DE69903608T2

DE69903608T2 - Raumsparender wärmetauscher, insbesondere für kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE69903608T2
Application number: DE69903608T
Authority: DE
Inventors: Christian Mahe; Abdel-Jalil Sahnoun
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1999-09-24
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2019-09-25
Also published as: FR2783907A1; EP1034410B1; DE69903608D1; US6296051B1; BR9909371A; WO2000019163A1; EP1034410A1; FR2783907B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Sie betrifft insbesondere einen Wärmetauscher der Art mit einem Bündel von Rohren und Lamellen, bei welchem die Enden der Rohre in die Löcher einer Sammelplatte eingesetzt sind, sowie einem Sammelbehälter, der eine offene Seite aufweist, die durch einen Umfangsrand begrenzt ist, und in dem die Sammelplatte mit Mitteln zum Umfalzen ausgestattet ist, die an dem Umfangsrand des Sammelbehälters anliegen können, indem das Zusammendrücken einer Dichtung gewährleistet wird.
Ein derartiger Austauscher ist beispielsweise aus dem Dokument EP-A-0 372 187 bekannt. Derartige Austauscher können in den Kraftfahrzeugen verwendet werden, insbesondere um die Kühlung des Motors oder das Heizen des Innenraums zu gewährleisten.
In den bekannten Wärmetauschern dieser Art ist die Sammelplatte gewöhnlich mit Kragen versehen, die von den Enden der Rohre des Bündels durchquert werden.
Man unterschiedet zwei Hauptarten von Wärmetauschern: die Austauscher der Art mit mechanischem Zusammenbau und die Austauscher nach gelöteter Art.
Im ersten Fall sind die Enden der Rohre in den Kragen der Sammelplatte mit Einführung von entsprechenden Kragen, die ein Teil der Dichtung sind, aufgenommen. Die Kragen der Dichtung werden durch Aufweitung der Rohre zusammengedrückt.
Im zweiten Fall sind die Enden der Rohre direkt in den Kragen der Sammelplatte aufgenommen und sind an diese gelötet.
Die Dichtheit zwischen der Sammelplatte und dem Sammelbehälter wird durch den Umfang der Dichtung gewährleistet, welcher in einer Umfangsnut der Sammelplatte aufgenommen ist, die eine Art Rinne bildet. Diese Nut nimmt gleichzeitig den Umfang der Dichtung und den Rand des Sammelbehälters auf, an dem die Mittel zum Umfalzen der Sammelplatte anliegen. Diese Mittel zum Umfalzen können beispielsweise in Form von Laschen, die gegen den Rand des Sammelbehälters umgebogen werden, ausgeführt sein.
Die Anwesenheit dieser Umfangsnut war bis jetzt obligatorisch, um zu ermöglichen, gleichzeitig den Umfang der Dichtung sowie den Rand des Sammelbehälters aufzunehmen und einen Halt für diesen Rand beim Vorgang des Umfalzens bereitzustellen. Ohne die Anwesenheit dieser Nut hätte der Umfangsrand des Sammelbehälters tatsächlich die Tendenz, sich unter der Wirkung der starken Drücke, die beim Vorgang des Umfalzens ausgeübt werden, zum Inneren zu verlagern.
Die Anwesenheit dieser Nut, die einen allgemein ebenen Boden der Sammelplatte umgibt, steigert nun den Platzbedarf, insbesondere den Platzbedarf in der Breite, des Wärmetauschers. Der Platzbedarf der eigentlichen Sammelplatte ist tatsächlich deutlich größer als jener des Bündels, das gewöhnlich durch die Lamellen definiert ist.
In den derzeitigen Fahrzeugen ist nun der den Ausrüstungen zustehende Platz immer begrenzter und es erweist sich als erforderlich, den Platzbedarf der Wärmetauscher verringern zu können, während vergleichbare Wärmeleistungen bewahrt werden.
Die Erfindung bringt eine Lösung für dieses Problem.
