DE102004055086A1

DE102004055086A1 - Metallischer Sammelkasten für einen Wärmeübertrager, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102004055086A1
Application number: DE102004055086A
Authority: DE
Inventors: Holger Auchter; Thomas Fricker; Hans-Peter Heuss
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2006-05-18
Also published as: EP1815203A1; JP2008519957A; WO2006050982A1; US20080289807A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen metallischen Sammelkasten (1) für einen Wärmeübertrager, insbesondere für Kraftfahrzeuge, herstellbar durch spanlose Umformung aus einer Blechplatine, vorzugsweise einem Aluminiumblech, wobei der Sammelkasten (1) jeweils zwei etwa parallel angeordnete Längsseiten (1c, 1d) und Schmalseiten sowie eine Oberseite (1b) und mindestens einen Anschlussstutzen (3) aufweist. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Anschlussstutzen (3) einstückig mit dem Sammelkasten (1) ausgebildet und aus der Blechplatine ausformbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen metallischen Sammelkasten für einen Wärmeübertrager, insbesondere für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Metallische Sammelkästen werden heute für Wärmeübertrager von Kraftfahrzeugen, insbesondere gelötete Heizkörper und gelötete Kühlmittelkühler verwendet, und zwar aus Recycling- und Festigkeitsgründen. Vor dieser Entwicklung zu sortenreinen Wärmeübertragern verwendete man für die Sammel- und Verteilerkästen von Heizkörpern und Kühlmittelkühlern Kunststoffkästen, welche u. a. den Vorteil hatten, dass man Anschlussstutzen einstückig an die Kunststoffkästen anspritzen konnte. Diese Möglichkeit besteht bei Metallwasserkästen, die vorzugsweise aus Aluminiumblech durch spanlose Umformung wie Tiefziehen hergestellt werden, nicht. Vielmehr weisen Metallkästen für Wärmeübertrager lediglich einen nach innen oder außen ausgeformten Blechkragen auf, welcher mit einer Rohrkupplung verlötet wird, über welche ein Anschluss an einen Heizungs- oder Kühlkreislauf des Kraftfahrzeuges möglich ist.
Durch die DE 197 52 139 A1 der Anmelderin wurde ein gelöteter Heizkörper für ein Kraftfahrzeug mit metallischen Sammelkästen bekannt, in welche ein Eintrittsstutzen und ein Austrittsstutzen eingelötet sind. Diese Anschlussstutzen sind dabei meistens als Rohrkupplungen, so genannte Steckgabel kupplungen ausgebildet, wie dies durch die DE 44 03 402 A1 der Anmelderin bekannt wurde. Dabei weist die Rohrkupplung einerseits einen zylindrischen Bereich auf, welcher in einen Kragen des metallischen Wasserkastens gesteckt und mit diesem dicht verlötet ist. Andererseits weist die Rohrkupplung (auch Anschlussstutzen genannt), einen erweiterten Bereich auf, in welchen ein Rohrende einer Heizungsleitung einsteckbar, mittels eines Dichtringes abdichtbar und mittels einer Steckgabel axial fixierbar ist. Diese Art von Rohranschluss an einen metallischen Sammelkasten erfordert eine Vielzahl von Teilen, d. h. einen Sammelkasten mit angeformtem Kragen, eine mit dem Sammelkasten verlötbare Rohrkupplung (Anschlussstutzen) einschließlich Dicht- und Verriegelungsmittel sowie ein Rohrende der Anschlussleitung.
Ähnliche Rohrkupplungen, auch Rohranschluss oder Rohranschlusskupplung genannt, insbesondere mit Steckgabel wurden durch die DE 196 21 282 A1 und die DE 196 21 283 A1 der Anmelderin bekannt. Eine Variante für eine Rohranschlusskupplung mit einem elastischen Halteklammerring wurde durch die DE 196 48 162 A1 der Anmelderin bekannt – auch hier wird die Rohrkupplung in Form eines Napfes in einen metallischen Sammelkasten eingesetzt und verlötet. Die Verbindung mit dem Rohrende der Anschlussleitung erfolgt über einen Dichtring und den Halteklammerring, welcher sich auf einer Sicke am Rohrende abstützt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen metallischen Sammelkasten der eingangs genanten Art einfacher und zu geringeren Kosten herzustellen, insbesondere hinsichtlich des bzw. der Rohranschlüsse.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens ein Anschlussstutzen einstückig aus dem Sammelkasten bzw. aus dessen Ausgangsplatine herstellbar ist. Der bzw. die Anschlussstutzen werden somit durch spanlose Umformung wie Lochstanzen, mehrstufiges Tiefziehen und/oder Stauchen aus einer Blechplatine geformt. Damit ergibt sich der Vorteil, dass ein aufwändiger Arbeitsgang wie das Verlöten einer Rohrkupplung bzw. eines Rohranschlussstutzens mit dem Sammelkasten entfällt. Dies führt zu geringeren Herstellkosten für den Sammelkasten und damit für den gesamten Wärme übertrager, beispielsweise einen Heizkörper oder Kühlmittelkühler eines Kraftfahrzeuges. Der erfindungsgemäße Anschlussstutzen kann somit direkt mit einem Anschlussrohr oder einem Anschlussschlauch verbunden werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die Anschlussstutzen an den Längsseiten oder auf der Oberseite des Sammelkastens angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Anschlussstutzen kreiszylindrisch ausgebildet, was sich am einfachsten durch spanlose Umformverfahrensschritte darstellen lässt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Anschlussstutzen eine umlaufende Sicke auf, welche vorzugsweise durch Stauchen des Anschlussstutzens herstellbar ist. Damit wird der Vorteil einer axialen Fixierbarkeit des betreffenden Anschlussteiles, eines Anschlussrohres, einer Rohrkupplung oder eines Anschlussschlauches möglich.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Anschlussstutzen einen Außendurchmesser D und eine Länge L auf, wobei das Verhältnis von Länge L zu Durchmesser D im Bereich von 0,8 bis 1,0, vorzugsweise bei 0,9 liegt. Ein Anschlussstutzen mit diesen Abmessungen bietet die Möglichkeit für einen Rohranschluss mit aus dem Stand der Technik bekannten Mitteln. Durch eine nicht unerhebliche Abstreckung des Materials in Richtung der Längsachse des Stutzens ergibt sich zwangsläufig eine Verringerung der ursprünglichen Wandstärke der Blechplatine. Durch einen mehrstufigen Umformprozess kann jedoch erreicht werden, dass eine Mindestwandstärke, die aus Festigkeitsgründen erforderlich ist, nicht unterschritten wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der erfindungsgemäße Anschlussstutzen, insbesondere mit umlaufender Sicke mittels einer an sich bekannten Rohrkupplung an einen Heizungs- oder Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges anschließbar. Die Rohrkupplung kann beispielsweise mittels Steckgabel gegenüber der Sicke fixiert werden. An die Rohrkupplung schließt sich ein Rohr oder ein Schlauch des Kühlmittelkreislaufes an.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen

