EP1869390A1 - Wärmeübertrager, insbesondere für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Wärmeübertrager, insbesondere für ein kraftfahrzeug

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Publication number
EP1869390A1
EP1869390A1 EP06723989A EP06723989A EP1869390A1 EP 1869390 A1 EP1869390 A1 EP 1869390A1 EP 06723989 A EP06723989 A EP 06723989A EP 06723989 A EP06723989 A EP 06723989A EP 1869390 A1 EP1869390 A1 EP 1869390A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
side part
heat exchanger
slots
tubes
exchanger according
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06723989A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter BÄCHNER
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 EP1869390A1 publication Critical patent/EP1869390A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F28F9/001—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core
    • 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
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements

Definitions

  • Heat exchanger in particular for a motor vehicle
  • the invention relates to a heat exchanger, in particular for a motor vehicle and in particular a charge air cooler, according to the preamble of claim 1.
  • Heat exchangers generally have two headers, between which pipes, such as flat tubes, and corrugated fins are arranged.
  • pipes such as flat tubes
  • corrugated fins In order to connect the headers and protect the outer corrugated ribs, side panels are often placed between the headers.
  • the outer tubes are colder, ie shorter, than the inner tubes and the corrugated ribs, so that the solder joints of the outer tubes are heavily loaded with the tubesheets. Due to the stresses, undesirable cracking occurs, in particular in the case of the outer tubes in the area of the solder joints with the tubesheets.
  • a heat exchanger for a motor vehicle which has a rib / tube block with a plurality of interconnected in the manner of a network structure tubes and corrugated fins.
  • a rib / tube block with a plurality of interconnected in the manner of a network structure tubes and corrugated fins.
  • the rib / tube block In order to stabilize the rib / tube block, in particular during a manufacturing process, it is enclosed on opposite sides of two side parts.
  • such a side part has an approximately U-shaped profile in cross-section, wherein the two upturned legs serve as reinforcing ribs.
  • these reinforcing ribs according to DE 197 53 408 A1 can have expansion regions which are designed as fold-like beads.
  • expansion sections are also provided, formed by openings in the side part, which correspond to the reinforcing ribs.
  • the reinforcing ribs are formed by a reshaped center section of the base plate of the side part, wherein for the production of the side part, an edge of the solicitnmit- tel Swisss section precut and then the center section from the plane of the base plate is formed out.
  • the side part may have projections at its longitudinal ends, which serve to seal the collecting boxes.
  • the side part has two expansion areas, which are formed essentially by openings. These extend transversely to the longitudinal extent of the side parts over almost the entire plane, i. not bent surface of the side part.
  • Noses are known in the side part, which form a means for distributing the solder, so that not the entire surface of the side part is soldered to the tubes / corrugated fins, whereby the function of elements for balancing the different thermal expansion coefficient and the associated different longitudinal extent of side member and pipes / corrugated fins, such as a pleat-like bead, is secured.
  • wrinkle-like beads that compensate for a portion of the stresses that arise as a result of different linear expansion of the tubes, however, there is often a rupture of the bead due to an overload.
  • split side parts are known transversely to the longitudinal extent. Such heat exchangers thus leave nothing to be desired, in particular with regard to the load on the solder joints of the outer tubes with the tubesheets.
  • a heat exchanger in particular for a motor vehicle, arranged between collecting boxes, through which flows through a first, hot medium pipes and possibly corrugated fins and with at least one laterally disposed between two headers side part, wherein the tubes and possibly corrugated ribs flowing around second medium
  • the side part receives at least a portion of the tensile stresses acting at least on the outermost tube in operation due to different thermal expansion of the tubes and corrugated ribs during operation, and the side part slots and / or openings having, which the spring constant of the side part opposite a side part without slots and / or openings changed such that at a different longitudinal extent of the middle tubes in comparison to the outermost, adjacent to the side part disposed tube, the tensile stress acting on the outermost tube is reduced.
  • Slots are provided in the side part, so they are preferably at least partially transverse to the longitudinal extent of the side part, so that the supporting cross-section is reduced accordingly.
  • the arrangement may be symmetrical or asymmetrical.
  • the slots are formed to extend only over a portion of the length of the side member, whereby the effective length of the supporting cross section is determined.
  • the slots are preferably H- or T-shaped, wherein they are preferably arranged in the longitudinal direction and / or perpendicular thereto.
