DE102005008409A1 - Wärmetauscher mit Rohren und Rippen sowie Herstellungsverfahren - Google Patents

Wärmetauscher mit Rohren und Rippen sowie Herstellungsverfahren Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit Rohren (10) und Rippen (11), dessen Rohrenden in Öffnungen (1.1) eines Rohrbodens (1) stecken, der einen Verbindungsrand (1.2) aufweist, um einen Sammelkasten (2) an dessen Randwulst (2.1) mechanisch zu verbinden, wobei ein Zwischenboden (3) vorhanden ist, der mit seinem Rand (3.1) am Verbindungsrand (1.2) des Rohrbodens (1) anliegt. DOLLAR A Die Festigkeit der mechanischen Verbindung wurde erfindungsgemäß dadurch erhöht, dass auch der Zwischenboden (3) einen Verbindungsrand (3.2) aufweist und beide Verbindungsränder (1.2 und 3.2) den Randwulst (2.1) des Sammelkastens (2) fest halten.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit Rohren und Rippen, dessen Rohrenden in Öffnungen eines Rohrbodens stecken, der einen Verbindungsrand aufweist, um einen Sammelkasten an dessen Randwulst mechanisch und dicht zu verbinden, wobei ein Zwischenboden vorhanden ist, der mit seinem Rand am Verbindungsrand des Rohrbodens anliegt:
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für solche Wärmetauscher.
  • Der Wärmetauscher ist aus dem EP 1 273 864 A2 bekannt. Der Zwischenboden wurde dort deshalb vorgesehen, um Wärmetauscher mit unterschiedlich tiefen Kühlnetzen mit relativ geringem Änderungsaufwand realisieren zu können.
    •
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgegenüber darin, Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen, deren Festigkeit der mechanischen Verbindung erhöht ist und ein Herstellungsverfahren für solche Wärmetauscher anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Wärmetauscher erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Es hat sich herausgestellt, dass die Verbindungs – und Haltekräfte durch die stetige Reduzierung der Blechdicken des Rohrbodens in Anbetracht steigender Drücke und anderer Belastungen den Anforderungen nicht ausreichend gerecht werden können. Die Erfindung stellt einen hervorragenden Kompromiss zwischen geringem Materialeinsatz und Erhöhung der Verbindungsfestigkeit zur Verfügung. Der Zwischenboden ist zwar ein zusätzliches Bauteil, jedoch relativ geringen Gewichts, da es sich dabei lediglich um ein rahmenähnliches Teil handelt. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene „doppelte" Verbindung, vorzugsweise Verklammerung, wurde ein Weg zur weiteren Reduzierung der Blechdicke der Rohrböden aufgezeigt, wobei die Verbindungs – und Haltekräfte trotz geringer Blechdicke des Rohrbodens gewährleistet sind. Ferner können Wärmetauscher zur Verfügung gestellt werden, bei denen der Überstand des Rohrbodens über den Umfang der Rohre relativ klein ist. Deshalb ist eine kompakte Anordnung des Wärmetauschers, beispielsweise in einem Wärmetauschermodul möglich, in dem mehrere Wärmetauscher dicht an dicht angeordnet sind.
  • Unter einer „doppelten" Verbindung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist sowohl eine Verbindung zu verstehen, bei der vorstehende Zungen oder ähnliche Teile des Randes des Rohrbodens und ähnliche Teile des Zwischenbodens übereinander liegen, als auch solche, bei der die erwähnten Teile nebeneinander liegen. Bei der Ausführungsform mit nebeneinander liegenden Zungen greifen die Zungen des Rohrbodens in den Zwischenraum der Zungen des Zwischenbodens, oder umgekehrt.
  • Die Zungen des Rohrbodens sind etwas länger oder etwas kürzer als die Zungen des Zwischenbodens, um deren Zusammenwirkung bei der Verbindung zu gestatten. Die Ausführung mit Zungen oder ähnlichen vorstehenden Teilen wird als Verklammerung bezeichnet, weil die Zungen nach der Art einer Klammer auf den Randwulst gebogen werden und diesen fest halten. Eine Dichtung befindet sich gewöhnlich unterhalb des Randwustes, sodass die Verbindung auch eine Abdichtung garantiert.
  • Ein anderes Ausführungsbeispiel baut auf die an sich bekannte mechanische Verbindung auf, bei der eine wellenartige Verformung des Verbindungsrandes vorgenommen wird. Auch bei dieser Ausführung lassen sich Zwischenböden mit den erwähnten Vorteile einsetzen. (Anspruch 7) Hierbei werden allerdings keine Vorsprünge, Zungen oder dergleichen, umgebogen, sondern der Rand wird mit einer Reihe parallel zur Ebene des Rohrbodens verlaufenden Einschnitten versehen und der Rand jedes Einschnitts wird nach innen über den Rand des Randwulstes des Sammelkastens gedrückt bzw. verformt, wodurch die mechanische Verbindung erreicht wird. Gleiches wird am Rand des Zwischenbodens ausgeführt, um die Festigkeit der mechanischen Verbindung zu steigern.
