EP1664658A1 - Wärme bertrager - Google Patents

Wärme bertrager

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Publication number
EP1664658A1
EP1664658A1 EP04786925A EP04786925A EP1664658A1 EP 1664658 A1 EP1664658 A1 EP 1664658A1 EP 04786925 A EP04786925 A EP 04786925A EP 04786925 A EP04786925 A EP 04786925A EP 1664658 A1 EP1664658 A1 EP 1664658A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
passages
tube
flanks
flat
Prior art date
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Ceased
Application number
EP04786925A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karsten Emrich
Werner Helms
Markus Reck
Stefan Weise
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1664658A1 publication Critical patent/EP1664658A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/06—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of tubes in openings, e.g. rolling-in
    • 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
    • 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
    • F28D2021/0082—Charged air coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2225/00—Reinforcing means
    • F28F2225/08—Reinforcing means for header boxes

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger, in particular a charge air cooler for a motor vehicle.
  • the air to be supplied to the combustion can be compressed, for example with a turbocharger, before it is supplied to the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • the compression of the air also brings about a warming of the air, which is disadvantageous for an optimal course of the combustion process. For example, this can trigger premature ignition or increased nitrogen oxide emissions.
  • a heat exchanger designed as a charge air cooler is connected downstream of the turbocharger, with which the compressed air can be cooled to a permissible temperature before it is burned.
  • a charge air cooler is described for example in DE 197 57 034 A1.
  • the hot air is introduced into the heat exchanger comprises a first English Channel Sam- where it is distributed and flows into the flat tubes, which open in the Sam 'English Channel.
  • the flat tubes are next to one another and with the side surfaces containing the long sides of their cross section are arranged parallel to one another and form a stream. path through which cooling air is passed. Cooling fins are arranged in the flow path between the flat tubes, which effect an effective heat exchange between the flat tubes and the cooling air flow.
  • the flat tubes open into a second collecting duct, which feeds the cooled, compressed charge air flowing into them into the combustion in the engine.
  • the tubes are usually inserted into openings in a tube sheet and are soldered in a fluid-tight manner. With every load of compressed air, this solder joint is subject to high mechanical loads due to rapid pressure changes.
  • the narrow sides of flat tubes in particular do not meet the increasing strength requirements, which can result in leaks, particularly in the areas of such tube-base connections facing the tube plate.
  • a simple way to increase the strength of tube-to-floor connections is to use tubes and / or tube sheets with a higher wall thickness or from outer and / or inner fins with a higher material thickness.
  • the increased mechanical stability is obvious in both cases, but the additional effort in terms of material costs and weight is very high.
  • the object of the invention is to provide a heat exchanger, in particular a charge air cooler, in which mechanical loads on pipe-to-floor connections are reduced without additional material expenditure.
  • a heat exchanger has tubes which are suitable for a first medium to flow through and a second medium to flow around them, so that heat can be transferred from the first to the second medium or vice versa.
  • At least one header box communicating with the tubes comprises at least one tube plate, the tube plate being essentially flat and having passages into which the tubes can be inserted to form the communicating connection with the header box.
  • the basic idea of the invention is to design the regions of the tube sheet which surround the passages in the form of depressions or elevations such that the passages are each arranged at the “bottom” of a depression or on the “summit” of an elevation.
  • the passages are encircled by flanks, namely the flanks of the depressions or elevations.
  • flanks namely the flanks of the depressions or elevations.
  • Such a geometric shape particularly due to the circumferential design of the flank, increases the bending stiffness of the tube sheet in several directions in relation to a flat tube sheet, so that deformations which occur as a result of a pressure load on the collecting tank are reduced, as a result of which pipes are connected to the tube sheet be mechanically relieved.
  • the depressions or elevations are preferably so wide that the flanks of two adjacent passages adjoin one another to form a reinforcing bead.
  • the flanks have an essentially constant width over the circumference of a passage.
  • the bending stiffness of the tube sheet is increased substantially uniformly in all directions.
  • the tubes are designed as flat tubes and are arranged in one or more rows.
  • the passages and the beads between them formed by the flanks are then elongated in accordance with the pipe cross sections.
  • the flanks preferably each have a curve with an approximately constant radius of curvature or a plurality of curves with different radius of curvature.
  • the flanks each comprise one or more flat areas, so that the flanks or the beads between the passages have a faceted shape. This enables safe manufacturing with low manufacturing tolerances.