1 einen Sammelkasten für einen gelöteten Heizkörper mit zwei auf der Oberseite angeordneten Anschlussstutzen in einer Ansicht,

2 den Sammelkasten gemäß 1 in einer Draufsicht,

3 einen Schnitt III-III durch einen Anschlussstutzen des Sammelkastens,

4 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Sammelkasten mit seitlich angeordneten Stutzen in einer Ansicht,

5 den Sammelkasten gemäß 4 in einer Draufsicht und

6 einen Schnitt VI-VI durch einen Anschlussstutzen des Sammelkastens.

1 zeigt einen metallischen Sammelkasten 1 für einen gelöteten Heizkörper einer nicht dargestellten Heizungsanlage für ein Kraftfahrzeug. Der Sammelkasten 1 weist eine offene Unterseite 1a auf, welche mit einem nicht dargestellten Rohrboden des Heizkörpers stoffschlüssig verbunden wird. Gegenüber der offenen Unterseite 1a ist eine leicht nach oben gewölbte Oberseite 1b angeordnet, welche zwei Anschlussstutzen 2, 3 aufweist, über welche der nicht dargestellte Heizkörper an den Heizungskreislauf, d. h. einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine anschließbar ist. Zwischen beiden Anschlussstutzen befindet sich – was nicht dargestellt ist – eine Trennwand, so dass ein Anschlussstutzen als Einlassstutzen und der andere Anschlussstutzen als Auslassstutzen für das Kühlmittel fungiert. Jeder der beiden Anschlussstutzen 2, 3 weist eine umlaufende Sicke 2a, 3a auf.

2 zeigt den Sammelkasten 1 in einer Ansicht von oben, welche die kreisförmigen Querschnitte der Anschlussstutzen 2, 3 und der umlaufenden Sicken 2a, 3a zeigt. Der Grundriss des Sammelkastens 1 ist im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet und weist zwei Längsseiten 1c, 1d und zwei Schmalseiten 1e, 1f auf, welche jeweils mit einem Radius ineinander übergehen.

