DE10132485B4

DE10132485B4 - Sammelkasten für einen Wärmetauscher

Info

Publication number: DE10132485B4
Application number: DE10132485.5A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Seewald Wolfgang
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2001-07-05
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2018-06-28
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: DE10132485A1

Abstract

Sammelkasten für einen Wärmetauscher, insbesondere für einen Verdampfer, mit mehreren von einem inneren Wärmetauschmedium durchströmten Rohren, die in zwei Reihen in Strömungsrichtung eines äußeren Wärmetauschmediums hintereinanderliegend angeordnet sind, wobei mindestens ein Rohrende in einen Sammelkasten (14, 22) mündet und der Sammelkasten (14, 22) am Ende seiner Längserstreckung mittels Abschlussdeckeln (2) geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussdeckel (2) mit einem Bauteil des Sammelkastens (14, 22) einstückig ausgeführt und in etwa rechtwinklig zu dessen Längserstreckung umgebogen sind, wobei der Boden (1) mit seitlich angeordneten hochstehenden Rändern (10) ausgeführt ist und an zwei sich gegenüberliegenden Endbereichen jeweils zwei Abschlussdeckel (2) aufweist, wobei die Abschlussdeckel (2) zur Aufnahme eines den Sammelkasten abschließenden Elementes zu den benachbart angeordneten hochstehenden Rändern (10) beabstandet sind, wobei die zwei Abschlussdeckel (2) jedes Endbereiches ebenfalls zueinander beabstandet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sammelkasten für einen Wärmetauscher, insbesondere einen Verdampfer einer Kraftfahrzeugklimaanlage, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
In der DE 43 05 060 A1 wird ein Sammelkasten für einen Wärmetauscher mit mehreren von einem inneren Wärmetauschmedium durchströmten Rohren, die in einer oder mehreren Reihen in Strömungsrichtung eines äußeren Wärmetauschmediums hintereinanderliegend angeordnet sind beschrieben. Dabei mündet jedes Rohrende in einen Sammelkasten, der aus einem Deckel und einem Boden gebildet ist und der mit separaten Abschlussdeckeln am Ende seiner Längserstreckung geschlossen ist und in Längsrichtung verlaufende innere Trennwände aufweist.
In der DE 198 26 881 A1 ist ein Wärmeübertrager mit einem Sammelkasten aus Blech beschrieben, der aus einer vorbereiteten Platine besteht. Aus der Platine wird ein im Wesentlichen ebener, mit Durchzügen für Flachrohre versehener Boden gebildet, an welchem beidseits um Längskanten abgebogene Teile anschließen, die jeweils wenigstens eine Kammer mit dem Boden bilden und deren Längsränder, die im Wesentlichen lotrecht zum Boden zurückgeführt sind und flächig aneinanderliegen, mit mehreren Laschen versehen sind, die in Aussparungen des Bodens eingesteckt und auf der Außenseite des Bodens verstemmt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sammelkasten der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der einfacher im Aufbau ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Sammelkasten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Sammelkastens wird die Teilevielfalt gesenkt und durch einfachere Gestaltung und Verringerung der Anzahl der Dichtflächen wird die Dichtigkeit des Sammelkastens erhöht.
In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass die Abschlussdeckel am Boden des Sammelkastens angeformt sind. Hierdurch ergeben sich Vorteile bei der Herstellung des Sammelkastens, da die gerade Biegekante zwischen Abschlussdeckel und Boden das Umbiegen der Abschlussdeckel erleichtert. Bei einer anderen Ausgestaltung des Sammelkastens kann es vorteilhaft sein, dass der Abschlussdeckel am Deckel des Sammelkastens angeformt ist, beispielsweise, wenn der Sammelkasten einen im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt aufweist. Des Weiteren kann auch eine Ausführung in Betracht kommen, bei der mindestens einer der Abschlussdeckel am Boden und mindesten einer am Deckel angeformt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung wird vorgesehen, dass die Öffnungen für die Anschlussrohre in die Abschlussdeckel integriert sind. Hierdurch ergeben sich besonders günstige Strömungsverhältnisse im Sammelkasten. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Einlassöffnung kreisrund gestaltet ist und zur Aufnahme entsprechend gestalteter Anschlussrohre dient. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Auslassöffnung oval gestaltet ist, was insbesondere bei Sammelkästen mit geringer Bauhöhe von Vorteil ist. Die ovale Form ermöglicht die Realisierung eines verhältnismäßig großen Öffnungsquerschnitts bei Abschlussdeckeln, deren Höhe und Breite nicht identisch sind. Dadurch wird der Druckverlust des Kühlmediums minimiert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Öffnungen für die Anschlussrohre mit Durchzügen versehen. Der Durchzug kann für die Aufnahme des Anschlussrohres und Verbindung mit diesem genutzt werden. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist der Durchzug konisch gestaltet, um einen Übergang zu einer anderen Form und/oder Größe des Querschnitts zu schaffen. Das ebenfalls konische Anschlussrohr ist bei dieser Ausgestaltung mittels einer Kegelpressverbindung ohne Verwendung weiterer Bauteile mit dem Sammelkasten verbunden. In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist der Deckel mit dem Boden des Sammelkastens einstückig ausgeführt. Hierdurch ergibt sich eine weitere Verringerung der Teilezahl und eine Verringerung der Dichtflächen gegenüber der zweistückigen Ausführung.