  • the at least one flat region with the respective passage is particularly preferably an obtuse angle.
  • the angle between the flat area of the flank and the passage is preferably between 30 ° and 60 °, particularly preferably about 45 °.
  • the width of the flank may be approximately equal to the height of the. Flank, so that there is a particularly high stability of the tube base against deformation.
  • the passages point out of the at least one collecting box. This may have the advantage that in each case an area of the flanks adjoining an edge of the tube sheet merges into an edge of the tube sheet that may be erected, which results in a further increase in the strength of the tube sheet.
  • the heat exchanger according to the invention is designed as a charge air cooler, which can be used particularly preferably in motor vehicles.
  • the intercooler two Sam- ⁇ melhimsten, of which a first is intended for distribution and a second for the collection of charge air.
  • Each of the collecting boxes advantageously has exactly one tube plate, which is provided with a number of tube openings. It is also advantageous to use a series of flat tubes with intermediate, in particular soldered corrugated fins, since this results in an increased heat transfer area.
  • Air is preferably used as the cooling medium, although other cooling media such as water or coolant are also conceivable.
  • a tube sheet is produced by setting up one or more edge regions of a flat sheet metal by means of a forming process and introducing adjacent depressions into the sheet metal.
  • the depressions each have an essentially flat base area and a flank encircling and encircling the base area.
  • the base areas of the depressions are then pierced with the aid of a pull-through process with the formation of pull-throughs. If tubes are to be inserted into the tube sheet from the side of the depressions, insertion is particularly preferred. bevelled to facilitate such insertion of pipes in the passages.
  • An embodiment of a tube sheet with one or more rows of identical flanks and / or passages is advantageous in terms of production technology.
  • FIG. 2 is a side view of a tube sheet with the tube inserted
  • Fig. 4 shows a longitudinal section through a tube sheet section with inserted tube
  • ⁇ Fig. 5 shows a longitudinal section through a tube sheet section with inserted tube.
  • FIG. 1 shows a section of a heat exchanger 10 in a perspective view.
  • a collecting box 20 for distributing a first medium consists of a tube sheet 30 and a box cover, not shown, which are welded to one another at a common contact surface 50.
  • the box cover is inserted into the tube sheet 30.
  • a tube sheet and a box cover are connected to one another by soldering, gluing or in a form-fitting manner, or are formed in one piece or in one piece, that is to say, for example, from a deformed plate.
  • the tube sheet 30 has a tube opening 60, the edge 70 of which is formed as a so-called passage out of the collecting box.
  • An essentially rectangular flat tube can be inserted into the tube opening 60 and can be soldered or welded to the tube sheet 30.
  • corrugated fins which adjoin the flat tube (also not shown) on both sides and are soldered to the latter, so that heat transfer from a medium flowing through the tube to a medium flowing around the tube and the fins or vice versa is increased.
  • the heat exchanger 10 comprises a whole series of alternating flat tubes and corrugated fins, which form a so-called tube-fin block.
  • the collecting box 20 may deform in such a way that its cross-sectional shape approximates a circular shape.
  • the passage 70 is surrounded by a circumferential flank 90 which adjoins the passage at an obtuse angle.
  • the flank has a width that is essentially constant around the passage 70. This results in a uniform stiffening of the tube sheet 30 both in the longitudinal direction of the tube sheet by the flank areas 91, 92 on the end faces of the passage 70 and in the transverse direction of the tube sheet by the flank areas 93, 94 on the long sides of the passage 70.
  • the tube 120 is inserted so far into the tube opening 160 that an upper edge region 121 of the tube 120 projects beyond the tube plate 130.
  • the protrusion of the tube 120 over the tube plate 130 must be kept as low as possible. For this reason, the tube opening 160 is located in an essentially flat central region 131 of the tube plate 130.
  • the passage 170 is framed by a flank 190, the end faces 191, 192 of which, on the one hand, at an obtuse angle into the passage 170 and, on the other hand, also at an obtuse angle, into an upright position
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a heat exchanger 210 in a longitudinal section.
  • Pipes 220, 221, 222 are inserted in passages 270, 271, 272 of a tube sheet 230.
  • the passages 270, 271, 272 out of the collecting box, which is otherwise not shown, and the tubes 220, 221, 222 do not protrude beyond the tube sheet 230 or its passages 270, 271, 272.
