DE69610059T2

DE69610059T2 - Wärmetauscher mit Rohren mit ovalem oder länglichem Querschnitt und Verfahren zur dessen Herstellung

Info

Publication number: DE69610059T2
Application number: DE69610059T
Authority: DE
Inventors: Michel Potier
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 1995-11-02
Filing date: 1996-10-28
Publication date: 2001-04-12
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: BR9605375A; EP0772019B1; MX9605319A; FR2740869B1; US5901784A; DE69610059D1; EP0772019A1; FR2740869A1; US6044554A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, und ein Verfahren für dessen Zusammenbau.
Sie betrifft insbesondere einen Wärmetauscher vom Typ mit einer Vielzahl von Rohren, die Lamellen durchqueren und Enden aufweisen, die in Löcher einer Sammelplatte, unter Zwischenfügung einer zusammendrückbaren Dichtung, eingeführt sind, wobei Kragen gebildet werden, welche die Enden der Rohre umgeben und in der die Enden der Rohre einen ovalen oder gestreckten Querschnitt aufweisen, der durch eine große Achse und eine kleine Achse bestimmt ist.
Derartige Wärmetauscher werden auch als "mechanisch zusammengebaute Wärmetauscher" bezeichnet, da die Rohrenden nachträglich aufgeweitet werden, um die Zusammendrückung der Kragen der Dichtung sicherzustellen, was die Dichtheit der Verbindung der Rohre mit der Sammelplatte gewährleistet.
Wärmetauscher dieser Art sind bereits bekannt, bei denen die Rohrenden vor dem Zusammenbau mit der Sammelplatte verformt werden, so dass sie einen gegenüber den Rohren anderen Querschnitt aufweisen.
In diesem Zusammenhang ist es bekannt, den Querschnitt aller Rohrenden abzurunden, wie es in der Druckschrift FR-A-2 474 674 gelehrt wird, oder ihn oval zu verformen, wie es in der europäischen Patentschrift 0 387 678 gelehrt wird.
Dennoch weist die Modifikation der Rohrenden die Unzuträglichkeit auf, dass das Metall der Rohre kaltverfestigt wird und es bei der anschließenden Aufweitung, die den mechanischen Zusammenbau ermöglicht, zum Zerspringen der Rohrwandung führen kann.
Darüber hinaus impliziert die Änderung des Rohrquerschnitts zwischen dem Teil des Rohres, der die Lamellen aufweist, und dem Rohrende, dass ein Teil des Rohres keine Lamellen aufweisen kann oder dass diese Lamellen zwangsläufig verformt und daher wirkungslos sind.
Die Erfindung hat insbesondere zum Ziel, die genannten Nachteile zu überwinden.
Sie schlägt demzufolge einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art vor, bei dem die große Achse des Rohrendes gleich groß ist wie die große Achse des Rohres, während die kleine Achse des Rohrendes, als Folge einer Aufweitung des Rohres bei dem Zusammenbau des Wärmetauschers, größer ist als die kleine Achse des Rohres.
Das Rohrende ist somit vor dem Zusammenbau, d. h. vor der Montage der Sammelplatte, nicht umgeformt. Daraus folgt, dass die Rohrenden beim Einführen in die Löcher der Sammelplatte denselben Querschnitt wie diese aufweisen.
Dadurch, dass das Rohr nicht vor der Montage der Sammelplatte umgeformt wird, kann die Länge des Rohres, die keine Lamellen aufweist, sehr kurz ausgebildet sein, was die nutzbare Fläche des Bündels aus Rohren erhöht.
Der mechanische Zusammenbau wird einzig durch eine Aufweitung des Rohres in Richtung der kleinen Achse erreicht, wobei diese Aufweitung bei den Wänden mit großem Radius des Rohrendes stattfindet, wodurch die Probleme der Kaltverfestigung vermieden werden, die bei den Verfahren nach dem Stand der Technik hervorgerufen werden können.
