DE4041671A1 - Waermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Rippen­ rohrblock, dessen Rohre mit ihren Enden durch Öffnungen eines Rohrbodens hindurchgesteckt und im durchgesteckten Endbereich aufgeweitet sind, sowie mit mindestens einem auf den Rohrboden dicht aufgesetzten Wasserkasten.

Ein Wärmetauscher dieser Art ist bekannt (DE-PS 8 29 300). Bei Wärmetauschern dieser Art, die für industrielle Zwecke ein­ gesetzt werden, kann das durch den Rippenrohrblock bzw. das Bündel aus Rippenrohren hindurchgeführte Mittel unter hohem Druck stehen, so daß auf die gegenüberliegenden Rohrböden ver­ hältnismäßig große Kräfte ausgeübt werden. Es ist deshalb dort vorgesehen worden, für den im übrigen aus Metall aufgebauten Wärmetauscher, dessen Wasserkästen mit den Rohrböden am Rand verschraubt sind, zusätzlich zu in üblicher Weise ausgelegten Wärmetauschrohren auch solche vorzusehen, die als Zuganker zwischen den Rohrböden wirken. Der Herstellungsaufwand solcher aus Metall bestehender Wärmetauscher ist beträchtlich. Die Rohrböden müssen außerdem sorgfältig gegenüber den in sie ein­ gesetzten Rohren einerseits, andererseits aber auch gegenüber den dort als Wasserkästen vorgesehenen Sammelhauben abgedichtet werden.

Es sind andere Bauarten von Wärmetauschern, insbesondere für Kraftfahrzeugmotoren bekannt (DE 33 03 986 A1), bei denen Kunststoffwasserkästen für Rippenrohrblöcke vorgesehen sind, deren Rohrböden aus Metall bestehen, aber auch aus Kunststoff bestehen könnten. In diesen Fällen wird es aus Stabilitäts­ gründen notwendig, den Wärmetauschern Seitenteile zuzuordnen, die zusammen mit den Wasserkästen einen stabilen Rahmen für den im übrigen nicht zur Aufnahme größerer Kräfte ausgelegten Rippenrohrblock bilden. Bei solchen Bauarten, bei denen zwar der Vorteil von verhältnismäßig leichten und auch einfach herzustellenden Wasserkästen vorliegt, wird es notwendig, die Rohrböden gegenüber den Wasserkästen in teilweise aufwendiger Art abzudichten. Auch die in den Rohrböden sitzenden Rohre müssen gegenüber den Rohrböden abgedichtet werden, was im Fall der Verwendung metallischer Rohrböden durch Verlöten geschehen kann. Im Fall der Verwendung von Kunststoffböden und metal­ lischen Rohren durch Verwenden einer Dichtmasse (DE 38 09 944 A1) geschehen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art, insbesondere also einen solchen, bei dem die Rohrböden durch als Zuganker wirken­ de Rohre schon verhältnismäßig stabil miteinander verbunden sind, so auszubilden, daß die Wasserkästen in einfacher Weise montiert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der ein­ gangs genannten Art vorgesehen, daß zwischen Rohrboden und Wasserkasten eine elastische Dichtungsmatte eingesetzt ist, die auch die durch den Rohrboden hindurchragenden Rohrenden zumin­ dest in dem an den Rohrboden angrenzenden Bereich ummantelt und daß der Wasserkasten unter Vorspannung gegen die Dichtungsmatte gedrückt ist und durch eine Zugbolzenverbindung an dem Rohr­ boden gehalten ist. Durch diese Ausgestaltung kann die Abdich­ tung zwischen Wasserkasten und Rohrboden einerseits und Rohr­ boden und Rohrenden andererseits durch die Verwendung einer verhältnismäßig dicken Dichtungsmatte erreicht werden, und es reicht aus, wenn die Wasserkästen gegen die Dichtmatte und gegen den Rohrboden gedrückt werden, so daß zusätzliche Maß­ nahmen, wie etwa das Umbördeln eines Randes um den Rohrboden, das Verlöten der Rohrenden in einem metallischen Rohrboden und das zusätzliche Abdichten dieses Rohrbodens gegenüber dem Wasserkasten entfallen können.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Zugbolzenverbin­ dung in der Mitte des Wasserkastens angeordnet ist, so daß also nicht eine Reihe von Schrauben am Umfang des Wasserkastens und des Rohrbodens angezogen werden müssen, sondern es ausreichend ist, je nach Größe des Wasserkastens eine oder einige wenige in der Mitte des Wasserkastens vorgesehene Zugbolzen vorzusehen.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn eine solche Zugbolzenverbindung in der Längsmitte zwischen den Rohrreihen am Rohrboden angreift und wenn als Zugbolzenverbindung zum Beispiel eine Niet vorge­ sehen ist. Da die Dichtungsmatte verhältnismäßig dick ausge­ bildet ist, reicht es, wenn sie durch die Zugbolzenverbindung unter eine gewisse Vorspannung gebracht wird, um die Dicht­ wirkung zu erreichen. Ein Verpressen durch Schrauben ist un­ nötig.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die Dichtungsmatte formschlüssig Ränder des Wasserkastens umgibt, die dem Rohrboden zugewandt sind, weil dann die Dichtungsmatte bei der Montage schon vor­ montiert am Wasserkasten angeordnet sein kann so daß es aus­ reicht, Wasserkasten und Dichtungsmatte gemeinsam auf den Rohr­ boden aufzusetzen, wobei die Rohrenden von der die entsprechen­ den Öffnungen aufweisenden Dichtungsmatte umgriffen werden.

