DE2629859C3 - Kühlmittelgekühlter ölkühler für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

2. ölkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (46) auf seiner Außenseite mit einstückig angeformten wendeiförmig verlaufenden Rippen (50) versehen ist.

3. ölkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (146) als Wellrohr mit einer wendeiförmigen Einprägung ausgebildet ist (F ig. 3).

4. ölkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einprägungen (40) in den Rinnen (34) durch ein oder mehrere wendeiförmige Kerblinien gebildet sind.

5. ölkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen (34) eine Tiefe zwischen etwa 1 und 2,5 mm aufweisen und daß die Einpriigungen irn Bereich der Wölbungen (36) zwischen den Rinnen (34) eine Tiefe von etwa 0,76 bis 2,29 mm besitzen.

Die Erfindung betrifft einen kühlmittelgekühlten ölkühler für Kraftfahrzeuge mit einem inneren Rohr zum Hindurchleiten des Kühlmittels, mit einem äußeren Rohr, dessen Enden dichtend mit dem inneren Rohr verbunden sind und dessen Innenseite zusammen mit der Außenseite des inneren Rohrs einen im wesentlichen ringförmigen Strömungskanal für das zu kühlende öl bildet, und mit einstückig an dem inneren Rohr angeformten Leitereinrichtungen zum Erzeugen einer teilweise in Umfangsrichtung des Strömungskanals verlaufenden Strömung.

Ein derartiger ölkühler ist aus der US-PS 19 83 466 bekannt. Bei dem bekanntem ölkühler ist das innere Rohr mit angeformten Leiteinrichtungen in Form einstückig angeformter ringförmiger Flansche versehen, welche von Flansch zu Flansch gegeneinander versetzte Aussparungen aufweisen. Weiterhin besitzt der bekannte ölkühler ein glattes äußeres Rohr, das mit seiner Innenwand am äußeren Umfang der ringförmigen Flansche anliegt.

Nachteilig an dem bekannten ölkühler ist es, daß die Wärme aus dem zu kühlenden öl nur über das innere Rohr in das Kühlmittel abgeleitet werden kann, während hinsichtlich des äußeren Rohres keine besonderen Vorkehrungen für eine gute Wärmeableitung getroffen sind, und daß die Herstellung der Aussparungen in den Flanschen fertigungstechnisch Schwierigkeiten bereitet

Aus der G B-PS 9 80 412 ist ferner ein Wärmetauscherelement bekannt, bei dem ein inneres, an beiden Enden geschlossenes, glattes Rohr als Träger für ein oder mehrere wendeiförmige Leitbleche dient, die außen an in axialer Richtung verlaufenden Rippen an der Innenwand eines äußeren Rohres anliegen.

Nachteilig an diesem bekannten Wärmeaustauscherelement ist es, daß die Wärmeableitung nur über die Außenwand des äußeren Rohres erfolgen kann, wenn sich das zu kühlende Medium zwischen den wendeiförmigen Leiteinrichtungen längs eines schraubenförmigen Weges in dem Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr vorwärts bewegt

Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten kühlmittelgekühlten Ölkühler vorzuschlagen, bei dem in optimaler Weise eine Ableitung der dem zu kühlenden öl zu entziehenden Wärme sowohl über das innere

2ι Roh·· als auch über das äußere Rohr erfolgt

Diese Aufgabe wird bei einem Ölkühler der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Leiteinrichtungen durch eine wendeiförmige Wellung der Außenseite des inneren Rohrs gebildet

in sind, daß das äußere Rohr im wesentlichen in axialer Richtung verlaufende Rinnen aufweist, welche an der wendeiförmigen Wellung des inneren Rohrs anliegen, und daß die Wölbungsbereiche zwischen den Rinnen in axialer Richtung in regelmäßigen Abständen quer zu den Rinnen verlaufende Einprägungen aufweisen, welche flacher als die Rinnen sind.

Ein entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen kühlmittelgekühlten ölkühlers besteht darin, daß er aus nur zwei Hauptbauteilen, nämlich dem inneren und dem

w äußeren Rohr aufgebaut werden kann und bei niedrigem Druckabfall eine bessere Kühlleistung bietet als die bekannten Ölkühler bzw. Wärmeaustauscher mit separat hergestellten wendeiförmigen Leitflächen. Weiterhin ist es ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemä-

Ben ölkühlers, daß sowohl das äußere als auch das innere Rohr in einem kontinuierlichen Verfahren wirtschaftlich herstellbar sind.

