EP1195572B1 - Kühler, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Kühler, insbesondere für Kraftfahrzeuge Download PDF

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EP1195572B1
EP1195572B1 EP01123619A EP01123619A EP1195572B1 EP 1195572 B1 EP1195572 B1 EP 1195572B1 EP 01123619 A EP01123619 A EP 01123619A EP 01123619 A EP01123619 A EP 01123619A EP 1195572 B1 EP1195572 B1 EP 1195572B1
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EP
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pipe
ripples
radiator
sections
wall
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EP01123619A
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EP1195572A3 (de
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Rainer Dipl.-Ing Haus
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Cohnen Beteiligungs-Gmbh & 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
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/26—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means being integral with the element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/08—Tubular elements crimped or corrugated in longitudinal section
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a cooler, in particular for Motor vehicles, with one in a cooling air flow arranged and from a medium to be cooled flowed through tube, which a multitude of annular waves has, which extends radially outward from the tube wall extend and have a distance from each other, whereby between the radially extending wall sections of the individual waves one with the interior of the tube in Connected space is provided.
  • FR 786 832 is a cooler with several in parallel arranged corrugated pipes known from one to flows through cooling medium and from the outside with cooling air be charged.
  • the waves have the shape of continuously intermeshing toroidal surfaces and the width of the waves and troughs is essentially equal.
  • Inside the corrugated pipes are pipes with arranged cross-shaped cross section, through the cooling air is directed. The manufacture of such a cooler is consuming.
  • a heat exchanger is also known from JP 58 160799 A. for air with several cylindrical tubes, one Connect the inlet chamber to an outlet chamber, whereby to cross a heat exchanger chamber.
  • the diameter of the Pipes is expanded at regular intervals, which means flat waves are formed, the axial extent of which corresponds to their diameter.
  • JP 08 110186 A describes a process for the production of a flat tube bent into a spiral Formation of a cooling channel. This will be a cylindrical one First provide the tube with annular shafts and then in two stages to a spiral bent, the tube between the two bends is pressed flat. In this forming process the original shape of the waves in an undefined way changed.
  • the invention has for its object a cooler to create the kind mentioned above, the special is inexpensive to manufacture, even compared to one coolers made using finned tubes, where the cooling capacity related to a pipe length unit should be significantly higher than the cooling capacity smoother Pipes of comparable dimensions.
  • this object is achieved in claim 1 specified features solved.
  • this Tube of the cooler a variety of upset, annular Waves that radiate outward from the pipe wall extend and have a distance from each other, the individual waves are preferably designed that between their radially extending wall sections one related to the interior of the pipe Space is provided and the width of the Gap essentially equal to the wall thickness of the Tube or the wall sections of the shafts or smaller than this is.
  • the design of the cooler according to the invention stands out due to low manufacturing costs and good cooling performance.
  • the upset waves cause an increase in surface area of up to 50% compared to a straight pipe.
  • the generated when compressing the waves Inner contour of the tube swirling through the tube conducted medium achieved, resulting in a better heat transfer and a higher cooling performance results.
  • the waves on the tube can be arranged in any position. This is a flexible adaptation to the installation conditions for the Cooler easily possible.
  • Corrugated pipe sections can also provide smooth pipe sections be subsequently formed or with holders can be provided.
  • Aluminum tubes can be used for the cooler.
  • the starting semifinished product to produce the cooler also a smooth, with a plastic, especially polyamide, coated tube aluminum can be used because it has been shown that in the upsetting process to produce the shafts Plastic coating is not damaged.
  • a plastic, especially polyamide, coated tube aluminum can be used because it has been shown that in the upsetting process to produce the shafts Plastic coating is not damaged.
  • the usage of a pre-coated tube leads to a significant one Simplification of production, as a subsequent Coating the corrugated tube is much more complex.
  • the drawing shows a section of a tube 1 cooler according to the invention, partially cut.
