EP0547309B1

EP0547309B1 - Wellrippe für Flachrohrwärmetauscher

Info

Publication number: EP0547309B1
Application number: EP92116971A
Authority: EP
Inventors: Josef Kreutzer; Kurt Mauch
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1991-12-19
Filing date: 1992-10-05
Publication date: 1996-05-29
Anticipated expiration: 2012-10-05
Also published as: DE4142019A1; US5361829A; EP0547309A1; DE59206417D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellrippe für einen Flachrohrwärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Wellrippen sind bekannt, z.B. durch die US-A-4,693,307.
Bei heutigen Wasser-/Luftkühlern für Kraftfahrzeuge sind zwischen den Flachrohren des Kühlers Wellrippen angeordnet und mit den Flachrohren verlötet. Neben der Aufgabe der Wärmeübertragung fällt diesen Wellrippen auch eine Abstützfunktion in der Weise zu, daß sie ein Ausbeulen der Flachrohre, wenn diese mit Innendruck beaufschlagt werden, verhindern. Da die Wellrippen im Hinblick auf eine hohe Wärmeübertragungsleistung und ein geringes Gewicht möglichst dünn ausgebildet werden sollen, besteht die Gefahr, daß diese Wellrippen unter dem Druck der Flachrohre, die zum "Aufblähen" neigen, einknicken. Diese Problematik wurde auch in der nicht vorreröfentlichten DE-A 40 31 577 beschrieben und dort mit anderen Mitteln, nämlich sogenannten Abstützmitteln zwischen den Flachrohren im Bereich der Rohrböden, gelöst.
Durch die US-A 4,693,307 wurde eine Wellrippe für einen Flachrohrwärmetauscher bekannt, bei welcher im Kiemenbereich, der in den Figuren 8, 9 und 10 jeweils mit A gekennzeichnet ist, ein sogenannter strengthening beam 42 vorgesehen ist, also eine Art Versteifungsrippe, an die sich zu beiden Seiten die Kiemen unmittelbar anschließen. Diese Rippe 42 ist dachförmig ausgebildet, sie stellt quasi eine Doppelkieme mit entgegengesetzten Schenkeln dar - der Versteifungseffekt ist durch die einfache Abwinklung relativ gering.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Wellrippe der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein Einknicken bei Innendruckbeaufschlagung der Flachrohre vermeidet und bei Beibehaltung des günstigen Gewichts und einer hohen Wärmeübertragungsleistung ein Ausbeulen der Flachrohre verhindert.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, d.h. durch die Anordnung einer Versteifungssicke, die quer zu den Längsseiten der Flachrohre verläuft, in einem Kiemenfreien Bereich. Durch diese Versteifungssicke wird eine nennenswerte Versteifung der Wellrippe erreicht und damit verhindert, daß das Flachrohr bei Innendruckbeaufschlagung ausbeult und somit die Wellrippe einknicken läßt. Durch günstige Anordnung und Ausbildung dieser Versteifungssicke hat sich keine Erhöhung des Druckabfalles in Lüftdurchströmungsrichtung ergeben und somit auch keine Leistungseinbuße; auch das Gewicht bzw. die Dicke der Rippe wurde nicht verändert. Allein durch die Formgestaltung bzw. Ausprägung der Sicke ergab sich eine Festigkeitssteigerung, d.h. eine Erhöhung der Knicksicherheit in der Weise, daß die Flachrohre mit einem höheren Innendruck beaufschlagt werden konnten, als dies ohne eine derartige Versteifungssicke möglich war.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Versteifungssicke dachförmig ausgebildet, sie erstreckt sich über die gesamte Breite der Wellrippe, also quer zur Luftströmungsrichtung und ist im mittleren Bereich der Rippentiefe, also in Luftströmungsrichtung gesehen, angeordnet, wo sie die größte Wirkung hat, da dort die größte Spannung aufgrund des Ausbeulens der Flachrohre auftritt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:

Fig. 1: eine Wellrippe zwischen Flachrohren in Luftströmungsrichtung gesehen;
Fig. 2: eine Wellrippe zwischen Flachrohren, in Richtung der Rohrachsen gesehen;
Fig. 3: einen Schnitt durch eine Wellrippe längs der Schnittlinie C-C;
Fig. 4: eine Einzelheit Z;
Fig. 5: eine weitere Einzelheit X, d.h. die Versteifungssicke.

