DE102006060603A1

DE102006060603A1 - Heat exchanger with number of parallel heat exchanger tubes and pressure elements useful for cooling circuit of internal combustion engine avoids breakdown due to pressure/tensile and/or pressure/exchange loads on tubes

Info

Publication number: DE102006060603A1
Application number: DE200610060603
Authority: DE
Inventors: Uwe Haas
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2008-06-26

Abstract

Heat exchanger for the cooling circuit of an internal combustion engine with a number of parallel heat exchanger tubes and pressure elements for application of tensile stresses to the tubes before and during passage of the warmed coolant. Independent claims are included for: (1) an internal combustion engine cooling circuit (2) a process for avoiding thermal pressure or pressure/tensile loads on the heat exchanger tubes.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Kühlkreislauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12, sowie ein Verfahren zur Vermeidung von thermischen Druck-Zug-Wechselbeanspruchungen und/oder Druck-Wechselbeanspruchungen von Wärmetauscherrohren eines Wärmetauschers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 17.The The invention relates to a heat exchanger according to the preamble of claim 1, a cooling circuit according to the generic term of claim 12, and a method for avoiding thermal Stress-strain cycles and / or pressure cycling of heat exchanger tubes a heat exchanger according to the generic term of claim 17.

Um die im Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen erzeugte überschüssige Wärme an die Umgebung abzugeben, weisen Kraftfahrzeuge in der Regel einen Kühlkreislauf auf, der einen vom Fahrtwind angeströmten, üblicherweise als Kühler bezeichneten Wärmetauscher umfasst. Durch den Kühler wird das aus der Verbrennungskraftmaschine stammende erhitzte Kühlmittel in Form von Kühlwasser zur Abkühlung hindurchgeleitet.Around in the operation of internal combustion engines of motor vehicles generated excess heat to the Submit environment, motor vehicles usually have a cooling circuit on, one of the wind flowed, usually referred to as a cooler heat exchangers includes. Through the radiator becomes the heated coolant from the internal combustion engine in the form of cooling water to cool down passed.

Diese Wärmetauscher sind heute in den meisten Fällen als Röhrenkühler ausgebildet, bei denen ein zwischen einem eintrittsseitigen Wasserkasten und einem austrittsseitigen Wasserkasten angeordneter Kühlerblock eine Mehrzahl von parallel vom Kühlwasser durchströmte, durch Wärmeabstrahlbleche verbundene dünnwandige Wärmetauscherrohre umfasst, deren entgegengesetzten Stirnenden jeweils mit dem benachbarten Wasserkasten verlötet sind. Diese Wärmetauscherrohre werden beim Einströmen von erhitztem Kühlwasser in den Kühler in unterschiedlichem Maße gedehnt, da insbesondere bei geringen Strömungsmengen die Durchströmung von parallel geschalteten Wärmetauscherrohren nicht reproduzierbar ist und durch die unterschiedliche Dichte von heißem und bereits abgekühltem Kühlwasser, durch Thermosiphonkräfte und/oder durch eine ungleichförmige wasserseitige und luftseitige Durchströmung mehr oder weniger stark beeinflusst wird. Häufig wird ein Teil der Wärmeaustauscherrohre auf Zug beansprucht, während ein anderer Teil der Wärmeaustauscherrohre auf Druck beansprucht wird. Dabei kann sich nicht nur die Verteilung der Bereiche mit den auf Zug bzw. auf Druck beanspruchten Wärmeaustauscherrohren je nach Fahrtzustand ändern, sondern es kann auch zu einer wechselnden Beanspruchung einzelner Wärmeaustauscherrohre von Zug- auf Druck-Beanspruchung kommen, und umgekehrt. Insbesondere diese Druck-Zug-Wechselbeanspruchungen der Wärmeaustauscherrohre führen oftmals an exponierten Stellen zu einem Dauerbruch der Rohre und damit zu Undichtigkeiten, die einen Austausch des Kühlers erforderlich machen. Jedoch können auch reine Druck-Wechselbeanspruchungen zu einer Verkürzung der Lebensdauer führen.These heat exchangers are in most cases today designed as a tube cooler, in which one between an inlet side water tank and an outlet side water box arranged radiator block a plurality of parallel from the cooling water flowed through, by heat radiating sheets connected thin-walled Includes heat exchanger tubes, their opposite ends each with the adjacent Water tank are soldered. These heat exchanger tubes be in the influx of heated cooling water in the cooler to varying degrees stretched, since in particular at low flow rates, the flow of parallel connected heat exchanger tubes not is reproducible and due to the different density of hot and already cooled cooling water, by thermosiphon forces and / or by a non-uniform water-side and air-side flow more or less strong being affected. Often becomes a part of the heat exchanger tubes claimed to train while another part of the heat exchanger tubes is claimed on pressure. It can not only the distribution of Areas with the claimed on train or pressure heat exchanger tubes change according to the driving condition, but it can also lead to a changing load of individual heat exchanger tubes come from tensile to compressive stress, and vice versa. In particular, these pressure-train alternating stresses of the heat exchanger tubes to lead often in exposed places to a permanent breakage of the pipes and thus causing leaks that require replacement of the radiator do. However, you can also pure pressure-alternating stresses to a shortening lead the life.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher und ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sich ein durch Druck-Zug- und/oder Druck-Wechselbeanspruchungen von Wärmetauscherrohren bedingter Ausfall des Wärmetauschers vermeiden und dadurch die Lebensdauer des Wärmetauschers verlängern lässt.outgoing This is the object of the invention, a heat exchanger and to improve a method of the type mentioned in the introduction, that is due to compressive stress and / or pressure cycling of heat exchanger tubes Conditional failure of the heat exchanger avoid and thereby extend the life of the heat exchanger.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im Hinblick auf den Wärmetauscher dadurch gelöst, dass dieser Mittel zum Aufbringen einer Zugbeanspruchung auf die Wärmetauscherrohre vor und während des Hindurchleitens von erwärmtem Kühlmittel umfasst.These Task is according to the invention in terms on the heat exchanger solved by that this means for applying a tensile stress on the heat exchanger tubes before and during passing through heated coolant includes.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, schädliche Druck-Zug- und/oder Druck-Wechselbeanspruchungen der Wärmeaustauscherrohre zu vermeiden, indem man die Wärmeaustauscherrohre vor einer Inbetriebnahme des Wärmetauschers auf Zug beansprucht und die Zugbeanspruchung während des Kühlerbetriebs aufrechterhält, so dass es nicht zu einem Auftreten von Druck-Beanspruchungen der Wärmeaustauscherrohre infolge der thermischen Längenausdehnung der im Kühlerbetrieb mit erhitztem Kühlmittel beaufschlagten Wärmeaustauscherrohre kommt.Of the Invention is based on the idea, harmful pressure-train and / or Pressure alternating stresses the heat exchanger tubes to avoid by putting the heat exchanger tubes before commissioning the heat exchanger stressed on train and maintains the tensile stress during the cooler operation, so that it does not lead to an occurrence of pressure stresses on the heat exchanger tubes due to the thermal expansion in the cooler mode with heated coolant acted upon heat exchanger tubes comes.

