EP1564516A2 - Wärmeübertrager, insbesondere Ölkühler für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Wärmeübertrager, insbesondere Ölkühler für Kraftfahrzeuge Download PDF

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EP1564516A2
EP1564516A2 EP05001625A EP05001625A EP1564516A2 EP 1564516 A2 EP1564516 A2 EP 1564516A2 EP 05001625 A EP05001625 A EP 05001625A EP 05001625 A EP05001625 A EP 05001625A EP 1564516 A2 EP1564516 A2 EP 1564516A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
exchanger according
chamber
tubes
openings
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05001625A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Geiger
Karl-Heinz Dipl.-Ing. Staffa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1564516A2 publication Critical patent/EP1564516A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/022—Tubular elements of cross-section which is non-circular with multiple channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0234—Header boxes; End plates having a second heat exchanger disposed there within, e.g. oil cooler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0089—Oil coolers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/916—Oil cooler

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular an oil cooler for motor vehicles according to the preamble of claim 1.
  • Oil coolers for motor vehicles d. H. Engine oil cooler or transmission oil cooler are known in different designs. Air cooled engine oil coolers are in the arranged front engine compartment of the motor vehicle and are of ambient air cooled. Transmission oil coolers are often in the coolant boxes housed by coolant radiators and thus the coolant of the Cooling circuit of the internal combustion engine cooled. Known are so-called Disk oil cooler, as z. B. in EP-A 932,011 are described. The Flow channels for the oil are formed by pairs of discs, the connected from two circumferentially by means of a circumferential fold Discs exist. Between the discs is a so-called turbulence plate inserted, which soldered to the discs.
  • the elongated ones Slices have at their ends breakthroughs, each one connected to a distribution and a collection channel, have the oil inlet and outlet nozzles.
  • the disc oil cooler is in one Coolant box made of plastic and placed over the oil and Spout connected to a transmission oil circuit.
  • the single ones Washers are kept at a distance by intermediate rings and / or knobs and form a stack, which can be flowed through by coolant. All parts of the disc oil cooler, which are made of aluminum or stainless steel exist, are soldered together. This requires a narrow tolerance custom-made production of all parts to be joined, which usually are solder plated. In addition, this construction requires a large number of individual parts.
  • JP-A 11142074 has also disclosed a disk oil cooler, which is arranged in a metallic coolant box of a radiator and cooled by coolant.
  • a disk oil cooler which is arranged in a metallic coolant box of a radiator and cooled by coolant.
  • the disc pairs are end Breakthroughs provided, in which slotted tubes for the supply and Removal of the oil are arranged.
  • the disc oil cooler can be used together with its connection pipes and the coolant box are soldered.
  • FIG. 1 Another construction of oil coolers is characterized by flat tubes, such as As described in EP-A 444 595 of the applicant.
  • the flow channels for the oil are formed by flat tubes, which consist of a Aluminum or steel sheet produced and longitudinally welded.
  • a turbulence insert is inserted and soldered to increase the internal pressure resistance with the flat tube, which Iotplattiert can be.
  • breakthroughs provided, which connected to the openings of adjacent flat tubes be so that in each case a distribution and a collection channel for the Oil is produced.
  • the flat tubes must closed at the end. This is done in the known Flachrohrölkühler through an end-side fold, which helps to increase the stiffness has a wave contour. Between the flat tubes is - in the case of Air cooling - a corresponding ribbing provided.
  • the flat tubes of the oil cooler as extruded Multi-chamber tubes are formed. This gives the advantage that the entire oil cooler from a smaller number of items produced is, which also reduces the manufacturing cost of the oil cooler.
  • extruded Multi-chamber pipes are known per se, z. B. in flat tube capacitors for motor vehicle air conditioners. Multi-chamber tubes can with low Wall thicknesses and high internal pressure resistance than flat tubes with a variety are made of chambers, which are separated by webs from each other are. The webs act as tie rods and improve the heat conduction outward.
  • the production of a welded flat tube or a soldered pair of discs, each associated with the insertion and soldering a turbulence insert according to the prior art is omitted because an extruded Multi-chamber tube in all desired dimensions as semi-finished product can be obtained.
  • the manufacturing quality is improved.
  • the multi-chamber pipes are made of a solderable aluminum wrought alloy produced. This allows the multi-chamber tube with others Parts of the oil cooler according to the cost-effective Nocolok process, d. H. be soldered with a non-corrosive flux.
  • the Multi-chamber tubes are in the end of the Multi-chamber tubes incorporated breakthroughs, d. H. for example punched or produced by laser cutting.
  • the breakthroughs extend into Transverse direction in each case to the outermost webs, d. H. the two extreme ones Chambers of the multi-chamber tube are not broken by the breakthrough cut or opened.
  • the advantage is achieved that a fluid connection between the flow channels of stacked Multi-chamber pipes is possible, d. H. according to a similar construction principle, as known with disc or Flachrohrölkühlern.