In Fig. 1 ist eine Wellrippe 1 dargestellt, die sich zwischen gestrichelt dargestellten Flachrohren 2 eines nicht weiter dargestellten Wärmetauschers befindet, bei dem es sich vorzugsweise um den Wasser-/Luftkühler für ein Kraftfahrzeug mit Antrieb durch eine Brennkraftmaschine handelt. Die Flachrohre 2 werden dabei von Kühlmittel durchströmt, welches während des Betriebes unter einem Druck von mehreren Bar stehen kann. Die Wellrippe 1 wird von Umgebungsluft beaufschlagt und führt somit die Wärme des Kühlmittels an die Umgebung ab. Dafür ist die Wellrippe 1 in nicht näher dargestellter Weise mit der Außenwandung der Flachrohre 2 verlötet, um einen verbesserten Wärmedurchgang zu gewährleisten. Die Wellrippe selbst ist etwa zickzackartig oder zieharmonikaartig ausgebildet und weist einerseits im Winkel zueinander angeordnete ebene Bereiche 3 und gerundete Bereiche 4 auf, an welchen die Wellrippe mit den Flachrohren 2 verlötet ist. In den ebenen Bereichen 3 sind sogenannte Kiemen 5 angeordnet, die an sich bekannt sind und die der Verbesserung der Wärmeübertragung an die Umgebungsluft dienen. In Fig. 2 ist in einer anderen Ansicht, nämlich in Richtung der Rohrachsen gesehen, die Anordnung der Wellrippe 1 zwischen den Flachrohren 2 schematisch dargestellt. Dort sind auch die beiden Schnittebenen C-C und D-D eingezeichnet. Demnach ist Fig. 1 also ein Schnitt in der Ebene D-D.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt in der Ebene C-C durch die Wellrippe 1, wobei erkennbar wird, daß die Wellrippe in Luftströmungsrichtung gesehen eine Vielzahl von Kiemen 5 aufweist, wobei die Kiemen 5' der ersten Rippenhälfte einen Kiemenwinkel α und die Rippen 5'' der zweiten Rippenhälfte auch einen Kiemenwinkel α aufweisen, welcher dem Winkel α entgegengesetzt, aber betragsmäßig gleich ist. Der Winkel β ist der Ergänzungswinkel zu 180°. Im mittleren Bereich der Rippentiefe ist erfindungsgemäß eine Versteifungssicke 6 vorgesehen, die genauer in Fig. 5 dargestellt ist und unten näher beschrieben wird. Am Anfang und am Ende, in Luftströmungsrichtung gesehen, der Wellrippe ist diese umgeschlagen, wie dies in der Einzelheit Z, d.h. in Fig. 4 dargestellt ist. Durch diesen Umschlag oder Saum der Wellrippe an ihren beiden Rändern wird ebenfalls ein gewisser Versteigungseffekt und eine Stabilisierung der Kante erreicht.
In Fig. 5 ist die eigentliche Erfindung, d.h. die Versteifungssicke 6 genauer dargestellt, wobei hier lediglich die Einzelheit X aus der Fig. 3 mit jeweils einer benachbarten Kieme 5' und 5'' dargestellt ist. Die Luftströmung erfolgt also in Richtung des Pfeiles in der Zeichnung von links nach rechts, sie kann allerdings ebensogut von rechts nach links erfolgen, da die Wellrippe in Bezug auf die Mittelachse symmetrisch aufgebaut ist. Dies zeigen die Kiemenwinkel α, die entgegengesetzt, aber betragsmäßig gleich sind, wobei der Winkel α etwa im Bereich von 30° liegt. Der Winkel β ist der Ergänzungswinkel zu 180°. Zwischen den beiden Kiemen 5' und 5'' ist ein kiemenfreier Bereich vorgesehen, in dessen Mitte die Versteifungssicke 6 angeordnet ist, die ihrerseits dachförmig ausgebildet ist, d.h. zwei dachförmig gegeneinander geneigte Flächen 7 und 8 aufweist, die einen Winkel τ einschließen, der im Bereich von ungefähr 180° -2 α liegen kann. Dies bedeutet, daß die Flächen 7 und 8 etwa parallel zu den Kiemenflächen 5' und 5'' verlaufen. Somit wird durch diese dachförmige Ausbildung praktisch keine Erhöhung des Druckverlustes in Luftströmungsrichtung bewirkt. Der "First" der dachförmig ausgebildeten Versteifungssicke 6 erhebt sich nur unwesentlich, d.h.mit dem Betrag h über die Ebene der Rippenoberfläche. Die Dicke der Rippe ist mit s gekennzeichnet und beträgt etwa 0,1 mm, wobei die Rippe vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist. Die Höhe h ist etwa das 1 bis 2,5-fache der Rippendicke s. Die Versteifungssicke 6 wird durch einen einfachen Prägevorgang während der Herstellung der Rippe beim Durchlauf durch die Rippenwalzen hergestellt und bedarf somit keines besonderen Aufwandes.
Die Wirkungsweise der Versteifungsicke wird besonders klar, wenn man einen Blick auf Fig. 2 wirft, wo sich die Versteifungssicke im Bereich der Schnittebene D-D befindet. Wenn die Flachrohre infolge Innendruckbeaufschlagung dazu neigen, sich im mittleren Bereich aufzublähen, setzt die Versteifungssicke 6 in diesem Bereich diesem Verformungsvorgang einen verstärkten Widerstand entgegen, so daß ein Aufblähen der Rohre und ein damit verbundenes Einknicken der Wellrippe vermieden wird. Mit dieser einfachen Maßnahme, die praktisch keine Nachteile mit sich bringt, kann die Abstützwirkung der Wellrippe gesteigert und somit das Einknicken der Wellrippe in einen Bereich höherer Innendrücke in den Flachrohren verlegt werden.

