DE102014206612A1

DE102014206612A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102014206612A1
Application number: DE102014206612.3A
Authority: DE
Inventors: Hicham Rouhana
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2015-10-29
Also published as: US20150285571A1; CN104976903B; EP2927632A1; US10401097B2; CN104976903A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit zumindest einem Sammelkasten mit einer Vielzahl von Rohröffnungen und mit einem Rohrbündel von Rohren, wobei die Enden der Rohre in Öffnungen des Sammelkastens eingreifen, wobei die Rohre eine Breitseite mit der Länge L mit gegenüberliegenden Rohrseitenwänden und zwei endseitigen Schmalseiten mit der Breite B mit jeweils einem Rohr-wandbogen aufweisen, wobei der Rohrwandbogen einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Abstand der gegenüberliegenden Rohrseitenwände.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Stand der Technik
Wärmetauscher sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Dabei sind in der Regel Rohrbündel von Flachrohren vorgesehen, wobei die Rohrenden durch Öffnungen in einen Sammelkasten reichen und dort mit dem Sammelkasten verlötet sind. Bei Thermowechsel bzw. bei thermischer Belastung auf Zug/Druck treten Risse, also Ausfälle, im Bereich der Rohr/Kastenverbindung auf. Dabei zeigt sich, dass die Ausfälle in der Regel an der Rohrschmalseite der Rohr/Kastenverbindung auftreten.
Es ist weiterhin die DE 2839142 bekannt geworden, bei welcher Ovalrohre bei einem Wärmetauscher eingesetzt werden, wobei die langen Rohrseitenwände elastisch verspannt sind und damit eine nach innen gewölbte Konkave Seitenwand bilden.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher zu schaffen, welcher insbesondere im Hinblick auf die Anforderungen bei Thermowechseln verbessert ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mit einem Wärmetauscher gemäß Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit zumindest einem Sammelkasten mit einer Vielzahl von Rohröffnungen und mit einem Rohrbündel von Rohren, wobei die Enden der Rohre in Öffnungen des Sammelkastens eingreifen, wobei die Rohre eine Breitseite mit der Länge L1 mit gegenüberliegenden Rohrseitenwänden und zwei endseitigen Schmalseiten mit der Breite lo mit jeweils einem Rohrwandbogen aufweisen, wobei der Rohrwandbogen einen Durchmesser I1 aufweist, der größer ist als der Abstand der gegenüberliegenden Rohrseitenwände. Dadurch wird an den Schmalseiten des Rohrs im Bereich der Rohr-Öffnungsverbindung eine größere Fläche zur Verfügung gestellt, welche verlötet werden kann, so dass eine stabilere Verbindung erzeugt wird, die insbesondere auch bei Thermowechseln stabiler ist.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Rohrwandbogen eine kreissegmentartige Kontur aufweist. Damit wird die Druckstabilität erhöht und gleichzeitig an der Schalseite die verlötbare Fläche erhöht, was die Stabilität der Verlötung verbessert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Rohrwandbogen einen Durchmesser I1 aufweist, der um mindestens 10%, vorzugsweise mehr als 15% oder mehr größer ist als der Abstand lo der gegenüberliegenden Rohrseitenwände. Dadurch wird eine Fläche für die Verlötung zur Verfügung gestellt, die zu einer deutlichen Stabilitätssteigerung führt.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die Öffnungen des Sammelkastens die gleiche Kontur aufweisen, wie die Kontur des Rohrs. Dadurch weist die Öffnung ebenso eine etwa knochenförmige Kontur auf, mit einem länglichen Mittelteil und kreisförmigen Endbereichen.
Vorteilhaft ist es, wenn zwei Sammelkästen vorgesehen sind, wobei jedes Rohrende in jeweils eine Öffnung einer der beiden Sammelkästen eingreift. Alternativ ist es Vorteilhaft, wenn ein Sammelkasten vorgesehen ist, wobei die Rohre derart gebogen ausgeführt sind, dass jedes Rohrende eines Rohrs in jeweils eine Öffnung des einen Sammelkastens eingreift.
