DE102011085479A1

DE102011085479A1 - Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE102011085479A1
Application number: DE102011085479A
Authority: DE
Inventors: Werner Helms; Hicham Rouhana; Peter Wolfangel; Chi-Duc Nguyen; Timo Gruber
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-05-02
Also published as: BR112014010083A2; US20140262187A1; US9810484B2; WO2013060882A1; EP2771636A1; CN103890530A; CN103890530B; KR20140088582A; BR112014010083A8; EP2771636B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, mit einem Rippen (9) und Rohre (8) aufweisenden Block (2), welcher zwischen einem ersten Sammelkasten (3) insbesondere zum Eintritt eines zu kühlenden Mediums und einem zweiten Sammelkasten (4) insbesondere zum Austritt dieses Mediums angeordnet ist, wobei jeder Sammelkasten (3, 4) mit einem Boden (5, 6) abgeschlossen ist, welcher Durchzüge (12) zur Aufnahme der Rohre (8) aufweist und sich entlang des Randes des Bodens (5, 6) ein rinnenförmiger Umlauf (14) zur Aufnahme des Sammelkastens (3, 4) erstreckt. Um bei Sammelkästen mit einer rinnenförmigen Vertiefung eine stabile Konstruktion des Wärmeübertragers zu ermöglichen, weist der Boden (5, 6) an mindestens einer Stirnseite (13) einen erhöhten Anlagebereich (16) für das, der Stirnseite (13) unmittelbar gegenüber liegende Rohr (8a, 8b) auf.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, mit einem Rippen und Rohre aufweisenden Block, welcher zwischen einem ersten Sammelkasten zum Eintritt des zu kühlenden Mediums und einem zweiten Sammelkasten zum Austritt dieses Mediums angeordnet ist, wobei jeder Sammelkasten mit einem Boden abgeschlossen ist, welcher Durchzüge zur Aufnahme der Rohre aufweist und sich entlang des Randes des Bodens ein rinnenförmiger Umlauf zur Aufnahme des Sammelkastens erstreckt.
Stand der Technik
Übliche Wärmeübertrager bestehen aus einem Eintrittssammelkasten und einem Austrittssammelkasten, wobei zwischen den beiden Sammelkästen ein Block angeordnet ist, in welchem sich Rohre befinden, die die beiden Sammelkästen miteinander verbinden. Der Wärmeübertrager ist dabei vor dem Verbrennungsmotor angeordnet. Durch die beiden Sammelkästen sowie die Rohre strömt ein Kühlmedium, welches durch eine, vom Verbrennungsmotor abgegebene Wärme erhitzt ist. Die zwischen den Rohren ausgebildeten Rippen werden von einer Luftströmung durchsetzt, welche die von dem Kühlmedium abgegebene Wärme aufnimmt und aus dem Bereich des Wärmeübertragers abführt. Das so abgekühlte Kühlmedium wird dem Verbrennungsmotor wieder zugeführt.
Aus der DE 10 2009 035 089 A1 ist ein gattungsgemäßer Wärmeübertrager bekannt. Jeder Sammelkasten ist dabei mit einem Baden verschlossen. Der Boden umfasst mehrere Öffnungen, wobei in jede Öffnung je ein Rohr, welches vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweist, eingeschoben ist. Dabei weist die, das Rohr aufnehmende Öffnung an der Stirnseite eine Einwölbung in Form einer Klemmnase auf, welche dazu dient, das in die Öffnung eingeschobene Rohr vor dem Verlöten reibschlüssig zu halten.
Die DE 10 2006 005 421 A1 beschreibt einen Wärmeübertrager, bei welchem der Boden an seiner Stirnseite in Richtung des Sammelkasten gerichtete Nocken aufweist. Zwischen den Nocken und dem Bodenrand wird der Sammelkasten eingespannt, weshalb auf weitere Befestigungseinrichtungen, wie auf eine, am Bodenrand umlaufende Sicke, verzichtet werden kann.
