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RÜCKVERWEISUNG AUF VERWANDTE
ANMELDUNGEN
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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Anmeldung lfd. Nr. 61/001
438, eingereicht am 1. November 2007, deren gesamter Inhalt hiermit
durch den Hinweis mit aufgenommen wird.
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HINTERGRUND
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Es
gibt eine Vielfalt von Wärmetauschern, bei
denen eine Anzahl von Rohren mit einem Sammeltank zum Einleiten
und/oder Entfernen von Fluid aus den Flachrohren verbunden sind
und in Fluidverbindung stehen. In vielen Fällen führen die Anwendungen solcher
Wärmetauscher
zu einem hohen Druck und Wärmebeanspruchungen,
wie z. B. an Stellen an und benachbart zu den Verbindungen der Flachrohre
mit dem Sammeltank. Es ist auch erwünscht, dass solche Sammeltanks
und die Verbindungen der Flachrohre mit diesen ohne übermäßige Verformung
oder Beschädigung
einem signifikanten Druck standhalten trotz des Wunsches, Sammeltanks
aus immer dünneren
und leichteren Materialien zu konstruieren. Insbesondere in Fällen, in
denen die Sammeltanks aus mehreren Teilen (z. B. einer Sammlerplatte
und einer Struktur, die den Rest des Sammeltanks definiert) konstruiert
sind, sollte sich diese Fähigkeit
zur Schnittstelle zwischen den Sammeltankteilen erstrecken.
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Weitere
Konstruktionsprobleme für
viele Wärmetauscher
beziehen sich auf die Verwendung von Dichtungen zwischen den Wärmetauscherkomponenten,
wie z. B. Dichtungen zwischen Rohr und Sammlerplatte, Dichtungen,
die sich zwischen den Sammlerplatten und anderen Sammeltankkomponenten
befinden, und dergleichen. Solche Dichtungen müssen ihre hydraulischen oder
pneumatischen Abdichtungsfunktionen durchführen, während sie in einigen Anwendungen
hohen Drücken
und/oder Temperaturen, einer Materialausdehnung und – kontraktion
und anderen Herausforderungen ausgesetzt sind. Zuverlässige Dichtungen
und ein zuverlässiger Dichtungshalt
sind weiterhin in vielen Anwendungen schwer zu fassen.
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Folglich
ist zu erkennen, dass Wärmetauscher
mit Sammeltanks und Sammeltank-Flachrohr-Verbindungen,
die dazu ausgelegt sind, Wärme- und/oder
Druckbeanspruchungen und einem Zyklusdurchlauf standzuhalten, willkommene
Zusätze
für die
Industrie ebenso wie zuverlässige
Wärmetauscherdichtungen
und Dichtungsrückhaltekonstruktionen,
und Wärmetauscher,
die relativ leichtgewichtig sind und die effizienter und mit niedrigeren
Kosten hergestellt werden können,
sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Einige
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung schaffen einen Sammler für einen
Sammeltank eines Wärmetauschers.
Der Sammler kann ein erhöhtes
Niveau an Festigkeit für
den Wärmetauscher
und für
Verbindungen zwischen dem Sammler und den damit verbundenen Rohren
bereitstellen. Der Sammler kann eine konvexe Form aufweisen, die
dazu konfiguriert ist, mechanische Wärmebeanspruchungen an Rohr-Sammler-Verbindungen zu verringern
und Druckbeanspruchungen zu verringern.
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In
einigen Ausführungsformen
ist der Sammler des Sammeltanks aus Kunststoff hergestellt und ist
um eine Längsachse
des Sammeltanks gekrümmt,
wodurch er eine im Allgemeinen konvexe Form in Richtung der damit
verbundenen Rohre und eine im Allgemeinen konkave Form in Richtung
eines Inneren des Sammeltanks aufweist. Die Rohre können eine
beliebige gewünschte
Querschnittsform aufweisen. Eindeutige Vorteile können jedoch
unter Verwendung von Flachrohren (d. h. Rohren mit gegenüberliegenden
im Wesentlichen breiten flachen Seiten, die durch gegenüberliegende
schmale Seiten verbunden sind), die mit dem Sammler verbunden sind,
erreicht werden.
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Durch
einen gekrümmten
Sammler, wie vorstehend beschrieben, können Kunststoffsammler Sammeltankinnendrücken standhalten,
die ansonsten eine signifikante Sammlerverformung erzeugen könnten. Unter
einer Druckbelastung des vorstehend beschriebenen gekrümmten Kunststoffsammlers
besteht ein beträchtlich
verringerter Grad an Sammlerverformung. In einigen Ausführungsformen
kann eine solche Verformung sogar beseitigt werden. Folglich wird
die von Verbindungen zwischen dem Sammler und den daran befestigten
Rohren erfahrene mechanische Belastung beträchtlich verringert.