Ganz besonders einfach ist es, wenn als Zugbolzenverbindung eine einrastende Steckverbindung vorgesehen ist, die in ein­ facher Weise aus einem am Wasserkasten angeordneten, vorzugs­ weise einstückig mit diesem hergestellten Steckbolzen mit an seinem freien Ende angeordneten Haken besteht, die elastisch eine Öffnung im Rohrboden hintergreifen. Bei dieser Ausgestal­ tung wird es daher lediglich notwendig, nach der Vormontage der Dichtungsmatte am Rand des Wasserkastens, diesen in entsprechen­ der Lage auf den Rohrboden aufzusetzen und anzudrücken, bis die Haken in der Öffnung im Rohrboden verankert sind. Die Montage kann daher ohne Werkzeuge in verhältnismäßig einfacher Weise durchgeführt werden. Da die Rohre selbst aufgrund ihrer Zug­ ankerwirkung die Rohrböden zusammenhalten, kann auf diese Weise ein Wärmetauscher gebildet werden, der keine Seitenteile auf­ weisen muß. Es genügt, die so gebildeten Wärmetauscher mit Hilfe entsprechender Laschen im Fahrzeug zu befestigen. Diese Laschen können dabei an den Wasserkästen, aber auch am Rohr­ boden angebracht sein.

Schließlich ist es auch noch vorteilhaft und einfach, wenn der Steckbolzen als ein Hohlbolzen mit einer durchgehenden Bohrung ausgebildet ist und wenn ein in seiner Länge etwa der Länge des Hohlbolzen entsprechender Steckstift zur Sicherung der Lage der Haken in der eingerasteten Position vorgesehen ist, dessen Durchmesser dem Durchmesser der Bohrung des Hohlbolzens ange­ paßt ist. Dieser Steckstift kann daher nach dem Einrasten des Steckbolzens am Rohrboden von außen eingeschoben werden und sichert damit, daß die Haken sich nicht wieder aus ihrer radial nach außen verlagerten Position, in der sie die Öffnung des Rohrbodens hintergreifen, lösen können.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen erfin­ dungsgemäßen Wärmetauscher mit zwei durch jeweils eine Zugniet am Rohrboden gehaltenen Wasserkästen, von denen der eine als Zu- und der andere als Abfluß für ein Wärmetauschmittel dient,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher mit einem Wasserkasten, der durch einen einrastenden Steck­ bolzen am Rohrboden gehalten ist und

Fig. 3 die Darstellung eines Schnittes durch den Wasser­ kasten der Fig. 2 durch die mit dem Steckbolzen versehene Verankerungsstelle des Wasserkastens.

In der Fig. 1 ist ein Wärmetauscher, beispielsweise ein Kühler für einen Kraftfahrzeugmotor gezeigt, der aus einem Rippen­ rohrblock (1) mit mehreren parallel zueinander verlaufenden Rohren (2) und mit senkrecht zu den Rohrachsen angeordneten Rippen (3) besteht, durch die die Rohre (2) hindurchgeführt sind. Die Enden (2a) der Rohre (2) sind in Rohrböden (4) gehalten, die jeweils mit Öffnungen zum Durchstecken der Rohr­ enden versehen sind. Die Rohrenden (2a) sind dann aufgeweitet worden, so daß die Rohre (2) zwischen den beiden gegenüber­ liegenden Rohrböden (4) fest angeordnet sind und wie Zuganker wirken. Auf die Rohrböden (4) sind jeweils Wasserkästen (5) aufgesetzt, die aus Metall, vorzugsweise aber aus Kunststoff bestehen können. Der obere Wasserkasten (5) ist dabei mit einem Zuflußstutzen (6) für ein Wärmetauschmittel versehen, das sich in dem Sammelraum (7) innerhalb des Wasserkastens (5) verteilen kann und dann durch die Rohre (2) hindurch in den Sammelraum (7′) des Wasserkastens (5′) gelangt, von wo es durch einen Ab­ flußstutzen (6′) wieder aus dem Wärmetauscher herausgeführt werden kann.