3 zeigt einen Schnitt in der Ebene III-III in 1, d. h. durch den Anschlussstutzen 3. Wie aus der zeichnerischen Schnittdarstellung ersichtlich, ist der Anschlussstutzen 3 einstückig mit dem Sammelkasten 1 ausgebildet, d. h. er ist aus der Oberseite 1b ausgeformt. Der gesamte Sammelkaten 1 einschließlich der beiden Anschlussstutzen 2, 3 ist einstückig aus einer ebenen Blechplatine, vorzugsweise aus einem Aluminiumblech bzw. einem Blech aus einer Aluminiumlegierung durch spanlose Umformung herstellbar, d. h. in mehreren Verfahrensschritten wie Stanzen, Lochstanzen, Tiefziehen und Stauchen. Erfindungsgemäß wird dabei das Material der Oberseite 1b, insbesondere eine kreisförmige und leicht nach außen gewölbte Fläche F zu einem Kragen gezogen, und zwar in Richtung einer Stutzenlängsachse a. Vorteilhafterweise wird man vor dem Kragen- oder Tiefziehen des Stutzens 3 aus der gewölbten Oberseite 1b im Bereich der Längsachse a in die Fläche F eine kreisförmige Öffnung stanzen. Danach erfolgt durch geeignete Stempel ein Abstrecken des Materials bis zu einer Länge L und zu einem Außendurchmesser D. In den Anschlussstutzen 3 wird die Sicke 3a durch Stauchen eingeformt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Anschlussstutzen 3 (und ebenso der Anschlussstutzen 2) einen Außendurchmesser D von etwa 18 mm und eine Länge L von etwa 17 mm auf. Daraus ergibt sich ein Verhältnis für L/D von etwa 0,94 mm. Ausgehend von der ursprünglichen, gewölbten Fläche F mit einem Durchmesser von etwa 18 mm, weist die durch Umformung erzielte Zylinderfläche des Anschlussstutzen 3 mit den Abmessungen π X D x L etwa das Dreifache auf, wobei die Sicke 3a nicht berücksichtigt ist. Das Ausgangsmaterial vor der Stutzenausformung wird also erheblich gestreckt und in der Oberfläche vergrößert, so dass es zu einer Verringerung der Materialstärke kommt, was jedoch durch eine entsprechende Anzahl von Zwischenschritten bei der Umformung begrenzt werden kann, zumindest soweit, dass eine aus Festigkeitsgründen notwendige Mindestwandstärke nicht unterschritten wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Wandstärke des Ausgangsmaterials, d. h. eines Aluminiumbleches etwa 1,5 mm. Der Außendurchmesser D_S der Sicke beträgt etwa das 1,3-fache des Stutzendruchmessers D, d. h. etwa 23,4 mm. Aus umformtechnischen Gründen ist es ferner wesentlich, im Übergangsbereich von der Oberseite 1b zum zylindrischen Anschlussstutzen 3 einen Radius R vorzusehen, der etwa 1,5 mm oder mehr beträgt.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen metallischen Sammelkasten 4 mit zwei Anschlussstutzen 5, 6, welche an einer Längswand 4a des Sammelkastens 4 angeordnet und ebenfalls – wie im vorherigen Ausführungsbeispiel – einstückig aus dem Sammelkasten 4 bzw. der Längswand 4a ausgeformt sind. Auch der Sammelkasten 4 ist aus einer im Wesentlichen ebenen Blechplatine, vorzugsweise Aluminiumblech einer Wandstärke im Bereich von 0,5 mm bis 2,0 mm durch spanlose Umformung, d. h. im Wesentlichen durch Tiefziehen hergestellt. Der Sammelkasten 4 kann ebenfalls mit einem gelöteten Heizkörper (nicht dargestellt) stoffschlüssig verbunden werden.

5 zeigt den Sammelkasten 4 in einer Ansicht von oben. Die Stutzen 5, 6 weisen jeweils umlaufende Sicken 5a, 6a auf. Der Sammelkasten 4 ist wiederum etwa rechteckförmig ausgebildet und weist zwei parallel zueinander angeordnete Längsseiten 4a, 4b auf, welche durch eine Oberseite 4c miteinander verbunden sind.