Bei einem bevorzugten Ausführurgsbeispiel besitzt das innere Rohr auf seiner Außenseite wendeiförmige

V) Rippen, während das äußere Rohr in Längsrichtung verlaufende Rinnen aufweist, die in Quer- bzw. Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen eingekerbt sind, und im Preßsitz auf dem inneren Rohr sitzt Die Rohre sind an ihren Enden dichtend miteinander verbunden und begrenzen einen ringförmigen Strömungskanal für das öl zwischen den beiden Rohren, während das Kühlmittel, in welches der Ölkühler eintaucht, durch das innere Rohr fließen kann. Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel ist das innere Rohr gewellt, d. h. das Rippenrohr ist durch ein Wellrohr ersetzt, was zu einer Verringerung der Material- und Herstellungskosten führt, jedoch andererseits mit einer geringen Erhöhung des Druckabfalls und einem kleinen Verlust an Wärmeübertragungswirksamkeit verbunden

'■^r> ist.

Wenn man das innere Rohr als Wellrohr ausbildet, sind die Materialkosten geringer, als bei dessen Ausbildung als Rippenrohr und geringer als bei den

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bekannten ölkühlern. Andererseits wurde bei der Prüfung eines Modells eines Olkühlers mit einem Wellrohr festgestellt, daß der Druckabfall geringfügig unter dem Druckabfall eines bekannten olkühlers etwa gemäß GB-PS 9 80 412 liegt, während die Kühlleistung teilweise etwas besser und teilweise etwas schlechter war, als bei dem bekannten ölkühler, wobei die besseren Ergebnisse bei einer DurchfluSmenge von etwa 3,8 l/Min, und die schlechteren Ergebnisse bei einer DurchfluQmenge von etwa 7,5 l/Min, ermittelt wurden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines olkühlers gemäß der Erfindung, teilweise im Schnitt, wobei der den ölkühler umgebende Teil eines Kraftfahrzeugkühlers in strichpunktierten Linien angedeutet ist;

F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1;

Fig.3 eine Seitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform des ölkühlers gemäß F i g. 1 und 2.

In F i g. 1 ist der ölkühler 10 im Inneren des unteren Tankelements 12 eines Kraftfahrzeugkühlers dargestellt, welches in strichpunktierten Linien gezeichnet ist Der ölkühler 10 ist gegenüber dem Tankelement 12 an seinen Anschlüssen durch Lötnähte 14 abgedichtet. An einem Ende des ölkühlers 10 ist ein Einlaßfitting 16 mit Innengewinde vorgesehen, in welches eine Zuleitung für das zu kühlende öl einschraubbar ist. Das Einlaßfitting ist mit dem ölkühler 10 vorzugsweise durch eine Lötnaht 18 verbunden. In entsprechender Weise ist ein Auslaßiitting 20 mit dem anderen Ende des ölkühlers 10 verlötet, insbesondere durch Hartlöten. Das Einlaß- und das Auslaßfitting 18 bzw. 20 sind mit den glatten Endbereichen 28 bzw. 30 eines mit Rinnen versehenen äußeren Rohres 26 verbunden. Die Rinnen erstrecken J5 sich über den Mittelteil des äußeren Rohres 26 und sind mit den Bezugszeichen 34 bezeichnet. Die Rinnen 34 sind durch äußere Wölbungsbereiche 36 begrenzt und besitzen innere Bodenbereiche 38. Die Oberfläche des Mittelteils 32 ist ferner wendelförmig gewellt, derart, daß die Wölbungsbereiche 36 zwischen den Rinnen 34 in Längsrichtung des äußeren Rohres 26 in regelmäßigen Abständen Einprägungen bzw. Kerben 40 aufweisen.

Ein inneres Rohr 46 ist im Preßsitz in das äußere Rohr 26 eingesetzt und besitzt eine glatte Innenwand 48, 4> weiche eine Mittelöffnung 49 umschließt, die sich über die gesamte Länge des ölkühlers 10 erstreckt und das Kühlwasser aufnimmt, welches in dem Tankelement 12 in Richtung der Pfeile zum Auslaß des Kraftfahrzeugkühlers fließt. Die Außenseite des inneren Rohres 46 ist mit wendeiförmigen Rippen 50 versehen, die in Kontakt mit dem Getriebeöl stehen, welches durch eine ölverteilerkammer 52 fließt, die durch die Rippen 50 des inneren Rohrs 46 einerseits und durch die Innenwand des äußeren Rohrs 26 und die darin vorgesehenen Rinnen andererseits begrenzt wird.

