DE3937463C2 - Wärmeaustauscher, bestehend aus wenigstens einer an dessen Seitenflächen angebrachten Seitenwand, insbesondere ein Kühler - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, insbesondere einen Kraftfahrzeugkühler, bestehend aus einem Bündel von Rohren mit Rippen und wenigstens einer Seitenwand, die an der Seitenfläche des Rohrbündels angeordnet ist.

Eine Seitenwand bzw. Backe ist gewöhnlich an einer Seitenfläche eines Rohrbündels angebracht, welches mit Rippen versehen ist, die entweder lotrecht zur Längsrichtung der Rohre angebracht und an den Rohren durch Lötung oder mechanischen Zusammenbau befestigt sind, oder die im wesentlichen parallel zur genannten Richtung angeordnet und an den Rohren durch Lötung befestigt sind, wobei die Enden des genannten Bündels dicht durch eine Lochplatte oder Rohrplatte bzw. Sammelplatte hindurchtreten können, welche dicht von einem Flüssigkeitssammelkasten abgedeckt ist, der an der genannten Rohrplatte durch alle dafür geeigneten Mittei, wie z. B. durch mechanischen Zusammenbau, befestigt ist.

Die Seitenwand, die im allgemeinen auf jeder Seitenfläche des Rippenrohrbündels angeordnet ist, steht mit der Rohrplatte durch gegenseitigen Eingriff von Laschen in Verbindung, die von der äußersten Seitenkante der Rohrplatte ausgehen, und Einschnitten, die an der Seitenwand vorgesehen sind, wobei die Laschen unter einer Schulter umgebogen sind, die an der genannten Seitenwand vorgesehen ist, wodurch diese mit der Rohrplatte fest verbunden wird.

Diese so fest verbundene Seitenwand dient einerseits als Zwischenstück zwischen den Rohrplatten, um diese im Verhältnis zueinander in gleichem Abstand zu halten, wenn die verschiedenen z. B. bei Löten erforderlichen Vorgänge ablaufen, und andererseits als Unterstützung und Halterung für Hilfsorgane, die mit dem Kühler verbunden sind, wie z. B. einen Lüftersatz und/oder für die Befestigung des genannten Austauschers am Fahrzeug.

Die weiter oben beschriebene Verbindung der Seitenwand mit der Rohrplatte weist dennoch bestimmte Nachteile auf.

Tatsächlich setzt die Umbiegeoperation der Laschen eine mechanische Beanspruchung der Rohrplatte voraus und bewirkt eine Verformung der genannten Platte unter Ausbildung eines gewölbten Teils in der Zone zwischen den beiden Angriffspunkten der Beanspruchungen, wobei diese Verformung beim Löten der Haltbarkeit der Lötstelle zwischen den Rohren und der Rohrplatte abträglich sein kann.

Außerdem fließt diese Anordnung der Laschen, die direkt von der Rohrplatte ausgehen, die Möglichkeit einer Verbindung zwischen Sammelkasten und Rohrplatte durch eine Klammer aus die sich als notwendig erweisen kann, wenn man Reparaturen am Sammelkasten durchführen will.

Für den Fall, daß der so gebildete Austauscher als Kühler für einen Kraftfahrzeugmotor eingesetzt wird, unterliegt dieser Kühler außerdem Wärmestößen, im wesentlichen beim Anlassen des Fahrzeuges, wo der Kühler nur mit der zu kühlenden Flüssigkeit versorgt wird, wenn diese eine ziemlich hohe Temperaturschwelle erreicht hat.

In diesem Falle werden die Rohre geringer Dicke innerhalb des Bündels, die im wesentlichen Umgebungstemperatur haben, plötzlich von der heißen Flüssigkeit durchströmt, so daß sie sich schnell erwärmen und dementsprechend ausdehnen, während die seitlichen Seitenwände, die mit der Flüssigkeit nicht in direkten Kontakt kommen, sich erst wesentlich später erwärmen und demzufolge ausdehnen.

Dieses Phänomen zeigt sich konkret dann in Form von Ausdehnungskräften in Höhe der Verbindung Rohre/Rohrplatte, und zwar versetzt zur Ausdehnung der Verbindung Seitenwände/Sammler, wobei dieser Versatz die Gefahr eines Rohrbruchs mit sich bringt, insbesondere in Höhe der Rohrplatte.

