Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge, dessen
Komponenten aus Flachrohren, aus Wellrippen, aus Rohrböden mit Öffnungen zur
Aufnahme der Enden der Flachrohre und mit Verbindungsrändern sowie mit vier
Eckbereichen bestehen, und aus Sammelkästen mit zwei Längswänden zur
Verbindung mit den Verbindungsrändern, aus Seitenteilen mit Längsrändern und
Verschlusskappen, zum Verschluss der seitlichen Öffnungen der Sammelkästen,
wobei die Verschlusskappen einen abgekanteten Rand aufweisen und wobei
sämtliche Teile aus Aluminium hergestellt sind, das zweckmäßig mit Lot beschichtet
ist, zur metallischen Verbindung mittels eines Lötprozesses.
Ein solcher Wärmeaustauscher wurde am 17.08.02 beim DPMA angemeldet und
erhielt das Aktenzeichen DE 102 37 769.3. Die Seitenteile und die Verschlusskappen
sind in der Anmeldung entweder einteilig ausgebildet (dort Fig. 7) oder es handelt
sich um zwei Einzelteile (dort Fig. 9).
Gegenüber dieser Anmeldung soll die vorliegende Anmeldung weitere
fertigungstechnische und funktionelle Verbesserungen bei Wärmeaustauschern
aufzeigen, die Seitenteile mit integrierten Verschlusskappen aufweisen.
Ein mehr oder weniger häufig auftretendes Problem bei der Herstellung solcher
Wärmeaustauscher besteht darin, dass der zum Löten vorbereitete, d. h. der aus
seinen Einzelteilen zusammengesetzte Wärmeaustauscher provisorisch fixiert
werden muss, bis der Lötprozess abgeschlossen ist. Gewöhnlich wird dazu eine
Hilfsvorrichtungen verwendet, in die der Wärmeaustauscher eingespannt wird und
darin eingespannt bleibt, bis der Lötprozess beendet ist. Es werden aber auch
konstruktive Maßnahmen am Erzeugnis selbst vorgesehen, mit denen eine
Vorfixierung erreicht wird. Beispielsweise ist in der US 6,131,286 eine solche
Maßnahme zur provisorischen Verbindung zweier Teile beschrieben worden. Sie
besteht aus einem Schlitz in dem einen Teil und aus einem in den Schlitz passenden
Vorsprung an dem anderen Teil, wobei der Vorsprung nach dem Einführen in den
Schlitz in eine Verriegelungsstellung verdreht wird. Anschließend können die beiden
Teile in einer Naht verschweißt werden. Diese Art der Vorfixierung scheint wegen
des notwendigen Schlitzes insbesondere dann problematisch zu sein, wenn es sich
bei den beiden Teilen um Teile eines Wärmeaustauschers handelt, in dem ein
flüssiges oder gasförmiges Medium strömt. Der Schlitz und der Vorsprung müssen
absolut dicht verbunden werden.
Darüber hinaus führen erhebliche Temperaturgradienten im Betrieb der
Wärmeaustauscher oftmals zu Brüchen, beispielsweise im Bereich der Verbindung
zwischen den Enden der Flachrohre und den Öffnungen in den Rohrböden, in denen
die Enden eingelötet sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, weitere fertigungstechnische und / oder
funktionelle Vorteile des Wärmeaustauschers aufzuzeigen.
Ein mit dem Kennzeichen des unabhängigen Anspruchs 1 ausgestatteter
Wärmeübertrager bietet vor allem funktionelle Vorteile, weil der um mindestens 50%,
vorzugsweise um mehr als 80 % reduzierte Querschnitt der Verbindung zwischen
dem Seitenteil und der Verschlusskappe es gestattet, die verbleibenden
Verbindungsstege am fertiggestellten Wärmeübertrager durchzutrennen. Der
reduzierte Querschnitt wird bei der umformtechnischen Herstellung des Seitenteils
mit der integrierten Verschlusskappe durch Ausschneiden desselben erreicht. Der
reduzierte Querschnitt führt zu einem verbesserten Ausgleich von durch
Temperaturgradienten verursachten Spannungen im Wärmeübertrager, wodurch die
Häufigkeit des Auftretens von Materialbrüchen im Wärmeübertrager reduziert wird.
Es wurde festgestellt, dass das Durchtrennen der Verbindungsstege nicht immer
notwendig ist, da die deutliche Reduzierung des Querschnitts allein bereits zu einem
verbesserten Nachgeben bei durch Temperaturdifferenzen verursachten
Längenänderungen führt.