  • Bei einer Ausführungsform liegt der Zwischenboden im Rohrboden und bei einer anderen Ausführungsform liegt der Rohrboden im Zwischenboden.
  • Der Zwischenboden hat in an sich bekannter Weise ein oder mehrere Querversteifungen, die bei der Ausführungsform mit im Rohrboden liegendem Zwischenboden vorzugsweise flach auf dem Rohrboden, zwischen zwei Öffnungen in denen Rohrenden verlötet sind, aufliegen.
  • Das Herstellungsverfahren sieht, nachdem die gewöhnlich aus Aluminium bestehenden Teile des Wärmetauschers in an und für sich bekannter Weise zusammengefügt und verlötet wurden, erfindungsgemäß vor, dass sowohl die Teile des Rohrbodens als auch Teile des Zwischenbodens umgeformt werden, um gemeinsam die mechanische Verbindung zu erzeugen.
  • Dazu wird eine spezielle Vorrichtung verwendet.
    •
  • Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.
  • Die 1–4 zeigen Perspektivansichten auf einen teilweise fertiggestellten Wärmetauscher (1), auf einen Rohrboden, auf einen Zwischenboden und auf einen Wärmetauscher mit montiertem Sammelkasten.
  • Die 5 zeigt eine Seitenansicht und die 6 zeigt einen Längsschnitt durch einen Wärmetauscher. Die 7 zeigt eine Detailansicht der Verklammerung. Die 8 und 9 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel.
  • Bei dem Wärmetauscher kann es sich zum Beispiel um einen Ladeluftkühler oder um einen Kühlflüssigkeitskühler handeln, der sich in einem Kraftfahrzeug befindet. Es wurde zur Vereinfachung stets nur eine Seite (Sammelkasten) des Wärmetauschers gezeichnet, da die andere Seite wenigstens bezüglich der hier interessierenden Ausbildung identisch ist. Durch die Rippen 11, beispielsweise Wellrippen, strömt dabei gewöhnlich Kühlluft, die dem anderen Medium, das über den Sammelkasten 2 in die Rohre 10 strömt, Wärme entzieht. Der in der 1 abgebildete Wärmetauscher befindet sich im Prinzip in dem Zustand, wie er nach Verlassen eines Lötofens vorliegt. Es muss natürlich darauf hingewiesen werden, dass der Verbindungsrand 3.2 am Zwischenboden 3 und der Verbindungsrand 1.2 am Rohrboden 1 in der 1 bereits umgeformt gezeichnet wurden. Tatsächlich stehen die Ränder 3.2 und 1.2 zunächst etwa vertikal zur Ebene des Rohrbodens 1 und sie erhalten erst nach dem Ansetzen und mechanischen Verbinden des Sammelkastens 2 (4) ihr in der 1 gezeigtes Aussehen. Nach dem Einfügen einer Dichtung (nicht gezeigt) und dem Ansetzen des Sammelkastens 2 werden sowohl Teile (Zungen) des Randes 3.2 des Zwischenbodens 3 als auch Teile des Randes 1.2 in einer Werkzeugmaschine mittels einer Vorrichtung (nicht gezeigt) umgeformt, in diesem Ausführungsbeispiel auf den Randwulst 2.1 des Sammelkastens 2 herunter gebogen, sodass beide Ränder 3.2, 1.2 gemeinsam die Festhaltefunktion ausüben. Die Umformung der Teile geschieht hier gleichzeitig.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Zwischenboden 3 im Rohrboden 1. Dabei liegt der Rand 3.1 des Zwischenbodens 3 am Verbindungsrand 1.2 des Rohrbodens 1 innen an und ist dort auch verlötet. Die gezeigte Zwischenboden 3 besitzt zwei Querstreben, die jeweils zwischen zwei Öffnungen 1.1 des Rohrbodens 1 auf demselben aufliegen und dort ebenfalls angelötet sind.
  • Die 2 zeigt einen Rohrboden 1 als Einzelteil und die 3 zeigt einen Zwischenboden 3 aus gleicher Perspektive. Da, wie bereits erwähnt, in diesem Ausführungsbeispiel, der Zwischenboden 3 im Rohrboden 1 liegt, sind die Zungen am Verbindungsrand 1.2 des Rohrbodens 1 etwas länger als die Zungen am Verbindungsrand 1.3 des Zwischenbodens 3, wie bei einem Vergleich dieser beiden Figuren leicht festzustellen ist. Die Zungen an beiden Rändern 1.2, 3.2 liegen im gezeigten Ausführungsbeispiel übereinander, wie besonders deutlich aus den 1 und 4 gesehen werden kann. Ferner ist die Anzahl, die Größe und die Anordnung der Zungen an beiden Rändern 1.2, 3.2 unterschiedlich. Aus all dem ist zu schließen, dass hier Gestaltungsspielraum für verschiedene nicht gezeigte Ausführungsbeispiele vorhanden ist. Bei diesen nicht gezeigten Ausführungen kann es vorteilhaft sein, die oben beschriebene Umformung der Teile nicht gleichzeitig sondern nacheinander durchzuführen, d. h. zunächst die Teile des Rohrbodens 1, vorzugsweise in einem Arbeitsgang, und danach die Teile des Zwischenbodens 3, ebenfalls in einem Arbeitsgang, oder natürlich umgekehrt, zuerst die Teile des Zwischenbodens 3 und danach die Teile des Rohrbodens 1.
