EP1703243A1 - Wärmetauscher mit Rohren und Rippen sowie Herstellungsverfahren - Google Patents

Wärmetauscher mit Rohren und Rippen sowie Herstellungsverfahren Download PDF

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EP1703243A1
EP1703243A1 EP06002613A EP06002613A EP1703243A1 EP 1703243 A1 EP1703243 A1 EP 1703243A1 EP 06002613 A EP06002613 A EP 06002613A EP 06002613 A EP06002613 A EP 06002613A EP 1703243 A1 EP1703243 A1 EP 1703243A1
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heat exchanger
tube
intermediate bottom
parts
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Modine Manufacturing Co
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0229—Double end plates; Single end plates with hollow spaces
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making
    • Y10T29/49389—Header or manifold making

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger with pipes and ribs, the tube ends stuck in openings of a tube plate having a connecting edge to mechanically and tightly connect a collecting box at the edge bead, with an intermediate bottom is present, which rests with its edge on the connecting edge of the tube sheet ,
  • the invention relates to a production method for such heat exchangers.
  • the heat exchanger is known from EP 1 273 864 A2.
  • the intermediate floor was therefore provided there to be able to realize heat exchangers with different depths cooling networks with relatively little effort change.
  • the object of the present invention in contrast, is to provide heat exchangers whose strength of the mechanical connection is increased and to specify a production method for such heat exchangers.
  • connection and holding forces can not adequately meet the requirements due to the continuous reduction of the sheet thicknesses of the tube plate in view of increasing pressures and other loads.
  • the invention provides an excellent compromise between low material usage and increased bond strength.
  • the intermediate bottom is an additional component, but relatively light weight, since it is only a frame-like part.
  • heat exchangers can be made available in which the supernatant of the tube plate over the circumference of the tubes is relatively small. Therefore, a compact arrangement of the heat exchanger, for example in a heat exchanger module is possible in which a plurality of heat exchangers are arranged close together.
  • a “double" connection in the context of the present invention is understood to mean both a connection in which projecting tongues or similar parts of the edge of the tube bottom and similar parts of the false bottom are superimposed, as well as those in which the mentioned parts are adjacent.
  • the tongues of the tube bottom engage in the interspace of the tongues of the intermediate bottom, or vice versa.
  • the tongues of the tube bottom are slightly longer or slightly shorter than the tongues of the false bottom, to allow their interaction in the connection.
  • the embodiment with tongues or similar projecting parts is referred to as clamping because the tongues are bent in the manner of a clip on the edge bead and hold it firmly.
  • a gasket is usually located below the Randwustes, so that the connection also guarantees a seal.
  • Another embodiment is based on the known mechanical connection, in which a wave-like deformation of the connecting edge is made.
  • intermediate floors can be used with the mentioned advantages.
  • no projections, tongues or the like are bent, but the edge is provided with a series parallel to the plane of the tube bottom incisions and the edge of each incision is pressed or deformed inwardly over the edge of the edge bead of the header , whereby the mechanical connection is achieved.
  • the same is done at the edge of the false floor to increase the strength of the mechanical connection.
  • the intermediate bottom lies in the tube bottom and in another embodiment, the tube plate is in the intermediate bottom.
  • the intermediate floor has in a conventional manner one or more transverse stiffeners, which are preferably flat in the embodiment with lying in the tube bottom shelf, soldered flat on the tube sheet, between two openings in which pipe ends.
  • the method of manufacture provides that both the parts the tube bottom as well as parts of the false bottom are formed to jointly produce the mechanical connection.
  • Figs. 1-4 show perspective views of a partially completed heat exchanger (Fig. 1), a tube sheet, an intermediate tray and a heat exchanger with a collecting box mounted.
  • FIG. 5 shows a side view and FIG. 6 shows a longitudinal section through a heat exchanger.
  • Fig. 7 shows a detailed view of the clamping.
  • Figs. 8 and 9 show another embodiment.
  • the heat exchanger may be, for example, an intercooler or adeckenkeitkühler, which is located in a motor vehicle. It has been drawn to simplify only one side (collection box) of the heat exchanger, since the other side is identical at least with respect to the education relevant here.
  • the ribs 11, for example corrugated fins it usually flows cooling air, which extracts heat from the other medium flowing through the collecting tank 2 into the pipe 10 degrees.
  • the heat exchanger shown in Fig. 1 is in principle in the state as it exists after leaving a brazing furnace. Of course, it should be pointed out that the connecting edge 3.2 on the intermediate bottom 3 and the connecting edge 1.2 on the tube plate 1 in FIG. 1 have already been formed.
