DE69105874T2 - Vorrichtung mit einem Wasserkasten für einen ersten Wärmetauscher und einem zweiten Wärmetauscher. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die einen Wasserkasten für einen ersten Wärmetauscher und einen zweiten Wärmetauscher mit zwei Anschlußstutzen umfaßt.
• Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art wird der erste Wärmetauscher von einem ersten Fluid durchströmt, während der zweite Wärmetauscher von einem zweiten Fluid durchströmt wird, das durch das erste Fluid gekühlt wird.
• In der speziell auf Kraftfahrzeuge bezogenen Anwendung handelt es sich bei dem ersten Fluid um die Kühlflüssigkeit eines Verbrennungsmotors, während das zweite Fluid ein Schmieröl des Motors, ein Getriebeöl oder ein Drehmomentwandleröl sein kann. Somit erfüllt die Kühlflüssigkeit nicht nur ihre übliche Funktion zur Kühlung des Motors, sondern auch eine zusätzliche Kühlfunktion für ein mit dem Betrieb des Fahrzeugs verbundenes Fluid.
• Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art wird der zweite Wärmetauscher durch eine offene Seite des Wasserkastens eingesetzt, woraufhin dieser an den Körper oder das Rohrbündel des ersten Wärmetauschers angeschlossen wird.
• Der zweite Wärmetauscher umfaßt zwei Anschlußstutzen, die als Einlaß bzw. Auslaß für das zweite Fluid dienen, wobei diese Stutzen abgedichtet durch zwei Öffnungen in einer Wand des Wasserkastens hindurchgehen und zur Befestigung und Halterung des zweiten Wärmetauschers im Innern des Wasserkastens dienen.
• Aus der FR-A-2 549 593 ist eine Vorrichtung der vorgenannten Art bekannt, bei der jeder der beiden Anschlußstutzen an den zweiten Wärmetauscher mittels Einführung in eine der Öffnungen der Wand des Wasserkastens und Befestigung an einer Fußplatte des zweiten Wärmetauschers angesetzt wird.
• Bei dieser bekannten Vorrichtung umfaßt jeder Anschlußstutzen einen Gewindeteil, der in einem Innengewinde der Fußplatte verschraubt wird. Letztere liegt an der Innenfläche der Wand des Wasserkastens an, wobei dazwischen zwei Dichtungen eingesetzt werden, die unter der Einwirkung der Anpreßkraft zusammengedrückt werden, welche durch eine Mutter ausgeübt wird, die an einem anderen Gewindeteil des Stutzens verschraubt wird, wobei sie an der Außenfläche der Wand des Wasserkastens anliegt.
• Bei dieser bekannten Lösung besteht die Notwendigkeit, daß sich der Gewindeteil des Stutzens teilweise in das Innere des zweiten Wärmetauschers erstreckt, der dann eine ausreichende Breite für die Aufnahme dieses Gewindeteils aufweisen muß. Daraus ergibt sich wiederum die Notwendigkeit, einen zweiten Wärmetauscher mit relativ großen Abmessungen und demzufolge einen Wasserkasten mit relativ großem Platzbedarf zu verwenden. Desweiteren steht der Gewindeteil in das Innere des zweiten Wärmetauschers vor, wodurch die Strömung des in diesem Wärmetauscher zirkulierenden Fluids beeinträchtigt wird.
• Außerdem ist diese bekannte Lösung mit einer komplexen Ausführung verbunden, da sie vor allem zwei Verschraubungsvorgänge für jeden der beiden Stutzen erfordert.
• Der Zweck der Erfindung besteht insbesondere darin, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen.
• Dazu wird eine Vorrichtung entsprechend der Definition in Anspruch 1 vorgeschlagen.
• Der Anschlußstutzen kann dabei auf sehr einfache Weise an den zweiten Wärmetauscher angesetzt werden, da es dazu genügt, von der Außenseite des Wasserkastens aus den Endteil des Stutzens nacheinander in die Öffnung der Wand des Wasserkastens und in die Bohrung der Fußplatte einzuführen und anschließend die radiale Spreizung dieses Endteils in der Bohrung durch ein geeignetes Werkzeug zu bewirken.
• Vorteilhafterweise umfaßt der Anschlußstutzen einen Zwischenteil mit einem Kragen, der an der Wand des Wasserkastens um die Durchgangsöffnung herum und an der Außenseite des Wasserkastens angedrückt werden kann, wobei dieser Zwischenteil auf einer Seite in einen verformbaren Endteil und auf der entgegengesetzten Seite in einen Verbindungsansatz übergeht.