  • the pipe 1 has annular shafts 2 at regular intervals, which extend radially outwards and through axial Compression of a previously smooth, cylindrical tube as a semi-finished product have been generated. Between the waves 2 there are smooth cylindrical tube sections 3, the Diameter essentially corresponds to that of the starting semi-finished product.
  • the individual shafts 2 have one another parallel wall sections 4 in the form of circular washers, which are arranged radially to the tube axis and which on their Edges merge into wall sections 5, 6, which are about the shape of partial torus surfaces. Between the wall sections 4 and 6 of each shaft 2 is an annular space 7 provided that in connection with the interior 8 of the tube 1 stands.
  • the shafts 2 have an outer diameter which is approximately that 1.3 to 1.5 times the outside diameter of the pipe sections 3 is.
  • the width of the gap 7 is essentially equal to the wall thickness of the pipe sections 3, but can also be smaller. Especially in the radially outer Area is a smaller width or insufficient specification of the gap 7 without disadvantage for the function.
  • the center distance between the individual shafts can be any to get voted. A center distance has proven to be particularly favorable proven to be about the outside diameter of the Pipe sections 3 corresponds.
  • the tube 1 from a liquid medium to be cooled e.g. the oil an internal combustion engine or a motor vehicle transmission flows through and on the outside with a cooling air flow applied.
  • a liquid medium to be cooled e.g. the oil an internal combustion engine or a motor vehicle transmission
  • the waves 2 by up to 50% enlarged surface of tube 1 for one compared to a smooth one Pipe greater heat transfer.
  • it causes through the waves 2 formed, periodically changing inner contour of the pipe 1 turbulence in the medium to be cooled and thereby ensures a significantly improved heat transfer between this medium and the pipe wall. All in all becomes a significantly increased cooler performance in this way reached that the cooling performance of the more complex finned tubes almost approached.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Kühler, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem in einem Kühlluftstrom angeordneten und von einem zu kühlendem Medium durchströmten Rohr, das eine Vielzahl ringförmiger Wellen aufweist, die sich von der Rohrwand radial nach außen erstrecken und einen Abstand voneinander haben, wobei zwischen den sich radial erstreckenden Wandabschnitten der einzelnen Wellen ein mit dem Innenraum des Rohrs in Verbindung stehender Zwischenraum vorgesehen ist.
Zur Schmiermittelkühlung und zur Kühlung von Hydraulikflüssigkeiten werden in Kraftfahrzeugen häufig Kühler verwendet, die aus in einem Kühlluftstrom angeordneten Rohrschleifen bestehen. Diese Rohrschleifen können aus einem glatten Rundrohr oder zur Erhöhung der Kühlleistung bei gegebener Länge aus Rippenrohr bestehen, wobei das Rippenrohr unter Verwendung eines glatten Rundrohrs hergestellt ist, auf dem radial abstehende, dünnwandige Rippen angebracht oder ausgeformt sind, die das Rohr als einzelne Ringe oder in Form einer Wendel umgeben. Die Herstellung derartiger Rippenrohre und das Biegen der Rippenrohre in die für den jeweiligen Kühler geeignete Schleifenform ist aufwendig.
Aus FR 786 832 ist ein Kühler mit mehreren parallel angeordneten gewellten Rohren bekannt, die von einem zu kühlenden Medium durchströmt und von außen mit Kühlluft beaufschlagt werden. Die Wellen haben hierbei die Form von kontinuierlich ineinander übergehenden Torusteilflächen und die Breite der Wellen und Wellentäler ist im wesentlichen gleich. Im Inneren der gewellten Rohre sind Rohre mit kreuzförmigem Querschnitt angeordnet, durch die Kühlluft geleitet wird. Die Herstellung eines solchen Kühlers ist aufwendig.
Bekannt ist weiterhin aus JP 58 160799 A ein Wärmetauscher für Luft mit mehreren zylindrischen Rohren, die eine Einlaßkammer mit einer Auslaßkammer verbinden, wobei sie eine Wärmetauscherkammer durchqueren. Der Durchmesser der Rohre ist in regelmäßigen Abständen erweitert, wodurch flache Wellen gebildet sind, deren axiale Erstreckung etwa ihrem Durchmesser entspricht.