  • edges 3.2 and 1.2 are initially approximately vertical to the plane of the tube plate 1 and they only get their appearance shown in FIG. 1 after the preparation and mechanical connection of the collecting box 2 (FIG. 4).
  • the forming of the parts happens here at the same time.
  • the intermediate bottom 3 is in the tube sheet 1.
  • the edge is 3.1 of the intermediate bottom 3 at the connecting edge 1.2 of the tube sheet 1 inside and is also soldered there.
  • the intermediate shelf 3 shown has two Cross struts, each resting on the same between two openings 1.1 of the tube sheet 1 and are also soldered there.
  • Fig. 2 shows a tube sheet 1 as a single part and Fig. 3 shows an intermediate bottom 3 from the same perspective. Since, as already mentioned, lies in this embodiment, the intermediate bottom 3 in the tube sheet 1, the tongues are at the connecting edge 1.2 of the tube sheet 1 slightly longer than the tabs on the connecting edge 1.3 of the intermediate bottom 3, as can easily determine when comparing these two figures.
  • the tongues on both edges 1.2, 3.2 lie one above the other in the exemplary embodiment shown, as can be seen particularly clearly from FIGS. 1 and 4. Further, the number, size and arrangement of the tongues are different at both edges 1.2, 3.2 . From all this it can be concluded that there is scope for various embodiments not shown here.
  • FIG. 6 From the longitudinal section through the heat exchanger can be seen that the openings are 1.1 equipped in the tube sheet 1 with particularly long and reduced in thickness fürgangs 1.3, which are directed to the ribs 11 out.
  • the ends of the tubes 10 are soldered to the passages 1.3 and do not extend beyond the inner tube bottom surface. This training is favorable, because thereby the pressure loss is kept low.
  • Fig. 7 shows that in the corners (Fig. 2) of the tube sheet 1, a pin 20 is provided, which serves for the prefixing of the intermediate bottom 3 .
  • a pin 20 is provided, which serves for the prefixing of the intermediate bottom 3 .
  • the tongues beads 24 can be formed, which further improve the rigidity and durability.
  • Further breakthroughs 22 are present in the formed on the edge bead 2.1 of the header 2 lugs 23 engage to secure the header 2 before its mechanical connection and also press firmly on the seal, not shown.
  • the openings 22 are located in the embodiment shown in the edge of the intermediate bottom. 3
  • FIGS. 8 and 9 show different embodiments with wavy course of the connection edges 1.2 and 3.2.
  • the deformed on the edge bead 2.1 of the header box 2 sections were vertically separated above the cuts 25 of the connecting edges, reference numeral 30.
  • the course of the waves (cuts 25) at the connecting edge of the intermediate bottom 3 is congruent with the course of Waves on the connecting edge of the tube sheet 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit Rohren (10) und Rippen (11), dessen Rohrenden in Öffnungen (1.1) eines Rohrbodens (1) stecken, der einen Verbindungsrand (1.2) aufweist, um einen Sammelkasten (2) an dessen Randwulst (2.1) mechanisch zu verbinden, wobei ein Zwischenboden (3) vorhanden ist, der mit seinem Rand (3.1) am Verbindungsrand (1.2) des Rohrbodens (1) anliegt.
Die Festigkeit der mechanischen Verbindung wurde erfindungsgemäß dadurch erhöht, dass auch der Zwischenboden (3) einen Verbindungsrand (3.2) aufweist und beide Verbindungsränder (1.2 und 3.2) den Randwulst (2.1) des Sammelkastens (2) fest halten.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit Rohren und Rippen, dessen Rohrenden in Öffnungen eines Rohrbodens stecken, der einen Verbindungsrand aufweist, um einen Sammelkasten an dessen Randwulst mechanisch und dicht zu verbinden, wobei ein Zwischenboden vorhanden ist, der mit seinem Rand am Verbindungsrand des Rohrbodens anliegt.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für solche Wärmetauscher.