  • the passages 270, 271, 272 are bordered by flanks 290, each of which has a flat portion 295.
  • the flat portion 295 forms an obtuse angle with the passage 270, which additionally reinforces the stiffening effect of the depression in the tube sheet 230 formed by the flank 290.
  • the flanks 290 adjoin one another directly, so that beads 299 are formed, which can be seen in their cross section in FIG. 3. As is clearly shown in this cross section, the beads 299 have no horizontal regions lying between the flanks 290.
  • the width b is advantageously similar to the height h of the flanks 290, particularly preferably approximately the same. For this reason, the angle between the flat portion 295 of the flank 290 and the passage 270 is approximately 45 °. For the beads 299 this results in a bead angle ⁇ of approximately 90 °, which is associated with a particularly high stiffening effect of the beads 299.
  • FIG. 4 shows the detail of a modified embodiment of the heat exchanger from FIG. 3.
  • the tube 320 protrudes beyond the passage 370, but ends below a surface 335 of the tube plate 330.
  • a soldered connection is improved by a soldering gap 376 which is additionally added to the soldering gap 375.
  • the soldering gap also serves as an insertion bevel for facilitating the insertion of the tube 320 into the tube sheet 330.
  • the tube 420 projects beyond the passage 470 and over a surface 435 of the tube sheet 430. Because of the associated greater tolerances with regard to the length of the tube 420, there is a further increase in production reliability.

Landscapes

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Abstract

Wärmeübertrager mit Rohren und zumindest einem Sammelkasten (20), wobei der Sammelkasten zumindest einen Rohrboden (30) mit Durchzügen (70) umfasst, wobei die Durchzüge (70) von Flanken (91-94) eingefasst sind.

Description

Wärmeübertrager
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Ladeluftkühler für ein Kraftfahrzeug.
Um eine Leistungssteigerung eines Verbrennungsmotors zu erzielen, kann die der Verbrennung zuzuführende Luft beispielsweise mit einem Turbolader verdichtet werden, bevor sie den Brennkammern des Verbrennungsmotors zugeführt wird. Die Verdichtung der Luft bringt jedoch gleichzeitig eine Er- wärmung derselben mit sich, die für einen optimalen Ablauf des Verbrennungsprozesses nachteilig ist. Beispielsweise kann dadurch eine verfrühte Zündung oder eine erhöhte Stickoxidemission ausgelöst werden. Um die nachteiligen Folgen von der Verbrennung zugeführter überhitzter Luft zu vermeiden, wird einem Turbolader ein als Ladeluftkühler ausgebildeter Wär- meübertrager nachgeschaltet, mit dem die komprimierte Luft vor ihrer Verbrennung auf eine zulässige Temperatur abgekühlt werden kann.
Ein Ladeluftkühler ist beispielsweise in der DE 197 57 034 A1 beschrieben. Bei dem dortigen Wärmetauscher wird die heiße Luft in einen ersten Sam- melkanal des Wärmetauschers eingeleitet, wo sie sich verteilt und in Flachrohre einströmt, die in den Sam'melkanal einmünden. Die Flachrohre sind nebeneinander, und mit den die langen Seiten ihres Querschnittes enthaltenden Seitenflächen parallel zueinander angeordnet und bilden einen Strö- mungsweg aus, durch den kühlende Luft durchgeleitet wird. Im Strömungsweg sind zwischen den Fiachrohren Kühlrippen angeordnet, die einen effektiven Wärmeaustausch zwischen den Flachrohren und dem kühlenden Luftstrom bewirken. Nach dem Durchqueren des kühlenden Luftstroms münden die Flachrohre in einen zweiten Sammelkanal, der die darin einströmende, gekühlte, komprimierte Ladeluft der Verbrennung im Motor zuführt.
Bei Wärmeübertragern wie insbesondere derartigen Ladeluftkühlern sind die Rohre üblicherweise in Öffnungen eines Rohrbodens gesteckt und fluiddicht verlötet. Bei jeder Beladung mit komprimierter Luft unterliegt diese Lötverbindung aufgrund schneller Druckänderungen hohen mechanischen Belastungen. Besonders die Schmalseiten von Flachrohren erfüllen nicht die steigenden Festigkeitsanforderungen, wodurch sich Undichtigkeiten insbesondere in den Seiten des Rohrbodens zugewandten Bereichen solcher Rohr-Boden-Verbindungen ergeben können.