6 zeigt einen Schnitt in der Ebene VI-VI in 4 durch den Anschlussstutzen 6. Die zeichnerische Schnittdarstellung zeigt, dass der Anschlussstutzen 6 (und ebenso der Anschlussstutzen 5) einstückig mit den Wandungen 4c und 4a des Sammelkastens 4 sind, d. h. aus der Wandung des Sammelkastens bzw. der als Ausgangsmaterial dienenden Blechplatine geformt sind. Wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel erfolgt die Ausformung in mehreren geeigneten Verfahrensschritten, um eine Überdehnung bzw. unzulässige Wandstärkenverringerung zu vermeiden. Die Abmessungen des Anschlussstutzens 6 sind im Wesentlichen ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 3, d. h. der Stutzen weist eine Länge L von etwa 16 mm und einen Außendurchmesser D von etwa 18 mm auf. Die Sicke weist etwa den 1,3-fachen Durchmesser D_S auf wie der Stutzendurchmesser D. Mit diesen Abmessungen ergibt sich – ähnlich wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel – eine erhebliche Oberflächenvergrößerung des zu verformenden Ausgangsmaterials, die etwa das 2- bis 3,5-fache beträgt. Die Blechstärke des Ausgangsmaterials beträgt auch hier etwa 1,5 mm für Aluminiumblech oder Blech aus einer Aluminiumlegierung.

Die dargestellten Anschlussstutzen – sowohl nach dem ersten als auch nach dem zweiten Ausführungsbeispiel – sind bevorzugt über eine Rohrkupplung mit einem Anschlussrohr an einen Heizungskreislauf eines Kraftfahrzeuges anschließbar. Beispielsweise könnte eine Rohrkupplung, wie sie aus der eingangs erwähnten DE 44 04 402 A1 der Anmelderin durch 4 bekannt ist, verwendet werden. Der dort dargestellte Anschlussstutzen könnte mit seinem erweiterten Kupplungsbereich über den erfindungsgemäßen Anschlussstutzen mit Sicke gesteckt und mittels einer Steckgabel, welche hinter der Sicke des Anschlussstutzens anzuordnen ist, axial fixiert werden. Am anderen Ende der Rohrkupplung bzw. des Anschlussstutzens könnte das Anschlussrohr des Heizungskreislaufes z. B. durch Löten befestigt sein. Dies stellt jedoch nur eine mögliche Verbindung der erfindungsgemäßen Anschlussstutzen dar. Möglich wäre auch, z. B. bei Kühlmittelkühlern, einen Kühlmittelschlauch über die erfindungsgemäßen Stutzen zu schieben und diesen mittels einer Schelle am Stutzen zu befestigen.

Claims

Metallischer Sammelkasten (1, 4) für einen Wärmeübertrager, insbesondere für Kraftfahrzeuge, herstellbar durch insbesondere spanlose Umformung aus einer Blechplatine, vorzugsweise einem Aluminiumblech, wobei der Sammelkasten (1, 4) jeweils zwei etwa parallel angeordnete Längsseiten (1c, 1d; 4a, 4b) und Schmalseiten (1e, 1f) sowie eine Oberseite (1b, 4c) und mindestens einen Anschlussstutzen (3, 5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Anschlussstutzen (2, 3; 5, 6) einstückig mit dem Sammelkasten (1, 4) ausgebildet und aus der Blechplatine ausformbar ist.
Sammelkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Anschlussstutzen (2, 3) auf der Oberseite (1b) angeordnet ist.
Sammelkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Anschlussstutzen (5, 6) an einer Längsseite (4a) angeordnet ist.
Sammelkasten nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Anschlussstutzen (2, 3; 5, 6) einen kreisförmigen Querschnitt und eine etwa zylindrische Form aufweist.
Sammelkasten nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Anschlussstutzen (2, 3; 5, 6) eine umlaufende Sicke (2a, 3a; 5a, 6a), insbesondere herstellbar durch Stauchung, aufweist.
Sammelkasten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Anschlussstutzen (2, 3; 5, 6) einen Außendurchmesser D und eine Länge L aufweist und dass das Verhältnis von L/D im Bereich von 0,8 bis 1,0 liegt, vorzugsweise 0,9 beträgt.
Sammelkasten nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser D im Bereich von 15 bis 20 mm liegt und die Blechplatine eine Blechstärke im Bereich von 0,5 bis 2,0 mm aufweist.
Sammelkasten nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge L im Bereich von 15 bis 20 mm liegt und die Blechplatine eine Blechstärke im Bereich von 0,5 bis 2,0 mm aufweist.
Sammelkasten nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicke (2a, 3a; 5a, 6a) einen Außendurchmesser D_S aufweist und dass das Verhältnis von Sickendurchmesser D_S zu Stutzendruchmesser D etwa 1,3 beträgt.
Sammelkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Anschlussstutzen (2, 3; 5, 6) über eine Rohrkupplung an einen Heizungs- oder Kühlkreislaufes eines Kraftfahrzeuges anschließbar ist.