat tubes and leave them again through an outlet connection connecting one of the opposite openings (4) .
  • a so-called finned tube block is formed, which is flowed in the known manner in the direction of arrow (7) across the flat tubes (2) with the second heat exchange medium, for example with cooling air can.
  • Each of the flat tubes (2) consists of a tube piece that is initially open at both ends. The ends are sealed in that the walls of the flat tubes (2) are each compressed and folded into a standing seam (8) which, as can be seen in particular from FIG. 2, has a wave-like contour.
  • This can be achieved in a simple manner, for example, by first following the upper wall (9) of the flat tube (2) in the end region (9a) according to FIG. 3 is pressed down to about the level of the lower wall (10) by a tool into which the flat tube is inserted.
  • the parts (10b and 9b) of the walls (10 and 9) are initially parallel to one another. They are then folded over to the standing seam (11), which is initially still flat, but has four times the thickness of the walls (9 and 10).
  • the standing seam (11) is then pressed together in a pressing tool which has the shaft contour of the illustration in FIG. 2 in such a way that it reaches the approximately sinusoidal shaft contour shown in FIG has top (11 ') directed above. Since the corrugated contour is uniform, all apices (11 'and 11'') are seen over the entire length of the standing seam (11), each at the same distance from each other. The height (a) which the standing seam (11) thus formed occupies is also the same across the width (b) (FIG. 1) of each flat tube (2). 2 and 3, the configuration has been made so that the center line (12) of the sinusoidal shape of the standing seam (11) coincides approximately with the center longitudinal plane (13) of the flat tubes (2).
  • the distances between the apices (11 ') (the division) and the height (a) of the corrugations (the amplitude) in the central region of the fold (11) can be smaller than in the outer regions. It can be avoided that too much material is drawn into the fold when the fold (11) is squeezed in this central region, which lies on the end face of the flat tubes (2) in front of the openings (4). The area of the opening (4), via which each flat tube is connected to an adjacent one, is therefore less likely to be deformed or rejected. The connection of connecting pieces to neighboring pipes can therefore not be affected.
  • FIGS. 7 and 8 provides that the center line (12) of the sinusoidal shape of the standing seam (11) coincides approximately with the plane of the lower wall (10). This results in the fold shape shown in FIG. 8.
  • the embodiment of FIGS. 9 and 10 in turn provides that the standing seam (11) is shifted even further towards the center, but not yet as far as in FIGS. 2 and 3.
  • the center line (12) of the sinusoidal shape of the standing seam (11) lies somewhat above the inner surface of the lower wall (10).
  • All of the embodiments shown have the advantage of a very stable corrugated standing seam (11) which, as can be seen in each case from the sectional drawings of FIGS. 3, 4, 6, 8 and 10, also has very long and mutually curved sealing surfaces which are good and enable permanent sealing of the flat tubes (2), especially if soldering is then carried out.

Abstract

Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler für Kraftfahrzeuge, der aus mehreren, von einem ersten Wärmetauschmittel durchströmten Flachrohrabschnitten (2) besteht, die beidseitig durch Flachquetschen und/oder durch einen flachgequetschten Stehfalz geschlossen sind und unter Zwischenschaltung von lamellenartigen und vom zweiten Wärmetauschmedium angeströmten Rippen (3) parallel aneinanderliegen. Die an den Rohrenden vorgesehenen Falzränder (8) weisen eine in Längsrichtung des Falzes verlaufende Wellenkontur auf. Diese Ausgestaltung ergibt zum einen einen sehr stabilen Abschlußfalz. Sie gewährleistet auch wegen des in sich stabilen Falzes dessen Dichtheit, und zwar auch dann, wenn der Wärmetauscher im Betrieb, wie das beim Einsatz für Ölkühler für Kraftfahrzeuge der Fall ist, relativ starken mechanischen Belastungen ausgesetzt wird. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Ölkühler für Kraftfahrzeuge, bestehend aus mehreren, von einem ersten Wärmetauschmittel durchströmten Flachrohrabschnitten, die beidseitig durch Flachquetschen und/oder durch einen flachgequetschten Stehfalz geschlossen sind und unter Zwischenschaltung von lamellenartigen und vom zweiten Wärmetauschmedium angeströmten Rippen parallel aneinanderliegen.
