DE4028233C2 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Wasserkasten und einem Rohrrippenblock, bei dem Rohrenden eine ringbundartige Verformung aufweisen und jeweils dicht im aus Kunststoff bestehenden Rohrboden des Wasserkastens gehalten sind. Öffnungen des Rohrbodens zur Aufnahme der Rohre jeweils im Querschnitt abgesetzt sind.

Bei einem solchen aus dem DE 84 10 851 U1 kannten Wärmetauscher sind die Enden von beide Wasserkästen verbindenden Rohren vor der Montage bereits mit den ringbundartigen Verformungen versehen. Bei der Montage werden zwischen den Öffnungen und den ringbundartigen Verformungen besondere Dichtungen einlegen. Über die Rohre können praktisch keine Zugkräfte auf den Wasserkasten übertragen werden. Durch den Innendruck im Kühler erfolgt eine Entlastung der Dichtungen, so daß mit steigendem Innendruck die Gefahr der Undichtheit zunimmt.

Die Verwendung von Rohren mit ringbundartigen Verformungen ist ferner aus der US 3 929 356 und der DE-OS 23 25 679 bekannt. Auch bei diesen bekannten Konstruktionen sind zusätzliche Dichtungen erforderlich, die Herstellung und Montage komplizieren und enge Herstellungstoleranzen erforderlich machen.

Auch bei der Konstruktion nach der FR 20 36 696 sind kompliziert geformte Dichtungskörper erforderlich, durch die Herstellung und Montage kompliziert wird. Durch die Alterung der kompliziert geformten Dichtungen ist die Lebensdauer solcher Kühler, insbesondere bei hohen Beanspruchungen in Kraftfahrzeugen beschränkt.

In Vermeidung der geschilderten Nachteile liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfach herstellbare Rohr/Rohrboden-Verbindung mit hoher Dichtigkeit und großen Herstellungstoleranzen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit einem Wärmetauscher gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist eine weitgehend automatische Montage der Wärmetauscher möglich. Durch die Stauchung der Rohrenden direkt in den Öffnungen der Rohrböden erfolgt eine besonders dichte Preßsitzabdichtung, da beim Stauchvorgang der aus Kunststoff bestehende Rohrboden im Bereich der Öffnungen elastisch nachgebend sich aufweitet und diese elastische Vorspannung erhalten bleibt und dies auch bei großen Herstellungstoleranzen. Eine besondere Dichtung ist hier überhaupt nicht erforderlich. Durch die feste Verankerung der Rohrenden und der Vorspannung in den Rohrböden wird insgesamt eine hohe Steifigkeit des gesamten Wärmetauschers erreicht. Bei großer Dauerfestigkeit wird eine lange Lebensdauer auch bei hoher Beanspruchung, sowohl thermischer als auch mechanischer Art, erreicht.

Durch die besondere Ausgestaltung der Rohrenden können Zugkräfte von den Rohren auf den Wasserkasten übertragen werden, wobei mit steigender Zugkraft auch die Dichtspannung im Bereich der Stauchung der Rohrenden ansteigt und die Dichtwirkung erhöht wird.

Eine wesentliche Erhöhung der Steifigkeit bei gleichzeitiger Verbesserung der Dichtwirkung kann dadurch erreicht werden, daß in den im Querschnitt erweiterten Öffnungen ein das Rohrende über seiner Verformung umschließender Kunststoffring vorgesehen ist, der zweckmäßigerweise unter Vorspannung in der Öffnung des Rohrbodens gehalten ist. Die Vorspannung kann durch Ultraschalleinwirkung dosiert und gleichmäßig über den Kunststoffring verteilt aufgebracht werden, wobei ggf. der Kunststoffring mit der Wandung des im Querschnitt erweiterten Öffnung des aus Kunststoff bestehenden Rohrbodens ultraschallverschweißt und/oder verklebt sein kann.

Der Kunststoffring kann zusätzlich durch eine nach außen gerichtete Umbördelung des Rohrendes gehalten sein.

Zur Verbesserung der Durchströmung kann der Kunststoffring das Rohrende übergreifen und in einer umlaufenden Aufnahmenut des Kunststoffrings das Rohrende aufgenommen sein.