  • a multi-chamber tube provided with massive narrow sides, so that in this Area of multi-chamber pipes results in a much thicker wall thickness.
  • the contour of the apertures is limited by two semicircles, which in Make a paragraph on the massive narrow sides, to which a in the breakthrough inserted closure plate abuts. This will be the advantage achieved against rotation; the closure plate may become during Do not twist the mounting of the oil cooler and during soldering as it is is fixed in the circumferential direction by the paragraphs.
  • the breakthroughs have different geometric shapes, z. Circular, semi-circular or D-shape or a rectangular or square shape, where the transverse extent, d. H. transverse to the longitudinal direction of the multi-chamber tube in each case from the outermost bridge of one side to the outermost bridge of the other Page is enough.
  • the geometry of the chambers is essentially rectangular or square, d. H. the webs are perpendicular to the flat sides arranged the flat tube.
  • the breakthroughs Lock plates used, which on the one hand, the flow channels of the Close multi-chamber tube to the outside and on the other hand a connection allow with an adjacent breakthrough.
  • the locking plates are adapted to the shape of the breakthroughs, z. B. is according to the invention for a circular breakthrough a semicircular or half-shell-shaped Cover plate provided, which is the outer half of the Breakthrough closes to the outside.
  • the closure panels are Iotplattiert and are soldered to the multi - chamber pipe, which is self - production - conditioned - not Iotplattiert is.
  • Nipples to increase the heat exchange area be provided, for. B. by Iotplatt jewe corrugated ribs, turbulence inserts or the like, which in particular in the case of secondary-side air cooling of Advantage is.
  • the oil cooler 1 shows a heat exchanger according to the invention, designed as an oil cooler 1, which - in a simplified representation - of three extruded Mehrschflachrohren 2, 3, 4 is constructed, which are parallel to each other and in Distances are arranged one above the other to form a stack. Between Multi-chamber pipes 2, 3, 4 are corrugated fins 5 or the like for enlargement arranged the secondary-side heat exchange surface.
  • the oil cooler 1 has two nozzles, an oil inlet nozzle 6 and an oil outlet nozzle 7, which with an oil circuit, not shown, of a motor vehicle can be connected.
  • Fig. 2 shows a longitudinal section parallel to the flat sides through one of the multi-chamber tubes.
  • the multi-chamber tube 2 has a multiplicity of discrete flow channels 2 a, which are separated from one another by webs 2 b.
  • a circular aperture 8 is arranged, that is, a circular cutout, which z. B. is produced by punching.
  • a cutting out of the circular cutout 8 by laser or water cutting is also possible. The production of the opening 8 thus takes place without cutting, ie no chips can settle in the flow channels 2a of the multi-chamber tube 2, which would lead to contamination of the oil circuit during operation.
  • a slotted tube 9 is inserted, which has on its right in the drawing on the right side extending in the circumferential direction slots 9a and is closed on its left in the drawing page.
  • the multi-chamber tube 2 is closed to the outside.
  • the slotted tube 9 is in fluid communication with the flow channels 2b of the multi-chamber tube 2 via the peripheral slots 9a.
  • the slotted tube 9 has an outer diameter D, which corresponds to the distance a between the two outermost webs 2 a of the multi-chamber tube 2.
  • Fig. 3 shows the slotted tube 9 in longitudinal section, the middle multi-chamber tube 3 is partially shown, the upper and lower multi-chamber tube 2, 4 are omitted for simplicity. It can be seen that the slotted tube 9 in fluid communication with the flow channels 3b of the multi-chamber tube 3 via the circumferential gap 9a, while the multi-chamber tube 3 is closed to the outside.
  • the slotted tube 9 thus acts as a manifold or as a manifold for the incoming or exiting oil.
  • Iotplattator intermediate rings 15 are arranged, which solder with the adjacent, not shown here multichamber tubes and thus cause a seal.
  • Fig. 4 shows a section in the plane IV-IV in Fig. 2, that is, a further longitudinal section through the manifold 9 and a cross section through the multi-chamber tube 2, which is shown in dashed lines.
  • the extruded multi-chamber tube 2 has a flat-oval cross-section, with a flat upper side 2c and a flat lower side 2d and two rounded narrow or end sides 2e, 2f.
  • the webs 2b are arranged perpendicular to the flat sides 2c, 2d, the generatrices (outer periphery) of the manifold 9 are parallel to the outermost webs 2b and touch them, so that there can be a soldering.
  • the multichamber tube 2 has an overall height H in the range of 2.0 ⁇ H ⁇ 4.0 mm and a ridge width b in the range of 0.15 ⁇ b ⁇ 0.6 mm.
  • Fig. 5 shows a photographic representation of another embodiment of the invention with a modified manifold or distributor.
  • Fig. 5 shows a Flachrohrölkühler 10 with a view of the narrow side, ie on the end faces of the extruded multi-chamber tubes 11, which have a plurality of fine flow channels 11 a.
  • an oil nozzle 12 for the inlet and outlet of the oil can be seen in the front region.