Ein mit dem Kennzeichen des unabhängigen Anspruchs 2 ausgestatteter
Wärmeübertrager bietet darüber hinaus fertigungstechnische Vorteile, weil die
vorgesehenen Mittel zum Fixieren des Wärmeübertragers den Bedarf an
Hilfsvorrichtungen zur Durchführung des Lötprozesses reduzieren.
Weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche auf die
hiermit verwiesen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen in
Ausführungsbeispielen beschrieben.
Fig. 1 Seitenteil eines Wärmeaustauschers in einer ersten Ausführung; Fig. 2 Seitenteil in einer zweiten Ausführung; Fig. 3 Seitenteil einer dritten Ausführung; Fig. 4 Seitenteil einer vierten Ausführung; Fig. 5 Teil - Seitenansicht eines Wärmeaustauschers; Fig. 6 Draufsicht zu Fig. 5; Fig. 7 Schnitt B - B aus Fig. 5; Fig. 8 Schnitt A - A aus Fig. 5; Fig. 9 Schnitt C - C aus Fig. 8; Fig. 10 Wärmeaustauscher vor dem Aufsetzen des Sammelkastens; Fig. 11 eine gegenüber Fig. 10 abgewandelte Ausführung; Fig. 12 Teil-Seitenansicht der abgewandelten Ausführung; Fig. 13 Schnitt E - E aus Fig. 12; Fig. 14 Schnitt D -D aus Fig. 12;
Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils ein Seitenteil 9 mit einer Verschlusskappe 13, an
deren Rand 14 Mittel zur Fixierung des Wärmeaustauschers im zusammengefügten
Zustand, wie er etwa in den Fig. 5 und 6 zu sehen ist, angeordnet sind. Die Mittel
bestehen aus einem am oberen Rand 14 angeordneten Riegel 22 und aus an beiden
seitlichen Rändern 14 angeordneten u - förmig gebogenen Laschen 21 mit
Einführschrägen 25. In der Fig. 1 ist lediglich ein zentraler Steg 20 als Verbindung
zwischen dem Seitenteil 9 und der Verschlusskappe 13 vorhanden, während in der
Fig. 2 zwei benachbarte Stege 20 vorgesehen sind. Die Fig. 3 und 4 unterscheiden
sich von den Fig. 1 und 2 dadurch, dass dort die Mittel zur Fixierung nicht vorhanden
sind und ferner dadurch, dass die Längsränder 11, 12 des Seitenteils 9 in die gleiche
Richtung abgebogen sind wie der Rand 14 der Verschlusskappe 13. In den Fig. 1
und 2 ist der Rand 14 in die entgegengesetzte Richtung zu den Rändern 11, 12
gebogen worden. Das Seitenteil 9 befindet sich nicht in einer gemeinsamen
vertikalen Ebene mit der Verschlusskappe 13. Dies ist im gezeigten
Ausführungsbeispiel aus konstruktiven Gründen erforderlich, weil, wie bspw. die Fig.
9 zeigt, zwischen dem Seitenteil 9 und dem ersten Flachrohr 1 eine Wellrippe 2
angeordnet ist. Dadurch liegt die Ebene des Seitenteils 9 weiter vom Zentrum des
Wärmeaustauschers entfernt als die Ebene der Verschlusskappe 13. Die Stege 20
weisen einen Knick oder einen Bogen auf, um die Differenz zwischen den beiden
Ebenen auszugleichen, wobei der Knick gleichzeitig durch Temperaturgradienten
hervorgerufene Längenänderungen mitmachen kann bzw. dieselben erleichtert.
Wie wohl aus den Fig. 9 und 10 am besten zu erkennen ist, werden aus
Aluminiumblech hergestellte Einzelteile, wie Flachrohre 1 und Wellrippen 2 mit
Rohrböden 3 zusammengesetzt. Die Flachrohre 1 können bekanntlich auch mittels
Strangpressen, also nicht aus Aluminiumblech, hergestellt werden. Die
gegenüberliegenden Enden der Flachrohre 1 werden in die korrespondierenden
Öffnungen 4 gegenüberliegender Rohrböden 3 eingeschoben. In den genannten
Figuren ist nur ein Ende der Flachrohre 1, bzw. eine Seite des Wärmeaustauschers
1, teilweise abgebildet. Die andere nicht gezeigte Seite kann identisch ausgebildet
sein. Die Öffnungen 4 in den Rohrböden 3 sind mit zu den Flachrohren 1 bzw. zum
Zentrum des Wärmeaustauschers hin gerichteten Umrandungen 40 versehen, die
häufig als Durchzüge 40 bezeichnet werden, weil sie durch das ähnlich lautende
Umformverfahren (Ziehen, Durchziehen) hergestellt werden. Die Enden der
Flachrohre 1 reichen nicht bis zur Oberfläche des Rohrbodens 3, vorzugsweise
enden sie bereits relativ deutlich unterhalb dieser Oberfläche, um den Druckverlust
des innerhalb des Wärmeaustauschers strömenden Mediums noch geringer zu
halten. (Fig. 9) Das Medium, beispielsweise das flüssige Kühlmittel eines
Kraftfahrzeugmotors oder die zu kühlende Ladeluft desselben, strömt durch den
Einlassstutzen 60 in den Sammelkasten 6 und verteilt sich auf die Flachrohre 1, in
denen es mittels Kühlluft, die frei durch die Wellrippen 2 strömt, gekühlt wird. Der
Auslassstutzen befindet sich am nicht gezeigten anderen Sammelkasten 6, am
anderen Ende der Flachrohre 1.
