DE19857435A1 - Wärmetauscher, insbesondere Ladeluftkühler, für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge.

Sie betrifft im einzelnen einen Wärmetauscher, umfas­ send einen mit Löchern versehenen Sammler, eine End­ kammer, die den Sammler abdecken kann, und ein Rohr­ bündel, das aus einer Vielzahl von Rohren mit Enden besteht, die in die Löcher des Sammlers eingesetzt sind, wobei die Enden der Rohre jeweils eine im Ver­ hältnis zu einer Innenfläche des Sammlers auf der Seite der Endkammer vorstehende Verbreiterung aufwei­ sen.

In derartigen Wärmetauschern umfaßt das Rohrbündel außerdem Rippen in thermischem Kontakt mit den Roh­ ren, um den Wärmeaustausch zwischen einem ersten Wär­ meträgermedium, das den Wärmetauscher durchströmt, indem es in den Rohren des Rohrbündels umläuft, und einem zweiten Wärmeträgermedium zu fördern, das das Rohrbündel von außen beströmt.

Üblicherweise sind die Enden der Rohre des Rohrbün­ dels jeweils in einen Bund eingesetzt, der ein Loch des Sammlers umgibt und in Richtung der Endkammer hochgezogen ist, wodurch die Verbreiterung des Rohrs im Verhältnis zum Sammler zusätzlich versetzt wird.

Diese Anordnung der Verbreiterungen der Rohre in der Verlängerung der Bünde trägt zur Schaffung von Hin­ dernissen für die Zirkulation des ersten Wärmeträger­ mediums im Wärmetauscher bei, was die Entstehung von Druckverlusten und eine entsprechende Verringerung der Leistungen des Wärmetauschers zur Folge hat.

Dieser Leistungsrückgang macht sich insbesondere in den Wärmetauschern bemerkbar, in denen das erste Wär­ meträgermedium ein mit hoher Geschwindigkeit umlau­ fender Luftstrom ist.

Dies ist insbesondere bei den auch als Ladeluftkühler bezeichneten Luft-Luft-Wärmetauschern der Fall, die in Dieselmotoren mit Turbolader eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrun­ de, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen.

Sie bezweckt insbesondere eine Begrenzung der Druck­ verluste, die an dem in den Rohren des Rohrbündels umlaufenden ersten Wärmeträgermedium auftreten.

Dazu schlägt sie einen Wärmetauscher der eingangs de­ finierten Art vor, bei dem die Innenfläche des Samm­ lers mit einer geformten Umlenkplatte versehen ist, in die Öffnungen eingearbeitet sind, die gegenüber den Löchern des Sammlers angeordnet und jeweils durch einem verbreiterten Rand eingefaßt sind, der eine Rohrverbreiterung verlängern kann.

Jede der Öffnungen der Umlenkplatte schafft durch ih­ ren verbreiterten Rand eine als Düse ausgebildete konvergierende Mündung, die die Verbreiterung des ihr zugeordneten Rohrs verlängert.

Daraus ergibt sich eine signifikante Verringerung der Druckverluste sowohl am Einlaß als auch am Auslaß ei­ nes Rohrs des Rohrbündels.

Das Vorhandensein dieser konvergierenden Mündung sorgt insbesondere für eine progressive Einstellung der Geschwindigkeit des Wärmeträgermediums in einem Rohr, so daß die Strömung des Wärmeträgermediums im Rohr und dementsprechend im gesamten Wärmetauscher reguliert werden kann.

Wie bereits weiter oben erwähnt, erweisen sich diese Vorteile im Falle eines Luft-Luft-Wärmetauschers als besonders signifikant.

Dadurch ist es möglich, die Leistungen eines Wärme­ tauschers zu verbessern, indem eine Umlenkplatte in einer oder in beiden Endkammern des Wärmetauschers vorgesehen wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung münden die verbreiterten Ränder der Umlenkplatte je­ weils an einer allgemein ebenen Außenfläche der Um­ lenkplatte, die zur Endkammer gerichtet ist.

Vorteilhafterweise schließt sich jeder der verbrei­ terten Ränder der Umlenkplatte abgerundet an die Au­ ßenfläche der Umlenkplatte an.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung wird jeder der verbreiterten Ränder der Umlenkplatte durch eine Einfassung der Umlenkplatte begrenzt, die in eine Verbreiterung eines Rohrs eingesetzt werden kann.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung umfaßt die Umlenkplatte eine Innenfläche, die an der Außenfläche des Sammlers zur Auflage kommen kann.

Außerdem sieht die Erfindung vor, daß die Innenfläche der Umlenkplatte Aussparungen umfaßt, um die Verbrei­ terungen der Rohre aufzunehmen.

Um zur Halterung der Umlenkplatte am Sammler beizu­ tragen, umfaßt die Umlenkplatte vorteilhafterweise eine Umfangslippe, die zwischen der Außenfläche des Sammlers und einem inneren Umfangsrand der Endkammer eingespannt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Umlenkplatte am Sammler angefügt.