Zur Verbesserung der Rohr-Öffnungsverbindung ist es vorteilhaft, wenn die Öffnungen des Sammelkastens oder der Sammelkästen einen hochgestellten Rand als Durchzug aufweisen, welcher nach innen in den Sammelkasten oder nach außen vom Sammelkasten weg gerichtet ist. Dadurch wird die verlötbare Fläche vergrößert, was wiederum die Stabilität der Verbindung zwischen Rohr und Öffnung verbessert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Rohrseitenwände eines Rohrs im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Dies führt zu einer verbesserte Herstellbarkeit, weil die Kontur gut kalibrierbar ist.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der Sammelkasten einem Rohrboden und einen Kastendeckel aufweist, wobei die Öffnungen in dem Rohrboden eingebracht sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Ansicht einer Öffnung eines Sammelkastens mit umlaufendem hochgestellten Rand als Durchzug mit einem darin ausgenommenen Rohrende,
2 eine schematische Ansicht einer Öffnung eines Sammelkastens nach dem Stand der Technik,
3 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Öffnung eines Sammelkastens,
4 eine schematische Ansicht eines Wärmetauschers mit Sammelkästen und Rohren, und
5 eine schematische Ansicht eines alternativen Wärmetauschers mit Sammelkästen und Rohren.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Öffnung 1 eines Sammelkastens 2, bevorzugt in einem Rohrboden 3 des Sammelkastens 2, wobei die Öffnung einen bevorzugt umlaufenden hochgestellten Rand 4 als Durchzug aufweist. In diese Öffnung 1 ist ein Rohr 5 mit seinem Rohrende 6 eingesteckt und mit dem hochgestellten Rand 4 verlötet. Der Rand 4 hat dabei etwa die Höhe H. Der Rand 4 bzw. der Durchzug kann dabei sowohl in den Sammelkasten 2 hineinragen als auch alternativ vom Inneren des Sammelkastens 2 weg ragen, also in Richtung des Rohrbündels.
Die 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Öffnung 10 in einem Sammelkasten 11 nach dem Stand der Technik. Die Kontur der Öffnung entspricht der Kontur eines Flachrohrs mit einer im Wesentlichen rechteckigen Querschnittsfläche mit einer Breitseite mit der Länge Lo und einer Schmalseite mit der Breite lo. An den Schmalseiten ist die Kontur abgerundet. Die Querschnittsfläche ist dabei etwa Lo·lo.
Die 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Öffnung 20 in einem Sammelkasten 21 gemäß der Erfindung. Die Kontur der Öffnung entspricht der Kontur eines Flachrohrs mit einer im Wesentlichen rechteckigen Querschnittsfläche mit einer Breitseite mit der Länge L1 und einer Schmalseite mit der Breite lo, bei welcher weiterhin an den Schmalseiten ein Rohrwandbogen vorgesehen ist, welcher einen Durchmesser I1 aufweist, welcher größer ist als die Breite lo im mittleren Bereich der Öffnung. Dabei ist I1 bevorzugt größer oder gleich 1,1·lo. Alternativ ist es vorteilhaft, wenn I1 ≥ 1,15·lo oder größer ist.
Dabei ist es bevorzugt, wenn die Länge L1 der Öffnung 20 kleiner oder gleich der Länge der Öffnung Lo nach dem Stand der Technik ist, so dass die Querschnittsfläche der Öffnung 20 größer oder gleich der Querschnittsfläche des Rohrs 10 ist.
Die gezeigte Öffnung weist die dargestellte Kontur auf, wobei das verwendete Rohr die gleiche Kontur aufweist, wie die Kontur der Öffnung. Dadurch ergibt sich eine größere Anlagefläche zwischen Öffnung und Rohr, so dass beim Verlöten eine größere Fläche miteinander verbunden wird und damit eine stabilere Verbindung erzeugt wird. Die Rohre 33, 42 weisen dabei eine Breitseite mit der Länge L1 mit gegenüberliegenden Rohrseitenwänden und zwei endseitigen Schmalseiten mit der Breite lo mit jeweils einem Rohrwandbogen auf, wobei der Rohrwandbogen einen Durchmesser I1 aufweist, der größer ist als der Abstand lo der gegenüberliegenden Rohrseitenwände. Der Rohrwandbogen weist dabei eine kreissegmentartige Kontur auf. Dabei weist der Rohrwandbogen einen Durchmesser I1 auf, der um 10%, vorzugsweise um 15% oder mehr größer oder gleich ist als der Abstand lo der gegenüberliegenden Rohrseitenwände, so dass gilt I1 ≥ 1,1·lo oder I1 ≥ 1,15·lo.