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Durch
den gekrümmten
Kunststoffsammler, wie vorstehend beschrieben, ist es außerdem in
einigen Ausführungsformen
möglich,
eine erhöhte
Festigkeit des Sammlers und der Verbindungen zwischen dem Sammler
und den Rohren zu erreichen. Da die Festigkeit des Sammlers und
der Rohr-Sammler-Verbindungen häufig
vom Umfang des Sammlers in Richtung der Mitte des Sammlers abnimmt,
erhöht
die vorstehend beschriebene Sammlerkrümmung in einem mittleren Bereich
des Sammlers signifikant die Festigkeit des Sammlers im mittleren
Bereich. Infolge der erhöhten
Festigkeit ist es möglich,
durch die Verringerung der Dicke des Materials, aus dem der Sammler
und/oder die Rohre konstruiert sind, Gewichts- und Kosteneinsparungen zu
erreichen. Die erhöhte
mechanische Festigkeit verlängert
auch die Betriebslebensdauer eines Sammeltanks und eines Wärmetauschers
mit einem solchen Sammler. Solche Vorteile erfordern nicht notwendigerweise
irgendeine zusätzliche
Ausgabe im Hinblick auf das Sammler- und Sammeltankmaterial, die
Anzahl von Sammler- und Sammeltankkomponenten und die individuellen
Produktionsstufen des Sammlers und des Sammeltanks. Reproduzierbare und
dauerhaft abgedichtete Verbindungen zwischen dem Sammler und den
individuellen Rohren sind auch unter Verwendung des vorstehend beschriebenen
gekrümmten
Sammlers und relativ niedriger Produktionstoleranzen möglich.
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Weitere
Aspekte der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf die Weisen,
in denen ein Sammler mit dem Rest eines Sammeltanks verbunden werden kann,
während
eine Dichtung oder eine andere Abdichtung in Bezug auf solche Teile
in Position gehalten wird, Weisen, in denen eine Abdichtung an den Schnittstellen
zwischen den Rohren und dem Sammler eines Wärmetauschers bereitgestellt
werden soll, und Weisen, in denen der Sammeltank und Abschnitte
der Sammeltank- und Sammlerschnittstelle verstärkt werden können, um
die Druckkapazität
des Sammeltanks zu erhöhen
und/oder die Verwendung von dünneren
und anderen Sammeltankmaterialien zu ermöglichen.
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In
einigen Ausführungsformen
wird ein Wärmetauscher
geschaffen und besitzt mehrere Rohre mit jeweils gegenüberliegenden
breiten und im Wesentlichen flachen Seiten, die durch zwei gegenüberliegende
schmale Seiten verbunden sind; einen Sammler mit mehreren Öffnungen,
die jeweils bemessen sind, um ein entsprechendes Rohr der mehreren
Rohre aufzunehmen; einen Sammeltank, der mit dem Sammler gekoppelt
ist und eine innere Kammer in Fluidverbindung mit den mehreren Rohren aufweist;
eine Dichtung, die zwischen dem Sammeltank und dem Sammler angeordnet
ist; und mindestens eine Verstärkung,
die sich über
die innere Kammer erstreckt.
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Einige
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung schaffen einen Wärmetauscher mit mehreren Rohren
mit jeweils gegenüberliegenden
breiten und im Wesentlichen flachen Seiten, die durch zwei gegenüberliegende
schmale Seiten verbunden sind; einem Kunststoffsammeltank mit einer
inneren Kammer in Fluidverbindung mit den mehreren Rohren; einem
Metallsammler, der mit dem Kunststoffsammeltank gekoppelt ist und
mehrere Öffnungen
aufweist, die jeweils bemessen sind, um ein entsprechendes Rohr
der mehreren Rohre aufzunehmen, wobei der Metallsammler in einer
Längsrichtung
lang gestreckt und um eine Längsachse
des Metallsammlers gekrümmt
ist, so dass er eine konkave Form zur inneren Kammer und eine konvexe
Form von der inneren Kammer weg aufweist; einer Dichtung, die zumindest teilweise
den Metallsammler vom Kunststoffsammeltank trennt und einen Spalt
zwischen dem Metallsammler und dem Kunststoffsammeltank abdichtet; und
einer Verstärkung,
die sich über
die innere Kammer erstreckt und zumindest teilweise die Dichtung zwischen
dem Metallsammler und dem Kunststoffsammeltank in Position hält.
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In
einigen Ausführungsform
wird ein Wärmetauscher
geschaffen und besitzt mehrere Rohre mit jeweils gegenüberliegenden
breiten und im Wesentlichen flachen Seiten, die durch zwei gegenüberliegende
schmale Seiten verbunden sind; einen Sammeltank mit einer inneren
Kammer in Fluidverbindung mit den mehreren Rohren; einen Sammler,
der mit dem Sammeltank gekoppelt ist und mehrere Öffnungen
aufweist, die jeweils bemessen sind, um ein entsprechendes Rohr
der mehreren Rohre aufzunehmen, wobei der Sammler in einer Längsrichtung
lang gestreckt und um eine Längsachse
des Sammlers gekrümmt
ist, so dass er eine konkave Form zur inneren Kammer und eine konvexe
Form von der inneren Kammer weg aufweist; und eine Dichtung, die
an einem Rohr der mehreren Rohre aufgenommen ist und um die Längsachse
des Sammlers gekrümmt
ist.