• Von daher werden während des Falzvorgangs die Wand des Wasserkastens und jede der Flußplatten unter der gemeinsamen Einwirkung des Kragens einerseits und des so verformten Endteils andererseits aneinander gepreßt.
• Der verformbare Endteil wird vorteilhafterweise durch eine anfänglich zylindrische Außenfläche und eine anfänglich kegelstumpfförmige Innenfläche begrenzt, deren Durchmesser sich in Richtung des freien Endes des Endteils verringert.
• Die anfänglich zylindrische Außenfläche des Endteils schließt sich vorteilhafterweise auf der zu seinem freien Ende entgegengesetzten Seite an eine kegelstumpfförmige Außenfläche an, deren Durchmesser sich in Richtung des Kragens fortschreitend vergrößert, während sich die anfänglich kegelstumpfförmige Innenfläche des Endteils auf der zu seinem freien Ende entgegengesetzten Seite an eine zylindrische Innenfläche eines Zwischendurchgangs anschließt, der sich teilweise im Innern des Stutzens erstreckt.
• Auf diese Weise entsteht ein ringförmiger Anschluß bereich mit geringerer Dicke zwischen dem Zwischenteil und dem Endteil des Anschlußstutzens, wodurch seine radiale Spreizung während des Falzvorgangs erleichtert wird.
• Der Endteil kann vorzugsweise radial so gespreizt werden, daß nach der Falzung die anfänglich kegelstumpfförmige Innenfläche des Endteils in etwa zylindrisch wird und somit die zylindrische Innenfläche der Zwischendurchgänge verlängert.
• In der nachstehend nur als Beispiel angeführten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, auf denen folgendes dargestellt ist:
• - Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines Wasserkastens für einen ersten Wärmetauschers, der einen zweiten Wärmetauscher enthält, wobei die Schnittebene durch die Achse eines der beiden Anschlußstutzen verläuft.
• - Figur 2 zeigt eine Seitenansicht zur Darstellung der Wand des Wasserkastens von Figur 1 und einer Durchgangsöffnung eines Stutzens.
• - Figur 3 zeigt eine Längsschnittansicht eines Stutzens vor der Falzung.
• - Figur 4 zeigt in vergrößertem Maßtstab eine Detailansicht von Figur 1 zur Darstellung des gleichen Stutzens nach der Falzung.
• Zunächst wird auf Figur 1 Bezug genommen, die einen Wasserkasten 10 für eine ersten Wärmetauscher zeigt, beispielsweise den Wasserkasten eines Kühlers für einen Verbrennungsmotor. Der Wasserkasten umfaßt eine Bodenwand 12, von der insbesondere zwei Seitenwände 14 und 16 ausgehen, die offene Seite definieren, die durch eine Kante 18 mit einem allgemein rechteckigen Umriß begrenzt wird. Der Wasserkasten 10 ist dafür vorgesehen, durch seine Kante 18 mit einer Sammlerplatte 20 zusammengebaut zu werden, in die Umlaufrohre 22 einmünden, die das Rohrbündel des ersten Wärmetauschers bilden und die im vorliegenden Beispiel von der Kühlflüssigkeit des Motors des Fahrzeugs durchströmt werden.
• Der Wasserkasten 10 enthält innen einen zweiten Wärmetauscher 24, der die Kühlung eines Fluids ermöglichen soll, das von dem durch die Rohre 22 zirkulierenden Fluid verschieden ist. Bei dem durch den zweiten Wärmetauscher 24 strömenden Fluid kann es sich beispielsweise um ein Getriebeschmieröl handeln.