Beide Wasserkästen (5) und (5′) sind an ihrem unteren Ende mit einem durchgehenden Boden (5a) versehen, der Öffnungen mit umlaufenden Rändern (8) aufweist, welche die Durchstecköff­ nungen für die Rohrenden (2a) der Rohre (2) bilden, die bei­ spielsweise in zwei parallelen Reihen angeordnet sein können. Auf den Rändern (8) der Wasserkästen (5) und (5′) ist eine Dichtmatte (9) formschlüssig aufgeschoben derart, daß sie jeweils mit einem Kragen (9a) auf der zum Sammelraum (7) gerichteten Seite und mit einem Kragen (9b) auf der zum Rohr­ boden (4) gerichteten Seite die Ränder (8) des Wasserkastens übergreift. Diese Dichtungsmatte (9) kann daher vor dem Auf­ setzen der Wasserkästen (5) und (5′) jeweils am unteren Ende der Wasserkästen durch Einstülpen in die entsprechenden Öff­ nungen des Wasserkastens montiert werden. Der Wasserkasten läßt sich dann als Ganzes mit der Dichtungsmatte auf den zugeord­ neten Rohrboden (4) aufsetzen. Er wird an diesem Rohrboden (4) dadurch gehalten, daß eine oder mehrere in seiner Längsmittel­ ebene (10) angeordnete Popnieten (11) in der Form einer Zug­ bolzenverbindung durch eine entsprechende Öffnung im Wasser­ kasten (5) hindurchgeschoben und mit ihrem Gegenkopf (12) versehen werden, und zwar so, daß durch diese Zugbolzenverbin­ dung der unterhalb der Ränder (8) liegende Teil (9b) der Dichtungsmatte (9) unter eine gewisse Vorspannung gerät. Diese Vorspannung muß dabei so gewählt werden, daß die gewünschte Dichtwirkung eintritt. Zusätzliche Arbeitsvorgänge zum Ver­ binden des Wasserkastens (5) oder (5′) mit dem zugeordneten Rohrboden sind nicht notwendig.

Der obere Wasserkasten (5) ist mit einer Befestigungslasche (13) beispielsweise zur Befestigung im Fahrzeug versehen. Der untere Wasserkasten (5′) könnte mit einer ebensolchen, bei­ spielsweise angespritzten Befestigungslasche versehen sein. Es ist aber beim Ausführungsbeispiel der untere Rohrboden (4), der nicht, wie sonst üblich, von Seitenteilen eingefaßt ist, nach außen zu einer Befestigungslasche (14) verlängert, die eben­ falls zur Befestigung des Wärmetauschers dienen kann.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform inso­ fern, als die Rohre (2′) jeweils U-förmig ausgebildet sind, so daß ein Rohr in ein und demselben Rohrboden (4′′) durch seine im übrigen analog zur Ausführungsform der Fig. 1 aufgeweiteten Rohrenden (2a) gehalten ist. Der Wasserkasten (5′′) ist weit­ gehend analog zu jenem der Fig. 1 ausgebildet, besitzt jedoch nicht die deutlich ausgeprägten Ränder (8) der Fig. 1, sondern lediglich kleinere nach innen ragende Ränder (15), die aber ebenso formschlüssig in entsprechende Aussparungen der Dich­ tungsmatte (9′) eingreifen. Auch bei dieser Ausführungsform wird die Abdichtung zwischen Rohrboden (4′′) und Wasserkasten (5′′) durch eine Zugbolzenverbindung erreicht, die hier aber als ein Steckbolzen (16) ausgebildet ist, der an seinem unteren freien Ende Haken (17) aufweist, die elastisch radial bewegbar sind und mit einer Einführschräge zum Einschieben in eine entsprechende Öffnung des Rohrbodens (4′) versehen sind. Die Fig. 3 macht dabei deutlich, daß der Steckbolzen (16) einteilig an dem beispielsweise aus Kunststoff hergestellten Wasserkasten (5′′) angeformt und als ein Hohlbolzen ausgebildet ist. Der Hohlbolzen weist eine durchgehende Bohrung (18) auf, in die nach der erfolgten Montage des Wasserkastens (5′′) am Rohrboden (4′′) ein Steckstift (19) eingeschoben ist, dessen Länge der Länge des Steckbolzens (16) einschließlich seines innerhalb des Sammelraums (7′′) des Wasserkastens (5′′) verlaufenden Teiles (16′) entspricht und dessen Durchmesser dem Durchmesser der Bohrung (18) angepaßt ist. Wird der Steckstift (19) daher in die Bohrung (18) eingeschoben, so sind die Haken (17) nach ihrer Montage daran gehindert, radial nach innen auszuweichen. Es wird dabei eine Sicherung der Befestigungslage des Wasser­ kastens (5′′) an dem Rohrboden (4′′) durch einen Formschluß erreicht. Auch bei dieser Ausführungsform wird die Dichtmatte (9′), die auch die Rohrenden entsprechend abdichtend umgibt, von dem geschlossenen Boden (5a′′) des Wasserkastens (5′′) unter Vorspannung gegen den Rohrboden (4′′) gedrückt, so daß die gewünschte Abdichtung erreicht ist.