Montagemäßig besonders rationell kann der Kunststoffring zugleich als Stauchstempel zur Bildung der ringbundartigen Verformung des Rohrendes dienen. Es läßt sich so eine besonders gute Dichtigkeit der Verbindung Rohr-Rohrboden erreichen.

Bei einer anderen Ausführungsform kann die ringbundartige Verformung durch einen oder mehrere verstemmte Vorsprünge des Rohrbodens fixiert sein oder durch einen verstemmten Ringwulst.

Der Ringwulst kann durch einen besonderen Formstempel über die ringbundartige Verformung des Rohrendes hin verformt werden. Dazu kann der Formstempel eine entsprechende glockenformartige Gleitfläche aufweisen, die ggf. in eine Aufnahmenut für das Rohrende übergehen kann.

Weitere erfindungsgemäße Ausbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen und werden mit ihren Vorteilen anhand der beigefügten Zeichnungen in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen Rohrboden beim Stauchen des Rohrendes,

Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt, wobei ein Kunststoffring in der Öffnung eingesetzt wird,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 4 einen den vorangehenden Figuren entsprechenden Schnitt mit einer anderen Ausführungsform des Kunststoffrings,

Fig. 5 und 6 den Verstemmvorgang zur Einbettung der ringbundartigen Verformung des Rohrendes in einen Ringwulst des Rohrbodens.

Für alle dargestellten und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der ausschnittsweise nur im Bereich einer Öffnung 2 eines Rohrbodens 1 eines Wasserkastens eines Wärmetauschers dargestellte Ausschnitt zeigt den aus Kunststoff bestehenden Rohrboden 1 mit Öffnungen 2 für Rohrenden 3 eines aus Rohren 3' und Lamellen 4 zusammengesetzten Rohrrippenblockes 5.

Die einzige dargestellte Öffnung 2 hat einen abgesetzten Querschnitt, wobei der erweiterte Querschnitt auf der dem Rohrrippenblock 5 abgewandten Seite des Rohrbodens 1, des Wasserkastens liegt. Zum Rohrrippenblock 5 hin ist der Rohrboden 1 durch eine Abstützplatte 6 verstärkt, um so . Verformungen des Rohrbodens 1 zu vermeiden. Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Rohrende 3 im Endbereich durch einen Stauchstempel 7 in der Öffnung 2 in axialer Richtung gestaucht, so daß sich eine ringbundartige, nach außen ausbauchende Verformung 8 unter Vorspannung in der abgesetzten Öffnung 2 anlegt. Hierzu weist der Stauchstempel 7 einen in das Rohrende einführbaren Dorn 9 auf, der in eine in der Länge angepaßte Ringnut 10 zur Aufnahme des Endes des Rohrs 3' übergeht.

Nach dem Stauchen des Rohrendes 3 wird in die freibleibende Aussparung der Öffnung 2 ein Kunststoffring 11 eingepresst, ggf. unter zu Hilfenahme von Ultraschall kann eine Verschweißung mit dem Kunststoff des Rohrbodens 1 erfolgen. Es kann aber auch eine Verklebung vorgenommen werden.

Das Stauchen des Rohrendes 3 kann aber auch direkt, wie in Fig. 2 dargestellt, zusammen mit dem Einbringen des Kunststoffrings 11 in einem Arbeitsgang erfolgen. Der Stauchstempel 7 hat dann keine Ringnut 10 wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist das Ende des Rohrs 3' mit einer nach außen gerichteten Bördelung 12 versehen, die in eine Ringnut 14 des Kunststoffrings 11 eingreifen und diesen so sicher halten kann.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 weist der Kunststoffring 11' eine Aufnahmenut 14 für das Rohrende 3 auf und der Durchgangskanal 15 dieses Kunststoffrings 11 ist strömungsgünstig gerundet ausgebildet, so daß der Strömung des Kühlmittels ein möglichst geringer Strömungswiderstand entgegengebracht wird. Der Kunststoffring 11' kann hier selbst als Stauchstempel zur Herstellung der Verformung 8 dienen.