• In dem dargestellten Beispiel besteht der zweite Wärmetauscher 24 aus einer Aufschichtung von Halblamellen 26, 28, die miteinander verlötet sind und die an ihren Enden elementare Sammelkammern 30 begrenzen, deren Wände perforiert sind, so daß sie einerseits untereinander und andererseits mit zwei als Zugelement dienenden Verteilerrohren 32 in Verbindung stehen, von denen in der beigefügten Zeichnung nur eines dargestellt ist. Das Rohr 32 umfaßt einen Einschnitt 34, der sich in etwa über seine gesamte Länge erstreckt und zur Übertragung des Fluids von einer Kammer zur anderen dient. Jedes Rohr 32 wird an einem Ende durch einen Deckel 36 verschlossen, an dem es verlötet ist und der wiederum an der letzten Halblamelle 28a verlötet ist. An seinem anderen Ende wird das Rohr durch eine ringförmige Fußplatte 38 verschlossen, an der es verlötet ist, wobei diese Fußplatte wiederum an der ersten Halblamelle 26a angelötet ist. Die Fußplatte 38 weist eine zylindrische Bohrung 40 auf, die koaxial zum Rohr 32 angeordnet ist, wobei der Durchmesser der Bohrung 40 kleiner als der Innendurchmesser des Verteilerrohrs 32 ist.
• Die Fußplatte 38 umfaßt eine ringförmige Fläche 42, die an einer Innenfläche 44 der Wand 14 zur Anlage kommen kann. Die Wand 14 besitzt zwei Durchgangsöffnungen 46, von denen nur eine in der Zeichnung erkennbar ist und die genau den gleichen Achsabstand wie die beiden Bohrungen 40 des zweiten Wärmetauschers 24 aufweisen.
• Der Innendurchmesser der Durchgangsöffnungen 46 ist kleiner als der Innendurchmesser der Bohrungen 40.
• Die Wand 14 umfaßt eine Außenfläche 48, die mit einem vorspringenden Kranz 50 versehen ist, der koaxial zur Durchgangsöffnung 46 verläuft. Der Kranz 50 umfaßt eine allgemein ringförmige Außenfläche 52, die an einer allgemein zylindrischen Innenfläche 54 einmündet und die mit zwei zueinander parallelen Vorsprüngen 56 versehen ist (Figur 2). Die zylindrische Fläche 54 und ihre beiden Vorsprünge 56 schließen sich über eine allgemein ringförmige Schulter 58 an die Bohrung 46 an.
• Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt außerdem zwei Anschlußstutzen 60, von denen nur einer in der Zeichnung dargestellt ist, die abgedichtet durch die Wand 14 hindurchgehen und mit denen der zweite Wärmetauscher 24 im Innern des Wasserkastens 10 befestigt ist.
• Der Anschlußstutzen 60 (Figur 3) umfaßt einen Zwlschenteil 62, der mit einem Kragen 64 versehen ist, wobei dieser Zwischenteil auf einer Seite in einen verformbaren Endteil 66 und auf der anderen Seite in einen Verbindungsansatz 68 übergeht.
• Der Endteil 66 wird durch eine anfänglich zylindrische Außenfläche 70 und durch eine anfänglich kegelstumpfförmige Innenfläche 72 begrenzt, deren Durchmesser sich in Richtung einer ringförmigen Fläche 74 fortschreitend verringert, die das freie Ende des Endteils 66 bildet.
• Die anfänglich zylindrische Außenfläche 70 schließt sich auf der zu ihrem freien Ende entgegengesetzten Seite an eine kegelstumpfförmige Außenfläche 76 an, deren Durchmesser sich in Richtung des Kragens 64 fortschreitend vergrößert. Die anfänglich kegelstumpfförmige Innenfläche 72 des Endteils 66 schließt sich auf der zu seinem freien Ende 74 entgegengesetzten Seite an eine zylindrische Innenfläche 78 an, die einen Zwischendurchgang im Innern des Stutzens 60 bildet. Auf diese Weise sind der Zwischenteil 62 und der Endteil 66 über einen ringförmigen Bereich 80 mit geringerer Dicke miteinander verbunden.
• Der Kragen 64 umfaßt eine ringförmige Fläche 82, die sich an eine allgemein zylindrische Umfangsfläche 84 mit zwei Abflachungen 86 anschließt. Die Umfangsfläche 84 schließt sich über eine ringförmige Fläche 87 an eine zylindrische Fläche 88 an, welche die Außenfläche des Ansatzes 68 bildet. Dieser besitzt ein Innengewinde 90, das sich über einen kegelstumpfförmigen Teil 92 an die Innenfläche 78 anschließt.
• Der Anschlußstutzen 60 wird aus einem verformbaren Metall, beispielsweise aus Aluminium, hergestellt, so daß der Endteil 66 anhand eines geeigneten Werkzeugs radial gespreizt werden kann, wobei diese Spreizung durch das Vorhandensein des Bereichs 80 mit geringerer Dicke begünstigt wird.
