EP1273864B1 - Wärmetauscher - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a heat exchanger with a soldered cooling network of flat tubes and heat exchange elements, the ends of the flat tubes communicating with openings arranged in opposite tube sheets, so that a heat-exchanging agent can flow through the flat tubes and the openings and with collecting boxes, the edge of which is connected to the peripheral edge the tube sheets are mechanically connected and to the tube sheets assigned to the tube sheets, which have cutouts.
- a heat exchanger is known from US 4,903,389. With the known heat exchanger, improved design flexibility is advantageously achieved, because only the plate-like intermediate floors provided there have to be replaced in order to provide a heat exchanger with a changed flow path or with different heat exchange performance.
- This heat exchanger is a condenser whose flow pattern of the refrigerant has a zigzag path. Further heat exchangers are known from EP 479 012 B1. The intermediate floors provided in the EP have the task of suppressing or avoiding the inflation of the flat tubes caused by internal pressure.
- Heat exchangers of the type mentioned require one to manufacture them considerable expense, so-called advance payments, including tools, Devices etc. are to be understood, which are necessary for the mass production are. It is easy to understand that the costs per heat exchanger all the more increase the lower the number of pieces to be produced. Especially at Heat exchangers for automobiles are often the same for different ones
- To design cooling capacities because the customer has motor vehicles of the same series with different engine outputs.
- a common feature with heat exchangers of approximately the same installation space, but with different cooling capacities consists of designing their cooling network with different depths, d. H.
- To use flat tubes their large diameter for a higher cooling capacity is larger, or vice versa, is smaller for lower cooling capacity. This measure however, attracts substantial costs for new tools and Devices themselves, because in any case there are new tube sheets and possibly new collection boxes are also required, which require new tools.
- the object of the present invention is to provide heat exchangers for higher ones Cooling capacities with a cooling network of greater depth with little change effort to provide.
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Description
Ein solcher Wärmeaustauscher ist aus der US 4 903 389 bekannt. Mit dem bekannten Wärmeaustauscher wird in vorteilhafter Weise eine verbesserte Flexibilität des Designs erreicht, weil lediglich die dort vorgesehenen plattenartigen Zwischenböden ersetzt werden müssen, um einen Wärmeaustauscher mit einem veränderten Durchströmungsweg bzw. mit unterschiedlicher Wärmetauschleistung bereitzustellen. Dieser Wärmeaustauscher ist ein Kondensator, dessen Durchströmmuster des Kältemittels einen zick - zack - förmigen Weg aufweist.
Weitere Wärmeaustauscher sind aus dem EP 479 012 B1 bekannt. Die in dem EP vorgesehenen Zwischenböden haben die Aufgabe, das durch Innendruck verursachte Aufblähen der Flachrohre zu unterdrücken bzw. zu vermeiden.
Der Zwischenboden kann lediglich eine oder wenige mit Versteifungsstegen versehene Ausschnitte aufweisen. Dies ist dann der Fall, wenn der Zwischenboden oberhalb des zugeordneten Rohrbodens angeordnet ist. Bevorzugt besitzt der Zwischenboden jedoch den Flachrohrenden entsprechende Ausschnitte mit Durchzügen, um die Flachrohrenden in den Durchzügen verlöten zu können. In diesen bevorzugten Fällen ist der Zwischenboden unterhalb des zugeordneten Rohrbodens angeordnet.
Die Sammelkästen des Wärmetauschers mit der geringeren Kühlleistung können verwendet werden, ohne irgendwelche Änderungen vornehmen zu müssen. Außerdem kann das Umformwerkzeug zur Herstellung der Rohrböden weiterhin benutzt werden, wobei keine oder - bei bestimmten unten erläuterten Varianten - nur geringfügige Änderungen daran notwendig sind. Im Prinzip besteht der einzige zusätzliche Aufwand in der Bereitstellung eines Werkzeugs für die Zwischenböden, wobei die Anforderungen an die Genauigkeit der Zwischenböden vergleichsweise gering sind, weshalb der erforderliche Werkzeugaufwand niedrig ist. Auf jeden Fall ist der Umformgrad der Zwischenböden geringer als derjenige der Rohrböden, was ebenfalls zu relativ niedrigen Werkzeugkosten beiträgt. Somit macht es die Erfindung möglich, die Werkzeuge und Vorrichtungen für die Großserie auszulegen. Da in einer Fahrzeugbaureihe die Fahrzeuge mit etwas niedrigerer Motorleistung und Kühlungsbedarf oftmals diejenigen sind, die in größeren Stückzahlen produziert werden, können die Werkzeuge auf die dafür erforderlichen Bauteile zugeschnitten werden. Beispielsweise weist ein darauf zugeschnittener Wärmeaustauscher eine Kühlnetztiefe von etwa 30mm auf, was etwa dem großen Durchmesser der Flachrohre des Kühlnetzes entspricht. In geringerer Stückzahl werden für Kraftfahrzeuge der gleichen Baureihe aber mit größerer Motorleistung leistungsstärkere Wärmeaustauscher benötigt, die eine Kühlnetztiefe von beispielsweise etwa 40 mm aufweisen müssen. Dies geschieht dadurch, dass ein Zwischenboden hergestellt und in den Wärmeaustauscher eingefügt wird, der, wie in den Ansprüchen 2 bis 5 näher gekennzeichnet wurde, ausgebildet ist und der auch aus der Beschreibung der nachfolgenden Ausführungsbeispiele hervorgeht, wozu auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird.
