DE102006040847A1

DE102006040847A1 - Sammelkasten eines Wärmeübertragers

Info

Publication number: DE102006040847A1
Application number: DE200610040847
Authority: DE
Inventors: Helmut Dobler; Armin Hagenloch; Jörg Wilhelm
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2008-03-06

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sammelkasten eines Wärmeübertragers in Ganzmetallbauweise mit mindestens einem Anschlussstutzen (3), wobei der Sammelkasten (1) eine Öffnung (2) aufweist, in welche der Anschlussstutzen (3) einsetzbar ist, welcher einen Anschlussquerschnitt (3a) sowie einen Verbindungsquerschnitt (3c) aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass der Verbindungsquerschnitt (3c) größer als der Anschlussquerschnitt (3a) ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sammelkasten eines Wärmeübertragers in Ganzmetallbauweise nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Wärmeübertrager in Ganzmetallbauweise, insbesondere in Ganzaluminiumbauweise sind insbesondere bei Kraftfahrzeugen als Kühlmittelkühler oder Ladeluftkühler bekannt. Durch die DE 195 43 986 A1 sowie die DE 197 22 098 A1 der Anmelderin wurden derartige gelötete Ganzaluminiumwärmeübertrager bekannt, welche vorzugsweise als Kühlmittelkühler für Kraftfahrzeuge einsetzbar sind. Der bekannte Wärmeübertrager besteht aus einem Rohr/Rippen-Block, welcher mit zwei Sammelkästen verbunden ist, welche aus einem gebogenen Aluminiumblech herstellbar sind und mindestens einen Anschlussstutzen aufweisen, über welchen ein Kühlmittel zu- oder abgeführt wird. Die Anschlussstutzen sind zylindrisch ausgebildet, d. h. als Rohrstücke hergestellt und in eine Öffnung des Sammelkastens eingesetzt. Der Anschlussstutzen wird anschließend, zusammen mit dem gesamten Wärmeübertrager bzw. Kühlmittelkühler dicht gelötet. Bedingt durch diese Bauweise ergibt sich ein relativ scharfkantiger Übergang vom Inneren des Sammelkastens in den rohrförmigen Anschlussstutzen, d. h. eine Umlenkung um 90° bei einem relativ geringen Umlenkradius. Eine derartige Strömungsumlenkung ist mit Verlusten infolge Verwirbelungen behaftet und führt für den Wärmeübertrager zu einem erhöhten Gesamtdruckverlust, welcher als zusätzliche Antriebsleistung von dem Förderorgan, z. B. einer Kühlmittelpumpe aufgebracht werden muss.
Ganzaluminiumbauweisen wurden auch für Ladeluftkühler bekannt, z. B. durch die DE 197 22 100 A1 und die DE 198 58 325 A1 der Anmelderin. Derartige Ladeluftkühler sind ähnlich wie die vorgenannten Kühlmittelkühler aufgebaut: sie weisen Luftkästen mit Anschlussstutzen auf, welche von komprimierter Ladeluft für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges durchströmt werden. Die Kühlung der Ladeluft erfolgt durch Umgebungsluft über einen Rohr/Rippen-Block. Die Anschlussstutzen der bekannten Ladeluftkühler sind ähnlich wie bei Kühlmittelkühlem ausgebildet, d. h. sie weisen einen im Wesentlichen zylindrischen, d. h. gleich bleibenden Querschnitt auf, welcher relativ übergangslos in eine Wandung des Luftkastens übergeht. Damit treten auch dort Umlenkverluste auf, welche den Gesamtdruckverlust im Ladeluftkühler erhöhen. Dieser zusätzliche Druckverlust muss vom Kompressor aufgebracht werden und geht als Antriebsleistung der Brennkraftmaschine verloren.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sammelkasten der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass der Gesamtdruckverlust für den Wärmeübertrager reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Anschlussstutzen einen – bezogen auf die Strömungsrichtung des Strömungsmediums – zu- bzw. abnehmenden Querschnitt aufweist. Dabei ist der Querschnitt des Anschlussstutzens im Bereich seiner Verbindung zum Sammelkasten größer, sodass sich bis zum stirnseitigen freien Ende des Anschlussstutzens ein Übergangsbereich mit abnehmendem Querschnitt ergibt. Durch die Querschnittsvergrößerung ergibt sich örtlich eine Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere im Umlenkbereich zwischen dem Sammelkasten und dem Anschlussstutzen. Daraus resultiert der Vorteil eines geringeren Druckverlustes der Strömung im Wärmeübertrager.
Vorteilhafterweise erfolgt die Querschnittsveränderung kontinuierlich, d. h, diffusorartig, sodass sich eine relativ verlustarme, ablösungsfreie Strömung mit hohem Druckrückgewinn ergibt.
Der Querschnitt im Bereich des Sammelkastens wird mit Verbindungsquerschnitt bezeichnet, der Querschnitt des freien Stirnendes des Anschlussstutzens wird mit Anschlussquerschnitt bezeichnet, wobei der Anschlussquerschnitt durch ein kurzes, zylindrisches Rohrstück gebildet wird, auf welchem ein Anschlussschlauch, z. B. für Kühlmittel oder Ladeluft befestigt werden kann. Der Verbindungsquerschnitt ist somit größer als der Anschlussquerschnitt; beide Querschnitte weisen vorzugsweise nicht dieselbe Form auf, vielmehr geht der kreisförmige Anschlussquerschnitt über einen Übergangsbereich vorzugsweise in einen Rechteckquerschnitt oder in einen ovalen Querschnitt über. Die lange Seite des Rechtecks bzw. die lange Seite des Ovals erstreckt sich dabei in Längsrichtung des Sammelkastens, d. h. in die Richtung, wo hinreichender Raum für eine Querschnittsvergrößerung zur Verfügung steht. Der Anschlussstutzen ist vorzugsweise als Tiefziehteil und/oder Druckgussteil herstellbar.