Als Variante kann sie an der Innenfläche des Sammlers verklebt sein.

Unabhängig davon, ob sie angefügt oder verklebt ist, besteht die Umlenkplatte vorzugsweise aus Kunststoff.

In einer anderen Ausführungsform ist die Umlenkplatte auf dem Sammler aufgeformt.

In diesem Fall besteht die Umlenkplatte vorteilhaf­ terweise aus Kunstharz.

In der nachstehenden, als Beispiel angeführten Be­ schreibung wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen. Darin zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine Seitenteilansicht eines Wärmetau­ schers, von dem eine Endkammer innen mit einer erfin­ dungsgemäßen Umlenkplatte ausgerüstet ist;

Fig. 2 eine vergrößerte Teilschnittansicht entlang der Linie II-II von Fig. 1;

Fig. 3 eine Teilschnittansicht entlang der Linie III-III von Fig. 2; und

Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3 zur Dar­ stellung der Umlenkplatte allein.

Der in Fig. 1 dargestellte Wärmetauscher umfaßt ein Rohrbündel 10, das aus einer Vielzahl von parallelen Rohren 12 besteht, zwischen denen gewellte Einsätze 14 angeordnet sind, die Wärmeaustauschrippen bilden. Im dargestellten Beispiel handelt es sich bei den Rohren um Flachrohre, die jeweils zwei innere paral­ lele Umlaufkanäle umfassen (Fig. 2).

Die Rohre 12 haben jeweils Enden 16, die in einen auch als Sammelplatte oder Lochplatte bezeichneten Sammler 18 eingesetzt sind, der durch eine Endkammer 20 abgedeckt ist.

Wie in den Fig. 2 und 3 zu erkennen ist, umfaßt der Sammler 18 einen flachen Boden mit allgemein rechteckiger Form, in den Löcher 22 eingearbeitet sind, die jeweils die Enden 16 der Rohre 12 aufnehmen können. Jedes der Löcher 22 ist durch einen Bund 24 eingefaßt (Fig. 3), der in Richtung der Endkammer, das heißt in der zum Rohrbündel 10 entgegengesetzten Richtung, hochgezogen ist.

Die Enden 16 sind in den jeweiligen Bünden verlötet und stehen jeweils aus dem entsprechenden Bund heraus vor, wobei sie eine Verbreiterung 26 bilden, die im Verhältnis zu einer auf der Seite der Endkammer 20 angeordneten Innenfläche 28 des Sammlers 18 vor­ springt.

Der Sammler 18 umfaßt einen Umfangsrand 30, der eine Umfangsauskehlung 32 begrenzt und eine Vielzahl von Zähnen oder Krallen 34 besitzt, die gegen einen Um­ fangsrand oder Fuß 36 der Endkammer 20 umgebogen sind (Fig. 2). In die Auskehlung 32 ist eine (nicht dar­ gestellte) Umfangsdichtung eingesetzt, die zwischen dem Sammler 18 und dem Fuß 36 der Endkammer zusammen­ gedrückt wird, um die Abdichtung der Anordnung zu ge­ währleisten.

Im dargestellten Beispiel sind die Rohre 12, die Ein­ sätze 16 und der Sammler 18 aus einem Metallwerk­ stoff, vorzugsweise auf Aluminiumbasis, ausgeführt, während die Endkammer ein Formteil aus Kunststoff ist.

Ein Wärmetauscher, wie er bis hierhin beschrieben wurde, weist eine bekannte Gesamtstruktur auf und kann beispielsweise in der Kraftfahrzeugindustrie verwendet werden, um einen Ladeluftkühler für einen Dieselmotor mit Turbolader zu bilden.

Die Verbreiterungen 26 der Rohre, die über die Bünde 24 hinaus überstehen und auf der Seite der Endkammer 20 vorspringen, stören die Zirkulation des Wärmeträ­ germediums (Luft im Falle eines Luftkühlers), wobei sie die Druckverluste erhöhen, wodurch sich die Lei­ stungen des Wärmetauschers entsprechend verringern.

Um diesen Nachteil abzustellen, nimmt die Innenfläche 28 des Sammlers 18 eine geformte Umlenkplatte 40 auf, die eine an die Form des Sammlers angepaßte rechteckige Gesamtform aufweist. Die Umlenkplatte 40 besitzt eine zur Innenfläche 28 des Sammlers gerichtete In­ nenfläche 42 und eine zur Endkammer gerichtete Außen­ fläche 44 (Fig. 3 und 4).

In der Dicke der Umlenkplatte 40 sind Öffnungen 46 eingearbeitet, die gegenüber den Löchern 22 des Samm­ lers, das heißt gegenüber den durch die Rohrenden be­ grenzten Öffnungen angeordnet sind.