  • Der Wärmetauscher ist aus dem EP 1 273 864 A2 bekannt. Der Zwischenboden wurde dort deshalb vorgesehen, um Wärmetauscher mit unterschiedlich tiefen Kühlnetzen mit relativ geringem Änderungsaufwand realisieren zu können.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgegenüber darin, Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen, deren Festigkeit der mechanischen Verbindung erhöht ist und ein Herstellungsverfahren für solche Wärmetauscher anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Wärmetauscher erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Es hat sich herausgestellt, dass die Verbindungs - und Haltekräfte durch die stetige Reduzierung der Blechdicken des. Rohrbodens in Anbetracht steigender Drücke und anderer Belastungen den Anforderungen nicht ausreichend gerecht werden können. Die Erfindung stellt einen hervorragenden Kompromiss zwischen geringem Materialeinsatz und Erhöhung der Verbindungsfestigkeit zur Verfügung. Der Zwischenboden ist zwar ein zusätzliches Bauteil, jedoch relativ geringen Gewichts, da es sich dabei lediglich um ein rahmenähnliches Teil handelt. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene "doppelte" Verbindung, vorzugsweise Verklammerung, wurde ein Weg zur weiteren Reduzierung der Blechdicke der Rohrböden aufgezeigt, wobei die Verbindungs - und Haltekräfte trotz geringer Blechdicke des Rohrbodens gewährleistet sind. Ferner können Wärmetauscher zur Verfügung gestellt werden, bei denen der Überstand des Rohrbodens über den Umfang der Rohre relativ klein ist. Deshalb ist eine kompakte Anordnung des Wärmetauschers, beispielsweise in einem Wärmetauschermodul möglich, in dem mehrere Wärmetauscher dicht an dicht angeordnet sind.
  • Unter einer "doppelten" Verbindung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist sowohl eine Verbindung zu verstehen, bei der vorstehende Zungen oder ähnliche Teile des Randes des Rohrbodens und ähnliche Teile des Zwischenbodens übereinander liegen, als auch solche, bei der die erwähnten Teile nebeneinander liegen. Bei der Ausführungsform mit nebeneinander liegenden Zungen greifen die Zungen des Rohrbodens in den Zwischenraum der Zungen des Zwischenbodens, oder umgekehrt.
  • Die Zungen des Rohrbodens sind etwas länger oder etwas kürzer als die Zungen des Zwischenbodens, um deren Zusammenwirkung bei der Verbindung zu gestatten. Die Ausführung mit Zungen oder ähnlichen vorstehenden Teilen wird als Verklammerung bezeichnet, weil die Zungen nach der Art einer Klammer auf den Randwulst gebogen werden und diesen fest halten. Eine Dichtung befindet sich gewöhnlich unterhalb des Randwustes, sodass die Verbindung auch eine Abdichtung garantiert.
  • Ein anderes Ausführungsbeispiel baut auf die an sich bekannte mechanische Verbindung auf, bei der eine wellenartige Verformung des Verbindungsrandes vorgenommen wird. Auch bei dieser Ausführung lassen sich Zwischenböden mit den erwähnten Vorteile einsetzen. (Anspruch 7) Hierbei werden allerdings keine Vorsprünge, Zungen oder dergleichen, umgebogen, sondern der Rand wird mit einer Reihe parallel zur Ebene des Rohrbodens verlaufenden Einschnitten versehen und der Rand jedes Einschnitts wird nach innen über den Rand des Randwulstes des Sammelkastens gedrückt bzw. verformt, wodurch die mechanische Verbindung erreicht wird. Gleiches wird am Rand des Zwischenbodens ausgeführt, um die Festigkeit der mechanischen Verbindung zu steigern.
  • Bei einer Ausführungsform liegt der Zwischenboden im Rohrboden und bei einer anderen Ausführungsform liegt der Rohrboden im Zwischenboden.
  • Der Zwischenboden hat in an sich bekannter Weise ein oder mehrere Querversteifungen, die bei der Ausführungsform mit im Rohrboden liegendem Zwischenboden vorzugsweise flach auf dem Rohrboden, zwischen zwei Öffnungen in denen Rohrenden verlötet sind, aufliegen.
  • Das Herstellungsverfahren sieht, nachdem die gewöhnlich aus Aluminium bestehenden Teile des Wärmetauschers in an und für sich bekannter Weise zusammengefügt und verlötet wurden, erfindungsgemäß vor, dass sowohl die Teile des Rohrbodens als auch Teile des Zwischenbodens umgeformt werden, um gemeinsam die mechanische Verbindung zu erzeugen.
  • Dazu wird eine spezielle Vorrichtung verwendet.
  • Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.
  • Die Fig. 1 - 4 zeigen Perspektivansichten auf einen teilweise fertiggestellten Wärmetauscher (Fig1), auf einen Rohrboden, auf einen Zwischenboden und auf einen Wärmetauscher mit montiertem Sammelkasten.
  • Die Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht und die Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch einen Wärmetauscher. Die Fig. 7 zeigt eine Detailansicht der Verklammerung. Die Fig. 8 und 9 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel.
