DE102009015467B4

DE102009015467B4 - Ganz-Metall-Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102009015467B4
Application number: DE102009015467.1A
Authority: DE
Inventors: Helmut Roll
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2009-03-28
Filing date: 2009-03-28
Publication date: 2016-10-27
Anticipated expiration: 2029-03-29
Also published as: DE102009015467A1

Abstract

Ganz-Metall-Wärmetauscher, bestehend aus Flachrohren (1) mit zwei Schmal- und zwei Breitseiten und aus Rippen (2), die gemeinsam mit den Flachrohren einen Block (3) bilden, der Rohrhalter (50) an den Enden der Flachrohre (1) aufweist, sowie im Querschnitt etwa U-förmige Sammelkästen (10), mit Vorsprüngen (11) an den Schenkeln (12) des „U”, die auf gegenüberliegenden Seiten des Blocks (3) in die Enden der Flachrohre (1) greifen, und mit zweiten U-förmigen Sammelkästen (20), dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Sammelkästen (10; 20) auf einer gemeinsamen Längsachse (80) des Wärmetauschers liegend und um 90° um die Längsachse (80) verdreht zueinander angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ganz-Metall-Wärmetauscher, bestehend aus Flachrohren mit zwei Schmal- und zwei Breitseiten und aus Rippen, die gemeinsam mit den Flachrohren einen Block bilden, der Rohrhalter an den Enden der Flachrohre aufweist sowie im Querschnitt etwa U-förmige Sammelkästen mit Vorsprüngen an den Schenkeln des „U”, die in die Enden der Flachrohre greifen und mit etwa U-förmigen zweiten Sammelkästen.
Ein Ganz-Metall-Wärmetauscher ist aus der WO 2006/133748 A1 bekannt. Der Wärmetauscher wurde dort als Kühler ausgebildet, bei dem Kühlluft frei durch die Rippen des Blockes strömt und dabei das Medium in den Flachrohren kühlt. Solche Wärmetauscher haben sich bezüglich ihrer Herstellbarkeit und Wirksamkeit als vorteilhaft herausgestellt. Es können mit solchermaßen ausgebildeten Wärmetauschern vergleichsweise hervorragende Lötergebnisse erreicht werden. Sie sind außerdem ziemlich kompakt und benötigen somit relativ wenig Raum.
Mit der DE 10 2006 058 096 A1 wurde dieses Bauprinzip aufgegriffen und weiter entwickelt, indem zweite Sammelkästen hinzugefügt wurden, um den Wärmetauscher von zwei, im Kreislauf geführten, Wärme tauschenden Medien durchströmen zu lassen. Diese Veröffentlichung entspricht dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Das dort offenbarte Prinzip scheint jedoch etwas umständlich herstellbar zu sein.
Die DE 10 2006 040 847 A1 beschreibt einen Sammelkasten eines Wärmeübertragers mit einem Anschlussquerschnitt und einem Verbindungsquerschnitt, der größer sein soll als der Anschlussquerschnitt, um den Gesamtdruckverlust zu reduzieren. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den an zweiter Stelle beschriebenen Wärmetauscher derart weiter zu bilden, dass er einfacher und mit verbesserter Qualität herstellbar ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich mit einem Wärmetauscher, der sämtliche Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
Weil die ersten und zweiten Sammelkästen auf einer gemeinsamen Längsachse des Wärmetauschers liegend und um 90° verdreht zueinander angeordnet sind, wurde eine einfacher herstellbare Konstruktion erreicht. Die Schenkel des „U” der ersten Sammelkästen korrespondieren mit den einen gegenüberliegenden Seiten des Blocks und die Schenkel des „U” der zweiten Sammelkästen sind mit den anderen gegenüberliegenden Seiten des Blocks in Verbindung. Diese Konstruktion ist auch kompakter als die Konstruktion aus dem vorne beschriebenen Stand der Technik. Es sind darüber hinaus weniger Einzelteile vorhanden.
Weitere wesentliche Merkmale befinden sich in den abhängigen Patentansprüchen 2–15, worauf hiermit ausdrücklich verwiesen wird, um deren Wiederholung zu erübrigen. Darüber hinaus ergeben sich diese Merkmale und deren Wirkungen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen.
Die Figuren zeigen Folgendes:
1 perspektivische Gesamtansicht des Wärmetauschers;
2 Ausschnitt, der das Eingreifen eines Vorsprunges in den Überstand eines Flachrohres zeigt;
3 perspektivische Ansicht des Wärmetauschers in Explosionsdarstellung;
4 Sammelkästen als Einzelteile in Explosionsdarstellung;
5 vergrößerte Teilansicht des Wärmetauschers aus 4;
6 eine andere perspektivische Gesamtansicht des Wärmetauschers;
7 Längsschnitt durch den Wärmetauscher;
8 vergrößerter Ausschnitt aus 7;
9 perspektivische Gesamtansicht eines anderen Ausführungsbeispiels;