Wärmetauscher, bei denen eine solche Gefahr gegeben ist, sind z. B. aus den Dokumenten DE 24 49 079 B und DE 37 20 483 A1 bekannt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die weiter oben beschriebenen Nachteile zu beseitigen, indem eine sichere Verbindung zwischen der Seitenwand und der Rohrplatte bei einfacher Ausführung vorgeschlagen wird, während gleichzeitig die Herstellung der Verbindung Wasserkasten/Sammler auf gewünschte Weise und der Verbindung Platte/Sammler/Rohre auf wirkungsvolle Weise möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Dank dieser Anordnung befinden sich die Befestigungsmittel in Kontakt mit der zu kühlenden Flüssigkeit und ermöglichen dadurch eine schnellere Ausdehnung der Seitenwand und die gleichzeitige Weiterleitung der durch die genannte Flüssigkeit übertragenen Wärme, wodurch der Unterschied zwischen den Rohr- und Seitenwandausdehnungen reduziert wird.

Nach einem weiteren Merkmal besitzt die Rohrplatte Mittel zur Aufnahme der Befestigungsmittel.

Nach einem weiteren Merkmal bestehen die Befestigungsmittel aus wenigstens einer Lasche.

Nach einem weiteren Merkmal bestehen die Aufnahmemittel aus einer Öffnung.

Dank dieser Merkmale ist die Rohrplatte auf sichere und wirkungsvolle Weise mit der Seitenwand verriegelt.

Die übrigen Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die folgendes darstellen:

Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht, die die Verbindung zwischen der Seitenwand und der Rohrplatte gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist eine Teilansicht entsprechend dem Pfeil A aus Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Ansicht, die die Einzelheiten des Endes der Seitenwand gemäß den Fig. 1 und 2 zeigt, wodurch die Verbindung gemäß der Erfindung ermöglicht wird.

Fig. 4 ist eine Ansicht, die eine Variante des Endes der Seitenwand zeigt.

Fig. 5 ist eine Teilansicht, die eine Variante der Verbindung der Seitenwand mit der Rohrplatte zeigt.

Fig. 6 ist eine Ansicht entsprechend dem Pfeil B aus Fig. 5.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Wärmeaustauscher, insbesondere einen Kraftfahrzeug-Kühler, bei dem ein Bündel 1 parallel zueinander verlaufender Rohre 2, die mit Abstrahlungsrippen 3 versehen sind, hier parallel zur Längsrichtung der genannten Rohre angeordnet und daran mittels Lötung befestigt, dicht in wenigstens eine Rohrplatte 4 einmündet, deren Innenfläche 4' dicht durch einen Flüssigkeitssammelkasten 5 abgedeckt werden kann und dabei ein Innenvolumen V abgrenzt, welches zwischen dem genannten Kasten und der Innenfläche der genannten Rohrplatte liegt.

Wie aus den Figur besser ersichtlich, ist die Rohrplatte 4 von allgemein rechtwinkliger Form, während der in Fig. 2 dargestellte Teil eine der Schmalseiten oder Seitenkanten ist, und sie besteht aus einem mittleren Teil 6, der mit einer Vielzahl von Bohrungen 7 versehen ist, welche für den dichten Durchtritt der freien Enden der Rohre 2 des Bündels 1 bestimmt sind, und bestehend aus einer äußeren Umfangsnut 8 mit flachem Boden 9, die innen durch eine Innenflanke 10, welche mit dem mittleren Teil 6 in Verbindung steht, und außen durch eine Außenflanke 10' begrenzt ist.

Die Nut 8 eignet sich zur Aufnahme einer Dichtung 11 von im wesentlichen gleicher Form wie die genannte Nut und bestimmt zur Gewährleistung der Dichtigkeit zwischen der Rohrplatte 4 und dem Flüssigkeitssammelkasten 5 durch Auflage der Fläche 12, die die innere Umfangskante 13 des genannten Kastens aufweist, auf der Dichtung 11, so dass diese zwischen der genannten Fläche und dem Boden 9 sowie den Flanken 10, 10' der Nut 8 zusammengedrückt wird.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Kasten 5 vorzugsweise fest und dicht mit der Rohrplatte 4 durch eine Klammer 14 verbunden, die eine Rückseite 15 besitzt, von der untere Laschen 16 ausgehen, die auf der Außenseite des Bodens 9 ruhen, sowie obere Laschen 17, die auf der Seite ruhen, die der Fläche 12 an der Kante 13 gegenüberliegen.

Das Bündel 1 kann auf an sich bekannte Weise mit zwei Rohrplatten 4 versehen sein, die jeweils an einem Ende des genannten Bündels angeordnet sind und durch welche die Enden der Rohre 2 hindurchtreten, wobei die genannten Rohrplatten miteinander durch Seitenwände 20 verbunden sind, die an jeder Seitenfläche des Bündels 1 angeordnet sind und einerseits ein Zwischenstück zwischen den Rohrplatten und andererseits ein Auflager oder eine Halterung gemäß obiger Beschreibung bilden.