Der erfindungsgemäße ölkühler besitzt bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel einen Aufbau, durch den die Wärmeübertragung optimiert wird, während gleichzeitig der Druckabfall auf ein Minimum reduziert bo wird. Das äußere Rohr 26 kann vorzugsweise zwischen 12 und 24 Rinnen 34 aufweisen, welche bei einem ölkühler mit einem Außendurchmesser von 2,5 cm eine Tiefe von etwa 0,1 bis 0,25 cm aufweisen können. Wie aus der Stirnansicht bzw. dem Schnitt gemäß Fig. 2 tr· deutlich wird, stellt jede der Rinnen 34 einen axialen Strömungspfad dar, so daß man in gewissem Sinne eine ähnliche Anordnung erhält, wie mit 12 bis 24 einzelnen Rohren sehr kleinen Durchmessers, die parallel zueinander angeordnet sind. Dies ist aus zwei Gründen vorteilhaft: Zum einen wird die Oberfläche des äußeren Rohres 26, welche in Kontakt mit dem Kühlmittel der Maschine bzw. dem Kühlwasser steht, gegenüber einem glatten Rohr um bis zu 50% vergrößert Gleichzeitig wird eine proportionale Vergrößerung des Oberflächenbereichs erzielt, der in Kontakt 31h dem öl steht, wobei aufgrund der Tatsache, daß die Oberfläche ein einstückiger Bestandteil des äußeren Rohrs 26 ist, keine besonderen Obergangswiderstände wie etwa bei angeschweißten oder angelöteten Leitblechen entstehen. Zum zweiten kann die Ölströmung in ölkühlern des betrachteten Typs im wesentlichen als laminare Strömung charakterisiert werden, für die die Wärmeübertragungsgleichungen anzeigen, daß die Verwendung von Rohren kleinen Durchmessers den Wärmeübertragungskoeffizienten erhöht F i g. 1 zeigt nun, daß in dem äußeren Rohr 26 zusätzlich zu den Rinnen 34 eine wendeiförmige Einprägung oder Kerbe 40 vorgesehen ist, wobei diese wendeiförmige Kerbe zu äquidistanten Einprägungen bzw. Kerben in jeder der Rinnen 34 führt Die wendeiförmige Kerbe kann vorzugsweise eine Steigung zwischen etwa 0,5 und 2,0 cm sowie eine Tiefe zwischen etwa 0,76 und 2,29 mm besitzen, und zwar in Abhängigkeit von den gewählten Abmessungen für die Rinnen 34. Die wendeiförmigen Einprägungen, d. h. die ein oder mehreren wendeiförmigen Kerben, sind so ausgebildet, daß die Kerben 40 nur in den äußeren Wölbungsbereichen 36 zwischen den Rinnen 34 vorhanden sind und als eine Reihe von periodischen Querschnittsverengungen längs Rohren kleinen Durchmessers dienen, welche kurze Kanalsegmente 54 bildet. Der Zweck der Verengungen besteht darin, in der ölströmung eine Turbulenz oder nahezu eine Turbulenz zu erzeugen, um eine thermische Durchmischung des ölstromes zu erreichen. Bei einer laminaren Strömung tritt nämlich keine Durchmischung des Öls auf, so daß die Wärme aus dem überwiegenden Teil des ölstromes durch eine zunehmend dickere Schicht von öl niedriger Wärmeleitfähigkeit abgeleitet werden muß. Die Kerben 40 bewirken dagegen, daß die relativ langen Rinnen 34 als eine Reihe von sehr kurzen Rohren bzw. Kanälen 54 wirken, wodurch der Wärmeübertragungskoeffizient erhöht wird. Gleichzeitig verursachen die Kerben 40 aber auch eine Erhöhung des Druckabfalles. Aus diesem Grund sollte der axiale Abstand zwischen den einzelnen Kerben 40 so gewählt werden, daß sich die gewünschte Wärmeübertragung bei einem möglichst geringen Druckabfall ergibt. Wie Fig. 1 weiter zeigt, ist ein mit einstückig angeformten wendeiförmigen Rippen versehenes inneres Rohr 46 vorgesehen. Derartige Rohre zeichnen sich dadurch aus, daß ihre mit Rippen versehene Oberfläche drei- bis fünfmal größer ist als ihre Innenfläche. Das als Rippenrohr ausgebildete innere Rohr 46 des erfindungsgemäßen ölkühlers kann mit einem schwachen Preßsitz mit dem äußeren Rohr 26 verbunden werden. Da die gerippte Oberfläche die eine Seite der ölverteilerkammer 52 bildet, welche im übrigen durch die Rinnen 34 begrenzt wird, fließt das öl in axialer Richtung längs der Rippen 50. Diese Strömung führt zu einem Wärmeübertragungskoeffizienten, der für die gesamte Rippenoberfl£':he oder nur für einen Teil derselben gilt, und zwar je nachdem, wie tief die axiale ölströmung zwischen die Rippen eindringt. Außerdem wird aber auch eine wendeiförmige Strömung hervorgerufen. Da die Anzahl der Rippen pro Längeneinheit relativ hoch ist und