  • Bei dem Wärmetauscher kann es sich zum Beispiel um einen Ladeluftkühler oder um einen Kühlflüssigkeitskühler handeln, der sich in einem Kraftfahrzeug befindet. Es wurde zur Vereinfachung stets nur eine Seite (Sammelkasten) des Wärmetauschers gezeichnet, da die andere Seite wenigstens bezüglich der hier interessierenden Ausbildung identisch ist. Durch die Rippen 11, beispielsweise Wellrippen, strömt dabei gewöhnlich Kühlluft, die dem anderen Medium, das über den Sammelkasten 2 in die Rohre 10 strömt, Wärme entzieht. Der in der Fig. 1 abgebildete Wärmetauscher befindet sich im Prinzip in dem Zustand, wie er nach Verlassen eines Lötofens vorliegt. Es muss natürlich darauf hingewiesen werden, dass der Verbindungsrand 3.2 am Zwischenboden 3 und der Verbindungsrand 1.2 am Rohrboden 1 in der Fig. 1 bereits umgeformt gezeichnet wurden. Tatsächlich stehen die Ränder 3.2 und 1.2 zunächst etwa vertikal zur Ebene des Rohrbodens 1 und sie erhalten erst nach dem Ansetzen und mechanischen Verbinden des Sammelkastens 2 (Fig. 4) ihr in der Fig. 1 gezeigtes Aussehen. Nach dem Einfügen einer Dichtung (nicht gezeigt) und dem Ansetzen des Sammelkastens 2 werden sowohl Teile (Zungen) des Randes 3.2 des Zwischenbodens 3 als auch Teile des Randes 1.2 in einer Werkzeugmaschine mittels einer Vorrichtung (nicht gezeigt) umgeformt, in diesem Ausführungsbeispiel auf den Randwulst 2.1 des Sammelkastens 2 herunter gebogen, sodass beide Ränder 3.2, 1.2 gemeinsam die Festhaltefunktion ausüben. Die Umformung der Teile geschieht hier gleichzeitig.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Zwischenboden 3 im Rohrboden 1. Dabei liegt der Rand 3.1 des Zwischenbodens 3 am Verbindungsrand 1.2 des Rohrbodens 1 innen an und ist dort auch verlötet. Die gezeigte Zwischenboden 3 besitzt zwei Querstreben, die jeweils zwischen zwei Öffnungen 1.1 des Rohrbodens 1 auf demselben aufliegen und dort ebenfalls angelötet sind.
  • Die Fig. 2 zeigt einen Rohrboden 1 als Einzelteil und die Fig. 3 zeigt einen Zwischenboden 3 aus gleicher Perspektive. Da, wie bereits erwähnt, in diesem Ausführungsbeispiel, der Zwischenboden 3 im Rohrboden 1 liegt, sind die Zungen am Verbindungsrand 1.2 des Rohrbodens 1 etwas länger als die Zungen am Verbindungsrand 1.3 des Zwischenbodens 3, wie bei einem Vergleich dieser beiden Figuren leicht festzustellen ist. Die Zungen an beiden Rändern 1.2, 3.2 liegen im gezeigten Ausführungsbeispiel übereinander, wie besonders deutlich aus den Fig. 1 und 4 gesehen werden kann. Ferner ist die Anzahl, die Größe und die Anordnung der Zungen an beiden Rändern 1.2, 3.2 unterschiedlich. Aus all dem ist zu schließen, dass hier Gestaltungsspielraum für verschiedene nicht gezeigte Ausführungsbeispiele vorhanden ist. Bei diesen nicht gezeigten Ausführungen kann es vorteilhaft sein, die oben beschriebene Umformung der Teile nicht gleichzeitig sondern nacheinander durchzuführen, d. h. zunächst die Teile des Rohrbodens 1, vorzugsweise in einem Arbeitsgang, und danach die Teile des Zwischenbodens 3, ebenfalls in einem Arbeitsgang, oder natürlich umgekehrt, zuerst die Teile des Zwischenbodens 3 und danach die Teile des Rohrbodens 1.
  • In der Fig. 6 gezeigte weitere Aspekte sollen erläutert werden. Aus dem Längsschnitt durch den Wärmetauscher ist zu sehen, dass die Öffnungen 1.1 im Rohrboden 1 mit besonders langen und in ihrer Dicke reduzierten Durchzügen 1.3 ausgestattet sind, die zu den Rippen 11 hin gerichtet sind. Die Enden der Rohre 10 sind mit den Durchzügen 1.3 verlötet und reichen dabei nicht bis über die innere Rohrbodenfläche. Diese Ausbildung ist günstig, weil dadurch der Druckverlust gering gehalten wird.
