DE102009056509A1

DE102009056509A1 - Wärmetauscher mit formschlüssig festgelegtem Sammlerkasten

Info

Publication number: DE102009056509A1
Application number: DE200910056509
Authority: DE
Inventors: Jens Nies
Original assignee: Behr Industrieanlagen GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr Industry GmbH and Co KG
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-06-09
Also published as: EP2507573A1; WO2011067247A1

Abstract

Wärmetauscher mit formschlüssig festgelegtem Sammlerkasten, umfassend einen Boden (3) mit einer randseitigen Haltestruktur (6), eine Mehrzahl von parallel angeordneten Flachrohren (1), die jeweils in dem Boden einmünden, und einen Sammlerkasten, wobei der Sammlerkasten mittels der Haltestruktur formschlüssig an dem Boden festgelegt ist, wobei zumindest ein Abschnitt des Bodens mit der randseitigen Haltestruktur als extrudiertes Profilteil ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit formschlüssig festgelegtem Sammlerkasten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der Praxis des Baus von Wärmetauschern, zum Beispiel Kühlmittelkühlern für ein Kraftfahrzeug, ist es bekannt, Sammlerkästen formschlüssig an einem Boden eines verlöteten Blocks aus Rohren und Rippen festzulegen, zum Beispiel mittels Wellschlitz-Bördelung. Dabei wird eine u O-Ring-Dichtung zwischen Sammlerkasten und Boden eingelegt, wobei der Boden als umgeformtes Blechteil mit ausgestanzten Durchzügen ausgebildet ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher mit formschlüssig festgelegtem Sammlerkasten anzugeben, der auf einfache Weise an verschiedene Baugrößen anpassbar ist.
Diese Aufgabe wird für einen eingangs genannten Wärmetauscher erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die zumindest abschnittsweise Ausbildung des Bodens als extrudiertes Profilteil kann eine einfache Änderung zum Beispiel eine Anzahl der Flachrohre erfolgen, ohne dass aufwendige Formwerkzeuge hergestellt werden müssen, wie sie etwa für aus Blechen geformte Böden erforderlich sind. Die Ausbildung einer randseitigen Haltestruktur ist durch geeignete Formgebung des extrudierten Profilteils besonders leicht möglich, zum Beispiel durch einen zum Zweck einer Umbiegung entsprechend dünn ausgebildeten Bereich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Haltestruktur eine Mehrzahl von randseitig über dem Boden aufragenden Haltezinnen. Durch die zinnenförmige Ausgestaltung ist ein einfaches Umbiegen und eine gleichmäßig verteilte Haltekraft an dem Sammlerkasten gewährleistet. Zudem ist diese Formgebung durch einfache Bearbeitungsmaßnahmen wie teilweises Einsägen oder auch vollständiges Absägen eines extrudierten Profils erzielbar.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Boden eine Mehrzahl von jeweils als extrudiertes Profilteil ausgebildeten Segmenten, wobei die Segmente und die Flachrohre abwechselnd aufeinander gestapelt sind. Eine solche Gestaltung des Bodens als Paketsystem ermöglicht auf einfache Weise den Bau der Böden aus standardisierten Gleichteilen, was insbesondere bei Kleinserien vorteilhaft ist. Zudem kann je nach Anforderungen eine Kontaktfläche zwischen Flachrohrende und Seitenfläche der Bodensegmente besonders groß und somit mechanisch fest und leckdicht ausgelegt sein.
Bei einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform hat der Abschnitt des Bodens eine Mehrzahl von Durchzügen zur jeweiligen Aufnahme der Flachrohre. Solche Durchzüge können durch Stanzen, Fräsen, Sägen oder andere geeignete Maßnahme in eine Grundfläche eines extrudierten Profilteils eingebracht werden.
Allgemein vorteilhaft sind die Flachrohre als extrudierte Profilteile ausgebildet. je nach Anforderungen können sie aber auch als gefaltete Blechteile ausgeformt sein. Bei einer alternativen Ausführungsform sind die Flachrohre jeweils aus mehreren Bauteilen, insbesondere Stäben und Deckplatten, zusammengesetzt („bar-and-plate”-Flachrohre).
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung haben die Flachrohre in einem schmalseitigen Randbereich einen massiven Querschnitt, wobei der Querschnitt einen Teil einer Dichtfläche ausbildet. Dies kommt insbesondere bei einer Ausbildung des Bodens aus mehren separaten Segmenten (Paketsystem) einer einfachen und effektiven Abdichtung des Sammlerkastens gegenüber dem Boden entgegen. In bevorzugter Detailgestaltung hat dabei der Querschnitt in einer Tiefenrichtung einen Durchmesser zwischen etwa 1 mm und etwa 5 mm, insbesondere zwischen etwa 2 mm und etwa 4 mm. Dies stellt eine ausreichende Dichtfläche sicher.
Allgemein bevorzugt haben die Flachrohre einen schmalen Durchmesser zwischen etwa 1,5 mm und etwa 10 mm. Der Wärmetauscher kann insbesondere ein Kühlmittelkühler oder ein Ladeluftkühler eines Verbrennungsmotors sein, wobei ein Ladeluftkühler regelmäßig etwas breitere Rohre, z. B. zwischen 4 mm und 10 mm, umfasst und ein Kühlmittelkühler regelmäßig etwas schmalere Rohre zwischen etwa 1,5 mm und etwa 4 mm.
Bei einer besonders bevorzugten Detailgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Sammlerkasten und dem Boden eine ortsfest aufgebrachte Dichtung vorgesehen. Solche Dichtungen werden auch als „Formed In Place Gaskets” (FIPG) bezeichnet. Es kann sich etwa um eine pastöse, ganz oder teilweise aushärtende Dichtmasse handeln, die bevorzugt automatisiert mittels eines Roboterarms aufgetragen wird. Diese Art der Abdichtung kommt der erfindungsgemäßen Verwendung eines extrudierten Profils als Boden entgegen, da auf eine umlaufende Dichtungsnut zur Einlegung einer O-Ring-Dichtung verzichtet werden kann.