  • an H-shaped configuration of the slots is preferred, wherein the "H" is aligned in the longitudinal direction of the side part.
  • openings are provided in the side part, then the openings are preferably circular and / or oval and / or elliptical and / or slot-like. Other shapes are possible.
  • the side part is preferably flat in its cross-section, ie rectangular, or U-shaped. Such side parts can be easily produced from a sheet by punching and optionally forming.
  • the side part has at least one rib, the same preferably extending perpendicular to the surface of the side part.
  • the ribs may be formed integrally with the side part or be placed. In the case of a one-piece embodiment, the rib may be formed by bending, possibly also by means of stretching.
  • the side part may consist of at least two parts which are firmly connected to each other.
  • ribs may be attached to the side part, for example by means of welding, optionally also by means of soldering, riveting.
  • the side part preferably has a spring constant of 1000 N / mm to 40,000 N / mm in its longitudinal extent. Spring constants of this order of magnitude provide optimum stress reduction, especially in the case of heat exchangers made of aluminum or aluminum alloys.
  • the heat exchanger is preferably stress-free with a uniform temperature distribution and room temperature.
  • the side part can be at room temperature under a predetermined compressive stress in the direction of its longitudinal extension, i. the outermost tube is slightly biased.
  • FIG. 4a-e schematic, partial plan views of side parts with other opening patterns
  • FIG. 5a-5j representations of another variant.
  • a heat exchanger in this case an intercooler of a motor vehicle, of which only parts of side parts 1 are shown in the drawing, according to the present embodiment, two manifolds formed by trough-shaped box elements and tube sheets, a plurality of tubes whose ends protrude into openings in the tube sheets are provided, and corrugated fins which are arranged between the tubes.
  • the side parts 1 are arranged on the outside between the collecting boxes, for which they are firmly connected to the collecting boxes, but not directly to the pipes and / or corrugated fins.
  • the parts of the heat exchanger are soldered together in a known per se, which preferably takes place in a single soldering process, or otherwise firmly connected to each other.
  • the side parts are designed accordingly in their spring constants. That is, when the heat exchanger, a difference in length of the middle, hot tubes and the outer, cold and therefore short tubes occurs, which leads to tensions, especially in the outer tubes in the field of solder joints with the tubesheets, the side parts compensate for these stresses at least partially, by at a temperature and thus length difference of the middle and outer tubes as a kind Tie rod act and thereby counteract the tensile stress on the outermost tubes, which is caused by the adjacent, inner / middle tubes.
  • the lateral part 1 in each case equalizes the tensile stress through the inner to the second outermost tubes to the outermost tube essentially by a corresponding, oppositely directed tensile stress (that is to say a corresponding pressure on the respective outermost tube).
  • the spring constant D in a heat exchanger of aluminum or an aluminum alloy is preferably in a range of 1000 N / mm to 40,000 N / mm, and the spring constant in the normal operating range does not necessarily have to be constant, i. that the spring characteristic must be linearly increasing.
  • the determination of the spring constant (s) is made by the choice of the supporting cross section and its effective length. It is necessary to ensure the function of a tie rod that over the entire operating range a purely elastic deformation of the side part takes place.
  • H-shaped slots 2 are provided to optimize the spring constant D in the longitudinal extent of the side part 1 such that the tension of the side part 1 with a corresponding difference in length of the adjacent outermost tubes equalizes the same, ie that the force of the side part 1 on the outermost tube the tension acting on the outermost tube is compensated due to the difference in length of the tubes, so that the solder joints between the outermost tube and the tubesheets arranged at both ends of the tube, through which the flow of force passes, are protected.
  • the legs of the H run in the direction of the longitudinal extent of the side part 1 and the cross-connection perpendicular thereto.
  • T-shaped slots 2 are provided, wherein both legs of the T perpendicular to the longitudinal extension of the side part 1 and aligned with each other on the side thereof and the two transverse lines in the longitudinal extension of the side part 1 and parallel to each other, where they end at the same height, are arranged.
  • a T-shaped slot 2 is provided, the leg of which is arranged perpendicular to the longitudinal extension of the side part 1 on one side thereof and the transverse line in the longitudinal extension of the side part 1 off the same.
  • a plurality of H-shaped slots 2 are provided, which are formed according to the embodiment and arranged at the same height.
  • the cross-sectional profile of the side part 1 does not necessarily have to be constant over the entire longitudinal extension thereof. This also applies to the thickness and overall width of the side part 1.