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Noch
weitere Aspekte der Erfindung werden durch Betrachtung der ausführlichen
Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Sammeltanks mit einem Tankverstärkungselement gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Ansicht des in 1 gezeigten Sammeltanks in auseinandergezogener
Anordnung.
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3 ist
eine Detailansicht des in 1 und 2 gezeigten
Tankverstärkungselements.
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4 ist
eine Detailansicht der in 2 und 3 gezeigten
Dichtung. 5A ist eine Querschnittsansicht
des in 1 gezeigten Sammeltanks entlang der Linie 5A-5A
von 1.
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5B ist
eine perspektivische zusammengefügte
Ansicht des Sammeltanks und des Tankverstärkungselements, die in 1–3 und 5A gezeigt
sind.
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6A ist
eine schematische Querschnittsansicht eines Sammeltanks, eines Verstärkungselements
und eines Sammlers gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6B ist
eine perspektivische Ansicht einer Sammeltankanordnung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6C ist
eine perspektivische Ansicht der in 6B gezeigten
Sammeltankanordnung in auseinandergezogener Anordnung.
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6D ist
eine Detailansicht der in 6B und 6C gezeigten
Sammeltankanordnung.
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6E ist
eine perspektivische Ansicht eines Teils der in 6B–6D gezeigten
Sammeltankanordnung.
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6F ist
eine perspektivische Querschnittsansicht eines Teils der in 6B–6E gezeigten Sammeltankanordnung.
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6G ist
eine perspektivische Querschnittsansicht eines Teils eines Wärmetauschers
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6H ist
eine perspektivische Querschnittsansicht eines Teils eines Wärmetauschers
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6I ist
eine perspektivische Querschnittsansicht eines Teils eines Wärmetauschers
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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7 ist
eine perspektivische Draufsicht eines Sammlers gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht des in 7 gezeigten
Sammlers von unten.
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9 ist
eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Wärmetauschers gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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10 ist
eine perspektivische Querschnittsansicht des in 9 gezeigten
Wärmetauschers entlang
der Linie 10-10 von 9.
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11 ist
eine perspektivische Querschnittsansicht eines Wärmetauschers gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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12 ist
eine perspektivische Ansicht einer in 9 gezeigten
Durchführungsdichtung.
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13 ist
eine Stirnansicht der in 11 gezeigten
Durchführungsdichtung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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Bevor
irgendwelche Ausführungsformen
der Erfindung im Einzelnen erläutert
werden, soll die Erfindung selbstverständlich nicht in ihrer Anwendung auf
die Details der Konstruktion und der Anordnung von Komponenten,
die in der folgenden Beschreibung dargelegt sind oder in den folgenden
Zeichnungen dargestellt sind, begrenzt sein. Die Erfindung ist zu
anderen Ausführungsformen
und dazu, dass sie in verschiedenen Weisen praktiziert oder ausgeführt wird,
in der Lage. Selbstverständlich
dient auch die hierin verwendete Ausdrucksweise und Terminologie für den Zweck
der Beschreibung und sollte nicht als Begrenzung betrachtet werden.
Die Verwendung von ”einschließen”, ”besitzen” oder ”aufweisen” und Variationen
davon hierin soll die nachstehend aufgelisteten Elemente und Äquivalente
davon sowie zusätzliche
Elemente umschließen.
Wenn nicht ansonsten angegeben oder begrenzt, werden die Begriffe ”montiert”, ”verbunden”, ”abgestützt” und ”gekoppelt” und Variationen
davon breit verwendet und schließen sowohl direkte als auch
indirekte Montagen, Verbindungen, Abstützungen und Kopplungen ein.
Ferner sind ”verbunden” und ”gekoppelt” nicht
auf physikalische oder mechanische Verbindungen oder Kopplungen beschränkt.
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1–5B stellen
einen Sammeltankanordnungs-Sammler 110 dar, der für einen
Sammeltank eines Wärmetauschers 124 ausgelegt
ist. Der Wärmetauscher 124 ist
für eine
beliebige Anwendung geeignet, in der ein Wärmeaustausch mit einem Fluid,
das durch den Sammeltank strömt,
stattfindet. Solche Anwendungen existieren in Fahrzeugsystemen,
wie z. B. jenen, die in Verbindung mit Verbrennungsmotoren verwendet
werden. In einigen Anwendungen kann der Wärmetauscher 124 beispielsweise als
Kühler,
als Kondensator oder als Verdampfer fungieren. In einigen Anwendungen
kann der Wärmetauscher 124 auch
verbunden sein, um Wärme
in einem Kühlkreis
auszutauschen.
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Die
in 1–5B dargestellte
Sammeltankanordnung 110 besitzt einen Sammeltank 100 (von
dem nur ein Teil in 1–5B gezeigt
ist), ein Tankverstärkungselement 104 und eine
Dichtung 108. Der dargestellte Sammeltank 100 ist
aus einem ersten Abschnitt 100A, der zumindest teilweise
ein Gehäuse
definiert, durch das Fluid strömt,
und einen weiteren Abschnitt (in 1–5B nicht
gezeigt), der Sammler genannt wird, konstruiert. Der Sammler verbindet
mit dem ersten Abschnitt 100A des Sammeltanks 100,
um eine innere Kammer des Sammeltanks 100 im Wesentlichen
einzuschließen.
