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Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen des Wärmeübertragers.
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Ein gattungsgemäßer Wärmeübertrager weist üblicherweise mehrere Flachrohre und mehrere Wellrippenplatten auf, die aneinander alternierend gestapelt sind. Der auf diese Weise gebildete Stapel ist dabei beidseitig durch Seitenteile geschlossen, die zusammen mit den Flachrohren beidseitig an jeweils einem Kühlerboden festgelegt sind. Der Wärmeübertrager ist dabei durch ein Kühlmittel von dem einen Kühlerboden zu dem anderen Kühlerboden über die Flachrohre und durch die Luft über die Wellrippenplatten durchströmbar. Die Widerstandsfähigkeit des Wärmeübertragers gegenüber Thermowechselbelastung ist von der Geometrie der Seitenteile abhängig. Im Vergleich zu den angrenzenden Flachrohren reagiert ein Seitenteil bei Änderung der Kühlmitteltemperatur thermisch träge, da es eine höhere Masse besitzt und nicht vom Kühlmittel durchströmt ist. Deshalb werden bei thermischer Expansion oder Kontraktion des Stapels erhebliche Spannungen durch das Seitenteil auf die Kühlerböden und die darin verlöteten Flachrohre übertragen.
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In der Regel werden in den Seitenteilen der gattungsgemäßen Wärmeübertrager lokale Schwachstellen - ausgeführt als Dehnelemente oder Aussparungen oder Materialreduzierung - vorgesehen. Diese führen entweder zum Reißen des Seitenteils unter hohen Spannungen - wie beispielweise in der
EP 1 502 068 B1 beschrieben - oder vermindern die auf die Flachrohre übertragenen Spannungen durch eine höhere Elastizität des Seitenteils - wie beispielweise in
DE 19 753 408 B4 beschrieben. Die Entkopplung der durch die Dehnelemente abgegrenzten Segmente des Seitenteils während des Kühlerbetriebs hat den entscheidenden Nachteil, dass bis zum Reißen der Dehnelemente erhebliche Kräfte auf die Kühlerböden und auf die Flachrohre übertragen werden. Werden die Dehnelemente labiler gestaltet, erfolgt ein Entkoppeln der Seitenteile bereits früher unter Last, wodurch die übertragenen Belastungen verringert werden können. Dadurch wird allerdings auch das Handling der Seitenteile bei der Fertigung erschwert, da sich die Seitenteile im Bereich der Dehnelemente leichter verformen. Die Erhöhung der Elastizität des jeweiligen Seitenteils durch ein elastisches Dehnelement hat wiederum den Nachteil, dass die übertragenen Kräfte auf die Kühlerböden und die Flachrohre im Vergleich zu einem vollständig entkoppelten Seitenteil über die gesamte Betriebsdauer des Kühlers erhöht sind. Auch hier kann eine noch flexiblere Gestaltung der Dehnelemente die Belastungen zwar reduzieren, allerdings wieder auf Kosten eines erschwerten Handlings der Seitenteile bei der Fertigung.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für einen Wärmeübertrager der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen des Wärmeübertragers bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Entkopplung in einem Wärmeübertrager bereits beim Herstellen ohne einen zusätzlichen Prozessschritt zu erreichen. Ein Wärmeübertrager ist dabei für ein Kraftfahrzeug vorgesehen und weist mehrere von einem Fluid durchströmbare Flachrohre und mehrere Wellrippenplatten auf. Die Flachrohre und die Wellrippenplatten sind dabei in Stapelrichtung alternierend zu einem Stapel gestapelt. Der Stapel ist ferner in Stapelrichtung beidseitig durch jeweils eine Seitenplatte geschlossen, die sich quer zur Stapelrichtung erstreckt. Die jeweilige Seitenplatte weist dabei in wenigstens einem Sollbruchbereich mehrere einen Durchbruch überbrückende Sollbruchstellen auf. Erfindungsgemäß weist die Seitenplatte mit den nicht durchbrochenen Sollbruchstellen in Längsrichtung eine Übermaßlänge auf, die größer als eine Endlänge der jeweiligen in dem Wärmeübertrager montierten Seitenplatte ist. Dadurch sind in dem montierten Wärmeübertrager die Sollbruchstellen in dem wenigstens einen Sollbruchbereich durchbrochen.