Ein einfacher Weg, um die Festigkeit von Rohr-Boden-Verbindungen zu steigern, ist eine Verwendung von Rohren und/oder Rohrböden mit höherer Wandstärke oder von Außen- und/oder Innenrippen mit höherer Material- stärke. Die vergrößerte mechanische Stabilität ist in beiden Fällen einleuchtend, der dafür benötigte Mehraufwand an Materialkosten und -gewicht jedoch sehr hoch.
Andere Lösungsvorschläge befassen sich mit einer Verminderung der me- chanischen Beanspruchung der Rohr-Boden-Verbindungen durch Verwendung von Zugankern in den Ladeluftkästen. Diese Zuganker stabilisieren die Ladeluftkästen und entlasten dadurch die Rohr-Boden-Verbindungen, bringen jedoch eine Erhöhung des Materialaufwands und des durch den Lade- luftkühler verursachten Druckverlustes mit sich. Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Ladeluftkühler, bereitzustellen, bei dem mechanische Belastungen von Rohr-Boden-Verbindungen ohne Mehraufwand an Material verringert werden.
Diese Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß Anspruch 1 weist ein Wärmeübertrager Rohre auf, die geeignet sind, von einem ersten Medium durchströmt und von einem zweiten Medium umströmt zu werden, so daß Wärme von dem ersten auf das zweite Medium oder umgekehrt übertragbar ist. Zumindest ein mit den Rohren kommunizierender Sammelkasten umfaßt zumindest einen Rohrboden, wobei der Rohrboden im wesentlichen flach ausgebildet ist und Durchzüge aufweist, in die die Rohre zu einer Bildung der kommunizierenden Verbindung mit dem Sammelkasten einsteckbar sind.
Grundgedanke der Erfindung ist es, die die Durchzüge umgebenden Bereiche des Rohrbodens in Form von Vertiefungen oder Erhebungen geome- trisch so zu gestalten, daß die Durchzüge jeweils am „Grund" einer Vertiefung beziehungsweise auf dem „Gipfel" einer Erhebung angeordnet sind. Daraus resultierend sind die Durchzüge umlaufend von Flanken, nämlich den Flanken der Vertiefungen beziehungsweise Erhebungen, eingefaßt. Durch eine solche geometrische Gestalt, besonders durch die umlaufende Gestaltung der Flanke, wird die Biegesteifigkeit des Rohrbodens gegenüber einem flachen Rohrboden in mehreren Richtungen erhöht, so daß Verformungen, die durch eine Druckbelastung des Sammelkastens auftreten, verringert werden, wodurch Verbindungen von Rohren mit dem Rohrboden mechanisch entlastet werden. Bevorzugt sind die Vertiefungen beziehungswei- se Erhebungen so breit, daß die Flanken jeweils zweier benachbarter Durchzüge unter Bildung einer Verstärkungssicke aneinandergrenzen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Wärmeübertragers werden dessen mechanische Festigkeit und damit auch dessen Lebensdauer erhöht, ohne daß dafür ein Mehraufwand an Material oder Teilezahl nötig wäre.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform weisen die Flanken jeweils über den Umfang eines Durchzugs eine im wesentlichen konstante Breite auf. Dadurch wird die Biegesteifigkeit des Rohrbodens in allen Richtungen im wesentlichen gleichmäßig erhöht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Rohre als Flachrohre ausgebildet und in einer oder in mehreren Reihen angeordnet. Die Durchzü- ge sowie die dazwischenliegenden durch die Flanken gebildeten Sicken sind dann entsprechend der Rohrquerschnitte länglich ausgebildet.
Bevorzugt weisen die Flanken jeweils eine Rundung mit etwa konstantem Krümmungsradius oder mehrere Rundungen mit verschiedenen Krüm- mungsradien auf. Dadurch wird eine besonders gute Annäherung an einen halbkreisförmigen Querschnitt der zwischen den Durchzügen liegenden Sik- ken erreicht, woraus eine besonders hohe Biegesteifigkeit resultiert.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfassen die Flanken jeweils einen oder mehrere ebene Bereiche, so daß die Flanken beziehungsweise die Sik- ken zwischen den Durchzügen eine facettierte Form aufweisen. Dies ermöglicht eine sichere Herstellung mit niedrigen Fertigungstoleranzen.