Die Rohre erfahren daher an ihren seitlichen Randbereichen, an den Schmalseiten, eine Erweiterung, die bogenförmig, kreisbogenförmig oder kreissegmentförmig ausgebildet ist und die einen Durchmesser aufweist, welcher größer ist als die Breite des Rohrs im mittleren Bereich. Das Rohr wird dadurch etwa knochenförmig erweitert. Dabei kann diese Erweiterung nur am Rohrende vorliegen, welches in die Öffnung eingesteckt wird oder alternativ kann die Erweiterung über die gesamte Länge des Rohrs vorliegen.
Die 4 und 5 zeigen alternative Gestaltungen von Wärmetauschern 30, 40. Dabei ist in 4 ein Wärmetauscher 30 mit zwei Sammelkästen 31, 32 dargestellt, wobei jedes Rohr 33 mit seinen beiden Rohrenden 35 derart angeordnet sind, dass jeweils ein Rohrende 35 in jeweils eine Öffnung 36 in einer der beiden Sammelkästen 31, 32 eingreift.
Alternativ ist in 5 ein Wärmetauscher 40 mit nur einem Sammelkasten 41 dargestellt, wobei jedes Rohr 42 mit seinen beiden Rohrenden 43 derart geformt und angeordnet sind, dass jeweils ein Rohrende 43 in jeweils eine Öffnung 44 des gleichen Sammelkastens 41 eingreift. Zur Fluidtrennung ist dabei üblicher Weise in dem Sammelkasten 41 zumindest eine Trennwand vorgesehen, welche hier jedoch nicht gezeigt ist. Dabei kann man je nach Ausführung der Rohre 42 eine Umlenkung in der Breite oder in der Tiefe oder Kombinationen hiervon realisieren.
Zwischen den Rohren könne weiterhin Wellrippen 37, 45 vorgesehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2839142 [0003]

Claims

Wärmetauscher (30, 40) mit zumindest einem Sammelkasten (31, 32, 41) mit einer Vielzahl von Rohröffnungen (20, 36, 44) und mit einem Rohrbündel von Rohren (33, 42), wobei die Enden (35, 43) der Rohre in die Rohröffnungen (20, 36, 44) des Sammelkastens (31, 32, 41) eingreifen, wobei die Rohre (33, 42) eine Breitseite mit der Länge L1 mit gegenüberliegenden Rohrseitenwänden und zwei endseitigen Schmalseiten mit der Breite lo mit jeweils einem Rohrwandbogen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrwandbogen einen Durchmesser I1 aufweist, der größer ist als der Abstand lo der gegenüberliegenden Rohrseitenwände.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrwandbogen eine kreissegmentartige Kontur aufweist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrwandbogen einen Durchmesser I1 aufweist, der um 10%, vorzugsweise 15% oder mehr größer ist als der Abstand lo der gegenüberliegenden Rohrseitenwände.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (20) des Sammelkastens die gleiche Kontur aufweisen, wie die Kontur des Rohrs.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Sammelkästen (31, 32) vorgesehen sind, wobei jedes Rohrende (35) in jeweils eine Öffnung (36) einer der beiden Sammelkästen eingreift.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sammelkasten (41) vorgesehen ist, wobei die Rohre (42) derart gebogen oder geformt ausgeführt sind, dass jedes Rohrende (43) eines Rohrs (42) in jeweils eine Öffnung (44) des einen Sammelkastens (41) eingreift.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (20) des Sammelkastens (21, 41) oder der Sammelkästen (31, 32) einen hochgestellten Rand (4) als Durchzug aufweisen, welcher nach innen in den Sammelkasten oder nach außen vom Sammelkasten weg gerichtet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrseitenwände eines Rohrs im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkasten (21) einem Rohrboden (3) und einen Kastendeckel aufweist, wobei die Öffnungen in dem Rohrboden (3) eingebracht sind.