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Die Endlänge der jeweiligen Seitenplatte ist dabei eine zum Herstellen notwendige Länge der Seitenplatte und ist durch einen Abstand der beiden Böden beziehungsweise durch eine Länge der Flachrohre zwischen den beiden Böden in dem Wärmeübertrager definiert. Die Übermaßlänge ist größer als die Endlänge der jeweiligen Seitenplatte und ist durch eine Fertigungslänge oder anders gesagt durch eine Länge der jeweiligen Seitenplatte nach der Fertigung und vor der Montage in dem Wärmeübertrager definiert. Beim Herstellen des Wärmeübertragers werden die beiden Böden des Wärmeübertragers in Längsrichtung beidseitig gegen den Stapel geschoben und die jeweilige Seitenplatte durch die von den Böden auf diese übertragenen Druckkräfte von der Übermaßlänge auf die Endlänge gebracht. Die Übermaßlänge und die Endlänge sind dabei derart aneinander angepasst, dass die den Durchbruch überbrückenden Sollbruchstellen der jeweiligen Seitenplatte bereits beim Herstellen des Wärmeübertragers durchbrechen. Auf diese vorteilhafte Weise sind durch den Durchbruch voneinander getrennte Teile der jeweiligen Seitenplatte bereits vor dem Betriebsstart des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mechanisch voneinander entkoppelt. Dadurch werden die durch die jeweiligen Seitenplatten auf die Flachrohre des Wärmeübertragers übertragenen Kräfte minimiert. Die Steifigkeit der jeweiligen Seitenplatte mit den nicht durchbrochenen Sollbruchstellen vor der Montage des Wärmeübertragers hat dabei keinen Einfluss auf die in Längsrichtung auf die Flachrohre wirkenden Kräfte im Betrieb des montierten Wärmeübertragers und kann beliebig sein. So kann die Steifigkeit der jeweiligen Seitenplatte beispielweise derart angepasst sein, dass ein Durchbrechen oder ein Verbiegen der jeweiligen Seitenplatte an den Sollbruchstellen beim fertigungsüblichen Handling ausgeschlossen ist und dadurch das Herstellen des Wärmeübertragers vereinfacht wird.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Wärmeübertragers ist vorgesehen, dass in dem wenigstens einen Sollbruchbereich der jeweiligen Seitenplatte wenigstens fünf Sollbruchstellen angeordnet sind. Durch die mehreren Sollbruchstellen kann die jeweilige Seitenplatte mit den nicht durchbrochenen Stellen steif ausgestaltet sein, so dass ein Durchbrechen oder ein Verbiegen der jeweiligen Seitenplatte an den Sollbruchstellen beim fertigungsüblichen Handling vorteilhafterweise ausgeschlossen ist. Um die Steifigkeit der jeweiligen Seitenplatte zu erhöhen, kann die jeweilige Seitenplatte U-förmig sein. Dabei kann die jeweilige Seitenplatte in dem wenigstens einen Sollbruchbereich an ihren Flanken wenigstens eine Sollbruchstelle und an ihrem Steg wenigstens drei Sollbruchstellen aufweisen. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Sollbruchstelle durch einen Verbindungssteg gebildet ist, dessen Breite einer Breite des Durchbruchs entspricht und dessen Länge bevorzugt zwischen 0,3 und 1 mm beträgt. Durch die derart ausgestalteten Sollbruchstellen ist die jeweilige Seitenplatte mit den nicht durchbrochenen Sollbruchstellen relativ steif und das Herstellen des Wärmeübertragers erheblich vereinfacht.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers ist vorgesehen, dass die jeweilige Seitenplatte in dem wenigstens einen Sollbruchbereich einen mäanderförmigen Durchbruch aufweist, wobei dadurch geformte Zungen in dadurch geformte Ausnehmungen in Längsrichtung eingreifen. Die jeweiligen Zungen und die jeweiligen Ausnehmungen können in Längsrichtung relativ ineinander verschoben werden, so dass dadurch die jeweilige Seitenplatte von der Übermaßlänge auf die Endlänge gebracht werden kann. Vorteilhafterweise kann sich eine Breite des Durchbruchs bereichsweise unterscheiden. Insbesondere können ein sich in Längsrichtung erstreckender Bereich des Durchbruchs und ein sich quer zur