Eine weitere Ausgestaltung eines Sammelkastens aus Boden und Deckel sieht vor, dass der Boden mit seitlich hochstehendem Rand ausgeführt ist. Der Rand umgreift den Deckel und gewährleistet eine sichere und dichte Verlötung von Boden und Deckel. Es kann darüber hinaus vorgesehen werden, dass die Abschlussdeckel mit in Längsrichtung des Sammelkastens abgewinkeltem Rand ausgeführt sind. Der Rand überlappt den Sammelkasten in Längsrichtung, wodurch eine sichere und dichte Verlötung gewährleistet ist.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Rand der Abschlussdeckel an der Innenseite des Sammelkastens anliegt. Alternativ ist vorgesehen, dass der Rand der Abschlussdeckel außerhalb des Sammelkastens an diesem anliegt. Der Rand der Abschlussdeckel kann auch an der Innenseite und an der Außenseite des Sammelkastens anliegen. Zweckmäßig umfasst der Rand der Abschlussdeckel die quer zur Längsrichtung angeordnete Kante des Sammelkastens, wobei der Deckel insbesondere tiefgezogen ausgeführt ist. Hierdurch wird eine zusätzliche Abdichtung des Sammelkastens erreicht. Dabei ist es zweckmäßig, dass der Rand der Abschlussdeckel durch Randabschnitte gebildet ist. Durch die Aussparungen kann der Rand in annähernd gerade umgebogene Abschnitte unterteilt und damit das Risiko der Faltenbildung bei der Umformung vermindert und die Umformwerkzeuge einfacher gestaltet werden.
Zur Erhöhung der Steifigkeit des Sammelkastens kann der Deckel und/oder der Boden quer zur Längsrichtung des Sammelkastens Versteifungssicken aufweisen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Deckel einstückig mit der in Längsrichtung des Sammelkastens verlaufenden Trennwand ausgeführt. Hierdurch ergibt sich eine Verringerung der Teilezahl und damit eine Erhöhung der Prozesssicherheit.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Stanz- und Umformschritte zur Bildung des Bauteils mit den Abschlussdeckeln mittels eines gemeinsamen Werkzeugs ausgeführt werden. Durch Verwendung eines gemeinsamen Werkzeugs wird die Anzahl der benötigten Werkzeuge sowie die Werkzeugkosten gesenkt.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens beinhalten die Stanz- und Umformschritte auch das Einbringen der Öffnungen einschließlich der Durchzüge sowohl für die Wärmetauscherrohre als auch die Anschlussrohre. Auf diese Weise kann der Verfahrensablauf reduziert werden.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Stanz- und Umformschritte ein Biegen von in Längsrichtung verlaufenden Streifen zu seitlich hochstehenden Rändern beinhalten. Dieser Arbeitsschritt kann einfach im vorhandenen Werkzeug integriert werden, so dass spätere Arbeitsschritte und ein zusätzliches Werkzeug entfallen.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das in etwa rechtwinklige Umbiegen der Abschlussdeckel als separater Arbeitsschritt nach den Stanz- und Umformschritten für die übrige Formgebung des Bauteils erfolgt. Das rechtwinklige Umbiegen der Abschlussdeckel kann mittels eines einfachen Werkzeugs durchgeführt werden, wobei eine zeitlich versetzte Durchführung dieses Arbeitsschritts die Zugänglichkeit eines Werkzeugs zur Durchführung der Stanz- und Umformschritte zur Platine vergrößert. Dadurch kann dieses Werkzeug einfacher und kostengünstiger hergestellt werden.