  • the side part 1 according to the embodiment is substantially, i. apart from the end areas in which it is soldered to the headers, just trained.
  • FIG. 2 a shows a section through the same in the region of the legs of the H-shaped slots 2.
  • the two edges are bent in the longitudinal extent of the side part by 90 °, so that the side part 2 is U-shaped.
  • the slots 2 run - according to the representation of Fig. 2b - in the corner areas.
  • the slots 2 may also extend in the bottom region, as shown in FIG. 2c, and / or possibly also in the region of the legs.
  • ribs or edges of a side part are bent by less than or more than 90 °, so that the ribs or edges are formed in cross-section as oblique legs.
  • FIG. 2 d shows a variant of a side part 1, in which a rib 3 rising vertically from the surface thereof is provided approximately centrally next to a slot 2 extending in the longitudinal extent of the side part.
  • This rib 3 is presently fixed by welding on the side part 1.
  • An edge is - according to the previous variant - bent by 90 ° in Fig. 2d, wherein the edge and rib 3 extend in the same direction.
  • Figures 3a to 3f show various other variants of slots 2, which are arranged obliquely or perpendicular to the longitudinal extent of the side part 1 of one or both sides. As shown, the slots 2 are provided at equidistant intervals, however, changing distances and / or changing angles to the longitudinal extension of the side part 1 may also be provided.
  • opening 4 is provided in the side part 1, with a single, circular opening 4 (see FIG. 4c), a plurality of circular openings 4 (see FIGS 4a, 4b) or, for example, oval openings 4 with the most varied arrangements of the longitudinal axis (cf., FIGS. 4d to 4e) can be provided.
  • the longitudinal axes can also be arranged obliquely. Any combinations or other shapes of the openings and / or slots are possible, depending on the desired spring characteristic of the side part. 1
  • FIGS. 5a to 5j show a variant of the first exemplary embodiment with a side part 1, in which three slots 2 arranged in an H-shape are provided.
  • the slots 2 each have the same width, which in the present case corresponds approximately to one twentieth of the width of the side part.
  • the two, the legs of the "H" forming slots 2 extend - with respect to the length of the side part 1 arranged centrally - over a little more than a third of the total length of the side part 1.
  • the two legs connecting slot 2 is with respect to the length of the side part. 1 arranged in the middle and ends in the legs forming slots 2.
  • the edge width of the side part 1 is on the outside of the slot 2, which is closest to the edge, about one sixth of the total width of the side part.
  • V-shaped beads 5 extending in the longitudinal direction, the depth of which is slightly less than the material thickness of the side part 1.
  • the length of the beads 5 is only about one third of the length of the short, transverse to the longitudinal extent of the side part 1 slot 2.
  • beads 5 are arranged two further, correspondingly formed and parallel thereto aligned beads 5 in the edge region of the side part 1 in the height of the transverse leg 2.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit zwischen Sammelkästen angeordneten, von einem ersten, heißen Medium durchströmbaren Rohren und ggf. Wellrippen und mit mindestens einem seitlich zwischen zwei Sammelkästen angeordneten Seitenteil (1), wobei ein die Rohre und ggf. Wellrippen umströmendes zweites Medium bei Betrieb kälter als das erste, heiße Medium ist, das Seitenteil (1) zumindest einen Teil der Zugspannungen aufnimmt, die in Folge unterschiedlicher Wärmeausdehnungen der Rohre und ggf. Wellrippen bei Betrieb zumindest auf das äußerste Rohr wirkt, und das Seitenteil (1) Schlitze (2) und/oder Öffnungen (4) aufweist, welche die Federkonstante des Seitenteils (1) gegenüber einem Seitenteil ohne Schlitzen und/oder Öffnungen derart verändert, dass bei einer unterschiedlichen Längenausdehnung der mittleren Rohre in Vergleich zum äußersten, benachbart zum Seitenteil (1) angeordneten Rohr die auf das äußerste Rohr wirkende Zugspannung verringert ist.

Description

Wärmeübertrager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug und insbesondere einen Ladeluftkühler, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Wärmeübertrager weisen in der Regel zwei Sammelkästen auf, zwischen denen Rohre, beispielsweise Flachrohre, und Wellrippen angeordnet sind. Um die Sammelkästen zu verbinden und die äußeren Wellrippen zu schützen, sind häufig Seitenteile zwischen den Sammelkästen angeordnet.