  • the nozzle 12 is also shown in the left part of the image as a single part.
  • Fig. 5 also shows a half-shell-shaped tube 13 and an intermediate ring 14, whose inner diameter corresponds to the outer diameter of the half-shell tube 13.
  • Both elements 13, 14 serve as a manifold or manifold, which corresponds in function to the slotted manifold 9 shown in FIG. 2 to 4.
  • the half-shell-shaped tube 13, also referred to as a closure plate is inserted into the openings (as shown in FIG. 2) in such a way that the multi-chamber tubes are closed to the outside but remain open towards the inside.
  • an intermediate ring 14 is pushed, on which rests in the stack next multi-chamber tube.
  • the intermediate rings 14 thus act as spacers to maintain a defined distance between the multi-chamber tubes, and on the other hand, they form in conjunction with the half-shell-shaped closure plate 13 a fluid channel by closing the missing part in the periphery of the closure plate.
  • the finished stack consisting of multi-chamber tubes 11, inserted closure plates 13 and intermediate rings 14 is soldered to a dense radiator block.
  • both the closure plate 13 and the intermediate ring 14 are Iotplattiert.
  • the extruded multi-chamber tubes can not be Iotplattiert due to the extrusion process, but they are made of a solderable aluminum wrought alloy; the other parts therefore also consist of aluminum alloys.
  • Both oil coolers can with their oil nozzles in a metallic coolant box soldered to a whole aluminum cooler.
  • the multi-chamber pipe 16 has a series of approximately rectangular chambers 21, whose width a is in a range of 0.5 ⁇ a ⁇ 0.8 mm, similar to the previous embodiment shown in FIG. 4.
  • the wall thickness s of the top and bottom 17, 18 is in a range of 0.2 ⁇ s ⁇ 0.4 mm.
  • Fig. 7 shows an end portion of the multi-chamber tube 16 (reduced in scale from the scale of Fig. 6) with an opening 22.
  • the aperture 22 has a contour which is composed of two semicircles 22a, 22b of different diameters, namely d and D.
  • the contour of the opening 22 is completed by two shoulders 22c, 22d, which connect the two semicircles 22a, 22b to one another. This contour can be punched out of the multi-chamber tube 16 by a corresponding punch with different diameters d and D.
  • a half-shell-shaped closure plate 23 is inserted, which abuts with its end edges of the paragraphs 22c, 22d and is thus secured against rotation.
  • the difference between the two diameters D and d corresponds to the (double) wall thickness of the half-shell-shaped closure plate 23.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere Ölkühler (1) für Kraftfahrzeuge mit gestapelten Flachrohren (2, 3, 4), die Rohrenden mit Durchbrüchen für den Eintritt und den Austritt eines die Flachröhre (2, 3, 4) in Längsrichtung durchströmenden Fluids, insbesondere eines Öles aufweisen, wobei die Durchbrüche benachbarter Flachrohre (2, 3, 4) zur Bildung von Strömungskanälen miteinander in Fluidverbindung stehen und wobei zwischen den Flachrohre Abstände zum Durchtritt eines Mediums, insbesondere eines Kühlmediums belassen sind. Es wird vorgeschlagen, dass die Flachrohre als extrudierte Mehrkammerohre (2, 3, 4) ausgebildet sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Ölkühler für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ölkühler für Kraftfahrzeuge, d. h. Motorölkühler oder Getriebeölkühler sind in verschiedenen Bauformen bekannt. Luftgekühlte Motorölkühler sind im vorderen Motorraum des Kraftfahrzeuges angeordnet und werden von Umgebungsluft gekühlt. Getriebeölkühler werden vielfach in den Kühlmittelkästen von Kühlmittelkühlern untergebracht und somit vom Kühlmittel des Kühlkreislaufes der Brennkraftmaschine gekühlt. Bekannt sind so genannte Scheibenölkühler, wie sie z. B. in der EP-A 932 011 beschrieben sind. Die Strömungskanäle für das Öl werden dabei durch Scheibenpaare gebildet, die aus zwei umfangsseitig mittels eines umlaufenden Falzes verbundenen Scheiben bestehen. Zwischen den Scheiben ist ein so genanntes Turbulenzblech eingelegt, welches mit den Scheiben verlötet. Die länglich ausgebildeten Scheiben weisen an ihren Enden Durchbrüche auf, welche jeweils zu einem Verteiler- und einem Sammelkanal miteinander verbunden sind, die Ölein- und -Austrittsstutzen aufweisen. Der Scheibenölkühler ist in einem Kühlmittelkasten aus Kunststoff angeordnet und über die Ölein- und -austrittsstutzen mit einem Getriebeölkreislauf verbunden. Die einzelnen Scheiben werden durch Zwischenringe und/oder Noppen auf Distanz gehalten und bilden einen Stapel, welcher von Kühlmittel durchströmbar ist. Sämtliche Teile des Scheibenölkühlers, welche aus Aluminium oder Edelstahl bestehen, sind miteinander verlötet. Dies erfordert eine eng tolerierte passgenaue Herstellung sämtlicher zu fügender Teile, welche in der Regel lotplattiert sind. Darüber hinaus erfordert diese Bauweise eine hohe Anzahl von Einzelteilen.
