DE29704574U1

DE29704574U1 - Wärmetauscher, insbesondere Luft/Luft-Wärmetauscher

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Publication number: DE29704574U1
Application number: DE29704574U
Authority: DE
Original assignee: Autokuehler GmbH and Co KG
Current assignee: Autokuehler GmbH and Co KG
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2007-03-14

Description

DE 7286 ** Patentanwalt

Diplom-Physiker

Reinfried Frhr. v. Schorlemer

Karthäuserstr. 5A 34117 Kassel Allemagne

Telefon/Telephone (0561) 15335

(0561)780031

Telefax/Telecopier (0561)780032

Autokühler GmbH & Co. KG, 34363 Hofgeismar

Wärmetauscher, insbesondere Luft/Luft-Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Wärmetauscher dieser Art sind bekannt (DE 24 35 632), allerdings nur in Verbindung mit kreisrunde Querschnitte aufweisenden Rohren. Sie besitzen den Vorteil, daß die Rohrenden ohne Löt-, Schweiß- oder Klebarbeiten mit den Bodenteüen verbunden werden können, was aus Umweltschutzgründen heute allgemein bevorzugt wird. Für ovale oder flachovale Rohre, insbesondere solche mit großen Verhältnissen der größten zu den kleinsten Durchmessern, ist das bloße Einpressen der Rohrenden in die Dichtungshülsen nicht geeignet, weil derartige Rohre dazu neigen, beim Einpressen in die Dichtungshülsen in Richtung ihrer kleinen bzw. kleinsten Durchmesser einzufallen. Bei der Anwendung von Rohren mit von einer Kreisform abweichenden Querschnitten ist es daher zur Vermeidung eines zusätzlichen Löt-, Schweiß- oder Klebvorgangs bisher üblich, die Rohrenden im Bereich der Dichtungshülsen aufzuweiten (DE 35 05 492 Al). Da aber auch hierbei das Einfallen der Rohre in Richtung der kleinen Durchmesser nicht sicher vermieden kann, werden die Rohrenden entweder durch spezielle Umformstufen vorbehandelt (EP 0387678 Al), durch Anwendung geeigneter Dichtungsmassen zusätzlich mit dem Bodenteil verklebt (DE 25 02 291 Al) oder durch in die Rohre eingeführte Profilstäbe oder in die Rohrenden eingeführte Einsätze gegen das Einfallen gesichert (DE 27 47 275 Al). Alle diese Maßnahmen haben jedoch den Nachteil, daß sie zusätzliche Arbeitsschritte erfordern.

Bei bestimmten Anwendungszwecken der Wärmetauscher, z.B. bei ihrer Anwendung als Luft/Luft-Wärmetauscher, insbesondere als Ladeluftkühler, ist es außerdem erforderlich, die Rohre an ihren Innenseiten mit die wärmeaustauschende Oberfläche erheblich vergrößernden Profilierungen, insbesondere Rippen und/oder Stegen zu versehen. Diese Profilierungen behindern jedoch gerade die Anwendung derjenigen bekannten Montageverfahren, bei denen die Rohre von innen her durch Einführung eines Werkzeugs aufgeweitet und dadurch fest an die Dichtungshülsen angelegt werden. Daher bleibt für diese Zwecke nur die Möglichkeit, entweder spezielle, mit zusätzlichem Material- und Montageaufwand verbundene Rohrformen und Verbindungsarten vorzusehen (DE 93 15 296 Ul) oder auf die ungewünschten Lot-, Schweiß- oder Klebverfahren zurückzugreifen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Wärmetauscher der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, daß trotz Anwendung von mit Innenprofüierungen versehenen Rohren sowohl auf die Anwendung komplizierter Rohrformen und Verbindungsverfahren als auch auf Lot-, Schweiß- oder Klebverbindungen verzichtet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. 20

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß mit den Rohren einstückig verbundene und daher bereits beim Einführen der Rohre in die Dichtungshülsen vorhandene Stützstege das Einfallen der Rohre selbst dann sicher vermeiden, wenn es sich um flachovale Rohre mit großen Durchmesserverhältnissen von z.B. 6:1 bei Wandstärken von 0,4 bis 0,5 mm handelt und die Verbindung ausschließlich durch Einpressen der Rohre in die Dichtungshülsen erfolgt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß zur Verbindung und Abdichtung nur ein einziger Verfahrensschritt benötigt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein mit Dichtungshülsen versehenes Bodenteil und ein Wärmetauschernetz eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers vor dem Einführen der Rohre in die Dichtungshülsen;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Bodenteil nach Fig. 1, ebenfalls vor dem Einführen der Rohre;

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Bodenteil entsprechend Fig. 2, jedoch nach dem Einführen der Rohre;
10

Fig. 4 und 5 je einen vergrößerten Schnitt längs der Linie IV-IV bzw. V-V der Fig. 3;

Fig. 6 einen Schnitt entsprechend Fig. 1 in starker Vergrößerung durch eine Hälfte einer Dichtungshülse; und

Fig. 7 und 8 Schnitte entsprechend Fig. 6 durch weitere Ausführungsformen der Dichtungshülse.

