DE19837807A1

DE19837807A1 - Wärmetauscher mit mindestens einem Anschlußelement

Info

Publication number: DE19837807A1
Application number: DE19837807A
Authority: DE
Inventors: Jaroslav Pavlin
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1998-08-20
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 2000-02-24
Also published as: WO2000011425A1; EP1105691B1; US6435271B1; BR9915140A; EP1105691A1; DE59903569D1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher 10 mit mindestens einem Anschlußelement 11. Der Wärmetauscher ist in Stapelbauweise ausgeführt und besitzt Haltevorrichtungen 17, die als Teil des Gehäuses des Wärmetauschers 10 ausgeführt sind. Diese können entweder durch Verformung der Abschlußplatten 18 erzeugt werden oder als Profilleisten auf die Abschlußplatten aufgelötet sein. Die Anschlußelemente 11 haben entsprechende Aufnahmen 19, wobei die Montage durch Verformung der Haltevorrichtungen 17 erfolgen kann. Alternativ hierzu können die Haltevorrichtungen auch als Bajonettverschluß ausgeführt sein. Die Integration von Haltevorrichtungen in den Wärmetauscher 10 in der oben genannten Weise bringt in erster Linie Kostenvorteile durch eine Verringerung der Fertigungskosten bzw. der Montagezeiten.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit mindestens einem Anschlußelement nach der Gattung des Patentanspruches 1. Außerdem betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung der Verbindung zwischen Wärmetauscher und Anschlußelement nach der Gattung der Patentansprüche 7 und 8.

Ein Wärmetauscher in Stapelbauweise ist z. B. aus der DE 93 09 741 bekannt. Dieser Wärmetauscher besteht aus ineinander gestellten wannenförmigen Stapelscheiben sowie Abschlußplatten. Die Bauelemente sind miteinander verlötet und ergeben auf diese Weise ein nach außen hin dichtes System. Ein- und Auslässe sind für den Kühlmittelkreislauf sowie für den Kreislauf des zu kühlenden Fluids vorgesehen.

Zur Befestigung des Wärmetauschers ist mindestens eine der Abschlußplatten als Flansch ausgebildet. Dieser kann mit Bohrungen versehen werden und z. B. mit Hilfe von Schrauben am vorgesehenen Montageort befestigt werden. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch der zusätzlich anfallende Arbeitsgang zum Vorsehen der Bohrung in den Abschlußplatten. Am Montageort muß gleichfalls eine Bohrung, evtl. mit einem Gewinde versehen, vorgesehen werden. Auch die als Befestigungsmittel verwendeten Schrauben bedeuten einen zusätzlichen Aufwand an Komponenten.

Die Herstellung der Wärmetauscher erfolgt üblicherweise in einem Ofen. Die mit einem Lotwerkstoff beschichteten Bauteile des Wärmetauschers werden lose vormontiert und provisorisch fixiert. Im Ofen herrscht eine Temperatur, in dem der Lotwerkstoff schmilzt und in die Verbindungsstellen der einzelnen Bauteile fließt. Auf diese Weise werden die Bauteile miteinander verbunden und die Flüssigkeitskreisläufe gegeneinander sowie gegen die Umgebung hin abgedichtet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin eine Kombination aus Wärmetauscher bzw. dessen Anschlußelementen zu schaffen, die hinsichtlich des Fertigungsaufwandes des Montageaufwandes bzw. der Funktionszuverlässigkeit optimiert ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Ferner werden gemäß der Ansprüche 7 und 8 Verfahren zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Wärmetauscher und seinen Anschlußelementen bzw. am Montageort beansprucht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kombination aus Wärmetauscher und Anschlußelement weist einen Verbindungsmechanismus auf, der aus Haltevorrichtungen am Wärmetauscher besteht, die mit Aufnahmen an den Anschlußelementen zusammenwirken. Zusätzliche Verbindungsmittel wie z. B. Schrauben sind nicht notwendig. Die Haltevorrichtung sind als Teil des Gehäuses ausgebildet.

Haltevorrichtung und Aufnahmen weisen eine einfache Geometrie auf. Die Aufnahmen können daher bereits im Urformwerkzeug der Anschlußelemente vorgesehen werden. Dadurch fallen zusätzliche Arbeitsgänge z. B. für das vorsehen von Bohrungen, die nicht hinterschneidungsfrei im Urformwerkzeug vorgesehen werden können, weg.