Auf diese Weise können Druck-Zug- und/oder Druck-Wechselbeanspruchungen ganz vermieden oder zumindest in einem unkritischen Bereich gehalten werden. Die höheren maximalen Zugspannungen in den Wärmeaustauscherrohren sind für deren Lebensdauer relativ unkritisch, solange keine kritischen Grenzen der Zugbelastung der Rohre erreicht bzw. überschritten werden.On this way you can Pressure-tension and / or pressure cycles completely avoided or at least kept in a non-critical area. The higher maximum tensile stresses in the heat exchanger tubes are for their life relatively uncritical, as long as no critical limits the tensile load of the pipes is reached or exceeded.

Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich am besten bei solchen Wärmetauschern, bei denen die Wärmetauscherrohre wie bei Kühlern von Kraftfahrzeugen an einem Stirnende mit einem Kühlmittel- oder Wasserkasten und am entgegengesetzten Stirnende mit einem anderen Kühlmittel- oder Wasserkasten verlötet sind, so dass die beiden Kühlmittel- oder Wasserkästen mit entgegengesetzten Druckkräften beaufschlagt werden können, um die dazwischen angeordneten Wärmetauscherrohre auf Zug zu beanspruchen.The solution according to the invention is suitable best with such heat exchangers, where the heat exchanger tubes like coolers of motor vehicles at a front end with a coolant or Water tank and at the opposite front end with another coolant or water tank soldered are so that the two coolant or water tanks with opposite compressive forces can be charged around the interposed heat exchanger tubes to claim on train.

Die Druckkräfte werden gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dadurch erzeugt, dass mindestens ein zwischen den Wasserkästen angebrachtes Druckelement auf eine über der Temperatur der Wärmetauscherrohre liegende Temperatur beheizt wird, um eine durch die Erwärmung bedingte thermische Längenausdehnung des Druckelements zum Aufbringen entgegengesetzter Druckkräfte auf die Kühlmittelkästen auszunutzen. Um zu vermeiden, dass sich das Druckelement infolge der Anströmung des Wärmetauschers mit einem zur Abfuhr von Wärme dienenden Medium, wie beispielsweise Umgebungsluft, abkühlt, ist es zweckmäßig wärmeisoliert.The compressive forces are generated according to a preferred embodiment of the invention in that at least one pressure element mounted between the water tanks is heated to a temperature above the temperature of the heat exchanger tubes to exploit a conditional by the heating thermal expansion of the pressure element for applying opposite pressure forces on the coolant boxes , To avoid that the pressure element due to the flow of the heat exchanger with a to Ab drove from heat-serving medium, such as ambient air, cools, it is suitably thermally insulated.

Vorteilhafterweise ist das mindestens eine Druckelement parallel zu den Wärmetauscherrohren ausgerichtet, so dass es wenig Platz benötigt und die Gefahr eines Ausknickens gering ist. Am besten werden mindestens zwei Druckelemente verwendet, die beiderseits der Wärmetauscherrohre angeordnet sind und zusammen mit den beiden Kühlmittelkästen einen geschlossenen steifen Rahmen bilden.advantageously, the at least one pressure element is aligned parallel to the heat exchanger tubes, so it takes up little space and the risk of buckling is low. At best, at least used two pressure elements, both sides of the heat exchanger tubes are arranged and together with the two coolant boxes a closed stiff Frame.