Insbesondere durch einen häufigen Innendruckwechsel des, in den Rohren strömenden Kühlmittels kommt es zu Ausfällen an den äußeren Rohren, welche insbesondere den Stirnseiten des Bodens gegenüberliegen. Die Kühlrippen, welche üblicherweise diese Rohre stabilisieren und stützen, sind bei diesen äußeren Rohren aus Bauraumgründen nicht einsetzbar. Insbesondere bei der Verwendung von Rohren in gefalzter Ausführung, welche eine geringe Wandstärke aufweisen, kommt es zu einer instabilen Kontur des Wärmeübertragers. Durch das Fehlen der Rippen an den beiden, den Stirnseiten des Bodens gegenüber liegenden Rohren kann es durch den Druckwechsel aufgrund einer auftretenden Kerbwirkung zu einem Dauerbruch im Falzbereich der Rohre kommen, was zu einem Ausfall des Wärmeübertragers führt.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager anzugeben, bei welchem die, den Stirnseiten des Bodens unmittelbar gegenüber liegenden Rohre trotz fehlender Rippen eine hohe Festigkeit aufweisen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Boden an mindestens einer Stirnseite einen erhöhten Anlagebereich für das, der Stirnseite unmittelbar gegenüber liegende Rohr aufweist. Dieser Anlagebereich übernimmt die Abstützung des Rohres, wodurch die Druckwechselfestigkeit des Wärmeübertragers erhöht wird. Ein solcher Anlagebereich ist dabei einfach unter Beibehaltung des Querschnittes des Durchzuges des Bodens herstellbar.
Vorteilhafterweise ist der Anlagebereich von dem rinnenförmigen Umlauf zu einem das Rohr aufnehmenden Durchzug ansteigend ausgebildet, wobei der Anlagebereich vorzugsweise einen aufgeweiteten Bereich zwischen der Rückseite des rinnenförmigen Umlaufes und dem Durchzug überspannt. Der sich so erstreckende Anlagebereich entschärft den kritischen Bereich und führt zu einer Stabilisierung des Rohres, welches direkt parallel zur Stirnseite verläuft. Der Anlagebereich übernimmt dabei die Stützfunktion und verhindert eine Schwächung des Wärmeübertragers.
In einer Ausgestaltung ist der Anlagebereich lokal begrenzt. Durch die lokale Begrenzung des Anlagebereiches kann dieser gezielt an der Stelle in den Boden eingearbeitet werden, wo der Wärmeübertrager ein instabiles Verhalten zeigt.
In einer Weiterbildung ist der Anlagebereich als Erhebung des Bodens ausgebildet, welche sich in Richtung der, dem Sammelkasten abgewandten Seite des Bodens erhebt. Diese Erhebung reicht bis an das erste, parallel zur Stirnseite des Bodens verlaufende Rohr, ohne dass der Querschnitt des, das Rohr aufnehmenden Durchzuges verkleinert wird. Aufgrund dieser Erhebung wird Bauraum eingespart, und es kann auf eine Rippe, die nur mit aufwendigen konstruktiven Maßnahmen an dem Block zur Stützung dieses Rohres ausgebildet werden kann, verzichtet werden.
In einer Variante ist die Erhebung an der Stirnseite des Bodens annähernd mittig angeordnet. Diese mittige Anordnung erlaubt nicht nur die Abstützung dort auszubilden, wo die größtmögliche Beanspruchung des Rohres vorliegt, sondern dient gleichzeitig als Montagehilfe. Beim Aufdrücken des Bodens auf die Rohre spreizen die Randenden des Rohres immer etwas ab, da die Krafteinleitung über die Seitenteile der Rohre im Allgemeinen nicht über die komplette Rippenlänge erfolgen kann. Bei der Verwendung eines Bodens mit der mittigen Erhebung wird das Rohrende des sich direkt parallel zu einer der Stirnseiten erstreckenden Rohres wieder mit dem jeweiligen Durchzug des Bodens ausgerichtet, so dass eine Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Rohres bei dem Verpressen des Wärmeübertragers reduziert wird. Diese mittigen Erhebungen sind einfach in ein Stanzwerkzeug integrierbar und können im Blockfertiger verwendet werden.