Dadurch findet die Verformung des Rohrendes als Folge der Aufweitung in einem örtlich begrenzten Bereich statt, was die Beseitigung der gewöhnlich auftretenden Mängel und außerdem die Verwendung von Metalllegierungen erlaubt, die bessere mechanische Eigenschaften besitzen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Querschnitt des Rohrendes vor der Montage den gleichen Querschnitt wie das Rohr auf.
Anders ausgedrückt ist das Rohrende vor dem Zusammenbau nicht umgeformt.
Vorteilhafterweise wird die Zusammendrückung des Kragens der Dichtung in Richtung der großen Achse vor der Einführung des Rohrendes durchgeführt, während sich die Zusammendrückung des Kragens der Dichtung in Richtung der kleinen Achse aus der Aufweitung des Rohres beim Zusammenbau des Wärmetauschers ergibt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die große Achse des Rohres größer als die innere große Achse des Kragens der Dichtung vor der Zusammendrückung, während die kleine Achse des Rohres kleiner ist als die innere kleine Achse des Kragens der Dichtung vor der Zusammendrückung.
Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren für den Zusammenbau eines Wärmetauschers der eingangs genannten Art.
Das erfindungsgemäße Verfahren für den Zusammenbau umfasst im wesentlichen die folgenden Arbeitsschritte:
a) Es ist eine Vielzahl von Rohren vorgesehen, die Lamellen durchqueren und von denen jedes einen ovalen oder gestreckten Querschnitt, der durch eine große Achse und eine kleine Achse bestimmt ist, sowie ein freies Ende aufweist;
b) Es ist eine Sammelplatte vorgesehen, die mit Löchern von ovalem oder gestreckten Querschnitt versehen ist und mit einer zusammendrückbaren Dichtung ausgestattet ist, die Kragen bildet, welche jeweils quer durch eines der Löcher eingesetzt werden können;
c) Jeder Kragen der Dichtung wird in Richtung seiner großen Achse zusammengedrückt;
d) Die jeweiligen Rohrenden werden in die Löcher der Sammelplatte und in die Kragen der Dichtung eingeführt, welche in Richtung der großen Achse zusammengedrückt gehalten werden; und
e) Die Rohrenden werden in Richtung ihrer kleinen Achse aufgeweitet, um die Zusammendrückung des Kragens der Dichtung in dieser Richtung zu gewährleisten.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Querschnitt des Rohrendes von jedem Rohr vor dem Zusammenbau, bei dem Arbeitsschritt a), vollständig gleich wie der Querschnitt des Rohres.
Vorteilhafterweise wird der Arbeitsschritt c) der Zusammendrückung des Kragens der Dichtung in Richtung einer großen Achse mit Hilfe eines Dorns durchgeführt, der ein freies Ende aufweist, das in das entsprechende Rohrende eingeführt werden kann, ohne dieses zu verformen.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Arbeitsschritt d) der Einführung der Rohrenden durch Verschieben der Sammelplatte mit Hilfe eines Druckwerkzeugs durchgeführt. Die Erfindung sieht gleichermaßen vor, dass der Arbeitsschritt e) der Aufweitung mit Hilfe eines Dorns durchgeführt wird, der das Rohrende in Richtung der kleinen Achse vergrößert.
In der folgenden Beschreibung, die nur als Beispiel dient, wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1 eine Ansicht eines Teilschnitts in Querrichtung eines Wärmetauschers in zusammengebautem Zustand gemäß der Erfindung;
- Fig. 2 eine Ansicht eines Rohrendes des Wärmetauschers der Fig. 1;
- Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III der Fig. 1;
- Fig. 4 eine Schnittansicht in Querrichtung der Sammelplatte und der Dichtung des Wärmetauschers der Fig. 1, vor dem Zusammenbau;
- Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V der Fig. 4;
- Fig. 6 eine zur Fig. 4 analoge Ansicht während einer Phase des Zusammenbaus, in der ein Dorn quer durch jedes Loch der Sammelplatte eingeführt und in ein Rohr des Bündels gepresst wird;
- Fig. 7 eine Ansicht des Rohrendes vor dem Zusammenbau;
- Fig. 8 eine der Fig. 6 entsprechende Schnittansicht eines Montageschrittes, der auf die Einführung der Rohrenden in die Löcher der Sammelplatte folgt;
- Fig. 9 eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX der Fig. 8;
- Fig. 10 eine Schnittansicht entlang der Linie X-X der Fig. 8; und
Fig. 11 eine zu der Fig. 10 analoge Schnittansicht, die das Verfahren der Aufweitung des Rohrendes zeigt.
Der in den Fig. 1 und 3 dargetellte Wärmetauscher umfasst ein Bündel 10, das aus einer Vielzahl von Rohren 12 von ovalem Querschnitt gebildet wird, die parallel zueinander und in einer Reihe angeordnet sind. Die Rohre 12 durchqueren eine Vielzahl von Lamellen 14 in Form von im wesentlichen rechteckigen Metallplatten, die senkrecht zu ihnen angeordneten sind.
Jedes Rohr 12 weist ein freies Ende 16 auf, das mechanisch mit einer Sammelplatte 18, auch "Sammler" genannt, verbunden ist.
Vor dem Zusammenbau der Rohre und der Sammelplatte haben die Rohrenden 16 genau den gleichen Querschnitt wie die Rohre in dem umströmten Bereich, der die Lamellen 14 aufnimmt.
Die Sammelplatte 18 umfasst ein allgmein rechtwinkliges inneres Teil 20, das eine Vielzahl von Löchern 22 mit ovalem Querschnitt begrenzt, die die Rohrenden 16 aufnehmen können. Jedes Rohr 22 ist von einem Kragen 24 umgeben, der in Richtung der Lamellen 14 weist.
Das innere Teil 20 setzt sich in einer umlaufenden Rille 26 fort, die eine Rinne begrenzt und durch einen umlaufenden Rand 28 umgrenzt ist, der umklappbare Laschen ausbildet. Die Sammelplatte 18 nimmt eine zusammendrückbare Dichtung 30 auf, die ein inneres Teil 32 umfasst, das an dem inneren Teil 20 der Sammelplatte anliegt. Dieses innere Teil 32 ist mit einer Vielzahl von Kragen 34 verbunden, von denen jeder in ein Loch 22 hineinreicht, um die Dichtheit zwischen dem Rohrende 16 und dem entsprechenden Kragen 24 zu gewährleisten. Weiterhin weist das innere Teil 32 an seinem Umfang eine Wulst 36 auf, die sich in die umlaufende Rille 26 einfügt und die Dichtheit mit einem Sammelkasten (nicht dargestellt) gewährleistet, wenn der umlaufende Rand 28 umgeklappt ist.
Wie in Fig. 2 zu sehen ist, weist der Querschnitt eines Rohrendes 16 eine im wesentlichen ovale Form auf, die durch eine große Achse T'1 (nach dem Zusammenbau) und eine kleine Achse T'2 (nach dem Zusammenbau) charakterisiert ist.
Die große Achse T'1 ist gleich groß wie die große Achse T1 (Fig. 7) des Querschnitts 16 des Rohrendes vor der Montage, wobei dieser Querschnitt in seinem umströmten Bereich vollständig gleich ist wie der der Rohre.
Im Gegensatz dazu ist die kleine Achse T'2 größer als die kleine Achse T2 vor dem Zusammenbau (Fig. 7), da sie eine erste radiale Ausweitung erfuhr. An diese erste Aufweitung schließt sich eine zweite, örtliche begrenzte radiale Aufweitung, die zwei Ausbauchungen 38 zur Folge hat, wie aus den Fig. 1, 2 und 3 ersichtlich ist, und die es erlauben, die Verschiebung des Rohres in Bezug auf den Sammler zu begrenzen.
Im folgenden wird der Zusammenbau des Wärmetauschers der Fig. 1 und 3 mit Bezugnahme auf die Fig. 4 und 11 beschrieben.
In Fig. 4 ist die Sammelplatte 18 und ihre Dichtung 30 vor dem Zusammenbau gezeigt.