• In Figur 3 wird mit gestrichelten Linien ein Werkzeug 94 dargestellt, das einen Schaft 96 umfaßt, der in einen Kopf 98 übergeht. Der Kopf umfaßt einen kegelstumpfförmigen Teil 98a, dessen Ende mit kleinerem Durchmesser (d) mit dem Schaft 96 verbunden ist und dessen anderes Ende mit größerem Durchmesser (D) mit einem Teil 98b verbunden ist, der in etwa die Form einer Kugelkappe besitzt.
• Der Durchmesser d des Werkzeugs entspricht annähernd dem Innendurchmesser des Endteils 66 in Höhe seines freien Endes 74, während der Durchmesser D des Werkzeugs in etwa dem Innendurchmesser des Zwischendurchgangs entspricht, der durch den zylindrischen Teil 78 gebildet wird.
• In dem dargestellten Beispiel wird der Schaft 96 des Werkzeugs 94 durch das freie Ende des Endteils 66 in der durch den Pfeil F angedeuteten Richtung eingesetzt, so daß der Kopf 98 über das freie Ende des Endteils 66 hinaus vorsteht.
• Es folgt nun eine Beschreibung der Vorgehensweise für die Befestigung und den Anschluß des zweiten Wärmetauschers 24 im Innern des Wasserkastens 10.
• Der zweite Wärmetauscher 24 wird durch die offene Seite des Wasserkastens 10 eingesetzt, wobei der Wärmetauscher 24 so positioniert wird, daß die Bohrungen 40 der Fußplatten 38 axial mit den Öffnungen 46 der Wand 14 fluchten. Anschließend werden die beiden Stutzen 60 entweder gleichzeitig oder nacheinander eingesetzt, wobei der Stutzen, wie in Figur 3 dargestellt, mit dem Werkzeug 94 versehen wird. Beim Einsetzen tritt der Endteil 66 nacheinander durch die Durchgangsöffnung 46 der Wand 14 und die Bohrung 40 der Fußplatte 38 hindurch, bis die ringförmige Fläche 82 des Kragens 64 an der ringförmigen Fläche 58 der Wand 14 zur Anlage kommt. Zuvor wird ein Runddichtring 100 in dem ringförmigen Zwischenraum zwischen der kegelstumpfförmigen Außenfläche 76 des Zwischenteils 62, der Öffnung 46 der Wand 14 und der Auflagefläche 42 der Fußplatte 38 eingesetzt. Der Kragen 64 kommt somit in seiner Aufnahme zum Anschlag, während die Abflachungen 86 des Kragens mit den Vorsprüngen 56 des Kranzes 52 zusammenwirken, um die Drehung des Stutzens um seine Achse zu verhindern. In der so herbeigeführten Anschlagposition wird der Runddichtring 100 zusammengedrückt, wobei er die Abdichtung am Anschluß zwischen der Wand 14, der Fußplatte 38 und dem Stutzen 60 gewährleistet.
• Wenn die Fußplatte 38 mit ihrer Fläche 42 an der Innenfläche 44 der Wand 14 angedrückt ist, wird auf den Schaft 96 des Werkzeugs 94 eine Zugbeanspruchung in Richtung des Pfeils F ausgeübt. Der kegelstumpfförmige Teil 98a des Kopfes 98 bewirkt dabei die radiale Spreizung des Endteils 66, so daß die anfänglich kegelstumpfförmige Innenfläche 72 in etwa zylindrisch wird und die Verlängerung der zylindrischen Innenfläche 78 bildet, wie dies in Figur 4 zu erkennen ist.
• Die anfänglich zylindrische Innenfläche 70 des Endteils 66 wird nach außen umgebogen, wodurch der Endteil 66 auf der Fußplatte 38 angefalzt wird.
• Als Variante ist der Falzvorgang mit einem anderen Werkzeug auszuführen.
• Man könnte beispielsweise zunächst den Endteil 66 des Stutzens 60 durch die Öffnung 46 und die Bohrung 40 einsetzen und anschließend ein Werkzeug von dem entgegengesetzten Ende des Stutzens aus in einer Gegenrichtung zu der durch den Pfeil F angedeuteten Richtung einführen. In diesem Falle müßte der Kopf des Werkzeugs eine weitgehend andere Form als der Kopf 98 aufweisen, beispielsweise eine Olivenform. Die Falzung würde in diesem Falle während der Einführbewegung des Werkzeugs erfolgen, das anschließend durch eine Bewegung in Richtung des Pfeils F wieder herausgenommen wird.