Allgemein vorteilhaft kann eine erfindungsgemäße Ausführungsform eine seitliche Abschlussplatte parallel zu dem Stapel von Flachrohren umfassen, wobei die Abschlussplatte ebenfalls eine Haltestruktur zur formschlüssigen Halterung des Sammlerkastens aufweist. Somit kann der Sammlerkasten umlaufend gehalten werden, nämlich längsseitig durch die randseitige Haltestruktur des Bodens und schmalseitig durch die Haltestrukturen der Abschlussplatten.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine räumliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
2 zeigt den Wärmetauscher aus 1 ohne Sammlerkasten.
3 zeigt den Wärmetauscher aus 2 ohne Abschlussplatte.
4 zeigt eine räumliche Detailansicht des Bodens des Wärmetauschers aus 1.
5 zeigt den Wärmetauscher aus 3 ohne Dichtung.
Der in 1 gezeigte Wärmetauscher eines ersten Ausführungsbeispiels ist als Kühlmittelkühler für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs ausgebildet.
Der Wärmetauscher umfasst eine Mehrzahl von in einer Breitenrichtung des Wärmetauschers gestapelten Flachrohren 1, zwischen denen jeweils eine Lage von Rippen 2 angeordnet ist. Die Flachrohre 1 sind mit ihren Endbereichen jeweils in einem Boden 3 des Wärmetauschers aufgenommen, wobei der Boden 3 und ein mittels einer Dichtung 4 dichtend darauf angeordneter Sammlerkasten 5 zusammen einen Sammler des Wärmetauschers ausbilden. Der Sammlerkasten 5 verfügte vorliegend über einen Anschluss 5a zur Zuführung oder Abführung eines Fluids. An dem nicht dargestellten, gegenüberliegenden Ende des Wärmetauschers sind in gleicher Bauweise ein zweiter Boden und ein zweiter Sammlerkasten angeordnet. Die Sammlerkästen können je nach Anforderungen aus Kunststoff oder auch Metall bestehen.
Der Boden 3 ist vorliegend nicht als einstückiges Bauteil aufgeführt, sondern wird aus einer Mehrzahl separater Abschnitte bzw. Segmente 3a, 3b gebildet. Die Segmente 3a, 3b werden nach Art einer Paketbauweise abwechselnd im Wechsel mit den Flachrohren aufeinander gestapelt, so dass Seitenflächen der Segmente 3a, 3b jeweils flächig mit den Endbereichen der breiten Seiten der Flachrohre 1 flächig verlötet sind.
Sämtliche der Segmente 3a, 3b sind Abschnitte von extrudierten Profilteilen, die gegebenenfalls nachbearbeitet sein können. Segmente einer ersten Bauart 3a sind jeweils zwischen zwei Flachrohren angeordnet, wobei insgesamt zwei Segmente einer zweiten Bauart 3b endseitig des Stapels angeordnet sind. Sämtliche der Segmente 3a, 3b haben an einem in Tiefenrichtung bzw. Luft-Durchströmungsrichtung vorderen und hinteren Ende jeweils eine über die Ebene des Bodens 3 aufragende Haltezinne 6. Die Haltezinnen 6 sind ausreichend dünn ausgebildet, um nach einem Aufsetzen des Sammlerkastens 5 zur formschlüssigen Halterung umgebogen zu werden. Die umgebogenen Haltezinnen (nicht dargestellt) sind dann über einen randseitigen Kragen 5b des Sammlerkastens 5 verklammert bzw. vercrimpt, so dass der Sammlerkasten formschlüssig festgelegt ist.
Die Zinnen 6 der Segmente 3a, 3b bilden somit insgesamt eine randseitige Haltestruktur des Bodens 3 aus.
Die Segmente 3a, 3b unterscheiden sich nur dadurch voneinander, dass die mittleren Segmente 3b über einen von den Zinnen 6 beabstandeten Absatz 7 verfügen, so dass der Rand des Sammlerkastens 5 nach innen abgestützt ist. Die endständigen Segmente 3b haben diese Absätze 7 nicht, da sie dem Umlauf des Sammlerkastenrandes im Weg wären. Je nach Steifigkeit des Sammlerkastens 5 kann auf die Absätze 7 verzichtet werden. Die endständigen Segmente 3b können auch durch Nachbearbeitung der mittleren Segmente 3a hergestellt werden, so dass insgesamt nur eine Art von extrudiertem Profil bzw. Strangpressprofil erforderlich ist, aus dem dann die Segmente 3 abgesägt werden.
Die umlaufende Dichtung 4 ist nicht als vorgefertigte O-Ring-Dichtung ausgebildet, sondern als ortsfest aufgebrachte Dichtung bzw. „Formed-In-Place-Gasket” (FIPG). Aufgrund der gestapelten Bauweise des Bodens 3 bilden Teile der Oberseiten der Flachrohre 1 Teile der von der Dichtung 4 überlagerten Fläche aus. Um eine ausreichend Dichtfläche auszubilden, haben die Flachrohre 1 einen Bereich massiven Querschnitts 1a. Dieser hat in der Tiefenrichtung des Wärmetauschers eine Breite b von vorliegend etwa 3 mm. Die Dicke d der Flachrohre in ihrer Schmalrichtung beträgt etwa 2 mm.
Die Flachrohre sind jeweils als extrudierte Profile bzw. Strangpressprofile ausgebildet. Vorliegend sind sie als Mehrkammerrohre mit Stegen zwischen benachbarten Durchlässen ausgebildet. Zweckmäßig sind die Breitseiten der Flachrohre 1 lotplattiert, so dass sowohl eine Verlötung mit den Rippen 2 als auch mit den Segmenten 3a, 3b des Bodens 3 in einem Lötofen erfolgen kann. Auch alternative oder ergänzende Lotplattierungen der einzelnen Bauteile sind denkbar.
Der Wärmetauscher wird in Stapelrichtung endseitig von zwei Abschlussplatten 8 abgeschlossen, die an ihren Enden ebenfalls verbiegbare Haltestrukturen 8a mit Zinnen 6' zur formschlüssigen Halterung des Sammlerkastens 5 aufweisen. Je nach Auslegung und Tiefe des Wärmetauschers können die Haltestrukturen 8a auch als durchgängige Lasche ausgebildet sein oder es kann auf eine schmalseitige Festlegung des Sammlerkastens verzichtet werden.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung (nicht dargestellt) ist der Boden 3 im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel nicht in Paketbauweise, sondern im Wesentlichen einstückig bzw. als ein einziger Bodenabschnitt hergestellt. Hierzu werden bei sonst gleicher Formgebung Verbindungsstege zwischen den Segmenten 3 stehen gelassen bzw. anstelle eines vollständigen Absägens nur Durchzüge für die Flachrohre ausgebildet. Diese Durchzüge können durch Stanzen, Fräsen, Sägen oder sonstige Bearbeitungsmaßnahmen ausgebildet werden.