Problematisch bei derartigen Wärmeübertragern, insbesondere bei Ladeluftkühlern, ist, dass die äußersten Rohre in Vergleich mit den mittleren Rohren und den entsprechenden Wellrippen relativ kalt sind, so dass bei Betrieb, insbesondere bei Betriebsbeginn, in Folge der unterschiedlichen Temperaturen und der damit verbundenen unterschiedlichen Wärmeausdehnung der einzelnen Wärmeübertragerteile im Wärmeübertrager Spannungen entstehen. Dabei sind die äußeren Rohre kälter, d.h. kürzer, als die inneren Rohre und die Wellrippen, so dass die Lötverbindungen der äußeren Rohre mit den Rohrböden stark belastet werden. Auf Grund der Belastungen kommt es insbesondere bei den äußeren Rohren im Bereich der Lötverbindungen mit den Rohrböden zu unerwünschten Rissbildungen. Aus der DE 197 53 408 A1 ist ein Wärmeübertrager für ein Kraftfahrzeug bekannt, der einen Rippen/Rohrblock mit einer Vielzahl von nach Art einer Netzstruktur miteinander verbundenen Rohren und Wellrippen aufweist. Um den Rippen/Rohrblock insbesondere während eines Fertigungsprozesses zu stabilisieren, ist er auf gegenüberliegenden Seiten von zwei Seitenteilen ein- gefasst. Aus Festigkeitsgründen besitzt ein solches Seitenteil im Querschnitt ein etwa U-förmiges Profil, wobei die beiden hochgebogenen Schenkel als Verstärkungsrippen dienen. Für eine verbesserte Verteilung der thermischen Spannungen während des Betriebs des Wärmeübertragers können diese Verstärkungsrippen gemäß der DE 197 53 408 A1 Dehnungsbereiche aufweisen, die als faltenartige Sicken ausgebildet sind.
Gemäß der DE 103 55 123 A1 sind neben Verstärkungsrippen auch Deh- nungsabschnitte vorgesehen, gebildet durch Durchbrüche im Seitenteil, die mit den Verstärkungsrippen korrespondieren. Die Verstärkungsrippen werden durch ein umgeformtes Flächenmittelstück der Grundplatte des Seitenteils gebildet, wobei zur Fertigung des Seitenteils ein Rand des Flächenmit- telstücks abschnittsweise vorgeschnitten und danach das Flächenmittelstück aus der Ebene der Grundplatte heraus umgeformt wird. Neben den Dehnungsabschnitten kann das Seitenteil an seinen längsseitigen Enden Fortsätze aufweisen, die der Deckelung von Sammelkästen dienen. Zur Verringerung von mechanischen Belastungen weist das Seitenteil zwei Dehnungsbereiche auf, die im Wesentlichen durch Durchbrüche gebildet sind. Diese verlaufen quer zur Längserstreckung der Seitenteile über nahezu die gesamte Ebene, d.h. nicht umgebogene Fläche des Seitenteils.
Aus der US-Patentschrift 3,939,908 A ist das Vorsehen von Öffnungen mit
Nasen im Seitenteil bekannt, die ein Mittel zur Verteilung des Lots bilden, so dass nicht die gesamte Fläche des Seitenteils mit den Rohren/Wellrippen verlötet wird, wodurch die Funktion von Elementen für einen Ausgleich der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und der damit verbundenen unterschiedlichen Längenausdehnung von Seitenteil und Rohren/Wellrippen, wie beispielsweise eine faltenartige Sicke, gesichert wird. Bei derartigen faltenartigen Sicken, die einen Teil der Spannungen ausgleichen, die in Folge unterschiedlicher Längenausdehnungen der Rohre entstehen, kommt es jedoch häufig zu einem Reißen der Sicke in Folge einer Überlastung.
Um die Zugbelastungen auf die Rohre zu vermeiden und dadurch die Rohre zu schützen, sind quer zur Längserstreckung geteilte Seitenteile bekannt. Derartige Wärmeübertrager lassen somit noch Wünsche offen, insbesondere in Hinblick auf die Belastung der Lötverbindungen der äußeren Rohre mit den Rohrböden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Wärmeübertrager zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unter- ansprüche.
