DE2036398C3 - Kühler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühler entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der US-PS 34 47 603 ist es bekannt, Rohre eines Wärmeaustauschers in einer elastomeren Schicht zu halten, die mit der Rohrplatte in Verbindung stehen. Dabei liegt auf der elastomeren Schicht eine Platte auf, mittels der unter Wärmeeinfluß auf die elastomere Schicht derart ein Druck ausgeübt wurde, daß die elastomere Schicht den Zwischenraum zwischen den Rohren und der Rohrplatte ausfüllt. Dabei stellt die elastomere Schicht eine vom übrigen Wasserkasten unabhängige Schicht dar. Die die elastomere Schicht mitumfassende Rohrplatte wird insgesamt starr mit den Wasserkästen verbunden. Dies setzt einen relativ komplizierten Herstellungsvorgang voraus. Weiterhin ergibt sich ein Nachteil dadurch, daß die Verbindung zwischen den Rohren, der Rohrplatte und dem Wasserkasten relativ starr ausgebildet ist, so daß einerseits das Schwingungsverhalten des Kühlers bei Verwendung in Kraftfahrzeugen schlecht ist, und andererseits die während des Lötens und des Betriebs entstehenden unterschiedlichen Wärmeausdehnurigen nicht ausgeglichen werden können.

Dasselbe gilt im wesentlichen für die GB-PS 7 16 623, bei der ebenfalls die Rohrplatte und die Kunststoffplatte fest mit dem Wasserkasten und den Seitenwänden verbunden sind. Es besteht auch bei dieser Lösung eine relativ starre Verbindung zwischen den Rohren und den Rohrplatten.

Bei der US-PS 22 40 537 ist der Wasserkasten ais Gußstück ausgebildet und mit einer flexiblen Rohrplatte versehen, durch die die Rohre in den Wasserkasten ragen. Die Rohre sind in der flexiblen Platte befestigt.

ίο Hierdurch ergibt sich zwar gegebenenfalls ein Ausgleich der Wärmespannungen, jedoch ist auch hier das Schwingungsverhalten dann ungünstig, wenn ein derartiger Kühler in einem Kraftfahrzeug verwendet würde, bei dem relativ ungünstige und unterschiedliche Erregerfrequenzen auftreten.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kühler der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattung zu schaffen, welcher bei einfacher Herstellung einen im wesentlichen steifen Aufbau hat, damit dieser in einem Kraftfahrzeug befestigt werden kann, darüber hinaus aber so ausgebildet ist, daß zur Vermeidung einer Knickbeanspruchung der Rohre die Wärmeausdehnung derselben ausgeglichen wird.

Diese Aufgabe wird durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ergebenden Merkmale im Zusammenhang mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Dadurch, daß der Wasserkasten vollständig aus synthetischem Material hergestellt ist, kann auf besonders einfaches Weise durch Aufbringung von Druck und Wärme innerhalb des geschlossenen Wasserkastens bewirkt werden, daß der mit der Rohrplatte zentrierend über die Positionierungsvorsprünge verbundene Boden des Wasserkastens derart mit den Rohren befestigt wird, daß das Material des Bodens unter der Druck- und Wärmebeanspruchung ins fließen gerät und insofern in den Zwischenraum zwischen den Rohren und den Öffnungsrändern derart eindringen kann, daß sich das synthetische Material an die Außenseite der Rohre drückt. Dadurch wird der Zwischenraum zwischen den Rohren und den Öffnungsrändern in der Rohrplatte nicht vollständig ausgefüllt und es besteht einerseits eine starre aber andererseits flexible Befestigung zwischen dem Boden des Wasserbehälters, der Rohrplatte und den Rohren. Diese Lösung bedingt ein relativ einfaches Herstellungsverfahren und aber darüber hinaus eine schwingungstechnisch günstige Befestigung, die den erforderlichen Ausgleich der Wärmeausdehnungen zuläßt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird, näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einer, schematischen senkrechten Schnitt durch einen Teil eines einen Sammelkasten bildenden Wasserkastens,

F i g. 2 eine Unteransicht des auf F i g. 1 dargestellten Wasserkastens,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III von Fig. 2, F i g. 3a einen Schnitt gemäß F i g. 3 durch eine gegenüber dieser leicht abgewandelte Ausführungsform,
Fig.4 einen senkrechten Schnitt durch eine Einzelheit eines Kühlers und

Fig.5 und 6 senkrechte Schnitte durch weitere Einzelheiten des Kühlers.
Zur Herstellung eines Kühlers werden Wasserkästen

1 {Fig. 1) benutzt, die aus thermoplastischem oder gegebenenfalls hitzehärtendem Kunstharz oder in manchen Fällen auch aus Gummi hergestellt werden.

Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Wasserkasten wird in einem für den Werkstoff des Wasserkastens geeigneten Verfahren geformt, d. h. beispielsweise im Fall von thermoplastischem Harz durch Spritzgießen oder Schleuderguß, in manchen Fällen auch einfach durch Blasen oder Vakuumtiefziehen. Das Spritzgußverfahren kann auch bei Wasserkästen aus Gummi angewandt werden, während diese im Fall von hitzehärtendem Harz durch Aufspritzen in Schalenformen gebildet werden können. In allen Fällen ist es zweckmäßig, bei der Herstellung der Wasserkästen 1 direkt den Füllstutzen 2, die Anschlußstutzen 3 und gegebenenfalls auch Befestigungslappen 4 (Fig.3) direkt mitzuformen. Der Boden 5 des Wasserkastens wird eben oder leicht gewölbt ausgebildet und zweckmäßigerweise in Nähe seiner Mitte mit einer Längsrinne 6 versehen, die einen Dehnungsstoß bildet.

Wenn der mit den oben beschriebenen Wasserkästen herzustellende Kühler in seinem eigentlichen Wärmetauscherbündel zwei Reihen von Rohren besitzt, so werden in dem Boden 5 der Wasserkästen Rohrbohrungen 7 und 8 vorgesehen, die gemäß F i g. 2 von einer Reihe zur anderen im Zickzack oder gemäß F i g. 3a fluchtend angeordnet sein können.

Zwischen den Rohrbohrungen 7 und 8 jeder Reihe werden an der Unterseite des Wasserkastens Positionierungsvorsprünge 9 vorgesehen.

Ferner besitzt der Kühler perforierte Rohrplatten 10 (Fig.4) mit den Rohrbohrungen 7 und 8 entsprechend geformten ersten Öffnungen 11, die jeweils mit diesen Rohrbohrungen zusammenfallen, jedoch, wie Fig.4 zeigt, größere Abmessungen als diese besitzen. Ferner sind die perforierten Rohrplatten 10 mit zweiten Öffnungen 12 versehen, deren Form und Abmessung denen der Positionierungsvorsprünge 9 entspricht.

Zum Bau des Kühlers werden auf die Enden seiner Rohre 13 zwei Rohrplatten 10 aufgesetzt. Die Enden der Rohre werden in die Öffnungen 11 dieser Platten und anschließend in die Rohrbohrungen 7 der beiden Wasserkästen eingeführt. Die Positionierungsvorsprünge 9, die in die öffnungen 12 eingeführt werden, gewährleisten eine richtige Positionierung der perforierten Platte gegenüber dem entsprechenden Wasserkasten und den Rohren, wodurch insbesondere gewährleistet wird, daß das Metall jeder Rohrplatte nicht mit der Wandung der Rohre 13 in Berührung kommt.

Wenn die Wasserkästen aus thermoplastischem Harz hergestellt werden, werden diese aufgesetzt, wenn das Harz kalt oder nur leicht erwärmt ist. Sind die Wasserkästen aus Gummi hergestellt, so handelt es sich um Rohgummi oder Kautschuk und die Montage des Kühlers wird vor jeder Vulkanisierung vorgenommen. Bestellen die Wasserkästen aus hitzehärtendem Harz, so werden sie beim Aufsetzen auf die Rohre mindestens in Höhe der Rohrbohrungen und der Positionierungsvorsprünge mit nicht polymerisiertem Harz bedeckt.

In allen drei Fällen wird der monierte Kühler erhitzt, wobei die Temperatur von der Art des Werkstoffs der Wasserkästen abhängt. Ferner wird mindestens in den beiden ersten Fällen, d. h. bei Wasserkästen aus thermoplastischem Harz oder Rohgummi, im Inneren des hergestellten Kühlers, insbesondere im Inneren der Wasserkästen, gleichzeitig mit der Erhitzung ein Druck ausgeübt, was mit Hilfe von leicht verdichteter Luft erreicht werden kann. Auf diese Weise wird das thermoplastische Harz bzw. der Rohgummi zum Fließen gebracht, so daß es bzw. er in die Öffnungen 11 der Rohrplatten 10 eindringt und dabei gegen die Außenwandung der Rohre 13 angepreßt wird. Ebenso fließt der Werkstoff an den Positicnierungsvorsprüngen 9, die dann unten an der Rohrplatte 10 hervorstehende Köpfe 9a bilden (F ig. 4).

Im Fall von thermoplastischem Werkstoff bewirkt der auf diesen ausgeübte Druck und dessen Erweichung, daß er an den Wandungen der Rohre haftet und nach Abkühlung haften bleibt, wodurch die erforderliche Abdichtung erreicht wird. Im Fall von Gummi wird hierbei auch gleichzeitig mit seiner Vulkanisierung unter Druck seine Haftung an den Wandungen der Rohre erreicht. Im Fall der Verwendung eines hitzehärtenden Werkstoffes wird zunächst das Harz mit dem die Wasserkästen bildenden Werkstoff polymerisiert und haftet gleichzeitig an den Rohren. Falls hierbei ein Druck ausgeübt wird, so wird dadurch erreicht, daß der Zusatzwerkstoff, solange er noch nicht durch Wärmebehandlung gehärtet ist, an den Wandungen des Rohres entlangfließt, sofern hierzu ein ausreichender Raum vorhanden ist.