Eine separate Heizeinrichtung für das Druckelement kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dadurch vermieden werden, dass das Druckelement ein Hohlprofil ist, das als Teil des Kühlkreislaufs mit erwärmtem Kühlmittel beaufschlagbar ist.A separate heating device for the pressure element can according to a further preferred embodiment of the invention thereby be avoided that the pressure element is a hollow profile, as part of the cooling circuit with heated coolant can be acted upon.

Der erfindungsgemäße Kühlkreislauf ist daher durch einen solchen Wärmetauscher gekennzeichnet, der vorzugsweise ein Hauptwasserkühler der Verbrennungskraftmaschine ist, wobei die Wärmetauscherrohre und das mindestens eine von Kühlmittel durchströmte Hohlprofil in zwei getrennten Zweigkreisen des Kühlkreislaufs angeordnet sind. Um das Hohlprofil vor den Wärmetauscherrohren des Kühlers zu erwärmen kann es zum Beispiel in einem Zweigkreis angeordnet sein, der zu einer Bypassleitung parallel geschaltet oder eine Bypassleitung für den Kühler bildet.Of the Cooling circuit according to the invention is therefore through such a heat exchanger characterized, preferably a main water cooler of the Internal combustion engine, wherein the heat exchanger tubes and the at least one of coolant flowed through Hollow profile are arranged in two separate branches of the cooling circuit. Around the hollow section in front of the heat exchanger tubes of cooler to warm up For example, it may be arranged in a branch circle that belongs to a bypass line connected in parallel or a bypass line for the cooler forms.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass die Wärmetauscherrohre auf Zug beansprucht werden, bevor und während erwärmtes Kühlmittel durch sie hindurchgeleitet wird. Im Falle eines Kühleres einer Verbrennungskraftmaschine werden dazu vorzugsweise entgegengesetzte Druckkräfte auf zwei mit entgegengesetzten Stirnenden der Wärmetauscherrohre verbundene Kühlmittelkästen aufgebracht um die zwischen den Kühlmittelkästen angeordneten Wärmetauscherrohre auf Zug zu beanspruchen. Die Druckkräfte werden zweckmäßig durch zwei als Hohlprofile ausgebildete Druckelemente beiderseits der Wärmetauscherrohre erzeugt, die vor dem Hindurchleiten von erwärmtem Kühlmittel durch die Wärmetauscherrohre durch Zufuhr von erwärmtem Kühlmittel in die Hohlprofile beheizt werden.The inventive method provides that the heat exchanger tubes be subjected to train before and while heated coolant passed through them becomes. In the case of a cooler an internal combustion engine are preferably opposite compressive forces on two connected to opposite ends of the heat exchanger tubes Applied coolant boxes around the arranged between the coolant boxes Heat exchanger tubes to claim on train. The pressure forces are expediently through two designed as hollow sections pressure elements on both sides of the heat exchanger tubes generated prior to passing heated coolant through the heat exchanger tubes by supply of heated coolant be heated in the hollow sections.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:in the The following is the invention with reference to an illustrated in the drawing embodiment explained in more detail. It demonstrate:

1: eine Vorderseitenansicht eines als I-Flow-Kühler einer Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten erfindungsgemäßen Wärmetauschers; 1 FIG. 2: a front view of a heat exchanger according to the invention designed as an I-flow cooler of an internal combustion engine; FIG.

2: eine Schnittansicht entlang der Linie I-I der 1; 2 a sectional view taken along the line II of 1 ;

3: eine schematische Darstellung eines Kühlkreislaufs einer Verbrennungskraftmaschine mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher. 3 : A schematic representation of a cooling circuit of an internal combustion engine with the heat exchanger according to the invention.

4: eine Vorderseitenansicht eines als U-Flow-Kühler ausgebildeten erfindungsgemäßen Wärmetauschers. 4 : A front view of a designed as a U-flow cooler heat exchanger according to the invention.