Claims

Wellrippe für Flachrohrwärmetauscher, die zwischen den Flachrohren (2) eines Wärmetauschers angeordnet, mit diesen verlötet und von Luft beaufschlagt ist, mit quer zur Luftströmungsrichtung angeordneten Kiemen (5), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kiemen (5) ein Kiemenfreier Bereich vorgesehen ist, in welchem quer zur Luftströmungsrichtung mindestens eine Versteifungssicke (6) in die Wellrippe (1) eingeformt ist.
Wellrippe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Versteifungssicke (6) etwa in der Mitte der Wellrippentiefe (in Luftströmungsrichtung gesehen) vorgesehen ist.
Wellrippe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungssicke (6) dachförmig ausgeprägt ist und sich annähernd über die gesamte Breite (3) des Wellrippenabschnittes zwischen benachbarten Flachrohren (2) erstreckt.
Wellrippe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit entgegengesetzten Kiemenwinkeln , wobei die Kiemen (5) in der ersten Hälfte der Rippentiefe einen Kiemenwinkel α und die Kiemen in der zweiten Hälfte einen Kiemenwinkel β = 180° -α aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungssicke (6) im Querschnitt winklig ausgebildet ist und einen Winkel τ ≈ 180° -2 α einschließt.
Wellrippe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (h) der Versteifungssicke (6) etwa der Blechstärke (s) der Wellrippe (1) entspricht, wobei annähernd gilt: s < h < 2,5 s.