Längsrichtung erstreckender Bereich des Durchbruchs unterschiedlich breit sein. Vorteilhafterweise können die Sollbruchstellen den Durchbruch ausschließlich quer zur Längsrichtung beziehungsweise in den sich in Längsrichtung erstreckenden Bereichen überbrücken. Die Breite des Durchbruchs in den sich in Längsrichtung erstreckenden Bereichen definiert dann eine Breite der jeweiligen Sollbruchstellen. Die Breite des Durchbruchs in den sich quer zur Längsrichtung erstreckenden Bereichen gibt dann eine maximale Differenz zwischen der Übermaßlänge und der Endlänge der jeweiligen Seitenplatte in Längsrichtung vor. Folglich können die durch den Durchbruch voneinander getrennten Teile der jeweiligen Seitenplatte bei den durchbrochenen Sollbruchstellen in Längsrichtung maximal um diese Differenz ineinander verschoben werden.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Seitenplatte zwei Sollbruchbereiche aufweist, die die Seitenplatte in zwei Randteile und ein in Längsrichtung zwischen den beiden Randteilen angeordnetes Mittelteil aufteilen. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in dem jeweiligen Sollbruchbereich fünf Sollbruchstellen angeordnet sind, so dass der eine Randteil und der andere Randteil mit dem Mittelteil jeweils über fünf Sollbruchstellen verbunden sind. Die jeweilige Seitenplatte mit den nicht gebrochenen Sollbruchstellen kann dadurch steif ausgestaltet sein, so dass ein Durchbrechen der Sollbruchstellen der jeweiligen Seitenplatte beim Handling ausgeschlossen ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen des oben beschriebenen Wärmeübertragers für ein Kraftfahrzeug. In dem Verfahren werden dabei zuerst die mehreren Flachrohre und die mehreren Wellrippenplatten in Stapelrichtung alternierend zu dem Stapel gestapelt. Danach wird an dem Stapel beidseitig jeweils eine Seitenplatte angeordnet. Anschließend werden die an dem Stapel beidseitig angeordneten Seitenplatten von der Übermaßlänge auf die Endlänge gebracht und dadurch die Sollbruchstellen in dem wenigstens einen Sollbruchbereich der jeweiligen Seitenplatte durchbrochen. Die Seitenplatten können dabei bereits an Böden des Wärmeübertragers festgelegt sein und beim Aufschieben der Böden aufeinander von der Übermaßlänge auf die Endlänge gebracht werden. So können die auf die Endlänge gebrachten Seitenplatten und der Stapel zu dem Wärmeübertrager montiert werden. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Mittelteil der jeweiligen Seitenplatte mit den zwei Sollbruchbereichen zeitweilig in einer externen Fixiereinrichtung fixiert wird, so dass beim Bringen der jeweiligen Seitenplatte von der Übermaßlänge auf die Endlänge die beiden Randteile relativ zu dem Mittelteil in Längsrichtung verschoben werden.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die jeweiligen Seitenplatten von dem Stapel bereits beim Herstellen des Wärmeübertragers entkoppelt. Das Verfahren kann dabei vereinfacht und ohne einen zusätzlichen Prozessschritt durchgeführt werden. Dadurch, dass die Steifigkeit der jeweiligen Seitenplatte mit den nicht durchbrochenen Sollbruchstellen keinen Einfluss auf die auf die Flachrohre übertragenen Kräfte im Betrieb des Wärmeübertragers aufweist, ist diese durch die Ausgestaltung der Sollbruchstellen anpassbar. Insbesondere kann die Steifigkeit der jeweiligen Seitenplatte mit den nicht durchbrochenen Sollbruchstellen derart angepasst werden, dass ein Durchbrechen der Sollbruchstellen der jeweiligen Seitenplatte beim Handling ausgeschlossen wird und dadurch das Herstellen des Wärmeübertragers vereinfacht wird.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine Teilansicht einer Seitenplatte mit nicht durchbrochenen Sollbruchstellen für einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager;
- 2 eine Teilansicht einer Seitenplatte mit durchbrochenen Sollbruchstellen für einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager.