Erfindungsgemäß ist ein Wärmeübertrager vorgesehen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit zwischen Sammelkästen angeordneten, von einem ersten, heißen Medium durchströmbaren Rohren und ggf. Wellrippen und mit mindestens einem seitlich zwischen zwei Sammelkästen angeordneten Seitenteil, wobei ein die Rohre und ggf. Wellrippen umströmendes zweites Medium bei Betrieb kälter als das erste, heiße Medium ist, das Seitenteil zumindest einen Teil der Zugspannungen aufnimmt, die in Folge unterschiedlicher Wärmeausdehnungen der Rohre und ggf. Wellrippen bei Betrieb zu- mindest auf das äußerste Rohr wirkt, und das Seitenteil Schlitze und/oder Öffnungen aufweist, welche die Federkonstante des Seitenteils gegenüber einem Seitenteil ohne Schlitzen und/oder Öffnungen derart verändert, dass bei einer unterschiedlichen Längenausdehnung der mittleren Rohre in Vergleich zum äußersten, benachbart zum Seitenteil angeordneten Rohr die auf das äußerste Rohr wirkende Zugspannung verringert ist. Dadurch, dass die Zugspannungen bei Betrieb gezielt verringert werden, ist die Lötverbindung zwischen dem äußersten Rohr und den Rohrböden vor Überlastungen geschützt, wodurch Risse und daher eine Undichtheit des Wärmeübertragers vermieden werden können. Dabei ist die Federkonstante des Seitenteils mittels Schlitzen und/oder Öffnungen in Verbindung mit dem tragenden Quer- schnitt und dessen wirksamer Länge festlegbar.
Sind Schlitze im Seitenteil vorgesehen, so verlaufen diese bevorzugt zumindest bereichsweise quer zur Längserstreckung des Seitenteils, so dass der tragende Querschnitt entsprechend verringert wird. Die Anordnung kann symmetrisch oder asymetrisch sein.
Vorzugsweise sind die Schlitze nur über einen Teil der Länge des Seitenteils verlaufend ausgebildet, wodurch die wirksame Länge des tragenden Querschnitts festgelegt wird.
Die Schlitze sind vorzugsweise H- oder T-förmig ausgebildet, wobei sie bevorzugt in Längserstreckung und/oder senkrecht hierzu angeordnet sind. Insbesondere ist eine H-förmige Ausgestaltung der Schlitze bevorzugt, wobei das „H" in Längsrichtung des Seitenteils ausgerichtet ist.
Sind Öffnungen im Seitenteil vorgesehen, so sind die Öffnungen vorzugsweise kreisförmig und/oder oval und/oder ellipsenförmig und/oder langloch- artig ausgebildet. Andere Formen sind möglich. Das Seitenteil ist vorzugsweise in seinem Querschnitt flach, d.h. rechteck- förmig, oder U-förmig ausgebildet. Derartige Seitenteile lassen sich einfach aus einem Blech mittels Stanzen und gegebenenfalls Umformen herstellen.
Vorzugsweise weist das Seitenteil mindestens eine Rippe auf, wobei dieselbe sich bevorzugt senkrecht zur Oberfläche des Seitenteils erstreckt. Die Rippen können einstückig mit dem Seitenteil ausgebildet sein oder aufgesetzt sein. Im Falle einer einstückigen Ausgestaltung kann die Rippe mittels Biegen, gegebenenfalls auch mittels Strecken ausgebildet sein.
Das Seitenteil kann aus mindestens zwei Teilen bestehen, die miteinander fest verbunden sind. Insbesondere Rippen können am Seitenteil angebracht sein, beispielsweise mittels Schweißens, gegebenenfalls auch mittels Lötens, Nietens.
Das Seitenteil weist vorzugsweise in seiner Längserstreckung eine Federkonstante von 1000 N/mm bis 40000 N/mm auf. Federkonstanten in dieser Größenordnung ergeben eine optimale Spannungsreduzierung, insbesondere im Falle von Wärmeübertragern aus Aluminium oder Aluminiumlegierun- gen.