Auch bei der Ausführungsform der Fig. 2 und 3 sind Befesti­ gungslaschen (20) unmittelbar am Wasserkasten (5′′) angeformt bzw. auf die Rohre (2′) im Bereich von deren Rohrbogen (2b′) in Form eines Befestigungswinkels (21) aufgeschoben. Bei beiden Ausführungsformen ergibt sich neben einer einfachen Montage und einem dichten Anschluß des Wasserkastens am Rohrboden auch eine elastische Befestigung des jeweiligen Rippenrohrblockes (1) bzw. (1′) gegenüber dem Wasserkasten und der zugeordneten Befestigung. Werden die Befestigungslaschen daher den Wasser­ kästen zugeordnet, so bleibt der Rippenrohrblock weitgehend schwingungs- und vibrationsfrei. Wird dagegen der Rippenrohr­ block am Fahrzeug befestigt, so bleiben die Wasserkästen weit­ gehend von Schwingungen unbeeinflußt.

Claims (10)

1. Wärmetauscher mit einem Rippenrohrblock (1, 1′), dessen Rohre (2, 2′) mit ihren Enden durch Öffnungen eines Rohrboden (4, 4′′) hindurchgesteckt und im durchgesteckten Endbereich (2a) aufgeweitet sind sowie mit mindestens einem auf dem Rohr­ boden dicht aufgesetzten Wasserkasten (5, 5′′), dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen Rohrboden (4, 4′′) und Wasserkasten (5, 5′, 5′′) eine elastische Dichtungsmatte (9, 9′) eingesetzt ist, die auch die durch den Rohrboden hindurchragenden Rohrenden (2a) zumindest in dem an den Rohrböden angrenzenden Bereich um­ mantelt, und daß der Wasserkasten (5, 5′, 5′′) unter Vor­ spannung gegen die Dichtungsmatte (9, 9′) gedrückt ist und durch eine Zugbolzenverbindung (11, 16) an dem Rohrboden gehalten ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugbolzenverbindung (11, 16) in der Mitte des Wasser­ kastens (5, 5′′) angeordnet ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugbolzenverbindung (11, 16) in der Längsmitte (10) zwischen den Rohrreihen am Rohrboden angreift.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zugbolzenverbindung eine Niet (11) vorgesehen ist.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkasten einen geschlossenen Boden (5a, 5a′′) mit Öffnungen für die Rohrenden (2a) aufweist und daß die Dich­ tungsmatte (9, 9′) formschlüssig Ränder (8, 15) der Öffnungen des Wasserkastens (5, 5′′) umgibt, die dem Rohrboden zugewandt sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugbolzenverbindung als eine einrastende Steckverbin­ dung (16) ausgebildet ist.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckverbindung aus einem am Wasserkasten (5′′) ange­ ordneten Steckbolzen (16) mit an seinen freien Enden angeord­ neten Haken (17) besteht, die elastisch eine Öffnung im Rohr­ boden (4′′) hintergreifen.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steckbolzen (16) als ein Hohlbolzen mit einer durch­ gehenden Bohrung (18) ausgebildet ist.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein in seiner Länge etwa der Länge des Hohlbolzens (16′, 16) entsprechender Steckstift (19) zur Sicherung der Lage der Haken (17) in der eingerasteten Position vorgesehen ist, dessen Durchmesser dem Durchmesser der Bohrung (18) des Hohlbolzens (16′, 16) angepaßt ist.

10. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlbolzen (16′, 16) Teil einer den Wasserkasten (5′′) in zwei Sammelräume (7′′, 7′′′) teilenden Trennwand vorgesehen ist.