Der in 1 dargestellte I-Flow-Hauptwasserkühler 1 einer wassergekühlten Verbrennungskraftmaschine 2 (3) eines Kraftfahrzeugs umfasst in bekannter Weise einen an der rechten Seite des Kühlers 1 angeordneten eintrittseitigen Wasserkasten 3, einen an der entgegengesetzten linken Seite des Kühlers 1 angeordneten austrittsseitigen Wasserkasten 4, sowie einen als Wärmetauscher dienenden Kühlerblock 5, der zwischen den beiden als Verteiler bzw. als Zusammenführung dienenden Wasserkästen 3, 4 angeordnet ist. Wie am besten in 2 dargestellt, besteht der Kühlerblock 5 in bekannter Weise aus einer Mehrzahl von parallelen dünnwandigen Wärmetauscherrohren 6 aus einem gut wärmeleitenden Metall, deren entgegengesetzte Stirnenden mit dem eintrittsseitigen bzw. mit dem austrittsseitigen Wasserkasten 3 bzw. 4 verlötet sind. Zwischen benachbarten Wärmetauscherrohren 6 sind dünne, in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtete Wärmeabstrahlbleche 7 angeordnet, um im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 2 den Wärmeübergang von dem durch den Kühler 1 hindurchgeleiteten erhitzten Kühlwasser der Verbrennungskraftmaschine 2 an die Umgebungsluft zu verbessern. Der eintrittsseitige Wasserkasten 3 weist in der Nähe seines oberen Endes einen Einlassstutzen 8 für einen Kühlervorlauf 9 (3) zur Zufuhr von erhitztem Kühlwasser aus der Verbrennungskraftmaschine 2 auf, während der austrittsseitige Wasser kasten 4 in der Nähe seines unteren Endes mit einem Auslassstutzen 10 für einen Kühlerrücklauf 11 (3) versehen ist, durch den das beim Hindurchtritt durch den Kühler 1 durch Wärmetausch mit der Umgebungsluft abgekühlte Kühlwasser mittels einer Kühlwasserpumpe 12 (3) zur Verbrennungskraftmaschine 2 zurückgeführt werden kann.The in 1 illustrated I-flow main water coolers 1 a water-cooled internal combustion engine 2 ( 3 ) of a motor vehicle comprises in a known manner one on the right side of the radiator 1 arranged inlet-side water tank 3 , one on the opposite left side of the radiator 1 arranged outlet water box 4 , as well as serving as a heat exchanger radiator block 5 , between the two serving as a distributor or merging water boxes 3 . 4 is arranged. How best in 2 shown, there is the radiator block 5 in a known manner from a plurality of parallel thin-walled heat exchanger tubes 6 from a good heat-conducting metal whose opposite ends with the inlet side or with the outlet side water box 3 respectively. 4 are soldered. Between adjacent heat exchanger tubes 6 are thin, aligned in the direction of travel of the motor vehicle Wärmeabstrahlbleche 7 arranged to operate in the internal combustion engine 2 the heat transfer from the through the radiator 1 passed heated cooling water of the internal combustion engine 2 to improve the ambient air. The inlet side water box 3 has an inlet port near its upper end 8th for a radiator feed 9 ( 3 ) for supplying heated cooling water from the internal combustion engine 2 on while the outlet water box 4 near its lower end with an outlet port 10 for a radiator return 11 ( 3 ), through which when passing through the radiator 1 cooled by heat exchange with the ambient air cooling water by means of a cooling water pump 12 ( 3 ) to the internal combustion engine 2 can be returned.

3 zeigt in schematischer und vereinfachter Weise den Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine 2, in dem in an sich bekannter Weise der Kühlervorlauf 9 des Kühlers 1 an zwei Kühlwasserauslässe 13 der Verbrennungskraftmaschine angeschlossen ist, während der Kühlerrücklauf 11 über ein Thermostatventil 14 mit dem Eingang der Kühlwasserpumpe 12 verbunden ist, die über eine Rücklaufleitung 15 das im Kühler 1 abgekühlte Kühlwasser zu zwei Kühlwassereinlässen 16 der Verbrennungskraftmaschine 2 fördert. Das zwischen dem Kühlerrücklauf 11 und der Kühlwasserpumpe 12 angeordnete Thermostatventil 14 ist mit dem Kühlervorlauf 9 durch einen Bypass 19 verbunden, durch den im Warmlauf der Verbrennungskraftmaschine 2 mit Hilfe der Kühlwasserpumpe 12 erwärmtes Kühlwasser aus den Kühlwasserauslässen 13 ohne Hindurchtritt durch den Kühler 1 zu den Kühlwassereinlässen 16 zurückgeführt werden kann, um für eine schnellere Aufheizung der Verbrennungskraftmaschine 2 zu sorgen. 3 shows in a schematic and simplified way, the cooling circuit of the internal combustion engine 2 , in which in a conventional manner the radiator flow 9 the radiator 1 at two cooling water outlets 13 the internal combustion engine is connected while the radiator return 11 via a thermostatic valve 14 with the entrance of the cooling water pump 12 connected via a return line 15 that in the radiator 1 Cooled cooling water to two cooling water inlets 16 the internal combustion engine 2 promotes. That between the radiator return 11 and the cooling water pump 12 arranged thermostatic valve 14 is with the radiator feed 9 through a bypass 19 connected by the warm-up of the internal combustion engine 2 with help the cooling water pump 12 heated cooling water from the cooling water outlets 13 without passing through the radiator 1 to the cooling water inlets 16 can be attributed to for faster heating of the internal combustion engine 2 to care.