  • Die Fig. 7 zeigt, dass in den Ecken (Fig. 2) des Rohrbodens 1 ein Zapfen 20 vorgesehen ist, der der Vorfixierung des Zwischenbodens 3 dient. In den Zungen können Sicken 24 eingeformt werden, die die Steifigkeit und Haltbarkeit weiter verbessern. Ferner sind Durchbrüche 22 vorhanden, in die am Randwulst 2.1 des Sammelkastens 2 angeformte Nasen 23 einrasten, um den Sammelkasten 2 vor dessen mechanischer Verbindung zu sichern und auch fest auf die nicht gezeigte Dichtung zu drücken. Die Durchbrüche 22 befinden sich im gezeigten Ausführungsbeispiel im Rand des Zwischenbodens 3.
  • Die Fig. 8 und 9 zeigen unterschiedliche Ausführungen mit gewelltem Verlauf der Verbindungsränder 1.2 und 3.2. In der Fig. 9 wurden die auf den Randwulst 2.1 des Sammelkastens 2 umgeformten Abschnitte oberhalb der Einschnitte 25 der Verbindungsränder senkrecht aufgetrennt, Bezugszeichen 30. In beiden Figuren ist der Verlauf der Wellen (Einschnitte 25) am Verbindungsrand des Zwischenbodens 3 deckungsgleich mit dem Verlauf der Wellen am Verbindungsrand des Rohrbodens 1.

Claims (10)

  1. Wärmetauscher mit Rohren (10) und Rippen (11), dessen Rohrenden in Öffnungen (1.1) eines Rohrbodens (1) stecken, der einen Verbindungsrand (1.2) aufweist, um einen Sammelkasten (2) an dessen Randwulst (2.1) mechanisch zu verbinden, wobei ein Zwischenboden (3) vorhanden ist, der mit seinem Rand (3.1) am Verbindungsrand (1.2) des Rohrbodens (1) anliegt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    auch der Zwischenboden (3) einen Verbindungsrand (3.2) aufweist und beide Verbindungsränder (1.2 und 3.2) den Randwulst (2.1) des Sammelkastens (2) fest halten.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenboden (3) im Rohrboden (1) liegt.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrboden (1) im Zwischenboden (3) liegt.
  4. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ecken des Rohrbodens (1) oder des Zwischenbodens (3) Zapfen (20) oder ähnlich Teile angeformt sind.
  5. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsrand (3.2) des Zwischenbodens (3) und der Verbindungsrand (1.2) des Rohrbodens (1) aus einer Reihe auf den Randwulst (2.1) des Sammelkastens (2) umbiegbarer Vorsprünge (Zungen) besteht.
  6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zungen Sicken (24) eingeformt sind.
  7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsrand des Zwischenbodens (3) und der Verbindungsrand des Rohrbodens (1) etwa parallel zur Ebene des Rohrbodens (1) verlaufende Einschnitte (25) aufweist, wobei jeder Rand des Einschnitts (25) nach innen auf den Randwulst (2.1) des Sammelkastens (2) umformbar ist, so dass sich ein etwa wellenartiger Verlauf der Verbindungsränder (1.2, 3.2) einstellt, wobei die Wellen bzw. die Einschnitte an den Verbindungsrändern entweder deckungsgleich oder versetzt zueinander angeordnet sind.
  8. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verbindungsrändern Durchbrüche (22) vorhanden sind, in die Vorsprünge (23) am Randwulst (2.1) des Sammelkastens (2) einrasten.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers mit folgenden Verfahrensschritten
    a) Zusammensetzen von Flachrohren (10) und Rippen (11);
    b) Ansetzen von Rohrboden (1) und Zwischenboden (3) an dem/den Ende/n der Flachrohre (10);
    c) Metallisches Verbinden der Bauteile (1, 3, 10, 11) zu einer Einheit;
    d) Ansetzen eines Sammelkastens (2) und mechanische Verbindung desselben mittels Umformen von Teilen des Rohrbodens (1),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    e) sowohl die Teile des Rohrbodens (1) als auch Teile des Zwischenbodens (3) umgeformt werden, um gemeinsam die mechanische Verbindung zu erzeugen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile des Rohrbodens (1) und die Teile des Zwischenbodens (3) gleichzeitig umgeformt werden.
EP06002613A 2005-02-24 2006-02-09 Wärmetauscher mit Rohren und Rippen sowie Herstellungsverfahren Not-in-force EP1703243B1 (de)

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EP06002613A Not-in-force EP1703243B1 (de) 2005-02-24 2006-02-09 Wärmetauscher mit Rohren und Rippen sowie Herstellungsverfahren

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US (1) US7341098B2 (de)
EP (1) EP1703243B1 (de)
DE (2) DE102005008409A1 (de)
ES (1) ES2313465T3 (de)

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