Eine ähnliche Bauart von Scheibenölkühlern wurde durch die US-A 5,538,077 bekannt, bei welchen längliche Scheibenpaare jeweils aus zwei Scheiben mit dazwischen liegendem Turbulenzblech aufgebaut und umfangsseitig miteinander verlötet sind. An den Enden der Scheibenpaare sind Durchbrüche für die Zuführung und die Abfuhr des Öles vorgesehen, welche mittels Ausprägungen miteinander verlötet und somit zu Verteil- und Sammelkanälen ausgebildet sind, sodass der gesamte Stapel von Scheibenpaaren parallel von Öl durchströmbar ist. Sekundärseitig werden die Scheibenpaare, die durch Noppen jeweils Spalte zwischen sich bilden, von Kühlmittel durchströmt. Auch dieser bekannte Scheibenölkühler weist den Nachteil einer hohen Teilezahl und eines relativ hohen Fertigungsaufwandes auf.
Durch die JP-A 11142074 wurde ebenfalls ein Scheibenölkühler bekannt, welcher in einem metallischen Kühlmittelkasten eines Kühlers angeordnet und von Kühlmittel gekühlt wird. In den Scheibenpaaren sind endseitig Durchbrüche vorgesehen, in welchen geschlitzte Rohre für die Zufuhr und Abfuhr des Öls angeordnet sind. Der Scheibenölkühler kann zusammen mit seinen Anschlussrohren und dem Kühlmittelkasten gelötet werden.
Eine andere Bauweise von Ölkühlern ist durch Flachrohre gekennzeichnet, wie z. B. in der EP-A 444 595 der Anmelderin beschrieben. Die Strömungskanäle für das Öl werden dabei durch Flachrohre gebildet, welche aus einem Aluminium- oder Stahlblech hergestellt und längsnahtgeschweißt sind. In das geschlossene Flachrohr wird eine Turbulenzeinlage eingeschoben und zur Erhöhung der Innendruckfestigkeit mit dem Flachrohr verlötet, welches Iotplattiert sein kann. An den Enden der Flachrohre sind Durchbrüche vorgesehen, welche mit den Durchbrüchen benachbarter Flachrohre verbunden werden, sodass jeweils ein Verteiler- und ein Sammelkanal für das Öl entsteht. Im Unterschied zu den Scheibenölkühlern müssen die Flachrohre endseitig verschlossen werden. Dies erfolgt bei dem bekannten Flachrohrölkühler durch einen endseitigen Falz, der zur Erhöhung der Steifigkeit eine Wellenkontur aufweist. Zwischen den Flachrohren ist - im Falle der Luftkühlung - eine entsprechende Berippung vorgesehen.
Ein weiterer Flachrohrölkühler wurde durch die DE-A 196 05 340 der Anmelderin bekannt, wobei die Flachrohre endseitig durch ein massives Einlegeteil verschlossen werden. Problematisch bei der Flachrohrbauweise ist, dass - im Unterschied zu den Scheibenölkühlern - die erforderlich Anpresskraft zum Verlöten der Turbulenzeinlagen und Einlegeteile schwierig aufzubringen ist. Bei unzureichender Anpressung sind die Lötspalte zu groß, und es erfolgt eine nicht vollständige Verlötung, was zu Undichtigkeit oder "Aufblähen" der Flachrohre führt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Ölkühler der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass er zu geringeren Kosten herstellbar und im Nocolok-Lötverfahren lötbar ist sowie eine geringere Anzahl von Einzelteilen benötigt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patenanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Flachrohre des Ölkühlers als extrudierte Mehrkammerrohre ausgebildet sind. Damit ergibt sich der Vorteil, dass der gesamte Ölkühler aus einer geringeren Zahl von Einzelteilen herstellbar ist, was auch die Herstellkosten des Ölkühlers reduziert. Extrudierte Mehrkammerrohre sind an sich bekannt, z. B. bei Flachrohrkondensatoren für Kraftfahrzeugklimaanlagen. Mehrkammerrohre können mit geringen Wandstärken und hoher Innendruckfestigkeit als Flachrohre mit einer Vielzahl von Kammern hergestellt werden, die durch Stege voneinander abgeteilt sind. Die Stege wirken als Zuganker und verbessern die Wärmeleitung nach außen. Die Herstellung eines geschweißtes Flachrohres oder eines verlöteten Scheibenpaares, jeweils verbunden mit dem Einlegen und Verlöten einer Turbulenzeinlage nach dem Stand der Technik entfällt, da ein extrudiertes Mehrkammerrohr in allen gewünschten Abmessungen als Halbzeug beziehbar ist. Ein Risiko bei der Verlötung von Turbulenzeinlagen besteht beim Mehrkammerrohr nicht, d. h. die Fertigungsqualität ist verbessert. Vorteilhafterweise sind die Mehrkammerrohre aus einer lötbaren Aluminiumknetlegierung hergestellt. Damit kann das Mehrkammerrohr mit anderen Teilen des Ölkühlers nach dem kostengünstigen Nocolok-Verfahren, d. h. mit einem nicht korrosiven Flussmittel verlötet werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind in die Endbereiche der Mehrkammerrohre Durchbrüche eingearbeitet, d. h. beispielsweise gestanzt oder durch Laserschneiden hergestellt. Die Durchbrüche erstrecken sich in Querrichtung jeweils bis zu den äußersten Stegen, d. h. die beiden äußersten Kammern des Mehrkammerrohres werden durch den Durchbruch nicht angeschnitten oder geöffnet. Damit wird der Vorteil erreicht, dass eine Fluidverbindung zwischen den Strömungskanälen von übereinander angeordneten Mehrkammerrohren möglich wird, d. h. nach einem ähnlichen Bauprinzip, wie bei Scheiben- oder Flachrohrölkühlern bekannt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Mehrkammerrohr mit massiven Schmalseiten vorgesehen, sodass sich in diesem Bereich der Mehrkammerrohre eine wesentlich dickere Wandstärke ergibt. Die Kontur der Durchbrüche wird durch zwei Halbkreise begrenzt, welche im Bereich der massiven Schmalseiten einen Absatz bilden, an welche ein in den Durchbruch eingesetztes Verschlussblech anstößt. Damit wird der Vorteil einer Verdrehsicherung erzielt; das Verschlussblech kann sich während der Montage des Ölkühlers und während des Lötens nicht verdrehen, da es in Umfangsrichtung durch die Absätze fixiert ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die Durchbrüche verschiedene geometrische Formen aufweisen, z. B. Kreisform, Halbkreis- oder D-Form oder auch eine rechteckige oder quadratische Form, wobei die Quererstreckung, d. h. quer zur Längsrichtung des Mehrkammerrohres jeweils vom äußersten Steg der einen Seite zum äußersten Steg der anderen Seite reicht. Die Geometrie der Kammern ist im Wesentlichen rechteckig oder quadratisch, d. h. die Stege sind senkrecht zu den flachen Seiten des Flachrohres angeordnet.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind in die Durchbrüche Verschlussbleche eingesetzt, welche einerseits die Strömungskanäle des Mehrkammerrohres nach außen verschließen und andererseits eine Verbindung mit einem benachbarten Durchbruch ermöglichen. Die Verschlussbleche sind an die Form der Durchbrüche angepasst, z. B. ist erfindungsgemäß für einen kreisförmigen Durchbruch ein halbkreisförmiges oder halbschalenförmiges Verschlussblech vorgesehen, welches die äußere Hälfte des Durchbruches nach außen verschließt. Die Verschlussbleche sind Iotplattiert und werden mit dem Mehrkammerrohr verlötet, welches selbst - fertigungsbedingt - nicht Iotplattiert ist. Allerdings ist es auch möglich, die Mehrkammerrohre in einem dem Extrusionsvorgang nachgeschalteten Prozess mit Lot und einer Flussmittelschicht zu versehen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen den Mehrkammerrohren, die wie beim Stand der Technik parallel übereinander zu einem Stapel angeordnet werden, Zwischenringe im Bereich der Durchbrüche angeordnet und über die Verschlussbleche geschoben. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass einerseits zwischen den Mehrkammerrohren ein definierter Abstand eingehalten und andererseits ein allseits abgedichteter Fluidkanal zwischen benachbarten Durchbrüchen hergestellt wird. Die Zwischenringe sind Iotplattiert, da die extrudierten Mehrkammerrohre keine Lotplattierung aufweisen, und verlöten somit stirnseitig mit den flachen Seiten der Mehrkammerrohre. Durch das Aufeinanderstapeln von Mehrkammerrohren und Zwischenringen in Verbindung mit Verschlussblechen kann somit ein neuer Ölkühler hergestellt werden, welcher vom Strömungsmuster dem Flachrohr- oder Scheibenölkühler nach dem Stand der Technik entspricht.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann statt der halbschalenförmigen Verschlussbleche in Verbindung mit Zwischenscheiben auch ein geschlitztes Rohr Verwendung finden, welches im Bereich der Durchbrüche periphere Schlitze aufweist. Ein solches Iotplattiertes, geschlitztes Rohr - wie an sich aus dem Stand der Technik bekannt - kann als Stapelhilfe vorteilhaft eingesetzt werden und stellt nach dem Verlöten eine Fluidverbindung zwischen den einzelnen Durchbrüchen bzw. Mehrkammerrohren her.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können zwischen den Mehrkammerrohren Berippungen zur Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche vorgesehen sein, z. B. durch Iotplattierte Wellrippen, Turbulenzeinlagen oder dergleichen, was insbesondere bei sekundärseitiger Luftkühlung von Vorteil ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1
einen erfindungsgemäßen Ölkühler mit extrudierten Mehrkammerflachrohren,