Der Anschlussstutzen kann zur Vorbereitung der Lötung des gesamten Wärmeübertragers im Sammelkasten fixiert werden. Hierzu sind im Bereich des Verbindungsquerschnittes am Anschlussstutzen Anschlagelemente, vorzugsweise in Form von ausgeprägten Nasen vorgesehen, welche an der Wand des Sammelkastens in Anschlag kommen. Der Sammelkasten kann im Bereich der den Anschlussstutzen aufnehmenden Öffnung einen aufgestellten Rand oder Kragen aufweisen, in welchen der Anschlussstutzen eingesteckt wird und dort fixierbar ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen
1a bis 1d verschiedene Ansichten eines Anschlussstutzens mit rechteckigem Verbindungsquerschnitt, befestigt an einem Sammelkasten und
2a bis 2d eine zweite Ausführungsform eines Anschlussstutzens mit einem ovalen Verbindungsquerschnitt.
1a und 1b zeigen in verschiedenen perspektivischen Darstellungen einen Ausschnitt eines kastenförmigen Sammelkastens 1, welcher ein U-förmiges Profil mit zwei parallel zueinander angeordneten Seiten- bzw. Längswänden 1a, 1b aufweist. In der Seitenwand 1a ist eine rechteckförmig ausgebildete Öffnung 2 angeordnet, in welche ein Anschlussstutzen 3 eingesetzt ist. Das freie stirnseitige Ende des Anschlussstutzens 3 weist einen zylindrischen Abschnitt 3a auf, an welchem beispielsweise ein nicht dargestellter Kühlmittelschlauch oder ein Ladeluftschlauch befestigt werden kann. Der Querschnitt der rechteckförmigen Öffnung 2 entspricht einem rechteckförmigen Verbindungsquerschnitt 3c des Stutzens 3 und ist größer als der Querschnitt des zylindrischen Abschnittes 3a. Zwischen beiden Querschnitten 3c, 3a befindet sich ein kontinuierlicher Übergangsbereich 3b vom rechteckförmigen zum kreisförmigen Querschnitt.
1c zeigt eine Ansicht (in etwas vergrößerter Darstellung) auf die Stirnseite des kreiszylindrischen Abschnittes 3a und den im Wesentlichen rechtförmig ausgebildeten Verbindungsquerschnitt 3c. Der Verbindungsquerschnitt 3c des Anschlussstutzens 3 ist deutlich größer als der Anschlussquerschnitt 3a und beträgt etwa das Zwei- bis Dreifache des Anschlussquerschnittes 3a. Auf der Außenseite des Anschlussstutzens 3 sind im Bereich des Verbindungsquerschnittes 3c nach außen vorstehende Nasen 4 angeordnet, welche einen Anschlag beim Einsetzten des Stutzens 3 in die Öffnung 2 bilden.
1d zeigt einen Schnitt entlang der Linie Id-Id in 1c. Der Übergangsbereich 3b zeigt eine kontinuierliche Querschnittsverminderung vom Rechteckquerschnitt 3c zum Kreisquerschnitt des zylindrischen Abschnittes 3a. Der Stutzen 3 endet im Bereich des Rechteckquerschnittes 3c mit einem Bund 5, gegenüber welchem die Nasen 4 nach außen abragen und somit einen Anschlag beim Einsetzen des Stutzens bilden. Der Stutzen 3 wird im Bereich des Bundes 5 mit der Wand 1a des Sammelkastens 1 dicht gelötet. Der Übergangsbereich 3b geht mit einem Absatz 3e in den zylindrischen Abschnitt 3a über, an dessen Stirnende eine Sicke 3d eingerollt ist. Der Stutzen 3 ist als Tiefziehteil separat herstellbar.
Sammelkasten 1 und Stutzen 3 sind aus Aluminiumblech herstellbar, ebenso wie die übrigen Teile des nicht dargestellten Wärmeübertragers, der in einem Arbeitsgang gelötet wird.
2a bis 2d zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, nämlich einen modifizierten Anschlussstutzen 6 mit einem kreiszylindrischen Anschlussquerschnitt 6a und einem oval ausgebildeten Verbindungsquerschnitt 6b, welcher an einen Sammelkasten 7 anschließt. Letzterer entspricht in seiner Form dem Sammelkasten 1 gemäß 1a, 1b, wobei im Sammelkasten 7 eine ovale Öffnung 7a, entsprechend dem ovalen Verbindungsquerschnitt 6b angeordnet ist. Der Verbindungsquerschnitt 6b ist größer als der Anschlussquerschnitt 6a und verjüngt sich kontinuierlich über einen Übergangsbereich 6c bis zum kreisförmigen Anschlussquerschnitt 6a.
Die 2c und 2d zeigen – analog zu den 1c und 1d – eine Ansicht auf das Stirnende 6a des Stutzens 6 mit dem ovalen Verbindungsquerschnitt 6b, der auf seinem Umfang Nasen 8 (analog den Nasen 4 im vorherigen Ausführungsbeispiel) aufweist. 2d – ein Schnitt entlang der Linie IId-IId in 2c – zeigt deutlich den kontinuierlichen, diffusorartig ausgebildeten Übergangsbereich 6c zwischen dem größeren ovalen Verbindungsquerschnitt 6b und dem kleineren kreisförmigen Anschlussquerschnitt 6a. Auch hier erstreckt sich die große Achse des Ovals in Längsrichtung des Kastens 7, die kleine Achse in Richtung der Höhe des Kastens 7 – damit können die baulichen Vorgaben des Kastens optimal für die Vergrößerung des Verbindungsquerschnittes des Anschlussstutzens genutzt werden.
Die oben beschriebenen Sammelkästen werden vorzugsweise als Kühlmittelkästen für Kühlmittelkühler oder Luftkästen für Ladeluftkühler, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Die Anschlussstutzen sind sowohl als Einlassstutzen als auch als Auslassstutzen verwendbar.