Vor dem Zusammenbau befindet sich jeder Kragen 34 der Dichtung 30 im nicht zusammengedrückten Zustand. Er weist eine große innere Achse J1 (Fig. 5) auf, die kleiner als die große Achse T1 des Endes 16 des Rohres ist (Fig. 7). Er weist zudem eine kleine Achse J2 (Fig. 5) auf, die größer als die kleine Achse T2 des Endes des Rohres ist (Fig. 7).
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist die Sammelplatte 18, die mit ihrer Dichtung 30 versehen ist, in der Nähe des Bündels 10 angeordnet, derart, dass die Löcher 22 gegenüber Rohrenden 16 liegen. Man führt nun in Richtung des Pfeiles F1 eine Vielzahl von Dorne 40 ein, von denen jeder einen Körper 42 von ovalem Querschnitt und ein Ende 44 aufweist, welches in ein Ende 16 eines Rohres 12 eingeführt werden kann, ohne dieses zu verformen.
Der Dorn 42 dient dem Zweck, lediglich in Richtung der großen Achse Druck auf das Innere des Kragens 42 auszuüben, derart, dass diese große Achse von einem Wert J1 (Fig. 5) auf einen Wert J'1 (Fig. 6) vergrößert wird, der dem Wert T1 der großen Achse des Rohres entspricht, um die Einführung des Rohres durch vorheriges Zusammendrücken der Dichtung zu erleichtern. Dieses vorherige Zusammendrücken der Dichtung wirkt indessen einzig in Richtung ihrer großen Achse. Es ist nämlich nicht notwenig, die Dichtung zuvor in der Richtung der kleinen Achse zusammenzudrücken, da die kleine Achse J2 des zusammendrückbaren Kragens (Fig. 5) größer als oder gleich groß wie die kleine Achse T2 des Rohrendes 16 ist.
Es ist klar, dass der Kragen 34 in der Position in Fig. 6 ein Zusammendrücken in Richtung seiner großen Achse, jedoch nicht in Richtung seiner kleinen Achse erfahren hat, was die anschließende Einführung des Rohrendes 16 erleichtert.
In diesem Zusammenhang verwendet man, wie in Fig. 8 gezeigt ist, ein Druckwerkzeug 46, der in Richtung des Pfeiles F2 geschoben wird und sich gegen das innere Teil 32 der zusammendrückbaren Dichtung 30 abstützt. Die Verschiebung des Druckwerkzeugs 46 verursacht die Verschiebung der Einheit aus Sammelplatte 18 und zusammendrückbarer Dichtung 30, so dass jedes Ende 16 in einen Kragen 30 eingeführt ist, der zuvor in Richtung seiner großen Achse zusammengedrückt wurde.
Wie aus den Fig. 8. 9 und 10 ersichtlich ist, ragt das Rohrende 16 jetzt über die zusammendrückbare Dichtung 30 hinaus. In diesem Stadium ist jeder der Kragen 34 in Richtung seiner großen Achse, jedoch nicht in Richtung seiner kleinen Achse zusammengedrückt.
Anschließend werden alle Enden 16 mit Hilfe eines Dorns 48 aufgeweitet, der in Richtung des Pfeiles F3 (Fig. 11) verschoben wird. Der Dorn 48 weist einen Körper 50 mit einem Ende 52 auf, das in das Rohrende 16 eingeführt wird, um dieses im wesentlichen in Richtung der kleinen Achse zu verformen und die zwei Ausbauchungen 38 auszubilden (Fig. 1 bis 3).
Diese Aufweitung gestattet es, einen Druck auf den Kragen 34 in Richtung seiner kleinen Achse auszuüben.
Es genügt, den Dorn 48 anschließend in eine dem Pfeil F3 entgegengesetzte Richtung zu verschieben, um einen Wärmetauscher zu erhalten, wie er in Fig. 1 und 3 dargestellt ist.
Es ist klar, dass alle Rohrenden gemäß der Erfindung erst nach der Zusammenbau umgeformt werden und dass diese Verformung einzig durch eine Aufweitung in Richtung der kleinen Achse erreicht wird. Daraus folgt, dass diese Aufweitung von den Seiten mit großem Radius des Rohrquerschnitts getragen wird, was die Probleme der Kaltverformung ausschließt.
Die Erfindung ist insbesondere bei der Gestaltung von Wärmetauschern für Kraftfahrzeuge Anwendung, insbesondere bei Kühlern oder Heizstrahlern anwendbar.