Fig. 2
einen Endabschnitt eines Mehrkammerrohres mit Durchbruch,
Fig. 3
ein geschlitztes Rohr zur Ölverteilung,
Fig. 4
einen Querschnitt durch ein extrudiertes Mehrkammerrohr in der Ebene IV-IV in Fig. 2,
Fig. 5
eine photografische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ölkühlers mit Einzelteilen,
Fig. 6
eine abgewandelte Ausführungsform eines Mehrkammerrohres und
Fig. 7
einen Endabschnitt des Mehrkammerrohres gemäß Fig. 6 mit abgewandeltem Durchbruch und Verschlussblech.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen, als Ölkühler 1 ausgebildeten Wärmeübertrager, welcher - in vereinfachter Darstellung - aus drei extrudierten Mehrkammerflachrohren 2, 3, 4 aufgebaut ist, die parallel zueinander und in Abständen übereinander zu einem Stapel angeordnet sind. Zwischen den Mehrkammerrohren 2, 3, 4 sind Wellrippen 5 oder dergleichen zur Vergrößerung der sekundärseitigen Wärmeaustauschfläche angeordnet. Der Ölkühler 1 weist zwei Stutzen auf, einen Öleintrittsstutzen 6 und einen Ölaustrittsstutzen 7, welche mit einem nicht dargestellten Ölkreislauf eines Kraftfahrzeuges verbunden werden können.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt parallel zu den flachen Seiten durch eines der Mehrkammerrohre. Das Mehrkammerrohr 2 weist eine Vielzahl von diskreten Strömungskanälen 2a auf, welche jeweils durch Stege 2b voneinander getrennt sind. Im Endbereich des Mehrkammerrohres 2 ist ein kreisförmiger Durchbruch 8 angeordnet, d. h. ein kreisförmiger Ausschnitt, welcher z. B. durch Stanzen hergestellt wird. Ein Ausschneiden des kreisförmigen Ausschnittes 8 durch Laser- oder Wasserschneiden ist ebenfalls möglich. Das Herstellen des Durchbruches 8 erfolgt also spanlos, d. h. es können sich keine Späne in den Strömungskanälen 2a des Mehrkammerrohres 2 festsetzen, die zu einer Verunreinigung des Ölkreislaufes im Betrieb führen würden. In die kreisförmige Aussparung 8 ist ein geschlitztes Rohr 9 eingesetzt, welches auf seiner in der Zeichnung rechts liegenden Seite in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze 9a aufweist und auf seiner in der Zeichnung links liegenden Seite geschlossen ist. Durch dieses geschlitzte Rohr 9 wird das Mehrkammerrohr 2 nach außen verschlossen. Nach innen steht das geschlitzte Rohr 9 über die peripheren Schlitze 9a mit den Strömungskanälen 2b des Mehrkammerrohres 2 in Fluidverbindung. Das geschlitzte Rohr 9 weist einen Aussendruchmesser D auf, welcher dem Abstand a zwischen den beiden äußersten Stegen 2a des Mehrkammerrohres 2 entspricht. Diese beiden äußersten Stege 2a werden vom Umfang des geschlitzten Rohres 9 lediglich tangiert, d. h. die äußersten Stege 2a sind geschlossen und verlöten mit dem Umfang des geschlitzten Rohres 9.
Fig. 3 zeigt das geschlitzte Rohr 9 im Längsschnitt, wobei das mittlere Mehrkammerrohr 3 teilweise dargestellt ist, das obere und das untere Mehrkammerrohr 2, 4 sind zur Vereinfachung weggelassen. Man erkennt, dass das geschlitzte Rohr 9 über den Umfangsspalt 9a mit den Strömungskanälen 3b des Mehrkammerrohres 3 in Fluidverbindung steht, während das Mehrkammerrohr 3 nach außen abgeschlossen ist. Das geschlitzte Rohr 9 wirkt somit als Verteilerrohr bzw. als Sammelrohr für das ein- bzw. austretende Öl. Oberhalb und unterhalb des Mehrkammerrohres 3 sind Iotplattierte Zwischenringe 15 angeordnet, welche mit den benachbarten, hier nicht dargestellten Mehrkammerrohren verlöten und somit eine Abdichtung bewirken.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt in der Ebene IV-IV in Fig. 2, d. h. einen weiteren Längsschnitt durch das Verteilerrohr 9 und einen Querschnitt durch das Mehrkammerrohr 2, welches gestrichelt dargestellt ist. Das extrudierte Mehrkammerrohr 2 weist einen flachovalen Querschnitt auf, mit einer flachen Oberseite 2c und einer flachen Unterseite 2d sowie zwei jeweils gerundeten Schmal- oder Stirnseiten 2e, 2f. Die Stege 2b sind senkrecht zu den flachen Seiten 2c, 2d angeordnet, die Mantellinien (Außenumfang) des Verteilerrohres 9 verlaufen parallel zu den äußersten Stegen 2b und berühren diese, sodass dort eine Verlötung erfolgen kann. Die beiden äußeren halbrunden Kammern 2g, 2h bleiben offen und sind somit von dem den Ölkühler 1 kühlenden Kühlmittel durchströmbar. Das Mehrkammerrohr 2 weist in einer bevorzugten Ausführungsform eine Gesamthöhe H im Bereich von 2,0 ≤ H ≤ 4,0 mm und eine Stegbreite b im Bereich von 0,15 ≤ b ≤ 0,6 mm auf.