Nach Fig. 1 bis 5 enthält ein erfindurigsgemäßer, insbesondere für Kraftfahrzeuge geeigneter und dort z.B. als Ladeluftkühler einsetzbarer Wärmetauscher ein aus Rohren 1 und z.B. rechteckigen Leitblechen 2 bestehendes Wärmetauschernetz 3, in dem die Rohre 1 parallel zueinander und mit ihren Achsen senkrecht zu den Mittelebenen der Leitbleche 2 angeordnet sind. Ferner ist in Fig. 1 ein Bodenteil 4 dargestellt, das einen im wesentlichen planparallelen, ebenen Mittelabschnitt 5, in dem in Fig. 2 gestrichelt angedeutete, von umlaufenden Randabschnitten 6 umgebene Öffnungen 7 für die Rohre ausgebildet sind, und einen diesen umgebenden Umfangsabschnitt 8 aufweist, der in bekannter und daher nicht näher erläuterter Weise mit dem Sammelkasten zu einem Sammler verbunden werden kann.

Wie insbesondere Fig. 1 zeigt, ist das Bodenteil 4 im Mittelabschnitt 5 mit einem Dichtelement 9 versehen, das die Öffnungen 7 durchragende, elastische Dichthülsen 10 aufweist, deren in Fig. 2 mit einer durchgezogenen Linie 11 dargestellten Innenquerschnitte rundum kleiner als die Außenquerschnitte der Rohre 1 im Bereich ihrer Enden

sind.

Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, handelt es sich im Ausführungsbeispiel um vorzugsweise durchgehend flachovale Rohre 1, die zwei im wesentlichen ebene, parallele Wandabschnitte 14 und zwei diese verbindende, gekrümmte Wandabschnitte 15 aufweisen. Dadurch besitzen die Rohre 1 parallel zu den langen Wandabschnitten 14 einen größten Durchmesser a und quer dazu einen kleinsten Durchmesser b, wobei z.B. a = 27 mm b = 4,5 mm und daher das Durchmesserverhältnis a_: b = 6 ist. Die Wandstärke der Rohre 1 beträgt z.B. 0,4 bis 0,6 mm, und das Durchmesserverhältnis ist vorzugsweise größer als 2.

Im Ausführungsbeispiel weisen die Rohre 1 außerdem erfindungsgemäß jeweils mehrere, vorzugsweise parallel zueinander angeordnete Stützstege 16 auf. Diese bestehen aus parallel zum kleinsten Durchmesser b und senkrecht zu den Wandabschnitten 14 erstreckten Wandabschnitten und weisen zweckmäßig dieselbe Dicke wie die Wandabschnitte 14 und 15 auf. Die Stützstege 16 erstrecken sich außerdem über die ganze Länge der Rohre 1 und bestehen mit diesen aus einem Stück, was z.B. dadurch erreicht wird, daß die Rohre 1 durch Strangpressen hergestellt werden. Die Zahl der Stützstege 16 pro Rohr 1 kann in Abhängigkeit von der Wandstärke und der Größe der Durchmesser a_und b sowie dem Durchmesserverhältnis unterschiedlich sein und ist durch Versuche oder rechnerisch so zu bestimmen, daß die Rohre 1 nach dem Einfuhren in die Dichtungshülsen 10 nicht einfallen, insbesondere nicht in Richtung des kleinsten Durchmessers b. Bei Anwendung der üblichen Rohrgrößen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenigstens je drei Stützstege 16 pro Rohr 1 vorzusehen.