JP 08 110186 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines flachen, zu einer Spirale gebogenen Rohres zur Bildung eines Kühlkanals. Hierbei wird ein zylindrisches Rohr zunächst mit ringförmigen Wellen versehen und anschließend in zwei Biegeschritten zu einer Spirale gebogen, wobei das Rohr zwischen den beiden Biegeschritten flach gedrückt wird. Bei diesem Umformprozeß wird die ursprüngliche Form der Wellen in nicht definierter Weise verändert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühler der eingangs genannten Art zu schaffen, der besonders kostengünstig herstellbar ist, auch im Vergleich zu einem unter Verwendung von Rippenrohren hergestellten Kühler, wobei die auf eine Rohrlängeneinheit bezogene Kühlleistung erheblich höher sein soll als die Kühlleistung glatter Rohre vergleichbarer Abmessung.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Nach der Erfindung weist das Rohr des Kühlers eine Vielzahl angestauchter, ringförmiger Wellen auf, die sich von der Rohrwand radial nach außen erstrecken und einen Abstand voneinander haben, wobei die einzelnen Wellen hierbei vorzugsweise so gestaltet sind, daß zwischen ihren sich radial erstreckenden Wandabschnitten ein mit dem Innenraum des Rohrs in Verbindung stehender Zwischenraum vorgesehen ist und die Breite des Zwischenraums im wesentlichen gleich der Wandstärke des Rohrs bzw. der Wandabschnitte der Wellen oder kleiner als diese ist.
Die erfindungsgemäße Gestaltung des Kühlers zeichnet sich durch niedrige Herstellkosten und gute Kühlleistung aus. Die angestauchten Wellen bewirken eine Oberflächenvergrößerung von bis zu 50% im Vergleich zu einem geraden Rohr. Zudem wird durch die beim Stauchen der Wellen erzeugte Innenkontur des Rohres eine Verwirbelung des durch das Rohr geleiteten Mediums erreicht, woraus ein besserer Wärmeübergang und eine höhere Kühlleistung resultiert. Als vorteilhaft ist weiterhin anzusehen, daß die Wellen auf dem Rohr in beliebiger Position angeordnet sein können. Dadurch ist eine flexible Anpassung an die Einbaugegebenheiten für den Kühler leicht möglich. Neben den mit Wellen versehenen Wellrohrabschnitten können auch glatte Rohrabschnitte vorgesehen sein, die anschließend umgeformt oder mit Haltern versehen werden können. Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kühlers können Rohre aus Aluminium verwendet werden.
Erfindungsgemäß wurde weiterhin gefunden, daß als Ausgangshalbzeug zur Herstellung des Kühlers auch ein glattes, mit einem Kunststoff, insbesondere Polyamid, beschichtetes Rohr aus Aluminium verwendet werden kann, da sich gezeigt hat, daß bei dem Stauchvorgang zur Herstellung der Wellen die Kunststoffbeschichtung nicht beschädigt wird. Die Verwendung eines vorbeschichteten Rohrs führt zu einer erheblichen Fertigungsvereinfachung, da eine nachträgliche Beschichtung des gewellten Rohrs sehr viel aufwendiger ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.
Die Zeichnung zeigt einen Abschnitt eines Rohres 1 eines erfindungsgemäßen Kühlers, teilweise geschnitten. Das Rohr 1 weist in regelmäßigem Abstand ringförmige Wellen 2 auf, die sich radial nach außen erstrecken und durch axiales Stauchen eines zuvor glatten, zylindrischen Rohrs als Ausgangshalbzeug erzeugt worden sind. Zwischen den Wellen 2 befinden sich glatte zylindrische Rohrabschnitte 3, deren Durchmesser im wesentlichen dem des Ausgangshalbzeugs entspricht. Die einzelnen Wellen 2 haben ebene, zueinander parallele Wandabschnitte 4 in Form von Kreisringscheiben, die radial zur Rohrachse angeordnet sind und die an ihren Rändern in Wandabschnitte 5, 6 übergehen, die etwa die Form von Torusteilflächen haben. Zwischen den Wandabschnitten 4 und 6 jeder Welle 2 ist ein ringförmiger Zwischenraum 7 vorgesehen, der mit dem Innenraum 8 des Rohrs 1 in Verbindung steht.