Um zu verhindern, dass eine unterschiedliche Dehnung einzelner Wärmetauscherrohre 6 infolge von Inhomogenitäten bei der luft- oder wasserseitigen Durchströmung des Kühlers 1 zum Auftreten von Druck-Zug- und/oder von Druck-Wechselbeanspruchungen in den Wärmetauscherrohren 6 führt, die an exponierten Stellen, wie den Lötstellen zwischen den Wärmetauscherrohren 6 und den Wasserkästen 3, 4, zu einem Dauerbruch und dadurch zu eine Undichtigkeit des Kühlers 1 führen können, sind oberhalb und unterhalb der Wärmetauscherrohre 6 zusätzlich zwei stabile, zu den Wärmetauscherrohren 6 parallele Hohlprofile 17, 18 vorgesehen, die an ihren entgegengesetzten Stirnenden jeweils mit einem Einlass 20 bzw. einem Auslass 21 versehen sind, so dass sie sich durch Hindurchführen von erhitztem Kühlwasser beheizen lassen. Die beiden entgegengesetzte Stirnenden jedes Hohlprofils 17, 18 stützen sich gegen die Wasserkästen 3 und 4 ab und können mit diesen verlötet sein, so dass eine durch eine Beheizung der Hohlprofile 17, 18 hervorgerufene thermische Längenausdehnung der Hohlprofile 17, 18 dazu führt, dass die beiden Hohlprofile 17, 18 entgegengesetzte Druckkräfte auf die Wasserkästen 3 und 4 ausüben. Wie am besten in 2 dargestellt, handelt es sich bei den beiden Hohlprofilen 17, 18 um dickwandige zylindrische Rohre, die ohne die Gefahr eines Ausknickens große Druckkräfte übertragen können. Durch die von den Hohlprofilen 17, 18 auf die Wasserkästen 3, 4 ausgeübten Druckkräfte werden die zwischen den Wasserkästen 3, 4 angeordneten und mit diesen verlöteten Wärmetauscherrohre 6 auf Zug beansprucht, sofern sie nicht ebenfalls um ein entsprechendes Maß erwärmt werden.To prevent a differential strain of individual heat exchanger tubes 6 due to inhomogeneities in the air or water side flow through the radiator 1 to the occurrence of pressure-pull and / or pressure cycling in the heat exchanger tubes 6 leads, in exposed areas, such as the solder joints between the heat exchanger tubes 6 and the water boxes 3 . 4 , to a fatigue break and thereby to a leak in the radiator 1 can lead, are above and below the heat exchanger tubes 6 in addition two stable, to the heat exchanger tubes 6 parallel hollow profiles 17 . 18 provided at their opposite ends each with an inlet 20 or an outlet 21 are provided so that they can be heated by passing heated cooling water. The two opposite ends of each hollow profile 17 . 18 lean against the water boxes 3 and 4 from and can be soldered to these, so that by heating the hollow sections 17 . 18 caused thermal expansion of the hollow sections 17 . 18 This causes the two hollow sections 17 . 18 opposite pressure forces on the water tanks 3 and 4 exercise. How best in 2 represented, it concerns with the two hollow profiles 17 . 18 To thick-walled cylindrical tubes that can transmit large pressure forces without the risk of buckling. By the of the hollow sections 17 . 18 on the water boxes 3 . 4 exerted pressure forces are between the water tanks 3 . 4 arranged and soldered with these heat exchanger tubes 6 claimed to train, unless they are also heated by a corresponding amount.

Diese Tatsache wird ausgenutzt, um ein Auftreten von Druck-Zug- und/oder von Druck-Wechselbeanspruchungen in den Wärmetauscherrohren 6 bzw. an den Lötstellen zu den Wasserkästen 3, 4 zu vermeiden, indem zum einen den beiden Hohlprofilen 17, 18 zur Beheizung bereits im Warmlauf der Verbrennungskraftmaschine 2 und damit bereits einige Zeit vor den Wärmetauscherrohren 6 erhitztes Kühlwasser aus der Verbrennungskraftmaschine 2 zugeführt wird, um die Wärmetauscherrohre 6 durch die von den Hohlprofilen 17, 18 in Längsrichtung derselben auf die Wasserkästen 3, 4 ausgeübten entgegengesetzten Druckkräfte vorzuspannen, und indem zum anderen die Temperatur der beiden Hohlprofile 17, 18 über der Temperatur der Wärmetauscherrohre 6 gehalten wird, um die Zugbeanspruchung der Wärmetauscherrohre 6 auch in einem anschließenden Kühlerbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 2 aufrechtzuerhalten.This fact is exploited to prevent pressure-pull and / or pressure cycling in the heat exchanger tubes 6 or at the solder joints to the water boxes 3 . 4 to avoid, on the one hand the two hollow profiles 17 . 18 for heating already during warm-up of the internal combustion engine 2 and thus some time before the heat exchanger tubes 6 heated cooling water from the internal combustion engine 2 is fed to the heat exchanger tubes 6 through the from the hollow sections 17 . 18 in the longitudinal direction of the same on the water boxes 3 . 4 biased opposite compressive forces exerted, and by the other, the temperature of the two hollow profiles 17 . 18 above the temperature of the heat exchanger tubes 6 is held to the tensile stress of the heat exchanger tubes 6 also in a subsequent cooler operation of the internal combustion engine 2 maintain.

Darüber hinaus könnte eine zusätzliche Maßnahme darin bestehen, die Hohlprofile 17, 18 aus einem Material zu fertigen, das einen etwas höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material der Wärmetauscherrohre 6 besitzt, zum Beispiel durch geeignete Legierungszusätze. Da die Hohlprofile 17, 18 nicht notwendigerweise mit den Wasserkästen 3, 4 verlötet werden müssen, können sie grundsätzlich auch aus einem anderen Metall gefertigt werden, das weniger gut wärmeleitend ist, hohe Druckbeanspruchungen aushält und außerdem einen großen Wärmedehnungskoeffizienten besitzt.In addition, an additional measure could be the hollow sections 17 . 18 made of a material that has a slightly higher coefficient of thermal expansion than the material of the heat exchanger tubes 6 possesses, for example, by suitable alloying additives. Because the hollow sections 17 . 18 not necessarily with the water boxes 3 . 4 need to be soldered, they can in principle be made of another metal, which is less thermally conductive, can withstand high compressive stresses and also has a large thermal expansion coefficient.