In allen drei Fällen erreicht man eine gut haftende und dichte Verbindung zwischen den Wasserkästen und den Rohren des Kühlers sowie zwischen den Wasserkästen und den Rohrplatten 10.

Wie F i g. 3 und 3a zeigen, wird der notwendigerweise zwischen dem Werkstoff der Wasserkästen und dem der Rohrplatte 10 bestehende Ausdehnungsunterschied bei Benutzung des Kühlers in Querrichtung durch die Längsrinne 6 ausgeglichen. Zum Ausgleich des Ausdehnungsunterschiedes in Längsrichtung wird auf die auf F i g. 5 dargestellte Weise vorgegangen. Hierzu werden am Boden 5 des Wasserkastens zu beiden Seiten der Positionierungsvorsprünge 9 kleine Querrinnen 14 vorgesehen. Diese Querrinnen 14 begünstigen außerdem das Eindringen und daß Fließen der Positionierungsvorsprünge 9 in die Öffnungen 12 der Rohrplatten 10.

Im Vorhergehenden wurde der Fall betrachtet, bei welchem beide Wasserkästen gleichzeitig auf den Rohren montiert werden. Selbstverständlich können diese Montagearbeiten auch in zwei aufeinanderfolgenden Gängen durchgeführt werden. Hierbei ist es jedoch bei der Montage des ersten Wasserkastens erforderlich, die noch nicht mit einem Wasserkasten versehenen Enden der Rohre zu verschließen, damit bei der Montage im Inneren des Wasserkastens ein Druck erzeugt werden kann. Angesichts der geringen Drücke, die hierbei erforderlich sind, können die Rohre mit schmelzbaren Stoffen, wie beispielsweise Wachsen, verschlossen werden.

Die Rohrplatten 10 werden auf die auf F i g. 4 dargestellte Weise durch Seitenwangen 15 miteinander verbunden, an welchen sie auf beliebige bekannte Weise, beispielsweise mit Hilfe einer zuvor hergestellten Bördelung und einer Schraube 16 befestigt werden. Ferner kann diese Verbindung zwischen Seitenwangen und perforierten Rohrplatten durch Schweißpunkte erreicht werden. Die perforierten Rohrplatten können nämlich aus korrosionsanfälligen Metallen, beispielsweise aus Stahl, hergestellt werden, da sie nie mit der im Kühler umlaufenden Flüssigkeit in Berührung kommen.

Zur Verbesserung der Dichtung zwischen den Wasserkästen und den Enden der Rohre können die Rohrbohrungen 7 der Wasserkästen in manchen Fällen auf die auf F i g. 6 dargestellte Weise mit biegsamen

Lippen 17, 18 versehen werden, die bei Einwirkung der Wärme und des Druckes (F i g. 6) leichter verformbar sind. Ferner können hierzu in den die Rohrbohrungen bildenden Manschetten kleine Ringe vorgesehen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kühler mit Sammelbehältern für die Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasserkästen, und mit Kühlrohren, die durch in jeweils eine Rohrplatte befindliche erste Öffnungen in die Sammelbehälter ragen und die mittels einer auf den Rohrplatten befindlichen Schicht aus bei Wärme fließfähigem, synthetischem Material durch Druck und Wärme mit den Rohrplatten verbunden sind, wobei der Durchmesser der ersten Öffnungen in den Rohrplatten größer ist als der Rohraußendurchmesser, und mit zwischen den ersten Öffnungen in der Rohrplatte befindlichen zweiten Öffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus synthetischem Material durch den Boden (5) des an sich bekannten, aus diesem Material vorgeformten Sammelbehälters gebildet ist, daß an der Außenseite des Bodens (5) Positionierungsvorsprünge (ß) angeformt sind, die in die zweiten Öffnungen (12) eingesetzt sind, und daß Material des Bodens (5) unter Druck und Wärme derart in die ersten Öffnungen (11) der Rohrplatten eingeflossen ist, daß das Material an die Rohraußenwandungen gedrückt ist.

2. Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserkästen (1) um die Rohre (13) Manschetten bilden, die mit dünnen, in Richtung auf die Rohre (13) vorstehenden Lippen (17, 18) versehen sind.

3. Kühler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden (5) der Wasserkästen (1) zwischen den Reihen der ersten öffnungen (11) eine Längsrinne (6) vorgesehen ist.

4. Kühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden (5) der Wasserkästen (1) zwischen den ersten Öffnungen (11) und den Positionierungsvoi Sprüngen (9) Querrinnen (14) vorgesehen sind.