Eine zweckmäßige Ausbildung des Erfindungsgedankens sieht vor, die Haltevorrichtung durch Verformung bestimmter Teile des Wärmetauschers, insbesondere der Abschlußplatten, zu erzeugen. Die Abschlußplatten sind im allgemeinen Stanzteile und werden zu deren Versteifung häufig mit Sicken versehen. In diesen Verfahrensschritten können ohne zusätzlichen Fertigungsaufwand auch Haltevorrichtung an die Abschlußplatte angeformt werden. Durch das Vorsehen derartiger Haltevorrichtungen entsteht also fast kein Mehraufwand.

Eine andere Variante der Haltevorrichtung besteht aus Profilleisten, die fest mit dem Gehäuse verlötet sind. Die Profilleisten lassen sich aus kostengünstig zu beschaffenden Halbzeugen herstellen. Sie können mit unwesentlichem Mehraufwand in das lose vormontierte Stapelscheibenpaket des Wärmetauschers integriert werden. Durch die Behandlung im Ofen entsteht zwischen den Profilleisten und dem Gehäuse eine feste Verbindung. Die Behandlung des Wärmetauschers im Ofen ist ein Herstellungsschritt der sich aufgrund des Stapelscheibenaufbaus des Wärmetauschers ergibt. Somit ist auch bei dieser Variante kein zusätzlicher Verfahrensschritt zur Fixierung der Haltevorrichtung am Wärmetauscher notwendig.

Es ist vorteilhaft, Arretierungen in der Verbindung zwischen den Haltevorrichtungen am Gehäuse und den Aufnahmen an den Anschlußelementen vorzusehen. Diese haben den Zweck, ein ungewolltes Lösen der Verbindung zu verhindern. Wenn die Anschlußelemente aus Kunststoff sind, kann die Eigenelastizität dieses Werkstoffes benutzt werden, z. B. durch Vorsehen von elastischen Schnappnasen. Ein Vorsehen von Arretierung hat den Vorteil, daß die Verbindung zwischen Anschlußelementen und Wärmetauscher lösbar ausgeführt sein kann.

Natürlich müssen die Haltevorrichtung am Wärmetauscher sowie die Aufnahmen an den Anschlußelementen miteinander korrespondieren. Hierzu ist insbesondere auch eine entsprechende geometrische Ausgestaltung der Anschlußelemente notwendig. Dies kann erfindungsgemäß z. B. dadurch gelöst werden, daß Nuten oder Flansche am Anschlußelement vorgesehen werden, die mit den Haltevorrichtungen am Wärmetauscher im Eingriff stehen. Handelt es sich bei dem Anschlußelementen z. B. um Ölfilter mit im wesentlichen zentralsymmetrischer Geometrie, lassen sich diese Nuten bzw. Flansche durch eine durch die Symmetrieachse verlaufende Formteilung hinterschneidungsfrei herstellen.

Für die Montage der Anschlußelemente am Wärmetauscher ist ein Verfahren gemäß Anspruch 7 geeignet. Danach wird das Anschlußelement an den vorgesehenen Montageort am Wärmetauscher gebracht. Anschließend werden die Haltevorrichtungen plastisch verformt, z. B. durch Umbiegen. Hierdurch entsteht ein Formschluß zwischen Anschlußelement und Wärmetauscher. Das Anschlußelement bleibt dabei weitgehend unverformt.

Die beschriebene Verbindung zwischen Wärmetauscher und Anschlußelement ist nicht lösbar, es sei denn, man bringt die Haltevorrichtung in ihre ursprüngliche Form zurück. Jedoch ist das Montageverfahren durch Verformung der Halteelemente besonders bei großen Stückzahlen sehr wirtschaftlich. Die Montage kann maschinell in einer dafür vorgesehenen Vorrichtung erfolgen.