vorzugsweise bei 4 bis 10 Rippen pro cm liegen kann, ist der Strömungswiderstand längs dieses Pfades extrem hoch. Dieser Strömungspfad liegt jedoch parallel zu dem axialen Strömungspfad längs der Rinnen 34, so daß hier gegebenenfalls eine relativ geringe Strömung entsteht. Die Größe der wendeiförmigen Strömung ist von der Anzahl der Rippen pro Längeneinheit sowie von den Abmessungen der Rinnen und der Kerben in dem äußeren Rohr 26 abhängig. Da andererseits durch die Rippen ein großer Oberflächenbereich angeboten wird, führt die wendeiförmige Strömung zu einer guten Wärmeübertragung über die Wand des inneren Rohrs.

Wie F i g. 1 zeigt, sind die Enden der Rohre 26, 46 durch Kappen 58 verschlossen, welche die ölverteilerkammer 52 begrenzen. Derartige Kappen sind jedoch nicht wichtig und können durch andere Einrichtungen ersetzt werden, beispielsweise dadurch, daß die Enden des inneren Rohres 46 aufgeweitet und durch Hartlöten mit dem äußeren Rohr 26 verbunden werden.

Fig.3 zeigt einen ölkühler 110, welcher gegenüber dem Ölkühler gemäß F i g. 1 und 2 abgewandelt ist wobei der einzige Unterschied darin besteht, daß da; mit Rippen versehene innere Rohr 46 durch eir gewelltes inneres Rohr 146 ersetzt ist. Prinzipiel

arbeitet auch dieser ölkühler in der beschriebener Weise mit dem Unterschied, daß die große Oberfläche die durch die Rippen 50 gebildet wird, im wesentlicher auf die Oberfläche eines einfachen Rohres reduziert isi und daß ferner der Strömungsquerschnitt des wendel-

ίο förmigen Strömungspfades für das öl reduziert ist Hierdurch wird die Wärmeübertragung verringert und der Druckabfall erhöht. Andererseits besteht das gewellte innere Rohr 146 aus weniger Metall und isi einfacher herzustellen, so daß man insgesamt einen billigeren ölkühler bauen kann, der dort eingesetzt werden kann, wo die Anforderungen hinsichtlich Wärmeübertragung und Druckabfall geringer sind. Die wendeiförmige Einprägung hat vorzugsweise eine Tiefe zwischen 0,75 und 1,63 mm und eine Steigung von 6,25 bis 115,75 mm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Kühlmittelgekühlter ölkühler für Kraftfahrzeuge mit einem inneren Rohr zum Hindurchleiten des Kühlmittels, mit einem äußeren Rohr, dessen Enden dichtend mit dem inneren Rohr verbunden sind und dessen Innenseite zusammen mit der Außenseite des inneren Rohr!» einen im wesentlichen ringförmigen Strömungskanal für das zu kühlende öl bildet, und mit einstückig an dem inneren Rohr angeformten Leiteinrichtungen zum Erzeugen einer teilweise in Umfangsrichtung des Strömungskanals verlaufenden Strömung, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtungen durch eine wendeiförmige Wellung der Außenseite des inneren Rohrs (46,146) gebildet sind, daß das äußere Rohr (26) im wesentlichen in axialer Richtung verlaufende Rinnen (34) aufweist, welche an der wendeiförmigen Wellung des inneren Rohrs (46, 146) anliegen, und daß die Wölbungsbereiche (36) zwischen den Rinnen (34) in axialer Richtung in regelmäßigen Abständen quer zu den Rinnen (34) verlaufende Einprägungen (40) aufweisen, welche flacher als die Rinnen (34) sind.