Gemäß der Erfindung ist die Seitenwand 20 mit Befestigungsmitteln 21 versehen, die durch die Rohrplatte 4 hindurchtreten und in das Innenvolumen V einmünden, welches durch die genannte Platte und den Flüssigkeitssammelkasten 5 begrenzt ist.

Genauer gesagt hat die Seitenwand 20, wie es aus Fig. 3 besser erkennbar ist, eine im wesentlichen rechtwinklige Form mit Breitseiten 22 und Schmalseiten 23.

Ausgehend von den Schmalseiten 23 erhebt sich in der gleichen allgemeinen Richtung wie die Seitenwand 20 wenigstens eine Lasche 24, im vorliegenden Falle zwei Laschen, die als Befestigungsmittel an der Rohrplatte dienen.

Die Laschen 24 sind beispielsweise von allgemein rechtwinkliger Form, deren freies Ende entsprechend einem halbkreisförmigen Teil 25 ausgebildet ist, wobei dieser Teil die Positionierung und den Durchtritt der Rohrplatte ermöglicht.

Dazu ist die Rohrplatte 4 mit Mitteln zur Aufnahme von Befestigungsmitteln für die Seitenwand 20 versehen, die hier aus zwei Öffnungen 26 bestehen, welche zwischen den Rohren 2 vorgesehen sind, die der Seitenkante der genannten Platte und der genannten Seitenkante am nächsten liegen, wobei die genannten Öffnungen eine allgemeine Richtung haben, die im wesentlichen parallel zur genannten Seitenkante verläuft.

Diese Öffnungen 26 haben im wesentlichen die gleiche Form und die gleichen Abmessungen wie ein Abschnitt der Laschen 24, der durch eine parallel zur Schmalseite 23 verlaufende Ebene verläuft und in Nähe der genannten Seite liegt, und sie sind im gleichen Abstand zueinander angeordnet wie der Abstand, der die beiden Laschen 24 voneinander trennt.

Wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich, besitzt die Seitenwand 20 vorzugsweise einen bogenförmigen Teil 27, der die Ausdehnung der genannten Seitenwand unterstützen kann.

Für die Montage des Austauschers geht man wie folgt vor:
Nach Herstellung des Bündels 1 aus Rohren 2 mit Rippen 3 sind die Seitenwände 20 an den Seitenflächen des genannten Bündels so angeordnet, daß die größten Seiten der genannten Seitenwände auf den genannten Seitenflächen aufliegen und ihre Laschen 24 den Enden des genannten Bündels zugewandt sind.

Sobald diese Einheit vollständig ist, wird eine Rohrplatte 4 so an jedes Ende des Bündels herangeführt, daß sich die Enden 25 der Laschen 24 mit den Öffnungen 26 der genannten Platte decken und die genannte Platte im Verhältnis zu den Enden der Rohre 2 vorpositionieren, und die Bewegung wird fortgesetzt, bis die dem Bündel 1 der Rohrplatte 4 zugewandte Außenfläche an dem Teil der Seite 23 der Seitenwand 20 anschlägt, der hier eine Fläche 28 bildet, die mit dem genannten Teil zusammenfließt, wobei zuvor der Durchtritt der Enden der Rohre 2 durch die genannte Platte ermöglicht wurde.

Sobald diese Position erreicht ist, werden die Laschen 24 so verformt, dass die Rohrplatte zwischen der Fläche 28 und eben diesen Laschen arretiert wird.

In der Praxis werden die Laschen 24 beispielsweise im wesentlichen orthogonal im Verhältnis zur allgemeinen Richtung der Seitenwand 20 so umgefalzt, dass eine der Vorderseiten der genannten Laschen auf der Innenfläche 4' der Rohrplatte 4 zur Auflage kommt und diese zwischen der Fläche 28 und den Vorderseiten der Laschen 24 blockiert.

Für den Fall, daß an jedem Ende des Bündels 1 eine Rohrplatte 4 vorgesehen ist, gilt die zuvor beschriebene Arbeitsweise für jede Rohrplatte, wobei diese Platten also miteinander auf unbewegliche Weise durch die Seitenwand 20 verbunden werden, welche ein Zwischenstück bildet und als starre Einheit dient, die beim weiteren Verarbeitungsprozeß leicht manipulierbar ist.

Die so entstandene Einheit wird eventuell verlötet oder verschweißt, um einerseits die Bestandteile miteinander zu verbinden und andererseits die Dichtigkeit sowohl in Höhe der Verbindungsstelle der Rohre 2 und der Rohrplatte als auch in Höhe der Verbindung des Laschen 24 der Seitenwand 20 mit der Rohrplatte selbst zu gewährleisten.