Ein Beispiel eines Sammlers 204, der in Verbindung mit
dem ersten Sammeltankabschnitt 100A verwendet werden kann,
ist in 7 und 8 gezeigt und wird nachstehend
genauer beschrieben.
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In
einigen Ausführungsformen
besteht der erste Abschnitt 100A des Sammeltanks 100 aus
Aluminium, Stahl, Eisen oder einem anderen Metall, wohingegen der
Sammler (z. B. Sammler 104) aus Kunststoff besteht. Obwohl
diese Materialkombination einzigartige Leistungsergebnisse (einschließlich eines
dünnwandigen,
aber starken ersten Abschnitts 100A, der signifikanten
Drücken
standhalten kann, während
er die Verwendung eines weniger teuren und/oder leicht herzustellenden
Kunststoffsammlers ermöglicht)
bereitstellt, sind andere Materialien und Materialkombinationen
möglich.
In anderen Ausführungsformen
bestehen beispielsweise sowohl der erste Abschnitt 100A als
auch der Sammler aus Kunststoff. Als weiteres Beispiel bestehen
in anderen Ausführungsformen
sowohl der erste Abschnitt 100A als auch der Sammler aus
Metall. Alternativ besteht in noch weiteren Ausführungsformen der erste Abschnitt 100A aus
Kunststoff, während
der Sammler aus Metall besteht.
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Der
erste Abschnitt 100A des Sammeltanks 100 kann
am Sammler (z. B. an dem in 7 und 8 gezeigten
Sammler 204) in einer Anzahl von verschiedenen Weisen befestigt
werden, von denen einige einen Grad an Widerstand gegen einen Fluidaustritt
unter Sammeltank-Innendrücken
bereitstellen. Dazu können
die Umfangskanten des ersten Abschnitts 100A an Umfangskanten
des Sammlers, wie z. B. den planaren Umfangskanten des Sammlers 204,
der in 7 und 8 gezeigt ist, anliegen. Der erste
Abschnitt 100A und der Sammler können an diesen und anderen
Stellen durch Schweißen, Weichlöten, Hartlöten und
dergleichen befestigt werden.
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Um
einen Austritt von Fluid aus dem Sammeltank 100 zu verhindern,
wird eine Dichtung 108 zwischen dem ersten Abschnitt 100A des
Sammeltanks 100 und dem Sammler angeordnet. Die dargestellte
Dichtung 108 erstreckt sich um den Umfang des ersten Abschnitts 100A und
des Sammlers und kann aus Gummi, Kunststoff oder irgendeinem anderen
Material, das zum Bilden einer Abdichtung geeignet ist, bestehen.
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Wie
vorstehend erwähnt,
besitzt die in 105B gezeigte Sammeltankanordnung 110 auch ein
Tankverstärkungselement 104,
um zu helfen, die Dichtung 108 in einer Position in Bezug
auf den ersten Abschnitt 100A des Sammeltanks 100 und
des Sammlers zu halten, in der verhindert wird, dass Fluid den Sammeltank 100 während des
Betriebs des Wärmetauschers 124 verlässt. Das
in 7 gezeigte Verstärkungselement 104 ist
Kunststoff und kann durch Spritzgießen hergestellt werden. Alternativ kann
das Verstärkungselement
aus irgendeinem anderen geeigneten Material (einschließlich ohne
Begrenzung Aluminium, Stahl, Eisen und anderen Metallen, Verbundmaterialien
und dergleichen) bestehen und kann in irgendeiner anderen geeigneten Weise
(einschließlich
ohne Begrenzung Gießen, Stanzen,
Pressen, Tiefziehen, Strangpressen, maschinelles Bearbeiten und
dergleichen) hergestellt werden.
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Das
in 1–3, 5A und 5B dargestellte
Tankverstärkungselement 104 weist
Verriegelungsöffnungen 112 auf,
die dazu konfiguriert sind, die Dichtung 108 aufzunehmen.
Die Öffnungen 112 können bemessen
sein, um Abschnitte der Dichtung 108 durch einen Presssitz
aufzunehmen und festzuhalten. Das dargestellte Tankverstärkungselement 104 weist
ferner Querstege 116 auf, die eine weitere Abstützung am
Tankverstärkungselement 104 schaffen.
Die Querstege 116 ermöglichen,
dass die Sammeltankanordnung 110 größeren Innendrücken standhält, und
können
ermöglichen,
dass die Sammeltankanordnung 110 Lasten standhält, die durch
einen Sammler erfahren werden, der an den Sammeltank 100 gequetscht
wird.
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Die
dargestellte Dichtung 108 weist Dichtungsquerstege 120 auf,
die dazu konfiguriert sind, eine zusätzliche Abstützung für die Dichtung 108 vorzusehen.
In einigen Ausführungsformen
erstrecken sich die Querstege 120 über die innere Kammer des Sammeltanks 100.