  • Wärmetauscher dieser Art sind bekannt (DE-GM 89 03 873). Der Wärmetauscher dieser bekannten Art wird dadurch hergestellt, daß ein Flachrohr zick-zack-förmig oder serpentinenartig so gebogen wird, daß die zwischen den Biegestellen verlaufenden Flachrohrabschnitte parallel zueinander liegen. Die Abdichtung der Flachrohrabschnitte, die durch quer verlaufende Bohrungen mit Anschlußstutzen für das Wärmetauschmedium versehen werden, wird durch das Flachquetschen der Rohrwandungen an den Biegestellen einerseits und an den beiden zunächst offenen Enden des Rohres durch einen flachgequetschten Stehfalz erreicht. Die Abdichtung solcher Stehfalze macht gewisse Schwierigkeiten, auch wenn eine Verlötung vorgenommen wird.
  • Es ist auch bekannt, Wärmetauscher durch mehrere einzelne stapelartig aufeinander angeordnete Flachrohre zu bilden (EP 106 479 A1), deren Enden durch zusätzlich aufgesetzte Endstücke abgedichtet werden, die mehrere jeweils parallel zueinander und auf den Abstand der Flachrohre abgestimmte Auswölbungen in der Form von Kappen besitzen, zwischen die die offenen Endbereiche der Flachrohre hereingeschoben und dann verlötet werden. Solchermaßen hergestellte Wärmetauscher sind verhältnismäßig aufwendig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der endseitige Abschluß der Flachrohre ohne großen Aufwand, aber so vorgenommen wird, daß die Dichtheit in jedem Fall gewährleistet ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art vorgesehen, die an den Rohrenden angeordneten Stehfalze mit einer in Längsrichtung des Falzes verlaufenden Wellenkontur zu versehen. Dies kann in einfacher Weise nach dem Umfalzen durch ein entsprechendes Preßwerkzeug geschehen, das den Stehfalz zu einer Wellenkontur drückt. Diese Ausgestaltung ergibt zum einen einen sehr stabilen Abschlußfalz. Sie gewährleistet auch wegen des in sich stabilen Falzes dessen Dichtheit, und zwar auch dann, wenn der Wärmetauscher im Betrieb, wie das beim Einsatz für Ölkühler für Kraftfahrzeuge der Fall ist, relativ starken mechanischen Belastungen ausgesetzt wird.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Merkmale des Anspruches 2 bringen in Verbindung mit der Falzausbildung nach Anspruch 1 den Vorteil, daß das aufwendige Biegen eines Flachrohres entfallen kann, ohne daß jedoch der Herstellungsaufwand durch zusätzlich angesetzte Endkappen zu groß wird oder die Gefahr des Undichtwerdens der Flachrohre besteht. Die Merkmale des Anspruches 3 erlauben die Herstellung eines einfach aufgebauten Preßwerkzeuges.
  • Die Ausgestaltung nach den Ansprüchen 4 bis 6 bringt den Vorteil mit sich, daß im Bereich der Öffnungen, die zum Verbinden der Flachrohre untereinander dienen, keine Verformungen oder Verwerfungen auftreten. Die Merkmale des Anspruches 7 gewährleisten einen besonders dichten Falz und die Merkmale des Unteranspruches 8 umreißen vorteilhafte Möglichkeiten, die Lage des Falzes im Hinblick auf das Flachrohr anzuordnen.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische und perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, der aus mehreren stapelartig übereinander angeordneten Flachrohrstücken besteht,
    Fig. 2
    die vergrößerte Teilansicht des mit einem Falz verschlossenen Stirnendes eines der Flachrohre des Wärmetauschers der Fig. 1 in Richtung des Pfeiles II gesehen,
    Fig. 3
    den Schnitt längs der Linie III in Fig. 2,
    Fig. 4
    den Schnitt längs der Linie IV in Fig. 2,
    Fig. 5
    eine Darstellung ähnlich Fig. 2, jedoch bei einer anderen Ausführungsform des Stehfalzes,
    Fig. 6
    den Schnitt längs der Linie VI durch Fig. 5,
    Fig. 7
    eine Darstellung ähnlich Fig. 2, jedoch bei einer anderen Variante des Stehfalzes,
    Fig. 8
    den Schnitt längs der Linie VIII in Fig. 7,
    Fig. 9
    die Darstellung einer weiteren Variante des Stehfalzes ähnlich Fig. 2 und
    Fig. 10
    den Schnitt durch den Falz der Ausführungsform der Fig. 9 längs der Linie X.