Jede Öffnung 46 weist einen verbreiterten Rand 48 mit abgerundetem Profil auf, der sich an die Außenfläche 44 anschließt und der im Innern einer Einfassung 50 begrenzt ist, die sich in Richtung des Endes des zu­ gehörigen Rohrs zunehmend verengt. Diese Einfassung dringt teilweise in das Innere der Verbreiterung 26 des Rohrs ein, um eine Durchgängigkeit mit dem Rohr zu gewährleisten und einen weichen Übergang zwischen dem Rohr 12 und der Außenfläche 44 des Sammlers zu ermöglichen.

Die Innenfläche 42 der Umlenkplatte umfaßt Aussparun­ gen 52 mit ausreichenden Abmessungen, um jeweils ei­ nen Bund 24 und eine Verbreiterung 26 eines Rohrs, die über den besagten Bund übersteht, aufzunehmen und um außerdem zur Bildung der entsprechenden Einfassung 50 beizutragen (Fig. 3 und 4).

Die Innenfläche 42 der Umlenkplatte kommt an der In­ nenfläche 28 des Sammlers sowohl durch ihren Umfang als auch durch Materialstege 54 zur Anlage, die sich jeweils zwischen zwei benachbarten Aussparungen 52 befinden.

Darüber hinaus besitzt die Umlenkplatte 40 eine Um­ fangslippe 56, die zwischen der Innenfläche 28 des Sammlers und einem inneren Umfangsrand 58 der Endkam­ mer eingespannt werden kann, um die Platte 40 in Po­ sition zu halten.

Die Umlenkplatte 40 ist vorteilhafterweise als Form­ teil aus einem geeigneten Kunststoff, beispielsweise des Typs Polypropylen, ausgeführt.

Als Variante könnte sie am Sammler verklebt oder auch auf dem Sammler aufgeformt sein.

In diesem zuletzt genannten Fall erfolgt die Auffor­ mung, indem ein geeigneter Werkstoff, vorzugsweise ein Harz, direkt auf dem bereits mit den Rohren be­ stückten Sammler vergossen wird, wobei während des Vergießens Blenden an den Enden der Rohre angeordnet und nach dem Aushärten des aufgeformten Werkstoffs entfernt werden.

Das Vorhandensein der Umlenkplatte ermöglicht eine Verringerung der Druckverluste des durch die Rohre des Rohrbündels strömenden Wärmeträgermediums und ei­ ne Regulierung seiner Strömung, wodurch der Betrieb und die Leistungen des Wärmetauschers verbessert wer­ den.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend als Bei­ spiel beschriebene Ausführungsform beschränkt, son­ dern sie erstreckt sich auch auf andere Varianten.

Sie kann insbesondere bei anderen Wärmetauschertypen für Kraftfahrzeuge zur Anwendung kommen.

Claims (12)

1. Wärmetauscher, umfassend einen mit Löchern (22) versehenen Sammler (18), eine Endkammer (40), die den Sammler abdecken kann, und ein Rohrbündel (10), das aus einer Vielzahl von Rohren (12) mit Enden (16) be­ steht, die in die Löcher des Sammlers eingesetzt sind, wobei die Enden der Rohre jeweils eine im Ver­ hältnis zu einer Innenfläche (28) des Sammlers auf der Seite der Endkammer vorstehende Verbreiterung (26) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (28) des Sammlers (18) mit einer geform­ ten Umlenkplatte (40) versehen ist, in die Öffnungen (46) eingearbeitet sind, die gegenüber den Löchern (22) des Sammlers angeordnet und jeweils durch einen verbreiterten Rand (48) eingefaßt sind, der eine Rohrverbreiterung (26) verlängern kann.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die verbreiterten Ränder (48) der Umlenkplatte jeweils an einer allgemein ebe­ nen Außenfläche (44) der Umlenkplatte münden, die zur Endkammer (20) gerichtet ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich jeder der verbrei­ terten Ränder (48) der Umlenkplatte abgerundet an die Außenfläche (44) der Umlenkplatte anschließt.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der verbreiterten Ränder (48) der Umlenkplatte durch eine Einfassung (50) der Umlenkplatte begrenzt wird, die in eine Verbreiterung (26) eines Rohrs eingesetzt werden kann.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkplatte (18) eine Innenfläche (42) umfaßt, die an der Innenfläche (28) des Sammlers zur Auflage kom­ men kann.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Innenfläche (42) der Umlenkplatte Aussparungen (52) umfaßt, um die Ver­ breiterungen der Rohre aufzunehmen.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkplatte (40) eine Umfangslippe (56) umfaßt, die zwischen der Innenfläche (28) des Sammlers und einem inneren Umfangsrand (58) der Endkammer eingespannt werden kann.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkplatte (40) am Sammler (18) angefügt ist.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkplatte (40) am Sammler (18) verklebt ist.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkplatte (40) aus Kunststoff besteht.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkplatte (40) auf dem Sammler (18) aufgeformt ist.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkplatte (40) aus Kunstharz besteht.