Um den beiden Hohlprofilen 17, 18 vor den Wärmetauscherrohren 8 erhitztes Kühlwasser aus der Verbrennungskraftmaschine 2 zuzuführen, sind die beiden Hohlprofile 17, 18 in den Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine 2 integriert, wie in 3 dargestellt. Die Einlässe 20 der beiden Hohlprofile 17, 18 sind dort mit einem vom Kühlervorlauf 9 abzweigenden Heizvorlauf 22 verbunden, während die Auslässe 21 der beiden Hohlprofile 17, 18 mit einem zwischen dem Thermostatventil 14 und der Kühlwasserpumpe 12 in die Rücklaufleitung 15 mündenden Heizrücklauf 23 verbunden sind. Der Heizrücklauf 23 enthält ein Absperrventil 24, das normalerweise geöffnet ist, bei Bedarf jedoch geschlossen werden kann.To the two hollow profiles 17 . 18 in front of the heat exchanger tubes 8th heated cooling water from the internal combustion engine 2 to feed, are the two hollow profiles 17 . 18 in the cooling circuit of the internal combustion engine 2 integrated, as in 3 shown. The inlets 20 the two hollow profiles 17 . 18 are there with one of the Kühlervourlauf 9 branching heating flow 22 connected while the outlets 21 the two hollow profiles 17 . 18 with one between the thermostatic valve 14 and the cooling water pump 12 in the return line 15 opening heating return 23 are connected. The heating return 23 contains a shut-off valve 24 which is normally open, but can be closed if necessary.

Auf diese Weise wird erreicht, dass der Heizvorlauf 22, die beiden Hohlprofile 17 und 18 und der Heizrücklauf 23 bei geöffnetem Absperrventil 24 bereits während des Warmlaufs der Verbrennungskraftmaschine 2 von erwärmtem Kühlwasser durchströmt werden, während das Thermostatventil 14 den Hindurchtritt von Kühlwasser durch den Kühler 1 noch verhindert. Durch die dadurch bedingte Erwärmung der Hohlprofile 17 und 18 dehnen sich diese aus und drücken die beiden Wasserkästen 3, 4 auseinander, so dass die noch kalten Wärmetauscherrohre 6 zwischen diesen auf Zug beansprucht und vorgespannt werden.In this way it is achieved that the heating flow 22 , the two hollow sections 17 and 18 and the heating return 23 with the shut-off valve open 24 already during the warm-up of the internal combustion engine 2 are flowed through by heated cooling water, while the thermostatic valve 14 the passage of cooling water through the radiator 1 still prevented. Due to the consequent heating of the hollow sections 17 and 18 these expand and push the two water boxes 3 . 4 apart, leaving the still-cold heat exchanger tubes 6 between these on train and be biased.

Sofern dies zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs, zur Minderung der Abgasemissionen oder zur Verbesserung des Komforts von Insassen des Kraftfahrzeugs nicht erwünscht sein sollte, kann das Absperrventil 24 während eines Teils des Warmlaufs der Verbrennungskraftmaschine 2 geschlossen bzw. der Durchfluss durch den Heizvorlauf 22, die Hohlprofile 17, 18 und den Heizrücklauf 23 abgeregelt werden, wenn an Stelle des Absperrventils 24 ein Durchflussmengenregelventil (nicht dargestellt) verwendet wird.If this should not be desirable to reduce fuel consumption, to reduce the exhaust emissions or to improve the comfort of occupants of the motor vehicle, the shut-off valve 24 during a part of the warm-up of the internal combustion engine 2 closed or the flow through the heating flow 22 , the hollow sections 17 . 18 and the heating return 23 be stopped when in place of the shut-off valve 24 a flow control valve (not shown) is used.

Nach dem Öffnen des Thermostatventils 14 zirkuliert im Kühlerbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 2 erwärmtes Kühlwasser durch den Kühlervorlauf 9, den Wasserkasten 3, die Wärmetauscherrohre 6, den Wasserkasten 4 und den Kühlerrücklauf 11, während die Hohlprofile 17, 18 über den Heizvorlauf 22 und den Heizrücklauf 23 weiterhin von erwärmtem Kühlwasser durchströmt werden. Um die Temperatur der Hohlprofile 17, 18 auch in diesem Betriebszustand über der Temperatur der Wärmetauscherrohre 6 zu halten, sind die Hohlprofile 17, 18 im Unterschied zu den Wärmetauscherrohren 6 um ihre äußeren Oberflächen herum mit einer Isolierhülle 25 (2) versehen, die für einen geringen Wärmeübergang zwischen den Hohlprofilen 17, 18 und der Umgebungsluft sorgt und im Unterschied zu den Wärmetauscherrohren 6 eine Abkühlung verhindert.After opening the thermostatic valve 14 circulates in the cooler operation of the internal combustion engine 2 heated cooling water through the radiator leader 9 , the water box 3 , the heat exchanger tubes 6 , the water box 4 and the radiator return 11 while the hollow sections 17 . 18 over the heating flow 22 and the heating return 23 continue to be flowed through by heated cooling water. To the temperature of the hollow sections 17 . 18 also in this operating condition above the temperature of the heat exchanger tubes 6 to hold, are the hollow profiles 17 . 18 unlike the heat exchanger tubes 6 around its outer surfaces with an insulating cover 25 ( 2 ) provided for a low heat transfer between the hollow sections 17 . 18 and the ambient air provides and unlike the heat exchanger tubes 6 prevents cooling.