In einigen Ausführungsformen weist
die Dichtung 108 ferner Positionierungsansätze 124 auf,
die die Anordnung der Dichtung 108 innerhalb der Verriegelungsschlitze 112 führen (z.
B. Sicherstellen, dass die Querstege 120 bei der Installation
der Dichtung 108 korrekt innerhalb des Sammeltanks 100 angeordnet
werden, und/oder Halten eines Umfangsabschnitts der Dichtung 108 in
einer korrekten Position innerhalb eines durch das Tankverstärkungselement 104 definierten
Sitzes 111).
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Im
Betrieb kann das Tankverstärkungselement 104 im
Sammeltank 100 angeordnet werden, unmittelbar nachdem der
Sammeltank 100 geformt ist. Alternativ kann das Tankverstärkungselement 104 im
Sammeltank 100 zu irgendeinem Zeitpunkt vor der Verwendung
angeordnet werden. Der Sammeltank 100 kann geformt und
bemessen sein, um das Tankverstärkungselement 104 durch
eine Spielpassung, einen Schnappverschluss, einen Presssitz oder
in irgendeiner anderen Eingriffsweise aufzunehmen. Das in 1–3, 5A und 5B dargestellte
Tankverstärkungselement 104 kommt
beispielsweise mit dem Sammeltank 100 über mehrere Vorsprung- und Öffnungssätze in Eingriff.
Diese Eingriffsbeziehung kann ermöglichen, dass die Vorsprünge und Öffnungen
in Bezug aufeinander gleiten, bis sie eine Bewegungsgrenze (z. B.
eine Unterseite jeder Öffnung)
erreichen, wodurch ein zwangsläufiger
Anschlag für
eine genaue Anordnung des Tankverstärkungselements 104 in
Bezug auf den Sammeltank 100 definiert wird. Die genaue
Anordnung des Tankverstärkungselements 104 kann
eine korrekte Dichtungsanordnung und -kompression ohne Kontakt oder
Störung
mit dem Wärmetauschersammler
ermöglichen.
Ein Verriegelungsmerkmal oder ein Wärmenietvorgang kann verwendet
werden, um eine weitere Abstützung
vorzusehen und das Tankverstärkungselement 104 innerhalb
des Sammeltanks 100 zu halten.
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Durch
die vorstehend im Hinblick auf einige Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschriebene Beziehung zwischen der Dichtung 108 und
dem Tankverstärkungselement 104 kann
die Dichtung 108 am Tankverstärkungselement 104 installiert
werden (z. B. durch Pressen von Querstegen 116 oder anderen
Abschnitten der Dichtung 108 in Öffnungen 112 im Tankverstärkungselement 104) und
das Tankverstärkungselement 104 und
die Dichtung 108 können
von einem Benutzer oder einer Maschine für die Installation im Sammeltank 100 bewegt oder
anderweitig gehandhabt werden. In denjenigen Ausführungsformen,
in denen ein Presssitz der Dichtung 108 mit dem Tankverstärkungselement 104 besteht
(z. B. innerhalb der vorstehend beschriebenen Öffnungen 112), kann
diese Bewegung oder Handhabung sogar die Tankverstärkungselement-
und Dichtungsanordnung in einer umgedrehten Position anordnen.
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Angesichts
der vorstehend beschriebenen Beziehung zwischen der Dichtung 108 und
dem Tankverstärkungselement 104 kann
die Montage eines resultierenden Wärmetau schers vereinfacht und verbessert
werden. Die Dichtung 108 kann auch in Bezug auf den Sammeltank 100 und
den Sammler über
die ganze Lebensdauer des Wärmetauschers
in einer korrekten Position gehalten werden.
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Obwohl
ein separates Tankverstärkungselement 104,
wie vorstehend beschrieben, in vielen Anwendungen erwünscht ist,
sollte beachtet werden, dass in anderen Ausführungsformen das Tankverstärkungselement 104 und
irgendeines der vorstehend beschriebenen Dichtungshaltemerkmale
stattdessen mit dem Sammeltank 100 einteilig sein können (z.
B. als Teil des Sammeltanks 100 geformt).
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6A–6I stellen
Sammeltankanordnungen 210 mit Tankverstärkungselementen 203 gemäß anderen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar. Wie die dargestellte Ausführungsform der
obigen 1–5B weisen
die Sammeltankanordnungen 210, die in 6A–6I dargestellt sind,
jeweils einen Sammeltank 200 mit einem ersten Sammeltankabschnitt 200A und
einem Sammler 204, ein Tankverstärkungselement 203 und
eine Dichtung 208 auf. Die dargestellten Sammeltankanordnungen 210 sind
beispielsweise für
Kühler-
und Ladeluftkühleranwendungen
unter Verwendung von hartgelöteten
oder mit Durchführungsdichtung
versehenen Rohr-Sammler-Verbindungen gut geeignet. Wie auch in der
Ausführungsform
von 1–5B vorgesehen
(aber darin nicht gezeigt), kann der Sammler 204 an Flachrohren
befestigt werden, die in schlitzförmigen Öffnungen 216 im Sammler 204 aufgenommen
werden. Die Rohre können
in einer druckdichten Weise durch Weichlöten, Schweißen, Klebstoff oder kohäsives Bindematerial
oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise am und im Sammler 204 befestigt
werden.