Fig. 5 zeigt in photografischer Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem abgewandelten Verteilerrohr bzw. Verteilorgan. Fig. 5 zeigt einen Flachrohrölkühler 10 mit Blick auf dessen Schmalseite, d. h. auf die Stirnseiten der extrudierten Mehrkammerrohre 11, welche eine Vielzahl von feinen Strömungskanälen 11 a aufweisen. Auf der Oberseite des Ölkühlers 10 ist im vorderen Bereich ein Ölstutzen 12 für den Ein- bzw. Austritt des Öles erkennbar. Der Stutzen 12 ist im linken Teil des Bildes zusätzlich als Einzelteil dargestellt. Fig. 5 zeigt ferner ein halbschalenförmiges Rohr 13 und einen Zwischenring 14, dessen Innendruchmesser dem Außendurchmesser des Halbschalenrohres 13 entspricht. Beide Elemente 13, 14 dienen als Verteiler- bzw. Sammelrohr, welches in seiner Funktion dem geschlitzten Verteilerrohr 9 gemäß Fig. 2 bis 4 entspricht. Das halbschalenförmige Rohr 13, auch Verschlussblech genannt, wird derart in die Durchbrüche (entsprechend Fig. 2) eingesetzt, dass die Mehrkammerrohre nach außen verschlossen sind, nach innen dagegen offen bleiben. Über das halbschalenförmige Verschlussblech 13 wird ein Zwischenring 14 geschoben, auf welchem das im Stapel folgende nächste Mehrkammerrohr aufliegt. Die Zwischenringe 14 fungieren somit als Distanzringe zur Einhaltung eines definierten Abstandes zwischen den Mehrkammerrohren, und andererseits bilden sie in Verbindung mit dem halbschalenförmigen Verschlussblech 13 einen Fluidkanal, indem sie den fehlenden Teil im Umfang des Verschlussbleches schließen. Der fertige Stapel, bestehend aus Mehrkammerrohren 11, eingesetzten Verschlussblechen 13 und Zwischenringen 14 wird zu einem dichten Kühlerblock verlötet. Dazu sind sowohl das Verschlussblech 13 als auch der Zwischenring 14 Iotplattiert. Die extrudierten Mehrkammerrohre können, bedingt durch den Extrusionsvorgang, nicht Iotplattiert werden, sie sind allerdings aus einer lötbaren Aluminiumknetlegierung hergestellt; die übrigen Teile bestehen daher auch aus Aluminiumlegierungen.
Alle Teile des Ölkühlers 10 und auch des Ölkühlers 1 sind somit lötbar, und zwar nach dem kostengünstigen Nocolok-Verfahren, welches ohne korrosive Flussmittelrückstände arbeitet sowie große Fertigungstoleranzen zulässt und z. B. in der DE-A 195 48 244 der Anmelderin beschrieben ist.
Beide Ölkühler können mit ihren Ölstutzen in einen metallischen Kühlmittelkasten eines Ganzaluminiumkühlers eingelötet werden.
Fig. 6 zeigt ein abgewandeltes Mehrkammerrohr 16 mit einer flachen Oberseite 17, einer flachen Unterseite 18 und zwei gerundeten Schmalseiten 19, 20, welche zumindest im Bereich ihrer Rundung massiv ausgebildet sind, d. h. eine wesentlich größere Wandstärke als die Ober- und Unterseiten 17, 18 aufweisen. Das Mehrkammerrohr 16 weist im Übrigen - ähnlich wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 - eine Reihe von etwa rechteckig ausgebildeten Kammern 21 auf, deren Breite a in einem Bereich von 0,5 ≤ a ≤ 0,8 mm liegt. Die Wandstärke s der Ober- und der Unterseite 17, 18 liegt in einem Bereich von 0,2 ≤ s ≤ 0,4 mm.