Durch die Isolierhülle 25 kühlt sich außerdem nach dem Abstellen der Verbrennungskraftmaschine 2 das erwärmte Kühlwasser in den Hohlprofilen 17, 18 langsamer ab als in den Wärmtauscherrohren 6, so dass diese letzteren infolge der größeren Wärmedehnung der Hohlprofile 17, 18 weiterhin unter Zugbeanspruchung bleiben.Through the insulation 25 also cools after turning off the internal combustion engine 2 the heated cooling water in the hollow sections 17 . 18 slower than in the heat exchanger tubes 6 , so that these latter due to the greater thermal expansion of the hollow sections 17 . 18 continue to remain under tensile stress.

Eine entsprechende Wirkung wird erreicht, wenn der Bypass 19 weggelassen wird und statt dessen der Heizvorlauf 22, die beiden Hohlprofile 17, 18 und der Heizrücklauf 23 als Bypass an das Thermostatventil 14 angeschlossen werden. In diesem Fall ist das Absperrventil 24 bzw. ein an Stelle des Absperrventils 24 vorgesehnes Durchflussmengenregelventil entbehrlich.A corresponding effect is achieved when the bypass 19 is omitted and instead the heating flow 22 , the two hollow sections 17 . 18 and the heating return 23 as a bypass to the thermostatic valve 14 be connected. In this case, the shut-off valve 24 or instead of the shut-off valve 24 Preselected flow control valve dispensable.

Weiterhin ist es möglich, den Heizvorlauf 22, die beiden Hohlprofile 17, 18 und den Heizrücklauf 23 vom Bypass 19 abzuzweigen und nach dem Öffnen des Thermostatventils 14 und damit dem Schließen des Bypass 19 einen weiteren Hindurchtritt von erwärmtem Kühlwasser durch die Hohlprofile 17, 18 dadurch aufrechtzuerhalten, dass zwischen den Wasserkästen 3, 4 und den Hohlprofilen 17, 18 Durchtrittsöffnungen (nicht dargestellt) vorgesehen werden, so dass ein Teil des durch den Kühlervorlauf 9 und den Kühlerrücklauf 11 durch den Kühler 1 hindurchgeführten Kühlwassers durch die Hohlprofile 17, 18 strömt.Furthermore, it is possible to heat the heating 22 , the two hollow sections 17 . 18 and the heating return 23 from the bypass 19 branch off and after opening the thermostatic valve 14 and thus the closing of the bypass 19 a further passage of heated cooling water through the hollow profiles 17 . 18 by maintaining that between the water boxes 3 . 4 and the hollow profiles 17 . 18 Passage openings (not shown) are provided so that a part of the through the Kühlervorlauf 9 and the radiator return 11 through the radiator 1 guided cooling water through the hollow sections 17 . 18 flows.

Der in 4 dargestellte U-Flow-Kühler 1 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten I-Flow-Kühler 1 darin, dass die obere Hälfte der Wärmetauscherrohre 6 von rechts nach links vom Kühlwasser durchströmt wird, während die untere Hälfte der Wärmetauscherrohre 6 von links nach rechts vom Kühlwasser durchströmt wird. Dazu ist der rechte Wasserkasten 3 durch eine mittige Trennwand 26 in einen oberen eintrittseitigen Teil 27 und einen unteren austrittsseitigen Teil 28 unterteilt, von denen der erstere in der Nähe seines oberen Endes mit dem Einlassstutzen 8 zum Anschluss an den Kühlervorlauf 9 und der letztere in der Nähe seines unteren Endes mit dem Auslassstutzen 10 zum Anschluss an den Kühlerrücklauf 11 versehen ist. Die Beheizung der beiden Hohlprofile 17, 18 beiderseits der Wärmetauscherrohre 6 erfolgt jedoch in derselben Weise.The in 4 illustrated U-flow cooler 1 is different from the one in 1 illustrated I-flow cooler 1 in that the upper half of the heat exchanger tubes 6 from right to left flows through the cooling water, while the lower half of the heat exchanger tubes 6 From left to right is flowed through by the cooling water. This is the right-hand water tank 3 through a central partition 26 in an upper entrance-side part 27 and a lower exit-side part 28 subdivided, of which the former near its upper end with the inlet nozzle 8th for connection to the radiator feed 9 and the latter near its lower end with the outlet port 10 for connection to the radiator return 11 is provided. The heating of the two hollow sections 17 . 18 on both sides of the heat exchanger tubes 6 but in the same way.