Die Rohrböden 3 weisen im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei abgekantete
Verbindungsränder 5 und zwei nicht abgekantete Verbindungsränder auf. Ferner
ergeben sich vier Eckbereiche A, B, C, D. In der Fig. 8 wurden lediglich die
Eckbereiche A und B bezeichnet. Da es sich, wie bereits erwähnt, bei den Figuren
lediglich um Teil - Ansichten handelt, sind die am gegenüberliegenden Ende
vorhandenen identischen Eckbereiche C, D nicht zu sehen. Die Sammelkästen 6
sind an beiden Enden offen ausgebildet und besitzen zwei abgekantete
Längswände, die jeweils den Verbindungsrand 7 und 8 zur Verfügung stellen, die der
Verbindung mit den abgekanteten Verbindungsrändern 5 der Rohrböden 3 dienen. In
den bereits beschriebenen Fig. 1 - 4 und ferner in den Fig. 8 und 14 sind die
löttechnischen Problemzonen zu erkennen, die in den erwähnten Eckbereichen A, B,
C, D vorhanden sind. Die Verbindung in jedem Eckbereich besteht aus dem Rand
des Rohrbodens 3, dem Rand 14 der Verschlusskappe 13 und dem jeweiligen
Verbindungsrand 7, 8 des Sammelkastens 6. Um hier Abhilfe zu schaffen, wurde der
abgebogene Rand 14 der Verschlusskappe 13 im Bereich der Verbindung
scharfkantiger, d.h. mit einem deutlich kleineren Biegeradius ausgebildet als der
übrige abgebogene Rand 14. Dies wurde durch einen Nacharbeitsgang erreicht, in
dem die Blechdicke der Verschlusskappe 13, dort, wo der kleinere Biegeradius
vorhanden ist, deutlich reduziert worden ist, was insbesondere in den Fig. 8 und 14
zu sehen ist, im übrigen aber Gegenstand der einleitend genannten noch nicht
veröffentlichten Patentanmeldung DE 102 37 769.3 ist.
Nach dem, wie vorne beschrieben, Flachrohre 1, Wellrippen 2 und Rohrböden 3
zusammengefügt wurden, werden die Seitenteile 9 mit den integrierten
Verschlusskappen 13 hinzugefügt. Schließlich werden, wie am besten aus der Fig.
10 zu sehen ist, die Sammelkästen 6 angesetzt. Dabei wird der Rand der
Sammelkästen 6 in die u - förmigen Laschen 21 am Rand 14 der Verschlusskappen
13 eingeschoben, bis sich eine intime Anlage zwischen dem Rand des
Sammelkastens 6 und dem Rand 14 der Verschlusskappe 13 einstellt. In dieser
Position kann der Riegel 22 über den Rand des Sammelkastens 6 gedreht werden,
wie es in der Fig. 6 gut zu erkennen ist, wodurch der Wärmeaustauscher zur
Durchführung des Lötprozesses vorbereitet ist. Die zwei Laschen 21 an allen Enden
der Sammelkästen 6 und der jeweils eine Riegel 22 gewährleisten einen
provisorischen Halt der zusammengefügten Komponenten.
Das Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 11 - 14 abgebildet wurde, unterscheidet
sich im wesentlichen dadurch von den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen,
dass die Laschen 21 vom umgebogenen Rand 14 der Verschlusskappen 13 zum
Rand der Sammelkästen 6 verlegt wurden. Der umgebogene Rand 14 wurde mit
einem Vorsprung 26 versehen, der im gefügten Zustand (Fig. 12 - 14) des
Wärmeaustauschers in die zugeordnete Lasche 21 eingreift.