Vorteilhafterweise ist die Erhebung mit dem, das der Stirnseite unmittelbar gegenüber liegende Rohr aufnehmenden Durchzug verlötet. Dadurch wird sichergestellt, dass das Rohr die einmal vorhandene Position während der Lebensdauer des Wärmeübertragers beibehält.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Erhebung als eine, aus dem Boden gestanzte Einprägung ausgebildet. Somit entfallen zusätzliche Bauteile zur Ausbildung der Erhebung. Die Erhebung kann gleichzeitig mit den Durchzügen bei der Herstellung des Bodens erzeugt werden, wodurch das Herstellungsverfahren vereinfacht wird.
In einer Variante ist der Anlagebereich durch den, das der Stirnseite gegenüber liegende Rohr aufnehmenden Durchzug gebildet, welcher bis zum rinnenförmigen Umlauf im Boden gezogen ist. Die Verstärkung des Durchzuges erlaubt, diesen als Einführhilfe für das Rohrende zu nutzen, wodurch das Rohr parallel zum Durchzug angeordnet wird und Beschädigungen beim Aufdrücken des Bodens auf den Block aus Rohren und Rippen unterbunden werden.
In einer anderen Ausführungsform wird ein gefalztes Rohr verwendet. Obwohl dieses Rohr sehr instabil bei der Verarbeitung ist, wird durch die Erhebung bzw. die Erhöhung des Anlagebereiches sichergestellt, dass das gefalzte Rohr seine Form beim Einpressen in den Boden beibehält.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1: Darstellung eines Wärmeübertragers,
2: Modellansicht eines Bodens eines Wärmeübertragers in einer Ansicht von oben,
3: Modellansicht des Bodens des Wärmeübertragers in einer Ansicht von unten,
4: Ausschnitt eines Bodens des Wärmeübertragers mit einer Erhebung, und
5: Schnitt durch einen Boden eines Wärmeübertragers.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist ein Wärmeübertrager 1, insbesondere ein Kühlmittelkühler, dargestellt, welcher aus einem Block 2 besteht, der zwischen zwei Sammelkästen 3, 4 angeordnet ist, wobei der erste Sammelkasten 3 dem Eintritt eines zu kühlenden Mediums in den Wärmeübertrager 1 dienen kann, während das abgekühlte Medium den Wärmeübertrager 1 durch den zweiten Sammelkasten 4 verlassen kann. Bei einer anderen Variante kann der erste Sammelkasten aber auch Eintritt und Austritt umfassen, während dann der zweite Sammelkasten nur eine Umlenkung ohne Ausleitung bewirkt.
Jeder Sammelkasten 3, 4 weist dabei einen Boden 5, 6 auf, an dem sich der Block 2, welcher durch ein Seitenteil 7 abgeschlossen ist, anschließt. Der Block 2 besteht aus mehreren Rohren 8 und mehreren Rippen 9, wobei Rohr 8 und Rippe 9 bevorzugt abwechselnd zueinander angeordnet sind. Der Sammelkasten 3 weist dabei einen Stutzen 10 auf, in welchen das, aus dem nicht weiter dargestellten Verbrennungsmotor abgeleitete und von diesem aufgeheizte Kühlmittel einströmt, das durch die Rohre 8 des Blockes 2 zum zweiten Sammelbehälter 4 geleitet wird. Durch den Block 2, insbesondere die Rippen 9, wird ein gasförmiges Medium, vorzugsweise Luft, geleitet, welches die Wärme des durch die Rohre 8 fließenden Kühlmediums aufnimmt und die Wärme aus dem Wärmeübertrager 1 abführt. Auf diese Weise wird das Kühlmedium abgekühlt. Der zweite Sammelkasten 4 des Wärmeübertragers 1, in welchem das abgekühlte Kühlmedium strömt, umfasst einen weiteren Stutzen 11, durch welchen das Kühlmedium aus dem Wärmeübertrager 1 ausgeleitet und wieder dem Verbrennungsmotor zugeführt wird.