Der Ganz-Metall-Wärmetauscher ist eine Lötkonstruktion, die in einem CAB-Lötofen oder in einem Vakuum-Lötofen in vorzugsweise einer einzigen Lötoperation hergestellt werden kann, wodurch eine wirtschaftliche Herstellung, verglichen mit bekannten und derzeitig noch praktizierten Schweißkonstruktionen, erreicht wird. Lotbeschichtete Aluminiumbleche oder Bleche aus Edelstahl, die zweckmäßig mit Lot versehen sind, stellen eine bevorzugte Werkstoffwahl dar. Der Wärmetauscher besitzt einen Block 3, bestehend aus Flachrohren 1, die im Wechsel mit Rippen 2 bzw. Lamellen aufgeschichtet werden. Ferner zeigt die 3, dass der Wärmetauscher zwei erste Seitenbleche 8 und zwei zweite Seitenbleche 9 aufweist. Markant sind die ersten und zweiten Sammelkästen 10, 20, die sich an den gegenüberliegenden Enden der Flachrohre 1 befinden. Die ersten und zweiten Sammelkästen 10, 20 liegen auf einer gemeinsamen Längsachse 80, die in diesem Ausführungsbeispiel die Mittellängsachse 80 des Wärmetauschers darstellt. Sie sind im Prinzip U-förmig ausgebildet. Die beiden Sammelkästen sind, um 90° versetzt, ineinander gesteckt worden. Es ist aus den Darstellungen erkennbar, dass es sich bei den Sammelkästen 10, 20 des Ausführungsbeispiels eher um zwei U-förmige Sammelkastenteile 10, 20 handelt, die gemeinsam zwei getrennte Sammelräume 30, 40 bilden, wie weiter unten noch beschrieben wird, nicht um zwei in sich geschlossene Kästen. In nicht gezeigten, anderen Ausführungen besitzt wenigstens einer der Sammelkästen eine tatsächliche Kastenform. An den erwähnten gegenüberliegenden Enden der Flachrohre 1 befinden sich Rohrhalter 50, wie sie in dem einleitend beschriebenen Stand der Technik ebenfalls vorhanden sind (siehe auch 2). Die Flachrohre 1 stehen geringfügig über die abgewinkelten Längsränder 51 der Rohrhalter 50 hinaus. An den Schenkeln 12 der ersten Sammelkästen 10 befinden sich Vorsprünge 11, deren Abstände mit den Abständen der Flachrohre 1 korrespondieren, sodass diese Vorsprünge 11 jeweils in die Überstände der Flachrohre 1 eingeschoben werden können, wie durch den Pfeil in 2 angezeigt sein soll. Die Schenkel 11 liegen dann von außen dicht an den Längsrändern 51 der Rohrhalter 50 an. Die Schenkel 22 der zweiten Sammelkästen 20 erstrecken sich entlang der Breitseiten der äußeren Flachrohre 1. Die zweiten Sammelkästen 20 weisen an zwei gegenüberliegenden Seiten, die nicht die gegenüberliegenden Schenkelseiten sind, einen Flansch 23 oder dergleichen auf, zur Verbesserung der Verbindung mit der Innenseite der ersten Sammelkästen 10. (4) Die ersten und zweiten zusammengesteckten Sammelkästen 10; 20 bilden Sammelräume 30; 40 für ein erstes und für ein zweites Medium. Der eine Sammelraum 30 wird von der Innenseite der ersten Sammelkästen 10 und von der Außenseite der zweiten Sammelkästen 20 sowie von zwei gegenüberliegenden ersten Seitenblechen 8 des Wärmetauschers gebildet. An den ersten Seitenbleche 8 sind Ein- bzw. Auslässe für Kühlflüssigkeit angeordnet worden, die dasselbe in den einen Sammelraum 30 führen. Der andere Sammelraum 40 wird zwischen der Innenseite der zweiten Sammelkästen 20 und der Innenseite der ersten Sammelkästen 10 ausgebildet. Er ist für die Ladeluft oder für Abgas oder für eine Mischung aus Ladeluft und Abgas bestimmt. Wie die 3 und 4 am besten zeigen, weisen die ersten und zweiten Sammelkästen 10; 20 eine Ein- bzw. Ausströmöffnung 60 mit sich etwa entsprechender Größe auf. An diesen Öffnungen 60 bzw. an deren Öffnungsrändern sind sie ineinander gesteckt angeordnet worden. An dem Öffnungsrand des zweiten Sammelkastens 20 befindet sich ein weiterer Flansch 21, um auch dort dichte Lötverbindungen zu erreichen. Durch diese Öffnungen 60 strömt im gezeigten Fall komprimierte, erhitzte Ladeluft, die dann in die Flachrohre 1 eintritt, um entsprechend gekühlt zu werden.
In den Schenkeln 12 der ersten Sammelkästen 10 befindet sich gemäß 5 oder auch 8 eine Reihe von Durchströmöffnungen 13, die gewährleisten, dass die Kühlflüssigkeit leicht durch die Abstände zwischen den Flachrohren strömen kann. Es könnte sich bei den Durchströmöffnungen auch um eine einzige längliche Öffnung handeln. Die 5 zeigt weiter, dass es wegen einer möglichst idealen Durchströmung der Abstände auch günstig sein kann, die darin befindlichen Lamellen 2 mit einem geringen Abstand A von den Rohrhaltern 50 enden zu lassen. Man kann mittels Verformungen 7 in den zweiten Seitenblechen 9, wie in der 9 gezeigt wird, auch eine mäanderartige Durchströmung erreichen. Die zweiten gegenüberliegenden Seitenbleche 9 sind mit ihren Enden an der Außenseite der Schenkel 12 der ersten Sammelkästen 10 verbunden. Die ersten und zweiten Seitenbleche 8, 9 besitzen weitere flache Verformungen 7, die die Durchströmung des Blocks 3 auf der Kühlmittelseite verbessern und die Steifigkeit erhöhen. Sie erlauben auch eine Kühlmittelströmung an den Breitseiten der äußeren Flachrohre 1 des Blocks 3.

