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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der ein Anbauelement
zum Befestigen eines Gebläses
aufweist und für
einen Fahrzeugkühler
geeignet ist.
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Abstract
JP 10 122 783A zeigt
einen Duplex-Wärmetauscher
mit einem im Querschnitt etwa rechteckigen Wasserkasten bzw. Sammelbehälter, der
an einem im Querschnitt etwa rohrförmig ausgebildeten Sammelbehälter eines
Kondensators angebaut ist. Einen Sammelbehälter eines Wärmetauschers
mit rechteckigem Querschnitt der aus zwei etwa L-förmigen Profilen
zusammengesetzt ist, zeigt Abstract JP 2000 283 689 A.
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DE 44 21 835 A1 beschreibt
einen Wärmetauscher
in Form eines Kühlers
für Fahrzeuge,
an den eine Lüfterhaube
angebaut ist, die über
Verbindungselemente mit Rippen am Umfang des Kühlers in Verbindung steht.
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In
letzter Zeit sind zur Verringerung von Industrieabfall durch Verbesserung
Recycelbarkeit von Fahrzeugteilen einschließlich des Kühlers entsprechend verbesserte
Fahrzeugteile erwünscht.
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Zur
Erfüllung
dieses Bedarfs ist es im Fall herkömmlicher Kühler (Wärmetauscher) notwendig, deren
Materialien in Metall und Kunststoff zu klassifizieren, weil diese
Bauteile im Allgemeinen aus zwei oder mehr Arten von Materialien
bestehen, die mindestens Metall und Kunststoff umfassen. Dem entsprechend
ist die Anzahl der Mannstunden für
das Recycling (die Anzahl der für
das Klassifizieren der Materialien notwendigen Mannstunden) groß, was zu dem
Problem führt,
dass die Recycelbarkeit beeinträchtigt
ist.
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Zur
Lösung
dieses Problems wurde der Versuch unternommen, einen Wärmetauscher
aus metallischen (Aluminium) Bauteilen herzustellen, und festgestellt,
das bei einem Sammelbehälter
keine ausreichende mechanische Festigkeit erreichbar ist, was zu
dem Problem führt,
dass sich der Sammelbehälter
unter dem Innendruck deformiert.
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Obwohl
dieses Problem durch Vergrößerung der
Plattendicke der Elemente gelöst
werden könnte, die
den Sammelbehälter
bilden, würde
eine solche Maßnahme
die Masse bzw. das Gewicht des Wärmetauschers
vergrößern und
seine Herstellungskosten erhöhen.
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Auch
wird, wenn das Anbauelement zum Befestigen des Gebläses (Lüftermantels)
an der Wand des Sammelbehälters
befestigt ist, die Beanspruchung an dem Verbindungsbereich zwischen
dem Anbauelement und dem Sammelbehälter konzentriert, wenn das
Gebläse
beispielsweise infolge einer Schwingung des Fahrzeugs vibriert,
was zu der Gefahr eines Bruches des Sammelbehälters führt. Wird ein im Querschnitt
rechteckiger Sammelbehälter
verwendet, so beult der Innendruck des Kühlers die Wandflächen aus,
die einen größeren Aufnahmebereich
für Anbauten
bieten.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mechanische Festigkeit
eines Sammelbehälters zu
verbessern, wobei eine Vergrößerung der
Masse bzw. des Gewichts des Wärmetauschers
und eine Erhöhung
seiner Herstellungskosten vermieden werden soll.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Mit
dieser Ausbildung bzw. Anordnung ist es möglich, die Konzentrierung der
Beanspruchung, die in den Verbindungsbereichen zwischen dem Anbauelement
und der Wandfläche
der längeren
Seite des Sammelbehälters,
verursacht durch die Fahrzeugschwingung, erzeugt wird, abzuschwächen und
weiter wirksam zu verhindern, dass die Wandfläche der längeren Seite deformiert wird.
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Daher
ist es auch bei dieser Ausführungsform
möglich,
die mechanische Festigkeit des Sammelbehälters ohne Vergrößerung des
Gewichts des Wärmetauschers
und ohne Erhöhung
seiner Herstellungskosten zu verbessern, wodurch auch die Haltbarkeit
des Wärmetauschers
verbessert wird.
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Eine
beispielsweise Ausführungsform
der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine Vorderansicht eines
Kühlers;
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2 einen Schnitt entlang
der Linie A-A in 1;
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3a eine Vorderansicht eines
ersten oder zweiten Elements;
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3b eine Ansicht von unten
zu 3a;
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3c eine Seitenansicht zu 3b;
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4 einen Schnitt durch einen
Sammelbehälter
nach 1;
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5a einen Schnitt durch ein
oberes Anbauelement;
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5b eine perspektivische
Ansicht eines unteren Anbauelements;
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6 eine perspektivische Ansicht
des Sammelbehälters;
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7 eine Gitterdarstellung
der Deformation des Sammelbehälters;
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8 eine Vorderansicht eines
Kühlers
mit konkaven und konvexen Bereichen;
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9 eine Schnittansicht eines
oberen Anbauelements gemäß einer
weiteren Ausführungsform;
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10 eine Schnittansicht eines
unteren Anbauelements gemäß einer
weiteren Ausführungsform;
und
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11a und 11b Schnittansichten von Anbauelementen
gemäß Modifikationen.