Der Wärmeübertrager ist vorzugsweise bei gleichmäßiger Temperaturverteilung und Raumtemperatur spannungsfrei. Alternativ kann das Seitenteil bei Raumtemperatur unter einer vorgegebenen Druckspannung in Richtung sei- ner Längserstreckung stehen, d.h. das äußerste Rohr ist etwas vorgespannt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit mehreren Varianten unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1a-d schematische, ausschnittsweise Draufsichten auf Seitenteile mit unterschiedlichen Schlitzmustern,
Fig. 2a-d schematische Schnitte von Seitenteilen mit unterschiedli- chen Querschnitten,
Fig. 3a-f schematische, ausschnittsweise Draufsichten auf Seitenteile mit weiteren Schlitzmustern,
Fig. 4a-e schematische, ausschnittsweise Draufsichten auf Seitenteile mit weiteren Öffnungsmustern, und
Fig. 5a-5j Darstellungen einer weiteren Variante.
Ein Wärmeübertrager, vorliegend ein Ladeluftkühler eines Kraftfahrzeugs, von dem in der Zeichnung nur Teile von Seitenteilen 1 dargestellt sind, weist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Sammelkästen, gebildet durch wannenförmige Kastenelemente und Rohrböden, einer Mehrzahl von Rohren, deren Enden in Öffnungen ragen, die in den Rohrböden vorgesehen sind, und Wellrippen, die zwischen den Rohren angeordnet sind. Die Seitenteile 1 sind zwischen den Sammelkästen außenseitig angeordnet, wofür sie fest mit den Sammelkästen, aber nicht direkt mit den Rohren und/oder Wellrippen verbunden sind. Die Teile des Wärmeübertragers sind auf an sich bekannte Weise miteinander verlötet, was bevorzugt in einem einzigen Löt- Vorgang erfolgt, oder auf sonstige Weise fest miteinander verbunden..
Um bei Betriebsbeginn oder bei Beginn einer erhöhten Belastung des Ladeluftkühlers Spannungen zwischen den Rohrböden und insbesondere den äußeren Rohren möglichst gering zu halten, sind die Seitenteile entspre- chend in ihren Federkonstanten ausgelegt. Das heißt, wenn beim Wärmeübertrager eine Längendifferenz der mittleren, heißen Rohre und der äußeren, kalten und daher kurzen Rohre auftritt, die zu Spannungen insbesondere bei den äußeren Rohren im Bereich der Lötverbindungen mit den Rohrböden führt, gleichen die Seitenteile diese Spannungen zumindest teilweise aus, indem sie bei einer Temperatur- und somit Längendifferenz der mittleren und äußeren Rohre als eine Art Zuganker wirken und dadurch der Zugspannung auf die äußersten Rohre, die durch die benachbarten, inneren/mittleren Rohre verursacht wird, entgegenwirken. Hierbei sind - im Gegensatz zu den faltenartigen Sicken, die bei herkömmlichen Seitenteilen vorgesehen sind - Schlitze 2 oder andere Öffnungen im Seitenteil 1 vorgesehen, welche sicher- stellen, dass die Federkennlinie, d.h. die Kraft über der Längendifferenz der (insbesondere äußersten und zweitäußersten) Rohre, des Seitenteils 1 jeweils die Zugspannung durch die inneren bis zweitäußersten Rohre auf das äußerste Rohr im Wesentlichen durch eine entsprechende, entgegengerichtete Zugspannung (also einen entsprechenden Druck auf das jeweilige äu- ßerste Rohr) ausgleicht.
Hierbei liegt die Federkonstante D bei einem Wärmeübertrager aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bevorzugt in einem Bereich von 1000 N/mm bis 40000 N/mm, wobei die Federkonstante im normalen Betriebsbe- reich nicht notwendigerweise konstant sein muss, d.h. dass die Federkennlinie linear ansteigend sein muss. Die Festlegung der Federkonstante(n) erfolgt durch die Wahl des tragenden Querschnitts und dessen wirksamer Länge. Es ist zur Sicherstellung der Funktion als Zuganker erforderlich, dass über den gesamten Betriebsbereich eine rein elastische Verformung des Seitenteils erfolgt.
Im Seitenteil 1 sind, gemäß dem Ausführungsbeispiel, H-förmig angeordnete Schlitze 2 vorgesehen, um die Federkonstante D in Längserstreckung des Seitenteils 1 derart zu optimieren, dass die Zugspannung des Seitenteils 1 bei entsprechender Längendifferenz der benachbarten äußersten Rohre dieselbe ausgleicht, d.h. dass die Kraft des Seitenteils 1 auf das äußerste Rohr die auf das äußerste Rohr wirkende Zugspannung in Folge der Längendifferenz der Rohre ausgleicht, so dass die Lötverbindungen zwischen dem äußersten Rohr und den an beiden Enden des Rohres angeordneten Rohrböden, durch die der Kraftfluss verläuft, geschützt werden. Die Schenkel des H verlaufen hierbei in Richtung der Längserstreckung des Seitenteils 1 und die Querverbindung senkrecht hierzu.