In den Fig. 5 und 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Rohrendenbefestigung im Rohrboden 1 dargestellt. Zuerst wird hier, wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1, das Rohrende 3 mit einem Stauchstempel 7 gestaucht, wobei der Rohrboden 1 einen die Öffnung 2 umschließenden Ringwulst 16 aufweist. Danach wird dieser Ringwulst 16 durch einen Formstempel 17 gegen das Rohrende 3 hin verformt, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Dies kann durch eine entsprechend hohe axiale Preßkraft ggf. mit zusätzlicher Erwärmung und/oder Ultraschalleinwirkung so erfolgen, daß das Rohrende 3 unter Vorspannung vom verformten Ringwulst 16 gehalten ist.

Der Formstempel 17 weist ebenfalls einen in das Rohrinnere ragenden Dorn 9 auf, der in eine Aufnahmenut 18 übergeht an die sich eine glockenartige Gleitfläche 19 anschließt.

Durch die vorgeschlagene Ausbildung ist der Rohrboden 1 aus Kunststoff relativ einfach mit großen Toleranzen herstellbar. Die erforderlichen Spritzformen sind im Aufbau einfach herstellbar. Der Wärmetauscher kann mit relativ geringem Aufwand voll automatisch montiert werden. Hierzu ist ein Entgraten der Rohrenden 3 nicht erforderlich. Der Durchflußquerschnitt bleibt voll erhalten, so daß ein guter Wirkungsgrad des Wärmetauschers bei geringer Druckdifferenz des durchströmenden Wärmeträgers gewährleistet ist.

Die beschriebene Befestigung der Rohrenden 3 im Rohrboden 1 kann auch in gleicher Weise bei Rohrgabelwärmetauschern, die einseitig nur einen Wasserkasten aufweisen, verwendet werden. Durch die Aufnahme von Zugkräften in den abgesetzten Öffnungen 2 sind zusätzliche Befestigungs- und Verankerungsmaßnahmen für den Rohrrippenblock 5 hier überhaupt nicht erforderlich. Die Montage und Befestigung des Wärmetauschers wird so zusätzlich noch vereinfacht.

Claims (9)

1. Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Wasserkasten und einem Rippenrohrblock (5), bei dem die Enden der Rohre (3) eine ringbundartige Verformung (8) aufweisen und jeweils dicht in abgesetzten Öffnungen eines aus Kunststoff bestehenden Rohrbodens (3) des Wasserkastens gehalten sind, wobei die im Querschnitt abgesetzten Öffnungen (2) auf der dem Rippenrohrblock (5) abgewandten Seite des Rohrbodens (1) in Querschnitt erweitert sind und in die im Querschnitt erweiterte Öffnung (2) ein das Ende des Rohres (3) über seiner Verformung (8) umschließender Kunststoffring (11) angeordnet ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringbundartige Verformungen (8) der Rohrenden (3) durch eine direkte Stauchung der Rohrenden (3) in den im Querschnitt abgesetzten Öffnungen (2) des Rohrbodens (1) mittels eines Stauchstempels (7) durchgeführt ist.

3. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffring (11) unter Vorspannung in der Öffnung (2) des Bodens (1) gehalten ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffring (11) durch Ultraschalleinwirkung verformt in der Öffnung (2) des Rohrbodens (1) unter Vorspannung gehalten ist und ggf. mit der Wandung der im Querschnitt erweiterten Öffnung (2) des aus Kunststoff bestehenden Rohrbodens (1) ultraschallverschweißt und/oder verklebt ist.

5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrende (3) durch eine Umbördelung (12) nach außen zusätzlich am Kunststoffring (11) fixiert ist.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffring (11) das Rohrende (3) übergreift und in einer umlaufenden Aufnahmenut (14) des Kunststoffrings (11) das Rohrende (3) aufgenommen ist.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffring (11') einen Stauchstempel oder zumindest einen Teil eines Stauchstempels für die Bildung der ringbundartigen Verformung (8) des Rohrendes (3) bildet.

8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ringbundartige Verformung (8) durch einen oder mehrere verstemmte Vorsprünge des Rohrbodens (1) fixiert ist.

9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ringbundartige Verformung (8) durch einen verstemmten Ringwulst (16) des Rohrbodens (1) fixiert ist.