Es wird als zweckmäßig erachtet, dass das in etwa rechtwinklige Umbiegen der Abschlussdeckel vor der Montage des Deckels erfolgt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Deckel und Boden als separate Bauteile ausgeführt sind. Dies kommt insbesondere dann in Betracht, wenn der in Längsrichtung des Sammelkastens abgewinkelte Rand der Abschlussdeckel an der Innenseite des Sammelkastens anliegt. In diesen Fällen können Deckel und Boden des Sammelkastens einfach aufeinander montiert werden.
Eine weitere Variante des Verfahrens besteht darin, dass Boden und Deckel des Sammelkastens einstückig hergestellt werden. Durch die einstückige Herstellung von Boden und Deckel des Sammelkastens kann die Teileanzahl auf ein Minimum reduziert sowie die Anzahl der Dichtflächen gesenkt werden. Es ist auch möglich, dass das in etwa rechtwinklige Umbiegen der Abschlussdeckel nach der Montage des Deckels erfolgt. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Boden und Deckel des Sammelkastens einstückig hergestellt werden. Zweckmäßig ist diese Ausgestaltung dann, wenn der in Längsrichtung des Sammelkastens abgewinkelte Rand der Abschlussdeckel an der Außenseite des Sammelkastens anliegt, d.h. diesen übergreift. In diesen Fällen können die Abschlussdeckel nach dem Montieren von Deckel und Boden einfach etwa rechtwinklig umgebogen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1a bis 1c eine Platine des Bodens für einen Sammelkasten, wobei 1a die Ansicht von unten, 1b die Seitenansicht und 1c die Draufsicht darstellt,
2 eine perspektivische Ansicht des Bodens aus 1 mit umgebogenen Abschlussdeckeln,
3 eine perspektivische Ansicht des Sammelkastens aus Boden und Deckel,
4 eine perspektivische Ansicht des Sammelkastens mit an der Auslassöffnung montiertem Anschlussrohr,
5 eine perspektivische Ansicht eines Sammelkastens mit Versteifungssicken im Deckel,
6a bis 6d die Platine eines erfindungsgemäßen; einstückigen Sammelkastens, wobei 6a die Ansicht von unten, 6b die Seitenansicht auf die Längsseite des Sammelkastens, 6c die Draufsicht und 6d die Seitenansicht auf die Seite der Abschlussdeckel darstellt,
7 den Sammelkasten aus 6 mit umgebogenen Abschlussdeckeln.

Ein in 3 dargestellter Sammelkasten 14 für einen Wärmetauscher besteht aus einem Boden 1 und einem Deckel 15, die als separate Bauteile aus Blech hergestellt sind, wobei es sich um je eine Platine mit definierten Abmessungen handelt. Der Boden 1 des Sammelkastens 14 ist in 1a bis 1c dargestellt. An den Querseiten des Bodens 1 sind Abschlussdeckel 2 angeformt, deren Form etwa der Form der Querschnittsfläche des Sammelkastens 14 entspricht. In Längsrichtung des Sammelkastens 14 gesehen sind in den Boden 1 zwei Reihen als Langloch ausgebildeter Öffnungen 3 eingebracht, die mit Durchzügen 4 versehen sind und zur Aufnahme der von einem Wärmetauschmedium durchströmten Flachrohre dienen. Der Boden 1 weist außerdem quer zur Längsrichtung des Sammelkastens 14 verlaufende Öffnungen 7 mit Durchzügen 8 auf, die zur Aufnahme von Quertrennwänden dienen, die den Sammelkasten 14 in seiner Längsrichtung in mehrere Kammern unterteilen.
Einer der Abschlussdeckel 2 weist eine kreisförmige, mit einem Durchzug 12 versehene Einlassöffnung 5 auf. Der benachbart angeordnete Abschlussdeckel 2 weist eine ovale, mit einem Durchzug 13 versehene Auslassöffnung 6 auf. Alternativ hierzu kann auch vorgesehen werden, dass die Auslassöffnung 6 und die Einlassöffnung 5 an gegenüberliegenden Seiten des Sammelkastens 14 angeordnet sind. Dies ist abhängig von der konstruktiven Auslegung des Wärmetauschers unter Berücksichtigung der Anzahl der Reihen der von Wärmetauschmedium durchströmten Rohre, der Strömungsführung im Wärmetauscher und dergleichen. Der Boden 1 weist Aussparungen 9 auf, mittels derer - wie später noch erläutert - der Deckel 15 auf dem Boden 1 positioniert und verstemmt wird.