Abschließend wird die Dichtung 11 in die Nut 8 der Rohrplatte 4 eingesetzt, der Sammelkasten 5 wird mit seiner Umfangskante 13 in diese Nut eingesetzt und ist auf feste und dichte Weise mit der genannten Platte durch den Einsatz von Klemmen 14 verbunden.

Sobald der so hergestellte Austauschen in Betrieb ist, zirkuliert die im Volumen V befindliche zu kühlende Flüssigkeit nicht nur durch die Rohre 2 und überträgt dabei die abzuführenden Wärmeeinheiten, sondern überträgt auch die Wärmeeinheiten auf die Seitenwand 20 mit Hilfe der Laschen 24, die sich in der Flüssigkeit befinden, wodurch die Dehnungsunterschiede zwischen den Rohren 2 und der Seitenwand 20 nur vermindert werden können.

Die Fig. 4, 5 und 6 stellen eine Ausführungsvariante des Endes der Seitenwand dar und sind zu diesem Zweck im wesentlichen mit den gleichen Kennzahlen versehen wie in den zuvor beschriebenen Figuren.

So besitzt die Seitenwand 20 eine Lasche 24, hier von rechtwinkliger Form und mit einer etwas größeren Höhe als der Dicke der Rohrplatte 4, sowie eine Fläche 28, die in einem Abstand von der Schmalseite 23 der genannten Seitenwand angeordnet ist.

Ebenso weist die Rohrplatte 4 eine Öffnung 26 auf, die auf gleiche Weise wie zuvor beschrieben vorgesehen ist und die gleiche Form und Abmessung hat wie ein Abschnitt der Lasche 24, der durch eine parallel zur Fläche 28 verlaufende Ebene verläuft und dabei in Nähe der genannten Fläche liegt.

Der zuvor beschriebene Ablauf gilt ebenfalls für diese Variante, abgesehen von der Art der Verformung der Lasche 24.

Wie aus den Fig. 5 und 6 besser erkennbar, unterliegt die Lasche 24 einer Vergrößerung der Abmessungen 30, wodurch die Arretierung der Rohrplatte 4 an der Seitenwand 20 möglich wird.

In der Praxis besteht diese Vergrößerung der Abmessungen aus einer Lochung 31 mittels einer Materialdrückoperation durch Eindringen eines Stifts in den Abschnitt 32 der Lasche 24 parallel zur Platte 4.

Diese Operation erlaubt es, einen Teil des die Lasche 24 bildenden Materials über die Vorderseiten hinauszudrücken, so daß zwei dünne halbkegelförmige Wände 33, 34 entstehen, die sich diametral in Höhe der Lasche 24 wieder treffen und dabei eine Aussparung 35 bilden.

Auf diese Weise wird die Rohrplatte 4 zwischen der Fläche 28 und den Wänden 33, 34, die die Lasche 24 aufweist, arretiert.

Insbesondere die Verformung der Lasche 24 kann, nach Durchtritt durch die Rohrplatte 4, eine Knick- oder Stemmoperation einschließen.

Außerdem kann vorgesehen werden, die Befestigung und Abdichtung des Sammelkastens 5 an der Rohrplatte 4 durch eine Lötoperation vorzunehmen, wodurch einerseits die Dichtung 11 und die Klammer 15 entfallen können und andererseits eine einzige Lötoperation ermöglicht wird, wodurch sämtliche Bestandteile des so gebildeten Austauschers miteinander verbunden werden können.

Claims (9)

1. Wärmeaustauscher, insb. Kraftfahrzeugkühler, bestehend aus
einem Bündel (1) von Rohren (2) mit Rippen (3)
wenigstens einer Seitenwand (20), die an der Seitenfläche des Rohrbündels angeordnet ist und
wenigstens einer Rohrplatte (4), die durch die Seitenwand (20) gehalten wird,
wobei die Seitenwand (20) mit Befestigungsmitteln (21) versehen ist, die durch die Rohrplatte (4) hindurchtreten und in den Innenraum des Sammelkastens münden.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrplatte (4) Mittel zur Aufnahme (26) der Befestigungsmittel (21) besitzt.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (21) aus wenigstens einer Lasche (24) bestehen.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmemittel aus einer Öffnung (26) bestehen.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (26) in Nähe der Seitenkante der Rohrplatte (4) vorgesehen sind.

6. Wärmeaustauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Vorderseiten der Laschen (24) auf der Innenfläche (4') der Rohrplatte (4) aufliegt.

7. Wärmeaustauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (24) eine Lochung (31) aufweist.

8. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (26) im wesentlichen die gleiche Form und die gleichen Abmessungen aufweist wie der Querschnitt der Lasche (24).

9. Wärmeaustauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (20) nahe dem Befestigungselement (21) einen bogenförmigen Teil (27) aufweist.