Besonders bevorzugt bildet der zumindest eine ebene Bereich mit dem je- weiligen Durchzug einen stumpfen Winkel. Dies bedeutet, daß der Durchzug selbst eine zusätzliche Erhöhung der Biegesteifigkeit des Rohrbodens bewirkt, da der Durchzug in die gleiche Richtung weist wie die Vertiefung oder Erhebung, an deren „Grund" beziehungsweise auf deren „Gipfel" sich der Durchzug befindet. Der Winkel zwischen dem ebenen Bereich der Flanke und dem Durchzug beträgt bevorzugt zwischen 30° und 60°, besonders bevorzugt etwa 45°. In diesem Fall ist eine Breite der Flanke unter Umständen etwa gleich einer Höhe der. Flanke, so daß sich eine besonders hohe Stabilität des Rohrbo- dens gegenüber Verformungen ergibt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Durchzüge aus dem zumindest einen Sammelkasten heraus. Dies hat gegebenenfalls den Vorteil, daß jeweils ein an einen Rand des Rohrbodens angrenzender Bereich der Flanken in einen unter Umständen aufgestellten Rand des Rohrbodens übergeht, wodurch sich eine weitere Festigkeitserhöhung des Rohrbodens ergibt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der erfindungsgemäße Wärme- Übertrager als Ladeluftkühler ausgebildet, der besonders bevorzugt in Kraftfahrzeugen einsetzbar ist. Insbesondere weist der Ladeluftkühler zwei Sam- ■ melkästen auf, von denen ein erster zur Verteilung und ein zweiter zur Sammlung von Ladeluft vorgesehen ist. Vorteilhafterweise weist jeder der Sammelkästen genau einen Rohrboden auf, der mit einer Reihe von Rohr- Öffnungen versehen ist. Auch ist es vorteilhaft, eine Reihe von Flachrohren mit dazwischenliegenden, insbesondere verlöteten Wellrippen zu verwenden, da hierdurch eine vergrößerte Wärmeübertragungsfläche erreicht wird. Als Kühlmedium dient vorzugsweise Luft, wobei auch andere Kühlmedien wie Wasser oder Kühlmittel denkbar sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird ein Rohrboden hergestellt, indem mittels eines Umformverfahrens ein oder mehrere Randbereiche eines ebenen Bleches aufgestellt und aneinandergrenzende Vertiefungen in das Blech eingebracht werden. Die Vertiefungen weisen dabei jeweils eine im wesentlichen ebene Grundfläche und eine die Grundfläche einfassende und umlaufende Flanke auf. Anschließend werden die Grundflächen der Vertiefungen mit Hilfe eines Durchziehverfahrens unter Bildung von Durchzügen durchstoßen. Sollen Rohre von der Seite der Vertiefungen in den Rohrboden gesteckt werden, werden besonders bevorzugt Einführ- schrägen zur Erleichterung eines solchen Einsteckens von Rohren in die Durchzüge geprägt.
Fertigungstechnisch vorteilhaft ist eine Ausgestaltungsform eines Rohrbo- dens mit einer oder mehreren Reihen von gleichen Flanken und/oder Durchzügen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schrägansicht eines Rohrbodens,
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Rohrbodens mit eingesetztem Rohr,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Rohrboden mit eingesetzten Rohren,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Rohrbodenausschnitt mit eingesetztem Rohr und ι Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Rohrbodenausschnitt mit eingesetztem Rohr.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Wärmeübertrager 10 in einer perspektivischen Darstellung. Ein Sammelkasten 20 zur Verteilung eines ersten Mediums besteht aus einem Rohrboden 30 und einem nicht gezeigten Kastendeckel, die an einer gemeinsamen Berührungsfläche 50 miteinander verschweißt sind. Der Kastendeckel ist hierbei in den Rohrboden 30 hineingesteckt. Es ist aber ebenso denkbar, den Kastendeckel auf den Rohrboden 30 aufzustecken oder anderweitig an dem Rohrboden 30 anzubringen. Bei anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen sind ein Rohrboden und ein Kastendeckel durch Lötung, Verklebung oder formschlüssig miteinander verbunden beziehungsweise einteilig oder einstückig, das heißt beispielsweise aus einer umgeformten Platte bestehend, ausgebildet. Der Rohrboden 30 weist eine Rohröffnung 60 auf, deren Rand 70 als sogenannter Durchzug aus dem Sammelkasten heraus umgeformt ist. Ein im wesentlichen rechteckiges Flachrohr ist in die Rohröffnung 60 steckbar und mit dem Rohrboden 30 verlötbar oder verschweißbar. Nicht dargestellt sind Wellrippen, die beidseits an das ebenfalls nicht gezeigte Flachrohr angrenzen und mit letzterem verlötet sind, so daß ein Wärmeübertrag von einem das Rohr durchströmenden auf ein das Rohr und die Rippen umströmendes Medium oder umgekehrt gesteigert wird. Insgesamt umfaßt der Wärmeübertrager 10 eine ganze Reihe von sich abwechselnden Flachrohren und Well- rippen, die einen sogenannten Rohr-Rippen-Block bilden.