Gemäß einer ersten, in Fig. 1b dargestellten Variante sind T-förmige Schlitze 2 vorgesehen, wobei beide Schenkel des T senkrecht zur Längserstreckung des Seitenteils 1 und miteinander fluchtend an der Seite desselben endend und die beiden Querlinien in Längserstreckung des Seitenteils 1 und parallel zueinander, wobei sie in gleicher Höhe enden, angeordnet sind. Gemäß einer zweiten Variante ist lediglich ein T-förmiger Schlitz 2 vorgesehen, dessen Schenkel senkrecht zur Längserstreckung des Seitenteils 1 auf einer Seite desselben endend und die Querlinie in Längserstreckung des Seitenteils 1 außermittig desselben angeordnet ist. Entsprechend einer dritten Variante sind eine Mehrzahl von H-förmigen Schlitzen 2 vorgesehen, die entsprechend dem Ausführungsbeispiel ausgebildet und auf gleicher Höhe angeordnet sind.
Der Querschnittsverlauf des Seitenteils 1 muss, wie aus den Figuren 1a-d ersichtlich, nicht notwendigerweise über die gesamte Längserstreckung desselben konstant sein. Dies gilt auch für die Dicke und Gesamtbreite des Seitenteils 1. Das Seitenteil 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist im Wesentli- chen, d.h. abgesehen von den Endbereichen, in welchen es mit den Sammelkästen verlötet ist, eben ausgebildet. Fig. 2a zeigt einen Schnitt durch dasselbe im Bereich der Schenkel der H-förmigen Schlitze 2.
i Gemäß einer ersten Variante, die in Fig. 2b dargestellt ist, sind die beiden Ränder in Längserstreckung des Seitenteils um 90° umgebogen, so dass das Seitenteil 2 U-förmig ausgebildet ist. Die Schlitze 2 verlaufen - gemäß der Darstellung von Fig. 2b - in den Eckbereichen. Alternativ können die Schlitze 2 auch im Bodenbereich, wie in Fig. 2c dargestellt, und/oder gegebenenfalls auch im Bereich der Schenkel verlaufen.
Gemäß weiteren Varianten sind Rippen oder Ränder eines Seitenteils um weniger oder mehr als 90° umgebogen, so dass die Rippen beziehungsweise Ränder im Querschnitt als schräge Schenkel ausgebildet sind.
Fig. 2d zeigt eine Variante eines Seitenteils 1, bei dem eine sich senkrecht von der Oberfläche desselben erhebende Rippe 3 etwa mittig neben einem in Längserstreckung des Seitenteils verlaufenden Schlitz 2 vorgesehen ist. Diese Rippe 3 ist vorliegend mittels Schweißens am Seitenteil 1 fest angebracht. Ein Rand ist - entsprechend der vorigen Variante - um 90° in Fig. 2d umgebogen, wobei sich Rand und Rippe 3 in die gleiche Richtung erstre- cken.
Die Figuren 3a bis 3f zeigen verschiedene andere Varianten von Schlitzen 2, die von einer oder beiden Seiten schräg oder senkrecht zur Längserstreckung des Seitenteils 1 angeordnet sind. Gemäß der Darstellung sind die Schlitze 2 in äquidistanten Abständen vorgesehen, jedoch können auch sich ändernde Abstände und/oder sich ändernde Winkel zur Längserstreckung des Seitenteils 1 vorgesehen sein.
Gemäß den Darstellungen der Figuren 4a bis 4g sind an Stelle von Schlitzen Öffnung 4 im Seitenteil 1 vorgesehen, wobei eine einzelne, kreisförmige Öffnung 4 (vgl. Fig. 4c), eine Mehrzahl in einer Reihe oder versetzt angeordneten kreisförmigen Öffnungen 4 (vgl. Figuren 4a, 4b) oder beispielsweise auch ovale Öffnungen 4 mit den unterschiedlichsten Anordnungen der Längsachse (vgl. Figuren 4d bis 4e) vorgesehen sein können. Dabei können die Längsachsen auch schräg angeordnet sein. Beliebige Kombinationen oder andere Gestalten der Öffnungen und/oder Schlitze sind möglich, je nach gewünschter Federkennlinie des Seitenteils 1.