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In
den Ausführungsformen
von 6A–6F und 6H–6I weisen
die darin dargestellten Sammler 204 einen im Allgemeinen
gekrümmten
mittleren Abschnitt 220 und einen Umfangsansatz 222 auf,
der sich seitlich davon erstreckt. Der gekrümmte mittlere Abschnitt 220 weist eine
konvexe Form zu den Rohren und eine konkave Form zum Inneren des
Sammeltanks 200 auf. Die Konstruktion des dargestellten
Sammlers 204 schafft eine Steigerung der Festigkeit des
Sammlers 204 und schafft eine Steigerung der Festigkeit
der Verbindungen zwischen dem Sammler 204 und den Rohren (nicht
dargestellt) durch Versteifen des Sammlers 204 nahe den
Rohr-Sammler-Verbindungen. Der gekrümmte mittlere Abschnitt 220 verringert
auch Druckbeanspruchungen sowohl in der Sammlerdichtungsvertiefung 221 (d.
h. der Stelle, an der die Dichtung 208 festgehalten wird)
als auch in den Rohrvorderteilen. Daher ist es möglich, die Querschnittsdicke der
individuellen Komponenten der Sammeltankanordnung 210 zu
verringern, um Gewichts- und
Kosteneinsparungen zu erreichen. Infolge der Steigerung der mechanischen
Festigkeit des Sammlers 204 (und allgemeiner der Sammeltankanordnung 210)
wird die Betriebslebensdauer der Sammeltankanordnung 210 und
eines entsprechend konfigurierten Wärmetauschers ohne irgendwelche
zusätzlichen
Materialausgaben, Wärmetauscherkomponenten
oder individuellen Produktionsschritte verlängert.
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Durch
die gekrümmte
Form des vorstehend beschriebenen und in 6A–6F und 6H–8 dargestellten
mittleren Sammlerabschnitts 220 wird auch eine Verformung
des Sammlers 204 erwartet. Es ist zu erkennen, dass unter
mäßigen Sammeltankdrücken eine
Verformung eines Sammlers 204 ohne Krümmung wahrscheinlich ist. Aufgrund
des gekrümmten
mittleren Abschnitts 220 des Sammlers 204 erfährt jedoch
der Sammler 204, wenn der gekrümmte mittlere Abschnitt 220 des Sammlers 204 unter
einer Druckbelastung steht, einen beträchtlich verringerten Grad an
Verformung. Folglich wird die mechanische Belastung an den Verbindungen
zwischen eingesetzten Rohren und dem Sammler verringert und die
Biegebeanspruchung am Sammler 204 (z. B. aufgrund von Innendrücken des Sammeltanks 200)
werden in Zugbeanspruchungen umgewandelt, wodurch eine erhöhte Festigkeit
des Sammlers 204 und der Sammler-Rohr-Verbindungen geschaffen
wird. Da die Festigkeit des Sammlers 204 und/oder der Sammler-Rohr-Verbindungen
in Richtung der Mitte des Sammlers 204 in vielen Ausführungsformen
abnehmen kann, erhöht
die Krümmung des
mittleren Abschnitts 220 des Sammlers 204 die Festigkeit
des Sammlers 204 in der Mitte des Sammlers 204.
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Mit
fortgeführtem
Bezug auf die dargestellten Sammlerausführungsformen von 6A–6F und 6H–8 besitzt
der Sammler 204 auch einen im Wesentlichen flachen Umfangsansatz 222, der
sich um den ganzen Umfang des gekrümmten mittleren Abschnitts 220 erstrecken
kann. Dieser Ansatz 222 kann zumindest teilweise eine Dichtungsvertiefung 221 (vorstehend
erwähnt)
definieren, in der eine Dichtung 208 zwischen dem Sammler 204 und
dem ersten Sammeltankabschnitt 200A in irgendeiner der
vorstehend beschriebenen Weisen festgehalten wird.
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In
einigen Ausführungsformen
wird der Sammler 204 des Sammeltanks 200 aus Kunststoff hergestellt
und wird um eine Längsachse
des Sammeltanks 200 gekrümmt, wodurch er eine im Allgemeinen
konvexe Form in Richtung der damit verbundenen Rohre und eine im
Allgemeinen konkave Form in Richtung eines Inneren des Sammeltanks 200 aufweist.
In anderen Ausführungsformen
können
stattdessen andere Sammlermaterialien verwendet werden, wie erwünscht. Irgendeine
der vorstehend in Verbindung mit der Ausführungsform von 1–5B beschriebenen
Materialkombinationen ist in Verbindung mit 6A–6I auch
anwendbar.