Wird der Sammelkasten 20 mit einem Medium unter Druck beaufschlagt, verformt sich der Sammelkasten 20 unter Umständen derart, daß sich seine Querschnittsform einer Kreisform annähert. Um einer solchen Verformung entgegenzuwirken, ist der Durchzug 70 von einer umlaufenden Flanke 90 eingefaßt, die sich in einem stumpfen Winkel an den Durchzug anschließt. Die Flanke weist eine Breite auf, die rings um den Durchzug 70 im wesentlichen konstant ist. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Versteifung des Rohrbodens 30 sowohl in Rohrboden-Längsrichtung durch die Flankenberei- ehe 91 , 92 an den Stirnseiten des Durchzugs 70 als auch in Rohrboden- Querrichtung durch die Flankenbereiche 93, 94 an den Langseiten des Durchzugs 70.
Daraus resultiert eine geringere Verformung des Rohrbodens 30 unter Druckbelastung des Sammelkastens 20. Diese reduzierte Verformung des Rohrbodens 30 bringt eine Verringerung der mechanischen Belastung des Rohres beziehungsweise der Rohr-Boden-Verbindung mit sich. Insbesondere die bei solchen druckbedingten Verformungen mechanisch am stärksten beanspruchten Stirnseiten des Flachrohres werden dadurch entlastet.
Wie in der Seitenansicht des Wärmeübertragers 110 in Fig. 2 zu erkennen ist, ist das Rohr 120 so weit in die Rohröffnung 160 hineingesteckt, daß ein oberer Randbereich 121 des Rohres 120 über den Rohrboden 130 hinausragt. Dadurch wird eine gute Ausnutzung einer dem Rohr 120 zugewandten, nicht sichtbaren Innenfläche des Durchzugs 170 als Anlagefläche für eine Rohr-Boden-Verbindung gewährleistet. Dies dient beispielsweise einer dichten Verlötung. Um einen unnötig hohen Druckabfall des ersten Mediums über den Wärmeübertrager zu vermeiden, ist der Überstand des Rohres 120 über den Rohrboden 130 so gering wie möglich zu halten. Aus diesem Grund befindet sich die Rohröffnung 160 in einem im wesentlichen ebenen Mittelbereich 131 des Rohrbodens 130.
Der Durchzug 170 ist von einer Flanke 190 eingefaßt, deren Stirnseiten 191 , 192 einerseits unter einem stumpfen Winkel in den Durchzug 170 und ande- rerseits, ebenfalls unter einem stumpfen Winkel, in einen aufgestellten
Randbereich 132 des Rohrbodens 130 übergehen. Durch den damit verbundenen s-förmigen Querschnitt des Rohrbodens 130 im Bereich Deckelanschlußfläche 150 - Randbereich 132 - Flankenbereich 191/192 - Durchzug 170 wird dem Rohr 120 beziehungsweise der Rohr-Boden-Verbindung eine zusätzliche Belastungsreduzierung zuteil.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragers 210 ausschnittsweise in einem Längsschnitt. Rohre 220, 221 , 222 stecken in Durchzügen 270, 271 , 272 eines Rohrbodens 230. Um einen Druckabfall eines durch den Wärmeübertrager 210 und unter anderem durch die Rohre 220, 221 222 strömenden Mediums über den Wärmeübertrager 210 zu reduzieren, weisen die Durchzüge 270, 271 , 272 aus dem ansonsten nicht gezeigten Sammelkasten heraus und die Rohre 220, 221 , 222 ragen nicht über den Rohrboden 230 beziehungsweise dessen Durchzüge 270, 271 , 272 hin- aus.