Die Verbindung des Wärmetauschernetzes 3 mit dem Bodenteil 4 erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß das Bodenteil 4 nach der Fertigstellung des Wärmetauschernetzes 3 von einer Seite der Rohre 1 her diesem angenähert wird. Die zugehörigen Rohrenden treten dann in je eine zugeordnete Dichtungshülse 10 ein, werden in diesen weiter vorgeschoben und treten schließlich auf der anderen Seite des Bodenteils 4 wieder etwas heraus, wie insbesondere aus Fig. 4 und 5 ersichtlich und im übrigen allgemein üblich ist. Wegen des im Vergleich zum Innenquerschnitt der Dichtungshülsen 10 größeren Außenquerschnitte der Rohre 1 ist dabei ein Druck aufzuwenden, der ausreichend groß ist, um das Dich-

tungsmaterial radial, d.h. quer zur Verschiebung der Rohre 1 zu verdrängen und an die die Öffnungen 7 umgebenden Randabschnitte 6 des Bodenteils 4 anzudrücken. Da es sich um elastische Dichtungshülsen 10 handelt, werden die Rohrenden nach dem Einführen in sie durch elastische Kräfte flüssigkeits- bzw. gasdicht in den Öffungen 7 des Bodenteils 4 gehalten.

Die Dichtungshülsen 10 werden mit besonderem Vorteil dadurch ausgebildet, daß das Bodenteil 4 auf beiden Breitseiten mit einer das Dichtelement 9 bildenden Dichtungsmasse überzogen wird. Als Dichtungsmassen eignen sich insbesondere Elastomere, und die Überziehung des Bodenteils 4 mit der Dichtmasse erfolgt zweckmäßig durch an sich bekanntes Spritzgießen oder Vulkanisieren. Alternativ wäre es aber auch möglich, die eine Breitseite des Bodenteils 4 mit einer das Dichtelement 9 bildenden, eingeknüpften Dichtungsmatte zu belegen, an die die Dichtungshülsen 10 nach Art von Kragen angeformt sind, die in die Öffnungen 7 ragen. Zur Herstellung der Dichtungshülsen 10 eignet sich insbesondere ein synthetischer Kautschuk bzw. ein Elastomer mit einer Shore-A-Härte von 40 - 70, insbesondere 60. Im Falle des Spritzgießens wird das Bodenteil 4 zweckmäßig in eine Spritzgießform gelegt, mittels einer Spritzgießdüse mit dem geschmolzenen, flüssigen Elastomer überzogen und dann aushärten gelassen. Um dabei eine gleichförmige Verteilung des Elastomers auf beiden Seiten des Bodenteils 4 sicherzustellen, ist dieses zweckmäßig mit zusätzlichen Öffnungen versehen, durch die die Dichtungsmasse hindurchtreten kann. Gleichzeitig sorgt das in diesen Öffnungen verbleibende Material (z.B. 17 in Fig. 4) für eine feste und weitgehend formflüssige Verbindung des Dichtelements 9 mit dem Bodenteil 4.

Nach einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung werden die Rohre 1 an denjenigen Enden, die in die Dichtungshülsen 10 des Bodenteils 4 eingeführt werden sollen, durch einen Drückvorgang oder dgl. konisch oder anderswie zugespitzt, wie in Fig. 1 durch das Bezugszeichen 18 angedeutet ist. Diese Anspitzung dient als Einführungsschräge, erleichtert die radiale Verdrängung des Dichtungsmaterials und verhindert Beschädigungen der Dichtungshülsen 10. Nach dem Festlegen der Rohrenden im Bodenteil 4 kann die Anspitzung durch Einführung geeigneter Dorne oder dgl. wieder rückgängig gemacht werden, um eine bleibende Reduzierung des Rohrquerschnitts zu vermeiden.