Die Rohre 8 besitzen einen rechteckähnlichen Querschnitt. Sie sind vorzugsweise gefalzt. Wie aus 2 ersichtlich, in welcher der Boden 5 des Sammelkastens 3 ausschnittweise dargestellt ist, weist der Boden 5, der ebenfalls rechteckähnlich ausgebildet ist, mehrere Durchzüge 12 auf. Der Durchzug 12 ist eine Öffnung, welche ebenfalls rechteckförmig ausgebildet ist und in den das Ende jeweils eines Rohres 8 eingeschoben wird. Bei dem ersten Rohr 8a und dem letzten Rohr 8b des Blockes 2, die jeweils direkt parallel zu einer Stirnseite 13 des Bodens 5 verlaufen, ergibt sich das Problem, dass die Rippen 9 nicht bis an den Boden 5 heranreichen. Dadurch sind die parallel zu den Stirnseiten 13 des Bodens verlaufenden Rohre 8a, 8b instabil, was zu einem Rohrbruch führen kann.
Der Boden 5 besitzt einen rinnenförmigen Umlauf 14, in welchen der Sammelkasten 3 unter Zwischenlegung einer Dichtung eingesetzt wird. Dieser Umlauf 14 ist in 2 als nach außen gekehrtes Hohlteil dargestellt. Der Umlauf 14 ist durch einen aufgeweiteten Bereich 15 von den Rohren 8a bzw. 8b getrennt. Ausgehend von diesem rinnenförmigen Umlauf 14 erstreckt sich eine Erhebung 16 bis zu dem Durchzug 12a, welcher das erste, direkt der Stirnseite 13 gegenüber liegende Rohr 8a aufnimmt. Diese Erhebung 16 hat einmal den Effekt, dass das Rohr 8a, welches sich in dem ersten Durchzug 12a erstreckt, in seiner Position stabilisiert wird. Des Weiteren dient die Erhebung 16 dazu, beim Verklemmen der Rohre 8 mit dem Boden 5 das gefalzte Rohr 8a, welches sich unter dem Druck des Blockes 2 leicht spreizt, in den Durchzug 12a zu führen, wodurch das Ende des Rohres 8a wieder parallel zum Durchzug 12a stehen und eine einfache Verarbeitung möglich ist.
In 3 ist der Boden 5 in einer Ansicht von unten dargestellt, bei welchem deutlich wird, dass die Durchzüge 12 eine kragenähnliche Ausführung haben, damit sie die Rohre 8 besser umschließen können. Aus dieser Ansicht, insbesondere dem Schnitt B-B, wird deutlich, dass die Erhebung 16 aus dem Boden 5 ausgeprägt ist. Der Boden 5 wird gemeinsam mit den Durchzügen 12 in einem Stanzprozess aus einem Blech hergestellt.
Aus 4, wo noch einmal der Boden 5 im Ausschnitt dargestellt ist, ist ersichtlich, dass die Erhebung 16, welche sich auf der Seite des Bodens 5 erhebt, welcher dem Sammelkasten 3 entgegengesetzt ist, sich bis an den ersten Durchzug 12a des ersten Rohres 8a erstreckt. Insbesondere aus 4b wird deutlich, dass die Erhebung 16 sich höher erstreckt als der Durchzug 12a ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Erhebung 16 aber nicht den Querschnitt des Durchzuges 12a verkleinert, sondern diesen konstant hält, so dass ein Rohr in einer gebräuchlichen Größe dort eingesetzt werden kann. Mit Hilfe dieser Erhebung 16 wird das Ende des Rohres 8a bei der Montage in den Durchzug 12a geführt. Dadurch richtet sich das Rohrende des Rohres 8a wieder mit dem Durchzug 12a aus, wodurch eine Beschädigungswahrscheinlichkeit reduziert wird.