Claims

1. Wärmetauscher vom Typ mit einer Vielzahl von Rohren (12), deren Querschnitt von ovaler oder gestreckter Form ist und eine große Achse (T1) sowie eine kleine Achse (T2) aufweist, wobei die Rohre Lamellen (14) durchqueren und Enden (16) aufweisen, die in Löcher (22) einer Sammelplatte (18) unter Zwischenfügung einer zusammendrückbaren Dichtung (30) eingeführt sind, wobei Kragen (34) gebildet werden, welche die Enden (16) der Rohre umgeben, dadurch gekennzeichnet, dass die große Achse (T'1) am Ende (16) des Rohres (12) gleich der großen Achse (T1) des Rohres ist, während die kleine Achse (T'2) des Endes (16) des Rohres (12) größer als die kleine Achse (T2) des Rohres ist, als Folge einer Aufweitung des Rohres beim Zusammenbau des Wärmetauschers.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Endes (16) des Rohres (12) vor dem Zusammenbau gleich dem Querschnitt des Rohres (12) ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammendrückung des Kragens (34) der Dichtung in der Richtung der großen Achse (J1) vor dem Einführen des Endes (16) des Rohres (12) erfolgt, während die Zusammendrückung des Kragens (34) der Dichtung (30) in der Richtung der kleinen Achse (J2) infolge der Aufweitung des Rohres (12) beim Zusammenbau des Wärmetauschers geschieht.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die große Achse (T1) des Rohres größer als die innere große Achse (J1) des Kragens (34) der Dichtung (30) vor dem Zusammendrücken ist und dass die kleine Achse (T2) des Rohres (12) kleiner als die innere kleine Achse (J2) des Kragens (34) der Dichtung vor dem Zusammendrücken ist.

5. Verfahren für den Zusammenbau eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfaßt:

a) eine Vielzahl von Rohren (12) wird vorgesehen, die Lamellen (14) durchqueren und von denen jedes einen ovalen oder gestreckten Querschnitt aufweist, der durch eine große Achse (T1) und eine kleine Achse (T2) definiert ist, und jedes ein freies Ende (16) aufweist;

b) eine Sammelplatte (18) wird vorgesehen, die mit Löchern (22) von ovalem oder gestrecktem Querschnitt versehen ist und mit einer zusammendrückbaren Dichtung (30) ausgestattet ist, die Kragen (34) bilden, welche jeweils quer durch die Löcher (22) eingesetzt werden können;

c) jeder Kragen (34) der Dichtung (30) wird in Richtung seiner großen Achse (J1) zusammengedrückt;

d) die jeweiligen Enden (16) der Rohre (12) werden in die Löcher (22) der Sammelplatte (18) und die Kragen (34) der Dichtung (30) eingeführt, wobei letztere in Richtung der großen Achse zusammengedrückt gehalten werden;

e) die Enden (16) der Rohre (12) werden einer Aufweitung in Richtung ihrer kleinen Achse unterzogen, um das Zusammendrücken des Kragens (34) der Dichtung in dieser Richtung zu gewährleisten.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt a) der Querschnitt des Endes (16) jedes Rohres (12) vor dem Zusammenbauen identisch mit dem Querschnitt des Rohres (12) übereinstimmt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt c), bei dem der Kragen (34) der Dichtung (30) in der Richtung seiner großen Achse zusammengedrückt wird, mit tels eines Stempels (40) ausgeführt wird, der ein freies Ende (44) aufweist, welches in das Ende (16) des entsprechenden Rohres (12) ohne Verformung desselben einführbar ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d), bei dem die Enden (16) der Rohre (12) eingeführt werden, durch Bewegung der Sammelplatte (18) mittels einem Druckwerkzeug (46) erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufweitungsschritt e) mittels eines Stempels (48) durchgeführt wird, welcher das Ende (16) des Rohres (12) in der Richtung der kleinen Achse aufweitet.