2 zeigt den Boden 1 mit rechtwinklig umgebogenen Abschlussdeckeln 2. Der Boden 1 weist seitlich in Längsrichtung des Sammelkastens 14 verlaufende hochstehende Ränder 10 und an den Abschlussdeckeln 2 vorgesehene Ränder 11, die in Längsrichtung des Sammelkastens über die Ebene der Abschlussdeckel 2 hervorstehen, auf.
Die Position des Deckels 15 wird durch Laschen 16 festgelegt, die durch die Aussparungen 9 ragen, wie dies aus 3 ersichtlich ist. Der Rand 10 des Bodens überlappt den Deckel 14, wodurch eine größere Anlage- bzw. Lötfläche geschaffen wird. Alternativ hierzu kann der Rand 10 auch innerhalb des Deckels 15 anliegend ausgebildet werden. Der Rand 11 der Abschlussdeckel 2 liegt innerhalb des Deckels 15 des Sammelkastens 14 an diesem an. Der Sammelkasten 14 weist eine in seiner Längsrichtung verlaufende Trennwand 28 auf. Gemäß Darstellung in 4 ist an der Einlassöffnung 6 mit dem Durchzug 13 ein an seinem Ende oval umgeformtes Anschlussrohrende 17 befestigt. Bei konischer Ausführung des Durchzugs 13 kann dieses Anschlussrohrende 17 mittels einer Kegelpressverbindung befestigt sein. Der Deckel 15 besitzt Öffnungen 19, die die Position einer Trennwand festlegen, die mit an ihrer Unterkante angebrachten Laschen in die Öffnungen 7 im Boden 1 des Sammelkastens 14 ragen und mit an ihrer Oberkante angebrachten Laschen in die Öffnung 19 des Deckels 15 greifen.
Der Deckel 15 des Sammelkastens 14 kann entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 5 Versteifungssicken 18 besitzen, die durch quer zur Längsrichtung des Sammelkastens angeordnet Vertiefungen gebildet werden. Allerdings können die Versteifungssicken 18 auch durch Erhöhungen gebildet werden. Auch am Boden 1 des Sammelkastens 14 können Versteifungssicken 18 ausgebildet sein.
Das Verfahren zur Herstellung des Sammelkastens 14 erfolgt im Wesentlichen in den Arbeitsschritten, die aus 1 bis 3 ersichtlich sind. 1a bis 1c zeigen den Boden 1 mit angeformten Abschlussdeckeln 2 nach der Durchführung der in einem gemeinsamen Werkzeug erfolgten Stanz- und Umformschritte. Die Stanz- und Umformschritte beinhalten das Einbringen der Öffnungen 3, 5, 6, 7 und 9 und der Durchzüge 4, 8, 12 und 13 sowie das Umbiegen der Ränder 10 und 11. 2 zeigt den Boden 1 nach dem Umbiegen der Abschlussdeckel 2, das nach den Stanz- und Umformschritten erfolgt. Nach dem Umbiegen der Abschlussdeckel 2 wird der Deckel 15 auf dem Boden 1 positioniert, indem die Laschen 16 in die Öffnungen 9 greifen. Danach erfolgt eine Fixierung durch Verstemmen der Laschen 16 am Rand der Öffnungen 9. Den auf diese Weise montierten Sammelkasten 14 zeigt 3.