Die im Zusammenhang mit dem Sammelkasten 3 und dem Boden 5 gemachten Ausführungen gelten analog auch für den Sammelkasten 4 und dessen Boden 6.
Die Erhebung 16 kann einfach in ein Stanzwerkzeug integriert werden. Eine wechselseitige Verwendung von Ausführungen des Bodens 5, 6 mit und ohne Erhebung ist ohne Anpassungsmaßnahme in jedem Blockfertiger möglich. Ein Blockfertiger stellt ein Werkzeug dar, in welchem der Wärmeübertrager 1 als Ganzes gefertigt wird. Somit werden die Fertigungsabläufe bei der Blockherstellung nicht verändert.
Die 5 zeigt einen Endbereich des erfindungsgemäßen Bodens 5, bei welchem umlaufend eine rinnenförmige Nut als Umlauf 14 ausgebildet ist, in welchem der nicht dargestellte Sammelkasten mit seinem Sammelkastenfuß unter Zwischenlegung einer nicht dargestellten Dichtung eingesetzt werden kann. Dieser Umlauf 14 ist als nach außen gekehrtes u-förmiges Hohlteil gebildet, wobei sich mittig der Schmalseiten ein entgegengesetzt gekrümmter Bereich 20 sich an das u-förmige Hohlteil 14 unmittelbar anschließt und als Aufnahme beispielsweise für ein Seitenteil dienen kann. Der Umlauf 14 ist durch einen aufgeweiteten Bereich 15 von den Rohröffnungen bzw. von den Durchzügen 12a getrennt. Ausgehend von diesem rinnenförmigen Umlauf 14 erstreckt sich eine Erhebung 16 bis zu dem Durchzug 12a, welcher das erste, direkt der Stirnseite 13 gegenüber liegende Rohr 8a aufnimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009035089 A1 [0003]
DE 102006005421 A1 [0004]

Claims

Wärmeübertrager, mit einem Rippen (9) und Rohre (8) aufweisenden Block (2), welcher zwischen einem ersten Sammelkasten (3) insbesondere zum Eintritt eines zu kühlenden Mediums und einem zweiten Sammelkasten (4) insbesondere zum Austritt dieses Mediums angeordnet ist, wobei jeder Sammelkasten (3, 4) mit einem Boden (5, 6) abgeschlossen ist, welcher Durchzüge (12) zur Aufnahme der Rohre (8) aufweist und sich entlang des Randes des Bodens (5, 6) ein rinnenförmiger Umlauf (14) zur Aufnahme des Sammelkastens (3, 4) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (5, 6) an mindestens einer Stirnseite (13) einen erhöhten Anlagebereich (16) für das, der Stirnseite (13) unmittelbar gegenüber liegende Rohr (8a, 8b) aufweist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagebereich (16) von dem rinnenförmigen Umlauf (14) zu einem, das Rohr (8a) aufnehmenden Durchzug (12a) ansteigend ausgebildet ist, wobei der Anlagebereich (16) vorzugsweise einen aufgeweiteten Bereich (15) zwischen der Rückseite des rinnenförmigen Umlaufes (14) und dem Durchzug (12a) überspannt.
Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagebereich (16) lokal begrenzt ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagebereich als Erhebung (16) des Bodens (5, 6) ausgebildet ist, welche sich in Richtung der, dem Sammelkasten (3, 4) abgewandten Seite des Bodens (5, 6) erhebt.
Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (16) an der Stirnseite (13) des Bodens (5, 6) annähernd mittig angeordnet ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (16) mit dem, das der Stirnseite (13) unmittelbar gegenüberliegenden Rohr (8a) aufnehmenden Durchzug (12a) verlötet ist.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (16) als eine, aus dem Boden (5, 6) gestanzte Einprägung ausgebildet ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagebereich (16) durch den, das der Stirnseite (13) gegenüber liegende Rohr (8a) aufnehmenden Durchzug (12a) gebildet ist, welcher bis zum rinnenförmigen Umlauf (14) im Boden (5, 6) gezogen ist.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (8a) gefalzt ist.