Das beschriebene Verbindungsverfahren kann im Prinzip mit zylindrischen Dichtungshülsen und mit Rohren von konstantem Querschnitt durchgeführt werden. Die Stützstege 16 vermitteln dabei so große Stützkräfte, daß die Wandabschnitte 14 selbst dann nicht parallel zu den kleinen Durchmessern b einfallen, wenn eine sehr feste Verbindung der Rohrenden mit dem Bodenteil 4 angestrebt wird. Mit besonderem Vorteil werden die Dichtungshülsen 10 allerdings an ihren Innenmänteln mit deren Querschmtte reduzierenden Profilierungen 19 (Fig. 1) versehen, die z.B. aus sägezahnförmigen, in Umfangsrichtung umlaufenden Erhebungen bestehen können. Fig. 6 zeigt eine Dichtungshülse mit einer Profilierung 21, die aus zwei mit Abstand angeordneten Ansätzen mit halbkreisförmigen Querschnitten besteht. Dagegen zeigt Fig. 7, daß anstelle einer profilierten Dichtungshülse 10, 20 auch eine Dichtungshülse 22 vorgesehen werden kann, die mit einem nach innen ragenden, konisch zugespitzen, den Innenquerschnitt reduzierenden Ansatz 23 versehen ist. Dabei ist dieser Ansatz 23 zweckmäßig an dem in Einfuhrungsrichtung hinteren Ende der Dichtungshülse 22 vorgesehen. Schließlich zeigt Fig. 8 eine Dichtungshülse 24, die einen durchgehend konischen Innenmantel 25 aufweist, dessen Innenquerschnitt zweckmäßig in Einführungsrichtung der Rohre allmählich abnimmt. Auf diese Weise ist es möglich, die Dichtungshülsen wahlweise über ihre ganze, in Achsrichtung gemessene Länge oder nur an definierten Stellen mit einem gegenüber den Außendurchmessern der Rohre reduzierten Innendurchmesser zu versehen. Dies hätte den Vorteil, daß sie nicht auf ihrer ganzen Länge elastisch verpreßt werden müssen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die in vielfacher Weise abgewandelt werden können. Beispielsweise können die Rohre 1 und entsprechend die Dichtungshülsen anstatt der dargestellten flachovalen Querschnitte auch andere, insbesondere ovale Querschnitte aufweisen. Die erfindungsgemäßen Stützstege können überall dort mit Vorteil angewendet werden, wo Rohre mit unrunden, d.h. nicht kreisförmigen Querschnitten in einer Weise verwendet werden, daß bei ihrem Einpressen in die Dichtungshülsen die Gefahr besteht, daß eine oder mehrere Wandabschnitte einfallen. Dabei können anstelle der dargestellten geraden und senkrecht zu den stützenden Wandabschnitten angeordneten Stützstege natürlich auch anders geformte und anders gerichtete Stützstege vorgesehen werden. Weiterhin können an den Dichtungshülsen andere als die in Fig. 1 und 6 bis 8 dargestellten Profilierungen und sonstigen Querschnittsveränderungen angebracht werden. Außerdem wäre es möglich, die Rohrenden

nach dem beschriebenen Einpreßvorgang zusätzlich noch etwas aufzuweiten, insbesondere in Verbindung mit einem Verfahrensschritt, der zur Beseitigung einer vorher angebrachten konischen Anspitzung 18 dient. Außerdem können beide Enden der Rohre mit entsprechend
Fig. 1 bis 5 montierten Bodenteilen und ggf. Sammlern versehen werden, wobei es zur zusätzlichen mechanischen Stabilisierung zweckmäßig sein kann, die an entgegengesetzen
Rohrenden angebrachten Bodenteile in an sich bekannter Weise durch Seitenteile fest miteinander zu verbinden. Schließlich versteht sich, daß die einzelnen Merkmale der Erfindung auch in einer anderen als der dargestellten und beschriebenen Weise miteinander
kombiniert werden können.

Claims

Ansprüche

1. Wärmetauscher, insbesondere Luft/Luft-Wärmetauscher, mit einem aus Rohren (1) und Leitblechen (2) gebildeten Wärmetauschemetz (3) und mit wenigstens einem Bodenteil (4), das von Randabschnitten (6) umgebene Öffnungen (7) und in den Öffnungen (7) angeordnete, elastische und von Rohrenden des Wärmetauschernetzes (3) durchgragte Dichtungshülsen (10, 20, 22, 24) aufweist, wobei die Innenquerschnitte der Dichtungshülsen (10, 20, 22, 24) zumindest auf einem Teil ihrer Länge kleiner als die Außenquerschnitte der Rohrenden sind und wobei die Rohrenden durch Aufweiten der Dichtungshülsen (10, 20, 22, 24) und deren Verpressung gegen die Öffnungsränder (6) am Bodenteil (4) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (1) unrunde, große und kleine Durchmesser aufweisende Querschnitte besitzen und mit in Richtung der kleinen Durchmesser erstreckten Stützstegen (16) versehen sind, die mit ihnen aus einem Stück bestehen und gegenüberliegende Wandabschnitte (14) miteinander verbinden.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (1) ovale oder flachovale Querschnitte aufweisen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (1) mit wenigstens je drei Stützstegen (16) versehen sind.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungshülsen (24) konische Innenmäntel (25) aufweisen, deren Innenquerschnitte in Einführungsrichtung der Rohre (1) abnehmen.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungshülsen (22) mit konisch zugespitzten, nach innen ragenden Ansätzen (23) versehen sind.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenmäntel der Dichtungshülsen (10, 20) mit einer Profilierung (19, 21) versehen sind.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die

-9-Dichtungshülsen
(10, 20, 22, 24) aus einem Elastomer bestehen.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungshülsen (10, 20, 22, 24) durch Spritzgießen oder Vulkanisieren an das Bodenteü

(4) angeformt sind.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenteil mit einer Dichtungsmatte belegt ist und die Dichtungshülsen aus an die Dichtungsmatte angeformten Kragen bestehen.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (1) durch Strangpressen hergestellt sind.