Sie schlägt dazu einen Wärmetauscher der in der Einleitung definierten Art vor, in dem die Sammelplatte allgemein eben ist und in dem eine Einführungsplatte auf der Seite des Sammelbehälters auf die Sammelplatte aufgesetzt ist, wobei diese Einführungsplatte mit Öffnungen für den Durchgang der Enden der Rohre versehen ist und durch einen Umfangsrand begrenzt ist, der einen seitlichen Anschlag für den Rand des Sammelbehälters bildet.
Somit ist die Sammelplatte des Austauschers der Erfindung eben und frei von einer Umfangsnut, was es ermöglicht, ihren Platzbedarf bezüglich der bekannten Sammelplatten, die mit einer Umfangsnut versehen sind, zu begrenzen.
Die Einführungsplatte, die auf die Sammelplatte aufgesetzt ist, ergibt einen seitlichen Anschlag für den Rand des Sammelbehälters, so daß dieser Rand beim Vorgang des Umfalzens seitlich gehalten wird.
Ein weiterer Vorteil dieser Einführungsplatte besteht darin, daß sie es ermöglicht, die Enden der Rohre einzufügen, die vorher zum Inneren des gemeinsam durch die Sammelplatte und den Sammelbehälter begrenzten Volumens vorstanden. Daraus ergibt sich eine bedeutende Verringerung des Druckverlusts, der mit dem Eintritt eines Fluids, insbesondere eines Kühlfluids, in die Rohre des Wärmetauschers verbunden ist.
Außerdem ermöglicht die Anwesenheit dieser Einführungsplatte, das Innenvolumen, das durch den Sammelbehälter und die Sammelplatte begrenzt ist, und folglich die Masse des Fluids, das im Wärmetauscher zirkuliert, zu verringern. Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung begrenzt der Umfangsrand des Sammelbehälters innen eine Umfangsaussparung, die die Einfügung des Umfangsrandes der Einführungsplatte ermöglichen kann, um sicherzustellen, daß sie in Position gehalten wird.
Vorzugsweise sind die Öffnungen der Einführungsplatte gegenüber den Enden der Rohre vorgesehen und sie weisen jeweils einen Rand auf, der in Richtung des Sammelbehälters aufgeweitet ist, um den Eintritt eines Fluids in die Rohre zu fördern.
Die Einführungsplatte ist vorteilhafterweise aus Kunststoffmaterial hergestellt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Dichtung zwischen einerseits der Sammelplatte und andererseits dem Rand des Sammelbehälters sowie der Einführungsplatte aufgenommen werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Enden der Rohre in Kragen der Sammelplatte durch Zusammendrücken entsprechender Kragen der Dichtung aufgenommen, was es ermöglicht, einen Zusammenbau mechanischer Art vorzunehmen.
In diesem Fall bilden die Enden der Rohre Aufweitungen, die in den Öffnungen der Einführungsplatte aufgenommen sind.
In einem Wärmetauscher dieser Art sieht man vorteilhafterweise eine Schutzplatte vor, die zwischen der Sammelplatte und den Lamellen des Bändels angeordnet ist, um die Kragen der Dichtung zu schützen.
Ohne die Anwesenheit dieses Schutzmittels könnten die Teile der Kragen der Dichtung, die von der Seite des Bündels hervorstehen, tatsächlich durch äußere Mittel beschädigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Enden der Rohre in Kragen der Sammelplatte aufgenommen und an diese gelötet, um einen Zusammenbau nach gelöteter Art bereitzustellen.
In der folgenden Beschreibung, die als Beispiel durchgeführt wird, bezieht man sich auf die beigefügte Zeichnung, in der gilt:
- Fig. 1 ist eine Ansicht im teilweisen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers der Art mit mechanischen Zusammenbau;
- Fig. 2 ist eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie II-II von Fig. 1;
- Fig. 3 ist eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie III-III von Fig. 1; und
- Fig. 4 ist eine teilweise Schnittansicht analog zu Fig. 1 in dem Fall eines Wärmetauschers nach gelöteter Art, der gemäß der Erfindung ausgeführt ist.
Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Wärmetauscher weist ein Bündel 10 auf, das aus einer Vielzahl von Rohren 12 mit einem Querschnitt in ovaler abgeflachter Form, die zueinander parallel in einer einzigen Reihe angeordnet sind, besteht. Die Rohre 12 durchqueren eine Vielzahl von Lamellen 14, die aus rechteckigen und zueinander parallelen Metallplatten bestehen. Jedes Rohr 12 weist ein freies Ende 16 auf, das mechanisch mit einer Sammelplatte 18, die auch "Sammler" genannt wird, verbunden ist.
Vor dem Zusammenbau der Rohre und der Sammelplatte weisen die Enden 16 der Rohre exakt denselben Querschnitt auf wie die Rohre im Strömungsteil dieser letzteren, der die Lamellen 14 aufnimmt.
Die Platte 18 weist einen ebenen Kern 20 mit allgemein rechteckiger Form auf, in welchem Löcher 22 mit ovalem Querschnitt ausgebildet sind, die die Enden 16 der Rohre 12 aufnehmen können. Jedes Loch 22 ist von einem Kragen 24 umgeben, der zur Seite der Lamellen 14 gerichtet ist.
Der Kern 20 der Sammelplatte 18 ist auf ihrem Umfang umgefalzt, um Laschen 26 zum Umfalzen zu bilden, die Zähnen oder Zinnen ähneln und umgebogen werden können, wie man später sehen wird.
Die Sammelplatte 18 nimmt an ihrer dem Bündel entgegengesetzten Seite eine zusammendrückbare Dichtung 28 auf, die einen Kern 30 aufweist, der an dem Kern 20 der Sammelplatte anliegen kann. Dieser Kern 30 ist eben und er weist einen Umfang 32 auf, der sich bis zum inneren Umfang der Sammelplatte 18 erstreckt, wie durch die Laschen 26 zum Umfalzen begrenzt.
Die Dichtung 28 ist mit einer Vielzahl von Kragen 34 ausgebildet, die entsprechend den Kragen 24 der Sammelplatte 18 vorgesehen sind. Jeder dieser Kragen 34 kann die Dichtheit zwischen dem Ende 16 eines Rohrs und dem entsprechenden Kragen 24 der Sammelplatte sicherstellen. Diese Dichtheit wird durch Aufweiten des Endes 16 jedes Rohrs, um eine Aufweitung 36 (Fig. 1 und 3) zu ergeben, die die Dichtheit sicherstellt, gewährleistet. Jeder der Kragen 34 weist somit einen Wulst 38 auf, der vom Kragen 24 auf der Seite der Lamellen 14 des Bündels vorragt.
Der Wärmetauscher umfasst außerdem einen Sammelbehälter 40, der vorteilhafterweise aus Kunststoffmaterial hergestellt ist und eine offene Seite mit einer allgemein rechteckigen Form aufweist, die durch einen Umfangsrand 42 begrenzt ist. Dieser Umfangsrand kann am Umfang 32 der Dichtung 28 anliegen und die Dichtung bei einem Vorgang des Umfalzens zusammendrücken. Dieser Vorgang, der mit Hilfe eines geeigneten Werkzeugs ausgeführt wird, ermöglicht, die Laschen 26 gegen eine ringförmige Seite 44 des Randes 32 umzubiegen.
Im Unterschied zu den bekannten Sammelplatten weist die Sammelplatte 18 der Erfindung keine Umfangsnut auf, um den Umfang 32 der Dichtung 28 und den Umfangsrand 42 der Sammelplatte aufzunehmen.
Gemäß der Erfindung weist der Wärmetauscher außerdem eine Einführungsplatte 46 auf, die auf die Sammelplatte 18 auf der Seite des Sammelbehälters 40 aufgesetzt ist. In der Realität liegt diese Einführungsplatte 46 an der Dichtung 28 und insbesondere am Kern 30 der Dichtung an. Diese Einführungsplatte weist eine zu jener der Sammelplatte 18 homologe Form auf. Sie enthält Öffnungen 48 mit einem im wesentlichen ovalen Querschnitt, um den Durchgang der Enden 16 der Rohre und der entsprechenden Aufweitungen 36 zu ermöglichen.