  • In der 6 gezeigte weitere Aspekte sollen erläutert werden. Aus dem Längsschnitt durch den Wärmetauscher ist zu sehen, dass die Öffnungen 1.1 im Rohrboden 1 mit besonders langen und in ihrer Dicke reduzierten Durchzügen 1.3 ausgestattet sind, die zu den Rippen 11 hin gerichtet sind. Die Enden der Rohre 10 sind mit den Durchzügen 1.3 verlötet und reichen dabei nicht bis über die innere Rohrbodenfläche. Diese Ausbildung ist günstig, weil dadurch der Druckverlust gering gehalten wird.
  • Die 7 zeigt, dass in den Ecken (2) des Rohrbodens 1 ein Zapfen 20 vorgesehen ist, der der Vorfixierung des Zwischenbodens 3 dient. In den Zungen können Sicken 24 eingeformt werden, die die Steifigkeit und Haltbarkeit weiter verbessern. Ferner sind Durchbrüche 22 vorhanden, in die am Randwulst 2.1 des Sammelkastens 2 angeformte Nasen 23 einrasten, um den Sammelkasten 2 vor dessen mechanischer Verbindung zu sichern und auch fest auf die nicht gezeigte Dichtung zu drücken. Die Durchbrüche 22 befinden sich im gezeigten Ausführungsbeispiel im Rand des Zwischenbodens 3.
  • Die 8 und 9 zeigen unterschiedliche Ausführungen mit gewelltem Verlauf der Verbindungsränder 1.2 und 3.2. In der 9 wurden die auf den Randwulst 2.1 des Sammelkastens 2 umgeformten Abschnitte oberhalb der Einschnitte 25 der Verbindungsränder senkrecht aufgetrennt, Bezugszeichen 30. In beiden Figuren ist der Verlauf der Wellen (Einschnitte 25) am Verbindungsrand des Zwischenbodens 3 deckungsgleich mit dem Verlauf der Wellen am Verbindungsrand des Rohrbodens 1.

Claims (10)

  1. Wärmetauscher mit Rohren (10) und Rippen (11), dessen Rohrenden in Öffnungen (1.1) eines Rohrbodens (1) stecken, der einen Verbindungsrand (1.2) aufweist, um einen Sammelkasten (2) an dessen Randwulst (2.1) mechanisch zu verbinden, wobei ein Zwischenboden (3) vorhanden ist, der mit seinem Rand (3.1) am Verbindungsrand (1.2) des Rohrbodens (1) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Zwischenboden (3) einen Verbindungsrand (3.2) aufweist und beide Verbindungsränder (1.2 und 3.2) den Randwulst (2.1) des Sammelkastens (2) fest halten.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenboden (3) im Rohrboden (1) liegt.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrboden (1) im Zwischenboden (3) liegt.
  4. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ecken des Rohrbodens (1) oder des Zwischenbodens (3) Zapfen (20) oder ähnlich Teile angeformt sind.
  5. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsrand (3.2) des Zwischenbodens (3) und der Verbindungsrand (1.2) des Rohrbodens (1) aus einer Reihe auf den Randwulst (2.1) des Sammelkastens (2) umbiegbarer Vorsprünge (Zungen) besteht.
  6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zungen Sicken (24) eingeformt sind.
  7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsrand des Zwischenbodens (3) und der Verbindungsrand des Rohrbodens (1) etwa parallel zur Ebene des Rohrbodens (1) verlaufende Einschnitte (25) aufweist, wobei jeder Rand des Einschnitts (25) nach innen auf den Randwulst (2.1) des Sammelkastens (2) umformbar ist, so dass sich ein etwa wellenartiger Verlauf der Verbindungsränder (1.2, 3.2) einstellt, wobei die Wellen bzw. die Einschnitte an den Verbindungsrändern entweder deckungsgleich oder versetzt zueinander angeordnet sind.
  8. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verbindungsrändern Durchbrüche (22) vorhanden sind, in die Vorsprünge (23) am Randwulst (2.1) des Sammelkastens (2) einrasten.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers mit folgenden Verfahrensschritten a) Zusammensetzen von Flachrohren (10) und Rippen (11); b) Ansetzen von Rohrboden (1) und Zwischenboden (3) an dem/den Ende/n der Flachrohre (10); c) Metallisches Verbinden der Bauteile (1, 3, 10, 11) zu einer Einheit; d) Ansetzen eines Sammelkastens (2) und mechanische Verbindung desselben mittels Umformen von Teilen des Rohrbodens (1), dadurch gekennzeichnet, dass e) sowohl die Teile des Rohrbodens (1) als auch Teile des Zwischenbodens (3) umgeformt werden, um gemeinsam die mechanische Verbindung zu erzeugen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile des Rohrbodens (1) und die Teile des Zwischenbodens (3) gleichzeitig umgeformt werden.
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