Alternativ hierzu wird ein Montageverfahren beansprucht, bei dem die Verbindung zwischen Wärmetauscher und Anschlußelementen durch eine Relativbewegung dieser Teile erfolgt. Dies kann z. B. durch eine Art Bajonettverschluß realisiert werden. Das Anschlußelement wird auf den Wärmetauscher gesteckt und durch eine Drehung fest mit dem Wärmetauscher verbunden.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Zeichnung

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Zeichnungen anhand von schematischen Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung des Wärmetauschers zwischen zwei Anschlußelementen in der Seitenansicht,

Fig. 2 den Schnitt A-A gemäß Fig. 1 durch die Abschlußplatte des Wärmetauschers mit Haltevorrichtung und das Anschlußelement,

Fig. 3 eine alternative Ausgestaltung der Haltevorrichtung entsprechend dem Detail X aus Fig. 2 im Schnitt,

Fig. 4 den Schnitt C-C gemäß Fig. 3,

Fig. 5 den Schnitt B-B gemäß Fig. 1, wobei die Funktionsweise einer möglichen Ausführungsform von Arretierungen deutlich wird und

Fig. 6 eine alternative Ausgestaltung der Haltevorrichtungen, dargestellt entsprechend des Schnittes A-A aus Fig. 1.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Wärmetauscher 10 mit Anschlußelementen 11 dargestellt. Die Anschlußelemente können z. B. ein Ölfilter 12 oder der Montageort im Motorraum, z. B. der Motorblock oder die Ölpumpe, sein. Der Wärmetauscher weist einen Kühlmitteleinlaß 13 und einen Kühlmittelauslaß 14 auf, die in diesem Fall als Schlauchstutzen für nicht dargestellte Kühlmittelschläuche ausgeführt sind. Die Anschlußelemente stehen über einen Einlaß 15 und einen Auslaß 16 für das zu kühlende Fluid mit dem Wärmetauscher in Verbindung.

Die Verbindungen zwischen den Anschlußelementen 11 und dem Wärmetauscher 10 ist durch ein Zusammenspiel von Haltevorrichtungen 17 an den Abschlußplatten 18 des Wärmetauschers 10 und Aufnahmen 19 an den Anschlußelementen 11 gewährleistet. Verschiedene Varianten dieser Verbindung werden in den folgenden Figuren genauer beschrieben.

In Fig. 2 ist ein montiertes Anschlußelement 11 auf einem Wärmetauscher im Schnitt dargestellt. Der Wärmetauscher wird durch ineinander gestellte, wannenförmige Stapelscheiben 21 gebildet, die an ihren Berührungsflächen 22 miteinander verlötet sind. Weiterhin ergibt sich eine Berührungsfläche zwischen der obersten Stapelscheibe und der Abschlußplatte 18, die den Abschluß des Wärmetauschers bildet und ebenfalls eine verlötete Berührungsfläche 22 zur obersten Stapelscheibe aufweist. Eine Kante 23 am Rand der Abschlußplatte ist nach außen hin abgekantet und bildet dadurch eine der Haltevorrichtungen 17. Eine zweite Haltevorrichtung ist durch eine Profilleiste 24 gebildet, die ebenfalls eine Berührungsfläche 22 mit der Abschlußplatte 18 aufweist, über die sie verlötet ist.

Die Kanten 23 der Haltevorrichtungen 17, wobei eine der Haltevorrichtung als Profilleiste 24 ausgeführt ist, sind in Fig. 2 gestrichelt dargestellt. Diese Positionen nehmen die Kanten vor der Montage des Anschlußelementes 11 ein. Das Anschlußelement wird zwischen die Haltevorrichtung eingesetzt und die Kanten der Haltevorrichtung umgebogen. Die Haltevorrichtungen 17 sind in Fig. 2 im montiertem Zustand des Anschlußelementes 11 dargestellt. Als Dichtung zwischen Anschlußelement 11 und Abschlußplatte 18 kommt eine Dichtung 25 zum Einsatz. Die Haltevorrichtungen stehen mit den Aufnahmen 19 des Anschlußelementes 11 in Verbindung.

In Fig. 3 ist eine alternative geometrische Ausgestaltung der Haltevorrichtung dargestellt. Diese besteht, ähnlich wie in Fig. 2 dargestellt, aus einer Profilleiste 24, die über die Berührungsfläche 22 mit der Abschlußplatte 18 verlötet ist. Der im Winkel von 90° von der Oberfläche der Abschlußplatte 18 abstehende Schenkel 26 des Halteprofils 24 ist partiell ausgeschnitten. Die ausgeschnittenen Teile 27 können nach Einsetzen des Anschlußelementes 11 durch plastische Verformung in dafür vorgesehene Nuten 28 im Anschlußelement hineingedrückt werden. Die Nut übernimmt dabei die Funktion der Aufnahme im Anschlußelement 11.