Claims

Ganz-Metall-Wärmetauscher, bestehend aus Flachrohren (1) mit zwei Schmal- und zwei Breitseiten und aus Rippen (2), die gemeinsam mit den Flachrohren einen Block (3) bilden, der Rohrhalter (50) an den Enden der Flachrohre (1) aufweist, sowie im Querschnitt etwa U-förmige Sammelkästen (10), mit Vorsprüngen (11) an den Schenkeln (12) des „U”, die auf gegenüberliegenden Seiten des Blocks (3) in die Enden der Flachrohre (1) greifen, und mit zweiten U-förmigen Sammelkästen (20), dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Sammelkästen (10; 20) auf einer gemeinsamen Längsachse (80) des Wärmetauschers liegend und um 90° um die Längsachse (80) verdreht zueinander angeordnet sind.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (12) des „U” der ersten Sammelkästen (10) mit den einen gegenüberliegenden Seiten des Blocks (3) korrespondieren und die Schenkel (22) des „U” der zweiten Sammelkästen (20) mit den anderen gegenüberliegenden Seiten des Blocks (3) in Verbindung sind.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 oder, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (12) des „U” der ersten Sammelkästen (10) mit ihren Vorsprüngen (11) in den Enden der Flachrohre (1) sitzen und die Schenkel (22) der zweiten Sammelkästen (20) sich entlang der Breitseiten der äußeren Flachrohre (1) erstrecken.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Sammelkästen (10; 20) Sammelräume (30; 40) für ein erstes und für ein zweites Medium bilden.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Sammelraum (30) von der Innenseite der ersten Sammelkästen (10) und von der Außenseite der zweiten Sammelkästen (20) sowie von zwei gegenüberliegenden ersten Seitenblechen (8) des Wärmetauschers gebildet ist.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den ersten Seitenblechen (8) wenigstens ein Einlass und ein Auslass angeordnet sind, die ein Medium in/aus den einen Sammelraum (30) führen.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Sammelraum (40) von der Innenseite der zweiten Sammelkästen (20) und von der Innenseite der ersten Sammelkästen (10) gebildet ist.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Sammelkästen (10; 20) eine Ein- oder Ausströmöffnung (60) mit entsprechender Größe aufweisen und an diesen Öffnungen ineinander gesteckt angeordnet sind.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schenkeln (12) der ersten Sammelkästen (10) wenigstens eine Durchströmöffnung (13) angeordnet ist.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher zweite gegenüberliegende Seitenbleche (9) aufweist, deren Enden mit der Außenseite der Schenkel (12) der ersten Sammelkästen (10) verbunden sind.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Sammelkästen (20) an zwei gegenüberliegenden Seiten einen Flansch (23) aufweisen, zur Verbesserung der Verbindung mit der Innenseite der ersten Sammelkästen (30).
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Seitenbleche (8; 9) flache Verformungen (7) aufweisen, die die Durchströmung des Blockes (3) verbessern und die Steifigkeit erhöhen.
Ganz-Metall Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Längsachse (80) die Mittellängsachse des Wärmetauschers ist oder auch eine dazu parallele Längsachse ist.
Ganz-Metall Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (2) mit einem Abstand (A) zur Rückseite des Rohrhalters (50) angeordnet sind.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–14, dadurch gekennzeichnet, dass er als flüssigkeitsgekühlter Ladeluftkühler, Abgaswärmetauscher oder als Wärmetauscher für ein Gemisch aus Abgas und Ladeluft für Kraftfahrzeuge zum Einsatz kommt.