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Die
Rohre für
die Verbindung mit den Sammlern 204, die in 6A–6I gezeigt
sind, können eine
beliebige gewünschte
Querschnittsform aufweisen. Eindeutige Vorteile können jedoch
unter Verwendung von Flachrohren (d. h. Rohren mit gegenüberliegenden
im Wesentlichen breiten flachen Seiten, die durch gegenüberliegende
schmale Seiten verbunden sind), die mit dem Sammler 204 verbunden sind,
erreicht werden.
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Die
in 6A–6F und 6H–8 dargestellten
Sammeltankanordnungen 210 weisen jeweils ein Tankverstärkungselement 203 auf.
Das Tankverstärkungselement 203 kann
im Wesentlichen flach sein, wie in 6A–6F und 6H–8 gezeigt,
und kann eine beliebige Anzahl von Verstärkungsstegen 212 aufweisen,
die sich über
das Innere des Sammeltanks 200 in Längs- oder Querrichtungen erstrecken
(wodurch die Festigkeit des Sammeltanks 200 erhöht wird),
ohne die Strömung
durch den Sammeltank 200 zu oder von den mit dem Sammeltank 200 verbundenen
Rohren zu behindern oder signifikant zu behindern. Das Tankverstärkungselement 203 kann
mit dem Sammeltank 200 in irgendeiner der vorstehend beschriebenen
Weisen verbunden werden. In einigen Ausführungsformen nehmen beispielsweise
Schlitze im Tankverstärkungselement 203 Sammeltankstrukturen
mit einem Schnappverschluss, einem Presssitz oder einem anderen
Passeingriff auf, wenn der Sammeltank 200 an einem Kern
eines Wärmetauschers
installiert wird. Wie in 6A–6F und 6H–6I gezeigt,
wird in einigen Ausführungsformen
das Tankverstärkungselement 203 im
Sammler 204 aufgenommen und/oder liegt auf diesem. In einigen
Ausführungsformen
liegt das Tankverstärkungselement 203 in
und/oder auf dem Ansatz 222 des Sammlers 204 und
kann sich unterhalb, unter oder neben der Dichtung 208 erstrecken.
Das Tankverstärkungselement 203 kann
die Materialdicke der Sammeltankanordnung 210 erhöhen (beispielsweise
die Dicke des Dichtungsvertiefungsbereichs 221 verdoppeln),
wie z. B. in einem Bereich des Sammeltanks 200 benachbart
zur Dichtung 208. Das Tankverstärkungselement 203 kann auch
den Sammeltank 200 in verschiedenen Weisen verstärken, wie
z. B. durch Erweitern der Fähigkeit von
Tank-Sammler-Quetschverbindungen
in Hochdruckanwendungen.
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In
einigen Ausführungsformen
kann das Tankverstärkungselement 203 mit
dem Sammler 204 vor oder während der Kernmontage zusammengefügt werden.
Das Tankverstärkungselement 203 kann
mit dem Sammler 204 beispielsweise in einer beliebigen
gewünschten
Weise verbunden werden, einschließlich ohne Begrenzung durch
Hartlöten
oder Schweißen,
durch Tox®-Niete
(Tox Pressotechnik GmbH & Co.
KG) oder in irgendeiner anderen gewünschten Weise. Eine vollständige Hartlötverbindung
zwischen dem Sammler 204 und dem Tankverstärkungselement 203 kann
beispielsweise in denjenigen Ausführungsformen verwendet werden,
in denen das Tankverstärkungselement 203 zumindest teilweise
eine Abdichtungsoberfläche
für die
Dichtung 208 definiert.
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Einige
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verwenden zusätzliche Sammeltankverstärkungselemente
allein oder in Verbindung mit beliebigen der vorstehend beschriebenen
(z. B. der Tankverstärkungselemente 104, 203). 6A und 6G–6I stellen
Beispiele von solchen Verstärkungselementen
bereit. Mit Bezug zuerst auf 6A kann
der Sammeltank 200 mit einer oder mehreren Verstärkungen 250 versehen
werden, die sich von einer oder mehreren Wänden des Sammeltanks 200 in
eine Position, in der sie mit einem Tankverstärkungselement 203 in
Eingriff stehen, erstrecken, wie schematisch in 6A gezeigt.
Diese Verstärkungen 250 können eine
beliebige gewünschte Form aufweisen,
wie z. B. lang gestreckte Finger, wie in 6A, 6H und 6I gezeigt,
breitere Platten, wie schematisch in 6G gezeigt
(in welchem Fall die Verstärkungen 250 das
Innere des Sammeltanks 200 in einigen Ausführungsformen
unterteilen können)
und dergleichen. Diese Verstärkungen 250 können auch
mit dem Sammeltank 200 einteilig sein oder können separate
Elemente sein, die dauerhaft oder lösbar in irgendeiner Weise daran
befestigt sind. Die Verstärkungen 250 können so
positioniert und orientiert sein, dass sie mit dem Tankverstärkungselement 203 in
Eingriff stehen, so dass eine Biegung oder andere Bewegung des Sammeltanks 200 begrenzt
werden kann. Die Verstärkungen 250 können auch
in Bezug auf das Tankverstärkungselement 203 beweglich
sein (z. B. durch einen Gleitsitz, eine oder mehrere Totgangverbindungen
und dergleichen), wodurch ermöglicht
wird, dass eine Kraft über
die Verstärkungen 250 in
einer Richtung übertragen
wird, jedoch ohne oder mit begrenzter Fähigkeit für eine Kraftübertragung
in einer entgegengesetzten oder anderen Richtung. Es kann beispielsweise
erwünscht
sein, dass die Verstärkungen 250 ein
Auswärtsausbeulen
oder eine Auswärtsbiegung
einer Sammeltankwand verhindern, während sie immer noch eine Einwärtsbewegung
derselben Wand ermöglichen
oder eine Bewegung von einem oder mehreren Abschnitten des Sammeltanks 200 (z.