11: Kühlercooler
22: VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
33: Wasserkastencistern
44: Wasserkastencistern
55: Kühlkörperheatsink
66: WärmetauscherrohreHeat exchanger tubes
77: Wärmeleitblecheheat conducting
88th: Eintrittsstutzeninlet connection
99: Kühlervorlaufradiator feed
1010: Austrittsstutzenoutlet connection
1111: KühlerrücklaufCooler return
1212: KühlwasserpumpeCooling water pump
1313: KühlwasserauslässeKühlwasserauslässe
1414: Thermostatventilthermostatic valve
1515: KühlwasserrückleitungCooling water return line
1616: Kühlwassereinlässecooling water intake
1717: Hohlprofilhollow profile
1818: Hohlprofilhollow profile
1919: Bypassbypass
2020: Einlass Hohlprofileinlet hollow sections
2121: Auslass Hohlprofileoutlet hollow sections
2222: HeizvorlaufHeizvorlauf
2323: HeizrücklaufHeizrücklauf
2424: Absperrventilshut-off valve
2525: Isolierhülleinsulation
2626: Trennwandpartition wall

Claims

Heat exchanger for a cooling circuit through which coolant flows, in particular for a cooling circuit of an internal combustion engine through which cooling water flows, with a plurality of heat exchanger tubes through which coolant flows in parallel, characterized by means ( 17 . 18 ) for applying a tensile stress to the heat exchanger tubes ( 6 ) before and during the passage of heated coolant.

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the heat exchanger tubes ( 6 ) at their opposite ends fixed with two coolant boxes ( 3 . 4 ) and that the funds ( 17 . 18 ) at least one heatable pressure element ( 17 . 18 ), which with their opposite ends against the coolant boxes ( 3 . 4 ) is supported.

Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the at least one pressure element ( 17 . 18 ) before passing heated coolant through the heat exchanger tubes ( 6 ) is heated.

Heat exchanger according to claim 2 or 3, characterized in that the at least one pressure element ( 17 . 18 ) to above the temperature of the heat exchanger tubes ( 6 ) lying temperature is heated.

Heat exchanger according to one of claims 2 to 4, characterized in that the at least one pressure element ( 17 . 18 ) with a thermal insulation ( 25 ) is provided.

Heat exchanger according to one of claims 2 to 5, characterized in that the pressure element ( 17 . 18 ) is heated with heated coolant.

Heat exchanger according to one of claims 2 to 6, characterized in that the at least one pressure element ( 17 . 18 ) parallel to the heat exchanger tubes ( 6 ) is aligned.

Heat exchanger according to one of claims 2 to 7, characterized by at least two pressure elements ( 17 . 18 ), which together with the two coolant boxes ( 3 . 4 ) form a closed frame.

Heat exchanger according to one of claims 2 to 8, characterized by at least two on both sides of the heat exchanger tubes ( 6 ) arranged pressure elements ( 17 . 18 ).

Heat exchanger according to one of claims 2 to 9, characterized in that the at least one pressure element ( 17 . 18 ) compared to each of the heat exchanger tubes ( 6 ) has a high rigidity.

Heat exchanger according to one of claims 2 to 10, characterized in that the at least one pressure element is a hollow profile ( 17 . 18 ), which is part of the cooling circuit upstream of the heat exchanger tubes ( 6 ) can be acted upon with heated coolant.

Cooling circuit, in particular a cooling circuit of an internal combustion engine, characterized by a heat exchanger ( 1 ) according to one of the preceding claims.

Cooling circuit according to claim 12, characterized in that the heat exchanger is a main water cooler ( 1 ) of the internal combustion engine ( 2 ).

Cooling circuit according to claim 12 or 13, characterized in that the heat exchanger tubes ( 9 ) and the at least one hollow profile through which coolant flows ( 17 . 18 ) are arranged in two separate branches of the cooling circuit.

Cooling circuit according to claim 14, characterized in that the hollow profile ( 17 . 18 ) is arranged in a branch circuit leading to a bypass line ( 19 ) is connected in parallel.

Cooling circuit according to claim 14 or 15, characterized in that the hollow profile ( 17 . 18 ) is arranged in a branch circuit which a bypass line for the radiator ( 1 ).

Method for avoiding thermal pressure and / or compressive-tensile alternating stresses of heat exchanger tubes of a heat exchanger, characterized in that first the heat exchanger tubes ( 6 ) are subjected to tension before heated coolant passes through the heat exchanger tubes ( 6 ) is passed.

A method according to claim 17, characterized in that the heat exchanger tubes ( 6 ) by opposing pressure forces on two with opposite ends of the heat exchanger tubes ( 6 ) associated coolant boxes ( 3 . 4 ) are claimed to train.

A method according to claim 18, characterized in that the pressure forces by at least one between the coolant boxes ( 3 . 4 ) arranged pressure element ( 17 . 18 ), which is prior to the passage of heated coolant through the heat exchanger tubes ( 6 ) is heated.

Method according to claim 19, characterized in that the pressure element ( 17 . 18 ) is heated by supplying heated coolant.

A method according to claim 20, characterized in that heated coolant through the hollow pressure element ( 17 . 18 ) is passed through.

A method according to claim 21, characterized in that the heat exchanger is a cooler ( 1 ) an internal combustion engine ( 2 ), and that the heated coolant during warm-up of the internal combustion engine ( 2 ) first through the hollow pressure element ( 17 . 18 ) and then through the heat exchanger tubes ( 6 ) is passed through.