Die Einführungsplatte 46 weist eine Dicke e (Fig. 1) auf, die größer ist als die Höhe der Enden 16, die von der Seite des Sammelbehälters 40 vorstehen, was es ermöglicht, die aufgeweiteten Enden in die vorstehend genannten Öffnungen 48 einzufügen, welche einen aufgeweiteten Rand 50 aufweisen, der zum Sammelbehälter gerichtet ist.
Die Einführungsplatte 46 ist durch einen Umfangsrand 52 mit allgemein rechteckiger Form begrenzt, der einen seitlichen Anschlag für den Rand 42 des Sammelbehälters bildet.
Dieser letztere begrenzt innen eine Umfangsaussparung 44 mit allgemein rechteckiger Kontur, die das Einfügen des Umfangsrands 52 der Einführungsplatte ermöglichen kann. Daraus ergibt sich, daß diese Einführungsplatte im Inneren des Volumens 56, das im Sammelbehälter 40 begrenzt ist, in der Position gehalten wird. Es ist zu beachten, daß es nicht erforderlich ist, daß die Einführungsplatte 46 den Kern 30 der Dichtung zusammendrückt, da dieser Teil der Dichtung nicht direkt zur Dichtheit beiträgt.
Die Einführungsplatte 46 ist vorteilhafterweise aus Kunststoffmaterial, vorzugsweise von der gleichen Art wie jenes, das den Sammelbehälter 40 bildet, hergestellt.
Der Wärmetauscher der Fig. 1 bis 3 umfaßt außerdem eine Schutzplatte 58 (Fig. 1 und 2), die ein allgemein U-förmiges Profil aufweist und die einen Rand 60, der außen am Kern 20 der Sammelplatte 18 anliegen kann, und einen entgegengesetzten umgebogenen Rand 62, der an der ersten Lamelle 14 des Bündels anliegen kann, aufweist.
Diese Platte ermöglicht es, die Wulste 38 der Dichtung sowie die Enden der Rohre in dem Bereich der Wulste zu schützen. Sie ermöglicht außerdem, einen Abstand mit einem gewählten Wert zwischen der ersten Lamelle des Bündels und der Sammelplatte 18 sicherzustellen.
Die Herstellung des Wärmetauschers der Fig. 1 bis 3 erfolgt in der gewöhnlichen Weise für einen Austauscher der Art mit mechanischem Zusammenbau. Die Sammelplatte 18, die vorher mit der Dichtung ausgestattet wird, nimmt die Enden 16 der Rohre auf, die anschließend aufgeweitet werden, um das Zusammendrücken der Kragen 34 sicherzustellen. Die Einführungsplatte 46 wird auf der Sammelplatte 18 entweder vor oder nach der Aufweitung der Enden der Rohre angebracht.
Anschließend bringt man den Sammelbehälter 40 derart an, daß sein Rand 42 im ringförmigen Raum aufgenommen wird, der innen durch den Umfangsrand 52 der Einführungsplatte und außen durch die Laschen 26 zum Umfalzen, die nicht umgebogen sind, begrenzt ist.
Danach nimmt man den Vorgang des Umfalzens durch Umbiegen der Laschen 26 vor, was das Zusammendrücken des Umfangs 32 der Dichtung gewährleistet. Während dieses Vorgangs liefert die Einführungsplatte 46 einen seitlichen Anschlag für den Rand 42 des Sammelbehälters, was jegliche ungewollte Verformung oder jegliche ungewollte Verschiebung dieses Randes 42 vermeidet, welche zu einem Dichtungsmangel führen könnte.
Die Erfindung ermöglicht es, einen Wärmetauscher auszuführen, bei welchem die Abmessungen der Sammelplatte 18, insbesondere ihre Breite L (Fig. 2), geringer ist als jene der bekannten Wärmetauscher, bei denen die Sammelplatte 18 mit einer Umfangsnut versehen ist. Dies liegt an der Tatsache, daß die Sammelplatte 18 eben ist und eine Einführungsplatte 46 aufnimmt, wie vorher definiert.