Fig. 7 zeigt einen Endabschnitt des Mehrkammerrohres 16 (verkleinert gegenüber dem Maßstab von Fig. 6) mit einem Durchbruch 22. Der Durchbruch 22 hat eine Kontur, welche sich aus zwei Halbkreisen 22a, 22b mit unterschiedlichen Durchmessern, nämlich d und D zusammensetzt. Im Bereich der massiv ausgebildeten Schmalseiten 19, 20 wird die Kontur des Durchbruches 22 durch zwei Absätze 22c, 22d vervollständigt, welche die beiden Halbkreise 22a, 22b miteinander verbinden. Diese Kontur kann durch einen entsprechenden Stempel mit unterschiedlichen Durchmessern d und D aus dem Mehrkammerrohr 16 ausgestanzt werden. In die Halbkreisform mit dem Durchmesser D ist ein halbschalenförmiges Verschlussblech 23 eingesetzt, welches mit seinen Endkanten an die Absätze 22c, 22d anstößt und somit gegen Verdrehen gesichert ist. Der Unterschied der beiden Durchmesser D und d entspricht der (doppelten) Wandstärke des halbschalenförmigen Verschlussbleches 23.

Claims (19)

  1. Wärmeübertrager, insbesondere Ölkühler (1) für Kraftfahrzeuge mit gestapelten Flachrohren (2, 3, 4), die Rohrenden mit Durchbrüchen (8) für den Eintritt und den Austritt eines die Flachrohre (2, 3, 4) in Längsrichtung durchströmenden Fluids, insbesondere eines Öles aufweisen, wobei die Durchbrüche (8) benachbarter Flachrohre (2, 3, 4) zur Bildung von Strömungskanälen miteinander in Fluidverbindung stehen und wobei zwischen den Flachrohren (2, 3, 4) Abstände zum Durchtritt eines Mediums, insbesondere eines Kühlmediums belassen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre als extrudierte Mehrkammerohre (2, 3, 4; 16) ausgebildet sind.
  2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrkammerrohre (2, 3, 4; 11, 16) aus einer lötbaren AluminiumKnetlegierung herstellbar sind.
  3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrkammerrohre (2, 3, 4; 11) eine Vielzahl von durch Stege (2b) abgeteilten Kammern (2a; 21) aufweisen und dass die Durchbrüche (8) eine Abmessung D quer zur Längsrichtung der Flachrohre aufweisen, die dem Abstand a der beiden äußersten Stege (2b) entspricht.
  4. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrkammerrohre (16) Schmalseiten, insbesondere gerundete Schmalseiten (19, 20) aufweisen und im Bereich der Schmalseiten (19, 20) massiv ausgebildet sind und dass die Durchbrüche (22) eine Abmessung D quer zur Längsrichtung der Flachrohre aufweisen, die sich in die massiven Bereiche (19, 20) erstreckt.
  5. Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (8) die Form eines Kreises oder Halbkreises mit einem Durchmesser D aufweisen, der gleich dem Abstand a ist.
  6. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (22) die Form von zwei konzentrischen Halbkreisen (22a, 22b) unterschiedlicher Durchmesser d, D mit zwei Absätzen (22c, 22d) aufweisen, und dass die Absätze (22c, 22d) in den massiven Bereichen (19, 20) angeordnet sind.
  7. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Durchbrüche (8, 22) Verschlussbleche (9, 13, 23) eingesetzt sind, welche die Rohrenden der Mehrkammerrohre (2, 3, 4; 11, 16) nach außen verschließen.
  8. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Verschlussblech (9, 13, 23) alle benachbarten Durchbrüche (8, 22) durchsetzt.
  9. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Mehrkammerrohren (2, 3, 4; 11, 16) im Bereich der Durchbrüche (8, 22) Zwischenringe (14, 15) angeordnet sind.
  10. Wärmeübertrager nach Anspruch 6 und einem der Ansprüche oder 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussbleche als Halbschalen (13, 23) mit halbkreisförmigem Querschnitt ausgebildet sind.
  11. Wärmeübertrager nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussbleche als geschlitzte Rohre (9) mit peripheren Schlitzen (9a) ausgebildet und dass die peripheren Schlitze (9a) im Bereich der offenen Querschnitte der Mehrkammerrohre (2, 2a, 2b) angeordnet sind.
  12. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussbleche (9, 13, 23) und die Zwischenringe (14, 15) lotplattiert sind.
  13. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrkammerrohr eine Höhe H im Bereich von 2,0 ≤ H ≤ 4,0 mm aufweist.
  14. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (2b) eine Stegbreite b im Bereich von 0,15 ≤ b ≤ 0,6 mm aufweisen.
  15. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrkammerrohr (2, 3, 4; 11, 16) eine Wandstärke s im Bereich von 0,2 ≤ s ≤ 0,4 mm aufweist.
  16. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrkammerrohr (2, 3, 4; 11, 16) Kammern (21) mit einer Kammerbreite a im Bereich von 0,5 ≤ a ≤ 0,8 mm aufweist.
  17. Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Kammern (2a) rechteckig oder quadratisch ist.
  18. Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Mehrkammerohren (2, 3, 4; 11, 16) Iotplattierte Turbulenzeinlagen oder Rippen (5) angeordnet sind.
  19. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (8, 22) durch Stanzen, Laserschneiden oder andere spanlose Trennverfahren herstellbar sind.
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