In einer anderen Ausführungsform eines Sammelkastens 22 sind Boden und Deckel einteilig hergestellt wie dies in 6 gezeigt ist. Ein Deckel 27 des Sammelkastens 22 ist aus zwei in Längsrichtung seitlich am Boden 1 angeformten Bereichen gebildet, die bogenförmig parallel zur Längsachse des Sammelkastens 22 gewölbt sind und die mit Laschen 20 in mittig im Boden gelegene Aussparungen 21 greifen und dort verstemmt sind. Die Abschlussdeckel 2 besitzen eine kreisförmige Auslassöffnung 23 mit einem Durchzug 24 und eine kreisförmige Einlassöffnung 25 mit einem Durchzug 26. Ein Verfahren zur Herstellung eines einstückig ausgeführten Sammelkastens 22 sieht vor, nach der Durchführung der Stanz- und Umformschritte zum Einbringen der Öffnungen und Durchzüge, die schon bei der Herstellung des zweiteiligen Sammelkastens beschrieben wurden, zuerst den Deckel 27 zu formen, wie in 6 dargestellt, und in einem darauffolgenden Schritt die Abschlussdeckel 2 etwa rechtwinklig umzubiegen. 7 zeigt einen Sammelkasten 22 mit umgebogenen Abschlussdeckeln 2, bei dem die Ränder 11 der Abschlussdeckel 2 innerhalb des Sammelkastens 22 anliegen.
Die Abschlussdeckel 2 können auch mit einem Rand versehen sein, der durch Randabschnitte gebildet ist. Diese Abschlussdeckel 2 können sowohl am Deckel als auch am Boden des Sammelkastens angeformt sein. Die Randabschnitte des Abschlussdeckels sind so ausgebildet, dass sie an der Außenfläche des Sammelkastens anliegen.

Claims

Sammelkasten für einen Wärmetauscher, insbesondere für einen Verdampfer, mit mehreren von einem inneren Wärmetauschmedium durchströmten Rohren, die in zwei Reihen in Strömungsrichtung eines äußeren Wärmetauschmediums hintereinanderliegend angeordnet sind, wobei mindestens ein Rohrende in einen Sammelkasten (14, 22) mündet und der Sammelkasten (14, 22) am Ende seiner Längserstreckung mittels Abschlussdeckeln (2) geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussdeckel (2) mit einem Bauteil des Sammelkastens (14, 22) einstückig ausgeführt und in etwa rechtwinklig zu dessen Längserstreckung umgebogen sind, wobei der Boden (1) mit seitlich angeordneten hochstehenden Rändern (10) ausgeführt ist und an zwei sich gegenüberliegenden Endbereichen jeweils zwei Abschlussdeckel (2) aufweist, wobei die Abschlussdeckel (2) zur Aufnahme eines den Sammelkasten abschließenden Elementes zu den benachbart angeordneten hochstehenden Rändern (10) beabstandet sind, wobei die zwei Abschlussdeckel (2) jedes Endbereiches ebenfalls zueinander beabstandet sind.
Sammelkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussdeckel (2) am Boden (1) des Sammelkastens (14, 22) angeformt sind.
Sammelkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussdeckel (2) am Deckel (15) des Sammelkastens angeformt sind.
Sammelkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Abschlussdeckel (2) am Boden (1) und mindestens einer der Abschlussdeckel (2) am Deckel (15) des Sammelkasten (14; 22) angeformt ist.
Sammelkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Abschlussdeckel (2) eine oder mehrere Öffnungen (5, 6; 23, 25) für Anschlussrohre besitzt.
Sammelkasten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Öffnungen, insbesondere die Einlassöffnung (5, 25) kreisrund ist.
Sammelkasten nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Öffnungen, insbesondere die Auslassöffnung (6), oval ist.
Sammelkasten nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Öffnungen (5, 6; 23, 25) mit einem Durchzug (12, 13; 24, 26) versehen ist.
Sammelkasten nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchzug (12, 13; 24, 26) konisch ist.
Sammelkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (1) und der Deckel (27) einstückig ausgeführt sind.
Sammelkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussdeckel (2) mit in Längsrichtung des Sammelkastens abgewinkeltem Rand (11) ausgeführt sind.
Sammelkasten nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (11) der Abschlussdeckel (2) an der Innenseite des Sammelkastens (14, 22) anliegt.
Sammelkasten nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (11) der Abschlussdeckel (2) an der Außenseite des Sammelkastens (14, 22) anliegt.
Sammelkasten nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (11) der Abschlussdeckel (2) an der Innenseite und an der Außenseite des Sammelkastens (14, 22) anliegt.
Sammelkasten nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (11) der Abschlussdeckel (2) durch Randabschnitte gebildet ist.
Sammelkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (15) und/oder der Boden (1) quer zur Längsrichtung des Sammelkastens verlaufende Versteifungssicken (18) aufweist.
Sammelkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (15) einstückig mit der in Längsrichtung des Sammelkastens verlaufenden Trennwand (28) ausgeführt ist.