• Nach dem Einsetzen der beiden Stutzen 60 kann der Wasserkasten 10 auf eine an sich bekannte Weise mit seiner offenen Seite an der Sammlerplatte 20 angesetzt werden.
• Die Erfindung ist natürlich nicht auf die vorstehend beschriebene und in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform beschränkt. So könnte insbesondere anstelle der Verwendung eines zweiten Wärmetauschers in Lamellenausführung auch ein Wärmetauscher einer anderen Bauart, beispielsweise in zylindrischer Ausführung benutzt werden. Außerdem wurde zwar nur ein einziger Runddichtring 100 erwähnt, wobei jedoch die Anbringung einer zweiten Dichtung zwischen der Innenfläche 44 und der Fußplatte 42 vorgesehen werden kann.

Claims (9)

1. Vorrichtung mit einem Wasserkasten für einen ersten Wärmetauscher und einem zweiten Wärmetauscher (24) mit zwei Anschlußstutzen (60), die abgedichtet durch eine Wand (14) des Wasserkastens (10) hindurchgehen und mit denen der zweite Wärmetauscher (24) im Wasserkasten (10) befestigt ist, wobei jeder der Stutzen (60) am zweiten Wärmetauscher durch Einführung in eine Durchgangsöffnung (46) in der Wand (14) des Wasserkastens und Befestigung in einer Fußplatte (38) des zweiten Wärmetauschers (24) mittels radialer Spreizung eines verformbaren Endteils (66) jedes Anschlußstutzens (60) in einer Bohrung (40) der besagten Fußplatte (38) angesetzt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Anschlußstutzen (60) einen Zwischenteil (62) mit einem Kragen (64) umfaßt, der an der Wand (14) des Wasserkastens (10) um die Durchgangsöffnung (46) herum an der Außenseite des Wasserkastens zur Anlage kommen kann, wobei dieser Zwischenteil (62) auf einer Seite in einen verformbaren Endteil (66) und auf der entgegengesetzten Seite in einen Verbindungsansatz (68) übergeht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Endteil (66) durch eine anfänglich zylindrische Außenfläche (70) und durch eine anfänglich kegelstumpfförmige Innenfläche (72) begrenzt wird, deren Durchmesser sich in Richtung des freien Endes (74) des Endteils (66) verringert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die anfänglich zylindrische Außenfläche (70) des Endteils (66) auf der zu seinem freien Ende (74) entgegengesetzten Seite an eine kegelstumpfförmige Außenfläche (76) anschließt, deren Durchmesser sich in Richtung des Kragens (64) fortschreitend vergrößert, und daß sich die anfänglich kegelstumpfförmige Innenfläche (72) des Endteils (66) auf der zu seinem freien Ende (74) entgegengesetzten Seite an eine zylindrische Innenfläche (78) eines Zwischendurchgangs anschließt, der sich teilweise im Innern des Stutzens (60) erstreckt, wodurch ein ringförmiger Anschlußbereich (80) mit geringerer Dicke zwischen dem Zwischenteil (62) und dem Endteil (66) gebildet werden kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Endteil (66) radial so gespreizt werden kann, daß nach der Falzung die anfänglich kegelstumpfförmige Innenfläche (72) des Endteils (66) in etwa zylindrisch wird, wobei sie die zylindrische Innenfläche (78) des Zwischendurchgangs verlängert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Runddichtring (100) umfaßt, der in einem ringförmigen Zwischenraum zwischen der kegelstumpfförmigen Außenfläche (76) des Zwischenteils (62), der Durchgangsöffnung (46) in der Wand (14) des Wasserkastens und der Fußplatte (38) eingesetzt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Anschlußstutzen (60) aus einem verformbaren Metall, insbesondere aus Aluminium, geformt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (64) in eine Aufnahme (54, 56, 58) mit geeigneter Form eingesetzt werden kann, die an der Wand (14) des Wasserkastens (10) um die Durchgangsöffnung (46) herum auf der Außenseite des Wasserkastens vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (64) mindestens eine Abflachung (86) umfaßt, die mit einem entsprechend der Aufnahme geformten Vorsprung (56) zusammenwirken kann, um die Drehsicherung des Stutzens (60) in der Wand (14) des Wasserkastens herbeizuführen.