  • In der Fig. 1 ist schematisch ein Wärmetauscher in seinem grundsätzlichen Aufbau angedeutet, der für den Ölkühler eines Kraftfahrzeuges verwendet werden soll. Der Wärmetauscher (1) der Fig. 1 besteht aus mehreren Flachrohren (2) bestimmter Länge, die mit ihren größeren Flächen parallel zueinander angeordnet sind und im fertigen Zustand jeweils unter Zwischenfügung von lamellenartigen Rippenblechen (3) aufeinandergestapelt sind. Jedes der Flachrohre (2) ist im Bereich seiner Enden mit je einer Öffnung (4) versehen, durch die, wie mit dem Pfeil (5) angedeutet ist, eines der Wärmetauschmedien, beispielsweise das zu kühlende Öl, über nicht gezeigte Anschlußstutzen in das Innere des Flachrohres (2) geführt werden kann, das in bekannter Weise ebenfalls mit eingelegten Turbulenzblechen (6) ausgefüllt ist. Die Öffnungen (4) jedes Flachrohres (2) stehen auch untereinander über Zwischenhülsen in Verbindung, so daß ein Wärmetauschmedium im Sinn des Pfeiles (5) in alle Flachrohre eintreten und diese durch einen und die gegenüberliegenden Öffnungen (4) untereinander verbindenden Austrittsstutzen wieder verlassen kann. Durch das Aufeinanderstapeln der Flachrohre (2) und der dazwischen liegenden Rippenbleche (3) wird ein sogenannter Rippenrohrblock gebildet, der in bekannter Weise im Sinn des Pfeiles (7) quer zu den Flachrohren (2) mit dem zweiten Wärmetauschmedium, beispielsweise mit Kühlluft angeströmt werden kann.
  • Jedes der Flachrohre (2) besteht aus einem Rohrstück, das zunächst an beiden Enden offen ist. Die Abdichtung der Enden erfolgt dadurch, daß die Wandungen der Flachrohre (2) jeweils zu einem Stehfalz (8) zusammengedrückt und umgefalzt werden, der, wie insbesondere aus Fig. 2 zu entnehmen ist, eine wellenartige Kontur aufweist. Dies kann in einfacher Weise beispielsweise dadurch erreicht werden, daß zunächst nach Fig. 3 die obere Wand (9) des Flachrohres (2) im Endbereich (9a) nach unten bis etwa in die Ebene der unteren Wand (10) durch ein Werkzeug gedrückt wird, in welches das Flachrohr eingelegt wird. Dadurch liegen die Teile (10b und 9b) der Wandungen (10 und 9) zunächst parallel aufeinander. Sie werden dann zu dem Stehfalz (11) umgefaltet, der zunächst noch flach ist, aber die vierfache Stärke der Dicke der Wandungen (9 und 10) aufweist. Der Stehfalz (11) wird dann in einem Drückwerkzeug, das die Wellenkontur der Darstellung der Fig. 2 aufweist, so zusammengedrückt, daß er die aus Fig. 2 ersichtliche etwa sinusförmige Wellenkontur erreicht, die nach unten gerichtete Scheitel (11'') und nach oben gerichtete Scheitel (11') aufweist. Da die Wellenkontur gleichmäßig ist, sind alle Scheitel (11' und 11'') über die gesamte Länge des Stehfalzes (11) gesehen, jeweils im gleichen Abstand zueinander angeordnet. Auch die Höhe (a), die der so gebildete Stehfalz (11) einnimmt, ist über die Breite (b) (Fig. 1) jedes Flachrohres (2) gleich groß. In der Fig. 2 und 3 ist die Ausgestaltung dabei so vorgenommen worden, daß die Mittellinie (12) des sinusartigen Verlaufes des Stehfalzes (11) in etwa mit der Mittellängsebene (13) der Flachrohre (2) zusammenfällt.