Die Figuren 5a bis 5j zeigen eine Variante des ersten Ausführungsbeispiels mit einem Seitenteil 1, in dem drei H-förmig angeordnete Schlitze 2 vorgesehen sind. Hierbei haben die Schlitze 2 jeweils die gleiche Breite, die vorliegend ca. einem Zwanzigstel der Breite des Seitenteils entspricht. Die beiden, die Schenkel des „H" bildenden Schlitze 2 erstrecken sich - bezüglich der Länge des Seitenteils 1 mittig angeordnet - über etwas mehr als ein Drittel der Gesamtlänge des Seitenteils 1. Der die beiden Schenkel verbindende Schlitz 2 ist bezüglich der Länge des Seitenteils 1 in der Mitte angeordnet und endet in den die Schenkel bildenden Schlitzen 2. Die Randbreite des Seitenteils 1 beträgt außenseitig des Schlitzes 2, der dem Rand am nächs- ten liegt, etwa ein Sechstel der Gesamtbreite des Seitenteils 1.
Entlang der Mittellängsachse des Seitenteils 1 sind vorliegend acht sich in Längsrichtung erstreckende V-förmige Sicken 5 angeordnet, deren Tiefe etwas geringer als die Materialstärke des Seitenteils 1 ist. Die Länge der Si- cken 5 ist deutlich kleiner als die der Schlitze 2. Vorliegend beträgt die Länge der Sicken 5 nur etwa ein Drittel der Länge des kurzen, quer zur Längserstreckung des Seitenteils 1 verlaufenden Schlitzes 2. Neben den acht sich in Längsrichtung des Seitenteils 1 erstreckenden Sicken 5 sind zwei weitere, entsprechend ausgebildete und parallel dazu ausgerichtete Sicken 5 im Randbereich des Seitenteils 1 in der Höhe des quer verlaufenden Schenkels 2 angeordnet.
Ferner ist in der Mittellängsachse des Seitenteils 1 im Endbereich der Schenkel des durch die Schlitze 2 gebildeten „H" mittig zwischen den Schenkelenden jeweils eine Öffnung 4 in Form einer Bohrung mit einem Innendurchmesser, der größer als die Breite der Schlitze 2 ist, vorgesehen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Wärmeübertrager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit zwischen Sammelkästen angeordneten, von einem ersten, heißen Medium durchströmbaren Rohren und mit mindestens einem seitlich zwischen zwei Sammelkästen angeordneten Seitenteil (1), wobei ein die Rohre umströmendes zweites Medium bei Betrieb kälter als das erste, heiße Medium ist, das Seitenteil (1) zumindest einen Teil der Zugspannungen aufnimmt, die in Folge unterschiedlicher Wärmeausdehnungen der Rohre bei Betrieb zumindest auf das äußerste Rohr wirkt, und das Seitenteil (1) Schlitze (2) und/oder Öffnungen (4) aufweist, welche die Federkonstante des Seitenteils (1) gegenüber einem Seitenteil ohne Schlitzen und/oder Öffnungen derart verändert, dass bei einer unterschiedlichen Längenausdehnung der mittleren Rohre in Vergleich zum äußersten, benachbart zum Seitenteil (1) angeordneten Rohr die auf das äußerste Rohr wirkende Zugspannung verringert ist.
2, Wärmeübertrager nach. Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (2) zumindest bereichsweise quer zur Längserstreckung des Seitenteils (1) verlaufen.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (2) nur über einen Teil der Länge des Seitenteils (1) verlaufend ausgebildet sind.
4. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (2) H- oder T-förmig ausgebildet sind.
5. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (4) kreisförmig und/oder oval und/oder ellipsenförmig und/oder langlochartig ausgebildet sind.
6. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Seitenteil (1) flach oder U-förmig ausgebildet ist.
7. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass das Seitenteil (1) mindestens eine Rippe aufweist.
8. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Seitenteil (1) aus mindestens zwei Tei- len besteht, die miteinander fest verbunden sind.
9. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Seitenteil (1) in seiner Längserstre- ckung eine Federkonstante D von 1000 N/mm bis 40000 N/mm auf- weist.
10. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager bei gleichmäßiger Temperaturverteilung und Raumtemperatur spannungsfrei ist.
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