Die Durchzüge 270, 271 , 272 sind dabei von Flanken 290 eingefaßt, die jeweils einen ebenen Teilbereich 295 aufweisen. Der ebene Teilbereich 295 schließt mit dem Durchzug 270 einen stumpfen Winkel ein, wodurch die ver- steifende Wirkung der durch die Flanke 290 gebildeten Vertiefung im Rohrboden 230 zusätzlich verstärkt wird. Die Flanken 290 grenzen dabei unmittelbar aneinander, so daß Sicken 299 gebildet werden, die in Fig. 3 in ihrem Querschnitt zu sehen sind. Wie in diesem Querschnitt deutlich gezeigt ist, weisen die Sicken 299 keine waagrechten, zwischen den Flanken 290 lie- genden Bereiche auf. Vorteilhafterweise ist die Breite b der Höhe h der Flanken 290 ähnlich, besonders bevorzugt etwa gleich. Aus diesem Grund beträgt der Winkel zwischen dem ebenen Teilbereich 295 der Flanke 290 und dem Durchzug 270 etwa 45°. Für die Sicken 299 ergibt sich dadurch ein Sickenwinkel α von etwa 90°, womit eine besonders hohe Versteifungswirkung der Sicken 299 verbunden ist.
Fig. 4. zeigt den Ausschnitt einer abgewandelten Ausgestaltung des Wär- meübertragers aus Fig. 3. Hier ragt das Rohr 320 über den Durchzug 370 hinaus, endet jedoch unterhalb einer Oberfläche 335 des Rohrbodens 330. Hierdurch ergibt sich eine erhöhte Fertigungssicherheit hinsichtlich einer fluiddichten Verbindung zwischen dem Rohrboden 330 und dem Rohr 320. Beispielsweise eine Lötverbindung wird durch einen zu dem Lötspalt 375 zusätzlich hinzukommenden Lötspalt 376 verbessert. Der Lötspalt dient dabei gleichzeitig als Einführschräge für eine Erleichterung des Einsteckens des Rohres 320 in den Rohrboden 330.
Im Gegensatz dazu ragt bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel das Rohr 420 über den Durchzug 470 und über eine Oberfläche 435 des Rohrbodens 430 hinaus. Wegen der damit verbundenen größeren Toleranzen bezüglich der Länge des Rohres 420 folgt eine weitere Erhöhung der Fertigungssicherheit.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Wärmeübertrager mit Rohren und zumindest einem Sammelkasten, wobei der Sammelkasten zumindest einen Rohrboden umfaßt, wobei der Rohrboden Durchzüge, in die die Rohre einsteckbar sind, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchzüge von jeweils einer umlaufenden Flanke eingefaßt sind, wobei die Flanken zweier be- nachbarter Durchzüge unter Bildung einer Sicke aneinandergrenzen.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken jeweils über den Umfang eines Durchzugs eine im wesentlichen konstante Breite aufweisen.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre in zumindest einer Reihe angeordnete Flachrohre sind, daß die Durchzüge entsprechend der Rohrquerschnitte länglich ausgebildet sind und daß die Flanken der Durchzüge unter Bildung von länglichen Sicken aneinandergrenzen.
4. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken jeweils eine Rundung mit etwa konstantem Krümmungsradius aufweisen.
5. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanke jeweils mehrere Rundungen mit verschiedenen Krümmungsradien aufweisen.
6. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennnzeichnet, daß die Flanken jeweils zumindest einen ebenen Bereich aufweisen.
7. Wärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine ebene Bereich mit dem jeweiligen Durchzug einen stumpfen Winkel, insbesondere einen Winkel zwischen 30° und 60° bildet.
8. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennnzeichnet, daß die Durchzüge aus dem zumindest einen Sammelkasten herausweisen.
9. Ladeluftkühler, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch die Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.
10. Verfahren zur Herstellung eines Rohrbodens, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte a) Bereitstellen eines ebenen Bleches, b) Aufstellen eines oder mehrerer Randbereiche des ebenen Bleches mittels eines Umformverfahrens, c) Einbringen von aneinandergrenzenden Vertiefungen in das Blech mittels eines Umformverfahrens, wobei die Vertiefungen jeweils eine im wesentlichen ebene Grundfläche und eine die Grundfläche einfassende und umlaufende Flanke aufweisen, d) Durchstoßen der Grundflächen mittels eines Durchziehverfahrens und insbesondere e) Prägen von Einführschrägen zur Erleichterung einer Einführung von Rohren in die bei Schritt d) erzeugten Durchzüge.
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