Claims

Wärmetauscher mit formschlüssig festgelegtem Sammlerkasten, umfassend einen Boden (3) mit einer randseitigen Haltestruktur (6), eine Mehrzahl von parallel angeordneten Flachrohren (1), die jeweils in dem Boden einmünden, und einen Sammlerkasten, wobei der Sammlerkasten mittels der Haltestruktur formschlüssig an dem Boden festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt des Bodens mit der randseitigen Haltestruktur als extrudiertes Profilteil ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestruktur eine Mehrzahl von randseitig über dem Boden aufragenden Haltezinnen (6) umfasst.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden eine Mehrzahl von jeweils als extrudiertes Profilteil ausgebildeten Segmenten (3a, 3b) umfasst, wobei die Segmente (3a, 3b) und die Flachrohre (1) abwechselnd aufeinander gestapelt sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des Bodens eine Mehrzahl von Durchzügen zur jeweiligen Aufnahme der Flachrohre aufweist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (1) als extrudierte Profilteile ausgebildet sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre jeweils aus mehreren Bauteilen, insbesondere Stäben und Deckplatten, zusammengesetzt sind.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (1) in einem schmalseitigen Randbereich einen massiven Querschnitt (1a) aufweisen, wobei der Querschnitt einen Teil einer Dichtfläche ausbildet.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der massive Querschnitt in einer Tiefenrichtung eine Breite (b) zwischen etwa 1 mm und etwa 5 mm, insbesondere zwischen etwa 2 mm und etwa 4 mm aufweist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (1) einen schmalen Durchmesser (d) zwischen etwa 1,5 mm und etwa 10 mm aufweisen.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sammlerkasten (5) und dem Boden (3) eine ortsfest aufgebrachte Dichtung (4) vorgesehen ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine seitliche Abschlussplatte (8) parallel zu dem Stapel von Flachrohren (1) vorgesehen ist, wobei die Abschlussplatte (8) ebenfalls eine Haltestruktur (8a, 6') zur formschlüssigen Halterung des Sammlerkastens (5) aufweist.