B. Sammlerbiegung) in Reaktion auf die Veränderung der Wärmetauscherrohrausdehnung
und -kontraktion während
des Betriebs des Wärmetauschers
ermöglichen.
Obwohl nur zwei Sammeltankverstärkungen 250 in
speziellen Positionen in 6A und 6G gezeigt
sind und eine spezielle Anzahl solcher Verstärkungen in 6H und 6I sichtbar ist,
ist zu erkennen, dass irgendeine Anzahl solcher Verstärkungen 250,
die sich über
das Innere des Sammeltanks 200 erstrecken, verwendet werden kann,
in vielen Fällen
ohne Unterbrechung der Strömung
innerhalb des Sammeltanks 200.
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9–13 stellen
Wärmetauscher
dar, die verschiedene Merkmale gemäß einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verwenden. In 9, 10, 12 und 13 besteht
eine Option für
irgendeinen der vorstehend beschriebenen Wärmetauscher mit gekrümmtem Sammler
darin, gekrümmte
Durchführungsdichtungen 228 zu verwenden.
Solche Durchführungsdichtungen 228 können aus
Gummi, EPDM oder irgendeinem anderen Material bestehen, das zum
Schaffen einer fluiddichten Abdichtung geeignet ist, und könnten innerhalb
der Rohröffnungen
des Sammlers 204 oder an den Enden von Rohren, die in die
Rohröffnungen
des Sammlers 204 eingesetzt werden, installiert werden. Mit
speziellem Bezug auf 12 und 13 weist die
dargestellte Durchführungsdichtung 228 eine Öffnung 232 ähnlich den Öffnungen 216 im
Sammler 204 auf und ist auch dazu konfiguriert, ein Flachrohr 224 aufzunehmen.
Die Durchführungsdichtungen 228 in
der dargestellten Ausführungsform
sind geformt, um einen Presssitz mit der Außenseite der Flachrohre zu
schaffen, um einen Fluidaustritt durch die Sammler-Rohr-Verbindungen
zu verhindern, während
sie dennoch ermöglichen,
dass die Rohre eine Wärmeausdehnung
und -kontraktion erfahren, um sich nach Bedarf zu bewegen. Ungeachtet
der Ursache für
die Rohrbewegung können
solche Durchführungsdichtungen 228 ermöglichen,
dass die Rohre sich unabhängig
voneinander und vorn Sammler 204 bewegen (in einigen Fällen durch
Gleiten innerhalb der Durchführungsdichtungen 228).
Die Durchführungsdichtungskonstruktion
kann für
Kunststofftankstrahler, Ladeluftkühler, Tank- und Sammlerkonstruktionen
ganz aus Aluminium und eine Anzahl von anderen Wärmetauscheranwendungen verwendet
werden.
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Die
vorstehend beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungsformen
sind nur als Beispiel dargestellt und sind nicht als Begrenzung der
Konzepte und Prinzipien der vorliegenden Erfindung bestimmt. An
sich wird von einem Fachmann auf dem Gebiet erkannt werden, dass
verschiedene Änderungen
an den Elementen und ihrer Konfiguration und Anordnung möglich sind,
ohne vom Gedanken und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Zusammenfassung
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Verschiedene
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung schaffen einen Wärmetauscher mit einem Sammeltank
(100) mit einer inneren Kammer und einem Sammler (204),
der mit dem Sammeltank (100) verbunden ist und eine Anzahl
von Flachrohren (224) durch Öffnungen (216) im
Sammler (204) aufnimmt. In einigen Ausführungsformen fungiert ein Verstärkungselement
(104), das innerhalb des Sammeltanks (100) und/oder
des Sammlers (204) aufgenommen ist, zum Verstärken des
Sammlers (204) und/oder des Sammeltanks (100)
in Anwendungen, in denen diese Elemente Innendrücken ausgesetzt sind, die ansonsten
den Sammler (204) und/oder den Sammeltank (100)
in einem unannehmbaren Umfang verformen würden. Einige Wärmetauscherausführungsformen
verwenden auch eine gekrümmte
Dichtung (228) an jedem Flachrohr (224), um sie
an die Form der Flachrohre (224) anzupassen, und einen gekrümmten Sammler
(204). Eine weitere Dichtung (108) kann auch zwischen
einem Metall- oder Kunststoffsammeltank (100) und einem
Kunststoff- bzw. Metallsammler (204) angeordnet sein, um
ein Leck dazwischen zu verhindern.