  • Möglich ist es auch, die Abstände der Scheitel (11') (die Teilung) und die Höhe (a) der Wellungen (die Amplitude) im mittleren Bereich des Falzes (11) kleiner als in den Außenbereichen zu wählen. Man kann dadurch vermeiden, daß beim Zusammenquetschen des Falzes (11) in diesem mittleren Bereich, der an der Stirnseite der Flachrohre (2) vor den Öffnungen (4) liegt, zu viel Material in den Falz hereingezogen wird. Der Bereich der Öffnung (4), über die jedes Flachrohr mit einem benachbarten verbunden wird, unterliegt daher weniger der Gefahr, daß er verformt oder verworfen wird. Der Anschluß von Verbindungsstutzen zu benachbarten Rohren kann daher nicht beeinträchtigt werden.
  • Die Fig. 5 bis 10 zeigen Abweichungen von einer solchen Auslegung.
  • So ist die Ausgestaltung bei der Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 so vorgenommen, daß der Stehfalz (11), dessen Kontur im übrigen jener der Fig. 2 bis 4 entspricht, im Bezug zur Mittellängsebene (13) jedes Flachrohres (2) so angeordnet ist, daß jeweils die Scheitel (11') von der Mittellängsebene (13) tangiert werden. Dadurch ragen die Scheitel (11'') deutlich über die untere Wand (10) nach unten. Der dadurch entstehende Falz (11) wird, da er schräg nach unten gezogen ist, wie Fig. 6 zeigt, sehr stabil. Die einzelnen Schichten der übereinander gefalzten Wandungsteile (9b, 10b) liegen in allen Bereichen aneinander an. Diese Bauart kann auch dazu ausgenützt werden, daß der Stehfalz (11) zur Axialführung der Rippenbleche (3) dient.
  • Die Ausführungsform der Fig. 7 und 8 sieht vor, daß die Mittellinie (12) des sinusförmigen Verlaufes des Stehfalzes (11) in etwa mit der Ebene der unteren Wand (10) zusammenfällt. Dadurch ergibt sich die aus Fig. 8 ersichtliche Falzform. Die Ausführungsform der Fig. 9 und 10 wiederum sieht vor, daß der Stehfalz (11) noch weiter zur Mitte hin, aber noch nicht so weit wie in den Fig. 2 und 3 verschoben ist. Hier liegt die Mittellinie (12) des sinusförmigen Verlaufes des Stehfalzes (11) etwas oberhalb der Innenfläche der unteren Wand (10). Alle gezeigten Ausführungsformen weisen den Vorteil eines sehr stabilen gewellten Stehfalzes (11) auf, der, wie jeweils den Schnittzeichnungen der Fig. 3, 4, 6, 8 und 10 entnommen werden kann, auch sehr lange und gegeneinander gebogene Dichtflächen aufweist, die eine gute und dauerhafte Abdichtung der Flachrohre (2) ermöglichen, insbesondere wenn anschließend noch eine Verlötung vorgenommen wird.

Claims (8)

  1. Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler für Kraftfahrzeuge, bestehend aus mehreren, von einem ersten Wärmetauschmittel durchströmten Flachrohrabschnitten (2), die beidseitig durch Flachquetschen und/oder durch einen flachgequetschten Stehfalz geschlossen sind und unter Zwischenschaltung von lamellenartigen und vom zweiten Wärmetauschmedium angeströmten Rippen (3) parallel aneinanderliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Rohrenden vorgesehenen Falzränder (8) eine in Längsrichtung des Falzes (11) verlaufende Wellenkontur (11', 11'') aufweisen.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flachrohrabschnitt aus einem beidseitig durch einen Falz (11) geschlossenen Flachrohr (2) besteht.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenkontur sinusförmig verläuft und mit Scheiteln (11', 11'') versehen ist, die in gleichem Abstand zueinander angeordnet und gleiche Amplitude aufweisen.
  4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenkontur in Längsrichtung des Falzes (11) ungleiche Teilung und/oder Amplitude aufweist.
  5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung im mittleren Bereich des Falzes (11) kleiner als in den Außenbereichen ist.
  6. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude (a) der Wellenkontur im mittleren Bereich des Falzes (11) kleiner als in den Außenbereichen ist.
  7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Falz (11) die vierfache Wandstärke des Flachrohres (2) aufweist.
  8. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinie (12) des sinusförmigen Verlaufes etwa in der Längsmittelebene (13) des zugeordneten Flachrohres (2) ausgerichtet oder nach einer Seite verlagert ist.
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