Die Wellen 2 haben einen Außendurchmesser, der etwa das 1,3- bis 1,5-fache des Außendurchmessers der Rohrabschnitte 3 beträgt. Die Breite des Zwischenraums 7 ist im wesentlichen gleich der Wandstärke der Rohrabschnitte 3, kann aber auch kleiner bemessen sein. Insbesondere im radial äußeren Bereich ist eine kleinere Breite oder unzureichende Ausprägung des Zwischenraums 7 ohne Nachteil für die Funktion. Der Mittenabstand zwischen den einzelnen Wellen kann beliebig gewählt werden. Als besonders günstig hat sich ein Mittenabstand erwiesen, der etwa dem Außendurchmesser der Rohrabschnitte 3 entspricht.
Bei einem aus dem Rohr 1 hergestellten Kühler wird das Rohr 1 von einem zu kühlenden flüssigen Medium, z.B. dem Öl eines Verbrennungsmotors oder eines Kraftfahrzeuggetriebes durchströmt und auf seiner Außenseite mit einem Kühlluftstrom beaufschlagt. Hierbei sorgt zum einen die durch die Ausbildung der Wellen 2 um bis zu 50% vergrößerte Oberfläche des Rohrs 1 für einen im Vergleich zu einem glatten Rohr größeren Wärmeübergang. Zum Zweiten bewirkt die durch die Wellen 2 gebildete, sich periodisch ändernde Innenkontur des Rohrs 1 Turbulenzen in dem zu kühlenden Medium und sorgt dadurch für einen erheblich verbesserten Wärmeübergang zwischen diesem Medium und der Rohrwand. Insgesamt wird auf diese Weise eine deutlich erhöhte Kühlerleistung erreicht, die an die Kühlleistung der aufwendigeren Rippenrohre nahezu heranreicht.

Claims (5)

  1. Kühler, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem in einem Kühlluftstrom angeordneten und von einem zu kühlendem Medium durchströmten Rohr (1), das eine Vielzahl ringförmiger Wellen (2) aufweist, die sich von der Rohrwand radial nach außen erstrecken und einen Abstand voneinander haben, wobei zwischen den sich radial erstreckenden Wandabschnitten (4, 6) der einzelnen Wellen (2) ein mit dem Innenraum (8) des Rohrs (1) in Verbindung stehender Zwischenraum (7) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (2) durch axiales Stauchen eines zuvor glatten Rohres gebildet sind, daß den Zwischenraum (7) zwei Wandabschnitte (4) in Form von Kreisringscheiben begrenzen, die radial zur Rohrachse angeordnet sind und die an ihren Rändern in Wandabschnitte (5, 6) übergehen, die im wesentlichen die Form von Torusteilflächen haben, daß die Breite des Zwischenraums (7) im wesentlichen gleich der Wandstärke des Rohrs (1) oder kleiner als die Wandstärke des Rohrs (1) ist und daß zwischen den Wellen (2) glatte, zylindrische Rohrabschnitte (3) vorgesehen sind.
  2. Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Wellen (2) um den Faktor 1,3 bis 1,5 größer ist als der Außendurchmesser der angrenzenden Rohrabschnitte (3).
  3. Kühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittenabstand zwischen den einzelnen Wellen (2) etwa gleich dem Außendurchmesser der dazwischenliegenden glatten Rohrabschnitte (3) ist.
  4. Kühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) einen glatten Rohrabschnitt hat, dessen Länge größer ist als der Mittenabstand der Wellen (2).
  5. Kühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) aus Aluminium besteht und auf seiner Außenseite mit einer Kunststoffbeschichtung, insbesondere aus Polyamid, beschichtet ist.
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