Um nun mit sehr geringem Änderungsaufwand Flachrohre 2 mit größerem "großen" Durchmesser D (neu) zu verwenden oder, m. a. W., um den Wärmeaustauscher mit einem tieferen, leistungsstärkeren Kühlnetz auszustatten, ohne auf den, ebenfalls mit einem aufwendigen Werkzeug hergestellten, Rohrboden 5 zu verzichten, ist im in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Zwischenboden 10 mit seinem Rand 11 metallisch mit dem Rand 9 des Rohrbodens 5 verbunden. Der Zwischenboden 10 ist bei dieser Variante unterhalb des Rohrbodens 5, d. h., zwischen dem Rohrboden 5 und dem Kühlnetz 1, angeordnet. Jeder Zwischenboden 10 ist, in den gezeigten Ausführungsbeispielen, ein gezogenes Teil, an dessen Genauigkeit jedoch - mit Ausnahme der Ausschnitte 6.1 mit den Durchzügen 20 - nicht besonders hohe Anforderungen zu stellen sind. Der Zwischenboden 10 muß lediglich einen geeigneten umlaufenden Rand 11 besitzen, um mit dem umlaufenden Rand 9 des Rohrbodens 5 verlötet werden zu können. Der Zwischenboden 10 muß nicht unbedingt wannenartig ausgebildet sein, wie in den Fig. 1 bis 4. Beispielsweise kann der am besten in den Fig. 3 und 4 erkennbare außen liegende, vertikale Rand 40 am Zwischenboden 10 im wesentlichen entfallen, so dass der umlaufende Rand 11 des Zwischenbodens 10 lediglich von unten, aber nicht seitlich, am umlaufenden Rand 9 des Rohrbodens 5 anliegt und verlötet ist. Somit kann der Zwischenboden 10, mit Ausnahme der Durchzüge 20, ein im wesentlichen flaches Teil sein. Das Werkzeug ist deshalb relativ kostengünstig herstellbar. Die Fig. 2 zeigt den rechten oberen Teil des Wärmeaustauschers der Fig. 1 in einer vergrößerten Darstellung. Die Fig. 3 und 4 sind Querschnitte durch den Sammelkasten 7 der Fig. 1 und 2, einschließlich Rohrboden 5 und Zwischenboden 10. Dabei liegt die Schnittebene in der Fig. 3 zwischen den Flachrohren 2, so dass die zum Kühlnetz 1 gerichteten Durchzüge 20 in ihrem Umfang zu erkennen sind. In diesen Durchzügen 20 sind die Enden 4 der Flachrohre 2 eingefügt und darin verlötet worden. Da in der Fig. 4 die Schnittebene in einem Flachrohr 2 liegt, ist auch der zugeordnete Durchzug 20, der den Ausschnitt 6.1 umgibt, im Schnitt zu erkennen.
Ein wesentlich flacherer Zwischenboden 10 als in den Fig. 1 bis 4 ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 gezeigt worden, bei der es sich auch um einen Querschnitt durch einen Sammelkasten 7 handelt, wobei die Schnittebene in einem der Flachrohre 2 liegt. In jedem Fall ist zwischen dem Zwischenboden 10 und dem Rohrboden 5 ein mit der Kühlflüssigkeit durchströmter Raum 12 vorhanden, durch den der Übergang bzw. der Ausgleich zwischen der ursprünglich geringeren Kühlnetztiefe zu der vergrößerten Kühlnetztiefe stattfinden kann. Der durchströmbare Raum 12 wurde lediglich in den Querschnitten der Fig. 3 bis 6 gezeigt. Es versteht sich, dass sich dieser Raum 12 etwa über die Länge der Sammelkästen 7 oder der Rohrböden 5 erstreckt, was sich auch aus der Beschreibung der Ränder 9 und 11 ergibt, die umlaufend sind, d. h. die den Umfang der Rohrböden 5 bzw. der Zwischenböden 10 umgeben. Der Rohrboden 5 kann in den Ausführungsbeispielen der bisher beschriebenen Figuren völlig unverändert bleiben. Wenn jedoch das Werkzeug zur Herstellung des Rohrbodens 5 ein mehrstufiges Folgewerkzeug ist, kann ohne großen Aufwand der Einsatz, der als Loch - Durchzugsstempel vorgesehen ist, aus dem Folgewerkzeug entfernt und durch ein einfaches Lochwerkzeug ersetzt werden, so dass die Reihe von Öffnungen 6 im Rohrboden 5 lediglich als eine oder wenige Öffnungen 6 im Rohrboden 5 vorhanden ist, um das wärmeaustauschende Mittel hindurch zu lassen. Ob eine solche Maßnahme (Änderung am Rohrbodenwerkzeug) vorgesehen wird, hängt davon ab, ob ein etwas höherer Druckverlust hingenommen werden kann oder nicht.