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1 und 2 zeigen Teilansichten einer Seitenplatte 1 für einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 2 für ein Kraftfahrzeug. Der Wärmeübertrager 2 weist mehrere von einem Fluid durchströmbare Flachrohre und mehrere Wellrippenplatten - hier nicht gezeigt - auf, die in Stapelrichtung 3 alternierend gestapelt sind. Die hier gezeigte Seitenplatte 1 schließt den Wärmeübertrager 2 einseitig und erstreckt sich in Längsrichtung 4 quer zur Stapelrichtung 3. Die Seitenplatte 1 weist dabei zwei Sollbruchbereiche 5 - hier nur ein Sollbruchbereich 5 zu sehen - auf, die durch jeweils einen Durchbruch 6 mit fünf den Durchbruch 6 überbrückenden Sollbruchstellen 7 - hier nur vier Sollbruchstellen 7 zu sehen - gebildet ist. Die Sollbruchbereiche 5 teilen die Seitenplatte 1 in zwei Randteile 8 - hier nur ein Randteil 8 zu sehen - und ein Mittelteil 9 auf. In dieser Ausführungsform weist die jeweilige Seitenplatte 1 zwei Sollbruchbereiche 5 und fünf Sollbruchstellen 7 in dem jeweiligen Sollbruchbereich 5 auf. Grundsätzlich kann jedoch die Seitenplatte 1 mehr als zwei Sollbruchbereiche 5 und mehr als fünf Sollbruchstellen 7 in dem jeweiligen Sollbruchbereich 5 aufweisen.
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Die Seitenplatte 1 mit den nicht durchbrochenen Sollbruchstellen 7 nach 1 weist in Längsrichtung 4 eine Übermaßlänge LA auf, die größer als eine Endlänge LE der jeweiligen in dem Wärmeübertrager 2 montierten Seitenplatte 1 nach 2 ist. Die Übermaßlänge LA und die Endlänge LE sind dabei derart aneinander angepasst, dass die den Durchbruch 6 überbrückenden Sollbruchstellen 7 bereits beim Herstellen des Wärmeübertragers 2 durchbrechen. Beim Herstellen werden dabei die beiden Randteile 8 mit der Kraft F nach 1 aufeinander geschoben und das Mittelteil 9 bleibt durch eine Zentrieröffnung 10 an beispielsweise einem Metallstift unbeweglich und zentriert. Auf diese Weise sind die Sollbruchstellen 7 der jeweiligen Seitenplatte 1 bereits vor dem Betriebsstart des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 2 durchbrochen. Eine signifikante Krafteinwirkung der Seitenteile 1 auf Böden und indirekt auf die darin verlöteten Flachrohre des Wärmeübertragers 2 ist dadurch ausgeschlossen.
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Die Seitenplatte 1 ist durch die fünf Sollbruchstellen 7 in dem Sollbruchbereich 5 relativ steif, so dass das Handling der Seitenplatte 1 vereinfacht ist. Die jeweiligen Sollbruchstellen 7 sind dabei durch einen Verbindungssteg 11 gebildet, dessen Breite einer Breite BD des Durchbruchs 6 entspricht und dessen Länge bevorzugt zwischen 0,3 und 1 mm beträgt. Die Seitenplatte 1 ist ferner U-förmig ausgestaltet und weist einen Steg 12 und zwei Flanken 13 auf. Der Durchbruch 6 in dem Steg 12 ist mäanderförmig, so dass in dem Randteil 8 eine Zunge 8a und eine Ausnehmung 8b und in dem Mittelteil 9 eine Zunge 9a und eine Ausnehmung 9b geformt ist. Die Zunge 8a greift in Längsrichtung 4 in die Ausnehmung 9b ein und die Zunge 9a greift in Längsrichtung 4 in die Ausnehmung 8b ein. Die jeweiligen Zungen 8a und 8b und die jeweiligen Ausnehmungen 8b und 9b können in Längsrichtung 4 relativ ineinander verschoben werden, so dass dadurch die Seitenplatte 1 von der Übermaßlänge LA auf die Endlänge LE gebracht werden kann. Die Sollbruchstellen 7 überbrücken den Durchbruch 6 ausschließlich quer zur Längsrichtung 4 in sich in Längsrichtung erstreckenden Bereichen des Durchbruchs 6. Eine Differenz zwischen der Übermaßlänge LA und der Endlänge LE ist dabei durch die Breite BD des Durchbruchs 6 in sich quer zur Längsrichtung 4 erstreckenden Bereichen gegeben und kann durch die Breite BD des Durchbruchs 6 in diesen Bereichen angepasst sein..
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1502068 B1 [0003]
- DE 19753408 B4 [0003]