Außerdem ermöglicht die Anwesenheit dieser Einführungsplatte, die Druckverluste des Fluids, das durch die Enden 16 der Rohre eindringt, zu begrenzen.
In der Ausführungsform der Fig. 4, auf die man sich nun bezieht, findet man einen Wärmetauscher mit analoger Struktur, dessen Sammelplatte 18 frei von einer Umfangsnut ist. Auch dort sieht man eine Einführungsplatte 46 analog zu der vorher beschriebenen vor. In diesem Spezialfall weist die Sammelplatte Kragen 64 auf, die auf die Seite der Sammelplatte gerichtet sind und das Einfügen der Enden 16 der Rohre ermöglichen können. In diesem Fall sind diese Enden durch eine Lötstelle 66 direkt an die Kragen 64 gelötet. Der Wärmetauscher weist gewellte Einlagen 68 auf, die Wärmeaustauschlamellen bilden.
Die Erfindung ist nicht auf die vorher als Beispiele beschriebenen Ausführungsformen begrenzt und erstreckt sich auf weitere Varianten. Somit könnte die Einführungsplatte aus mehreren Teilen hergestellt werden, die auf die Sammelplatte aufgesetzt werden.
Der Wärmetauscher der Erfindung findet zahlreiche Anwendungen, insbesondere auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge. Er kann auch insbesondere als Kühlstrahler des Motors oder auch als Heizstrahler des Innenraums verwendet werden.

Claims

1. Wärmetauscher der Art mit einem Bündel (10) von Rohren (12) und Lamellen (14), wobei die Enden (16) der Rohre in Löcher (22) einer Sammelplatte (18) eingesetzt sind, sowie einem Sammelbehälter (40), der eine offene Seite aufweist, die durch einen Umfangsrand (42) begrenzt ist, und in dem die Sammelplatte (18) mit Mitteln zum Umfalzen (26) ausgestattet ist, die an dem Umfangsrand (42) des Sammelbehälters anliegen können, indem das Zusammendrücken einer Dichtung (28) gewährleistet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelplatte (18) allgemein eben ist und daß eine Einführungsplatte (46) auf der Seite des Sammelbehälters (40) auf die Sammelplatte aufgesetzt ist, wobei diese Einführungsplatte (46) mit Öffnungen (48) für den Durchgang der Enden (16) der Rohre versehen ist und durch einen Umfangsrand (52) begrenzt ist, der einen seitlichen Anschlag für den Rand (42) des Sammelbehälters bildet.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsrand (42) des Sammelbehälters (40) innen eine Umfangsaussparung (54) begrenzt, die die Einfügung des Umfangsrandes (52) der Einführungsplatte (46) ermöglichen kann, um sicherzustellen, daß sie in Position gehalten wird.

3. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (48) der Einführungsplatte (46) gegenüber den Enden (16) der Rohre vorgesehen sind und einen Rand (50) aufweisen, der in der Richtung des Sammelbehälters aufgeweitet ist, um den Eintritt eines Fluids in die Rohre zu fördern.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführungsplatte (46) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (28) zwischen einerseits der Sammelplatte (18) und andererseits dem Rand (42) des Sammelbehälters sowie der Einführungsplatte (46) aufgenommen werden kann.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (16) der Rohre in Kragen (24) der Sammelplatte durch Zusammendrücken entsprechender Kragen (34) der Dichtung aufgenommen sind, um einen Zusammenbau mechanischer Art bereitzustellen.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (16) der Rohre Aufweitungen (36) bilden, die in den Öffnungen (48) der Einführungsplatte aufgenommen sind.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzplatte (58) zwischen der Sammelplatte (18) und den Lamellen (14) des Bündels angeordnet ist, um die Kragen (34) der Dichtung zu schützen.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (16) der Rohre in Kragen (64) der Sammelplatte (18) aufgenommen und an diese gelötet sind, um einen Zusammenbau nach gelöteter Art bereitzustellen.