Claims

Sammelkasten eines Wärmeübertragers in Ganzmetallbauweise mit mindestens einem Anschlussstutzen (3, 6), wobei der Sammelkasten (1, 7) eine Öffnung (2, 7a) aufweist, in welche der Anschlussstutzen (3, 6) einsetzbar ist, welcher einen Anschlussquerschnitt (3a, 6a) sowie einen Verbindungsquerschnitt (3c, 6b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsquerschnitt (3c, 6b) größer als der Anschlussquerschnitt (3a, 6a) ist.
Sammelkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsquerschnitt (3c, 6b) im Wesentlichen kontinuierlich in Richtung des Anschlussquerschnittes (3a, 6a) abnimmt.
Sammelkasten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussquerschnitt (3a, 6a) durch einen kurzen, zylindrischen Befestigungsstutzen (3a, 6a) gebildet ist.
Sammelkasten nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsquerschnitt (3c) im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist.
Sammelkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsquerschnitt (6b) oval ausgebildet ist.
Sammelkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstutzen (3, 6) einen diffusorartigen Übergangsbereich (3b, 6c) aufweist.
Sammelkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Anschlussstutzen (3, 6) im Bereich des Verbindungsquerschnittes (3c, 6b) Anschlagelemente (4, 8) angeordnet sind.
Sammelkasten nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagelemente als Nasen (4, 8) aus dem Anschlussstutzen ausgeprägt sind.
Sammelkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sammelkasten (1, 7) sowie Anschlussstutzen (3, 6) aus Aluminiumblech hergestellt und miteinander verlötet sind.