In Fig. 4 läßt sich der Eingriff der plastisch verformten ausgeschnittenen Teile 27 in die Nut 28 erkennen. Der Schenkel 26 der Profilleiste 24 ist nur in den dargestellten Bereichen A ausgeschnitten. Zwischen diesen Bereichen bleibt die Profilleiste 24 unverformt. Die unverformten Bereiche der Profilleiste 24 sind zusätzlich nötig, damit diese nicht in mehrere Einzelteile zerfällt.

In Fig. 5 ist eine Version der Haltevorrichtungen 19 dargestellt, die als Bajonettverschluß ausgebildet ist. Die Haltevorrichtungen sind, ähnlich wie in Fig. 2 dargestellt, aus der Abschlußplatte 18 und der Profilleiste 24 gebildet. Der Filter 12 besitzt einen flanschartigen Ansatz der die Funktion der Aufnahmen 19 übernimmt. Damit der Ölfilter zwischen den Haltevorrichtungen plaziert werden kann, besitzt der flanschartige Ansatz Aussparungen 29. Der Ölfilter kann in eine hierfür vorgesehene Führung 30 eingesetzt werden. Durch anschließende Drehung des Ölfilters 12 um 90° kommen die Aufnahmen 19 unter den Haltevorrichtungen 17 zum Eingriff. Dabei rastet eine Arretierung 31 ein, die durch korrespondierende Einbuchtungen 32 in der Haltevorrichtung bzw. im Ölfilter gebildet wird.

Fig. 6 zeigt eine alternative Ausgestaltung für die Haltevorrichtung. Diese besteht aus einer Buchse 33, die z. B. in den Einlaß 15 eingelötet ist. Der Ölfilter 12 wird mit seiner Innenöffnung 34 auf die Buchse geschoben, wobei diese durch plastische Verformung den Ölfilter festklemmt. Die Kanten 23 vor der montagebedingeten Verformung der Buchse 33 sind in Fig. 6 gestrichelt dargestellt.

Claims

1. Wärmetauscher (10) mit mindestens einem Anschlußelement (11), insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauscher für den Einsatz in einer Brennkraftmaschine, wobei dieser insbesondere aus gelöteten Stapelscheiben (21) und Abschlußplatten (18) besteht,

- mindestens je einem Einlaß (15) und einem Auslaß (16) für das zu kühlende Fluid,
- mindestens je einen Kühlmitteleinlaß (13) und einen Kühlmittelauslaß (14) sowie
- Anschlußmittel für die Fluidkreisläufe,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußmittel zumindest teilweise aus Haltevorrichtungen (17) bestehen,
- die vollständig als Teil des Wärmetauschers ausgebildet sind,
- die mit mindestens dem einen Anschlußelement (11) über Aufnahmen (19) an den Anschlußelementen verbunden sind,
- wobei die Aufnahmen (19) im wesentlichen verformungsfrei mit den Haltevorrichtungen (17) im Formschluß stehen.

2. Wärmetauscher (10) mit mindestens einem Anschlußelement (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Haltevorrichtungen (17) durch von Teilen des Wärmetauschers, insbesondere der Abschlußplatten (18), gebildet sind.

3. Wärmetauscher (10) mit mindestens einem Anschlußelement (11) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Haltevorrichtungen (17) durch Profilleisten (24) gebildet ist, die insbesondere durch Lötverbindungen fest mit dem Wärmetauscher (20) verbunden sind.

4. Wärmetauscher (10) mit mindestens einem Anschlußelement (11) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtungen (17) und/oder die Aufnahmen (19) Arretierungen (31) aufweisen.

5. Wärmetauscher (10), dadurch gekennzeichnet, daß dieser über die Haltevorrichtungen (17) mit mindestens einem Anschlußelement (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 verbindbar ist.

6. Anschlußelement (11), dadurch gekennzeichnet, daß dieses über die Aufnahmen (19) mit dem Wärmetauscher (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 verbindbar ist.

7. Verfahren zur Verbindung des Wärmetauschers (10) nach Anspruch 5 mit dem Anschlußelement (11) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen diesen Bauelementen durch Verformung, insbesondere Umbiegen, der Haltevorrichtungen (17) erfolgt.

8. Verfahren zur Verbindung des Wärmetauschers (10) nach Anspruch 5 mit dem Anschlußelement (11) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung dieser Bauelemente durch eine Relativbewegung zwischen ihnen, insbesondere eine Drehung, erfolgt.