Im Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 5, 8 und 9 gezeigt ist, wurde in dem Folgewerkzeug zur Herstellung des Rohrbodens 5 lediglich der bereits erwähnte Loch - und Durchzugsstempeleinsatz für die Öffnungen 6, beispielsweise solche mit dem Maß 30 mm, ausgewechselt gegen eine andere Einheit mit dem tieferen Maß von beispielsweise 40 mm. Die Fig. 8 zeigt auf der linken Seite die Öffnungen 6, die den großen Durchmesser D (neu) aufweisen, mit denen der gesamte Rohrboden 5 versehen wird. Auf der rechten Seite sind einige der alten Öffnungen 6 angedeutet worden, mit dem Durchmesser D (alt), lediglich um den beschriebenen Unterschied zu verdeutlichen. Als Zwischenboden 10 wurde dann oberhalb des Rohrbodens 5 ein wannenartig geformtes, einfach herzustellendes Teil eingefügt. In diesem Zwischenboden 10 können wenige (drei) große Ausschnitte 6.1 bzw. ein rechteckiger Ausschnitt 6.1, eventuell mit Zwischenstegen 50 (Fig. 9) , ausgestanzt sein, um die Kühlflüssigkeit durchströmen zu lassen. Der wannenartig geformte Zwischenboden 10 dieses Ausführungsbeispiels wurde mit dem umlaufenden Rand 11 nach unten weisend in den umlaufenden Rand 9 des Rohrbodens 5 eingelegt. Dadurch bildet der Zwischenboden 10, bzw. seine vertikale Umrandung 60, eine innen liegende Abstützung für die Dichtung 30 aus. Der Verklammerungsvorgang des Sammelkastens 7 mit seinem Rand 8 am Rand 9 des Rohrbodens 5, der nach dem Lötprozess stattfindet, wird damit sichergestellt bzw. unterstützt.
Ein wesentlicher weiterer Vorteil sämtlicher Varianten besteht darin, dass die äußere Kontur des Rohrbodens 5 in jedem Fall unverändert bleibt, weshalb das Werkzeug zum Verklammern ohne Änderungen verwendet werden kann.
Claims (5)
- Wärmeaustauscher, mit einem gelöteten Kühlnetz (1) aus Flachrohren (2) und Wärmeaustauschelementen (3), wobei die Enden (4) der Flachrohre (2) mit in gegenüberliegenden Rohrböden (5) angeordneten Öffnungen (6) kommunizieren, so dass ein wärmeaustauschendes Mittel durch die Flachrohre (2) und die Öffnungen (6) strömen kann und mit Sammelkästen (7) aus Kunststoff, deren Rand (8) mit dem umlaufenden Rand (9) der Rohrböden (5) mechanisch verbunden ist, sowie mit den Rohrböden (5) zugeordneten Zwischenböden (10),
wobei jeder Zwischenboden (10) einen umlaufenden Rand (11) aufweist, der mit dem umlaufenden Rand (9) des zugeordneten Rohrbodens (5) metallisch verbunden ist,
wobei die Zwischenböden (10) entweder eine Vielzahl von in Reihe angeordneten Ausschnitten (6.1) oder lediglich einen oder wenige Ausschnitte (6.1) besitzen,
und wobei zwischen dem Zwischenboden (10) und dem Rohrboden (5) ein durchströmter Raum (12) für das durch die Flachrohre (2) strömende wärmeaustauschende Mittel vorhanden ist. - Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenboden (10) zwischen dem zugeordneten Rohrboden (5) und dem Kühlnetz (1) angeordnet ist und dass die Abmessung der Ausschnitte (6.1) im Zwischenboden (10) - in Richtung der großen Durchmesser (D neu) der Flachrohre (2) gesehen - größer ist, als die Öffnungen (6, D alt) in den Rohrböden (5), wobei die Ausschnitte (6.1) der Anzahl und Gestalt der Flachrohrenden (4) entsprechen.
- Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausschnitte (6.1) in den Zwischenböden (10) vorzugsweise in Richtung zum Kühlnetz (1) weisende Durchzüge (20) besitzen, um die Flachrohrenden (4) darin zu verlöten.
- Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenboden (10) oberhalb des zugeordneten Rohrbodens (5) bzw. zwischen dem Rohrboden (5) und dem Sammelkasten (7) angeordnet ist und dass der Zwischenboden (10) eine oder mehrere Ausschnitte (6.1) besitzt, deren kleiner Durchmesser (Dk) kleiner ist, als der große Durchmesser (D neu) der die Flachrohrenden (4) aufnehmenden Öffnungen (6) in den Rohrböden (5) und dass der Zwischenboden (10) wannenartig verformt ist und den Rand (8) der Sammelkästen (7) bei dessen mechanischer Verbindung mit dem Rand (9) der Rohrböden (5) von innen abstützt.
- Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausschnitte (6.1) in den Zwischenböden (10) etwa rechteckigen Querschnitt aufweisen, der von in Richtung (Dk) weisenden Versteifungsstegen (50) durchquert ist.
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