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Das
Bezugszeichen 111 bezeichnet eine Vielzahl von Röhrchen flacher
Gestalt zum Umwälzen
von Kühlwasser,
die im Wege der Extrusion oder des Ziehens von Aluminiumrohlingen
hergestellt sind. Das Bezugszeichen 112 bezeichnet eine
Rippe aus Aluminium, die zwischen den benachbarten Röhrchen 111 zur
Erleichterung des Wärmeaustauschs
zwischen Luft und Kühlwasser
angeordnet ist und die in einer Wellengestalt (gewellten Gestalt) im
Wege des Walzformens hergestellt ist. Ein Kühlerkern 110 zum Kühlen des
Kühlwassers
im Wege des Wärmeaustauschs
zwischen dem Kühlwasser
und der Luft ist durch die Rippen 112 und die Röhrchen 111 gebildet.
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Ein
erster und ein zweiter Sammelbehälter 121, 122 aus
Aluminium sind an den in Längsrichtung einander
gegenüberliegenden
Enden der Röhrchen 111 vorgesehen
und erstrecken sich rechtwinklig zu der Längsrichtung der Röhrchen 111 und
stellen eine Verbindung mit einer Vielzahl von Röhrchen 111 her, wobei
der erste Sammelbehälter 121,
der an einem Längsende
der Röhrchen 111 (in 1 am linken Ende) angeordnet
ist, das Kühlwasser,
das aus einem Motor (nicht dargestellt) zu der Vielzahl der Röhrchen 111 strömt, verteilt,
während
der zweite Sammelbehälter 122,
der am anderen Längsende
der Röhrchen 111 (in 1 am rechten Ende) angeordnet
ist, das Kühlwasser
nach dem Wärmeaustausch
sammelt und zu dem Motor führt.
In dieser Hinsicht werden der erste und der zweite Sammelbehälter 121, 122 nachfolgend
insgesamt als ein Sam melbehälter 120 bezeichnet.
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Die
Querschnittsgestalt des Sammelbehälters 120 ist eine
rechteckige, wie in 2 dargestellt ist,
mit der längeren
Seite in der Richtung parallel zu der Längsrichtung der Röhrchen 111 (d.h.
in der Richtung rechtwinklig zu der Strömungsrichtung der Luft). Bei
dieser Ausführungsform
ist in diese rechteckige Gestalt abgeflacht, wobei die längere Seite
L1 40 mm oder mehr und die kürzere
Seite L2 35 mm oder weniger misst.
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Wie
in 3a bis 3c dargestellt ist, wird
der Sammelbehälter 120 hergestellt,
indem ein erstes und ein zweites Element 120a, 120b,
je mit einer L-förmigen
Querschnittsgestalt, im Wege des Pressens geformt, miteinander im
Wege des Verlötens fest
verbunden werden, wobei, wie in 4 dargestellt
ist, erste und zweite Rippen 123, 124 an der kürzeren Seitenfläche des
ersten und des zweiten Elements 120a, 120b durch
plastische Deformation eines Teils des ersten und des zweiten Elements 120a, 120b (des
Sammelbehälters 120)
vorgesehen werden, der in Richtung zu dem Inneren des Sammelbehälters 120 hin
verursacht durch Abgraten (Pressen) vorsteht.
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Ein
Durchgangsloch 123a ist an dem oberen Teil der jeweiligen
ersten Rippen 123 bei dem ersten Element 120a ausgebildet,
das durch die oberen Wand in der Dickenrichtung hindurch gebohrt
ist und in das das Röhrchen 111 eingesetzt
ist.
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Weil
der einzige Unterschied zwischen dem ersten Element 120a und
dem zweiten Element 120b darin besteht, ob ein Durchgangsloch 123a vorgesehen
ist oder nicht, sind die zweiten Rippen 124 an der gegenüberliegenden
Seite von den Verbindungsbereichen 120f des Sammelbehälters 120 mit
den Röhrchen 111 mit
einer Teilung P2 etwa gleich derjenigen P1 der Röhrchen 111 in einem
Zustand angeordnet, bei dem die beiden Elemente 120a, 120b und die
Röhrchen 111 miteinander
im Wege des Verlötens
verbunden worden sind (d.h. in einem Zustand, bei dem der Kühler 100 fertiggestellt
ist). Wie in 2 und 3 dargestellt ist, besitzt
jedes der Elemente 120a, 120b Erfassungsbereiche 120d zum
Erfassen des anderen Elements und zum gegenseitigen festen Verlöten der
beiden Elemente 120a, 120b.
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In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 125 ein
Einführungsrohr,
das mit einem Kühlwasserausgang
des Motors zu verbinden ist, und bezeichnet das Bezugs zeichen 126 ein
Abführungsrohr,
das mit einem Kühlwassereintritt
des Motors zu verbinden ist. An der Wandfläche der längeren Seite 120c des Sammelbehälters 120 sind
Anbauelementen 128, 129 zum Befestigen eines Gebläses (Lüftermantels), wie
oben in der Einleitung bereits beschrieben worden ist, vorgesehen.
Wie in 6 dargestellt
ist, sind die beiden Anbauelemente 128, 129 an
dem Mittelpunkt M der Wandfläche
der längeren
Seite 120c des Sammelbehälters 120 in der Richtung
rechtwinklig zu der Längsrichtung
des Sammelbehälters 120 (d.h. auf
einer Linie, die durch den Mittelpunkt der Länge L1 der längeren Seite
geht) angelötet.
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In
dieser Hinsicht ist das obere Anbauelement 128 ein stiftförmiger Vorsprung,
wie in 5a dargestellt
ist, in der Wandfläche 120c des
Anbauelements 128, und weist es einen verjüngten Abschnitt 128a auf,
dies bei einstückiger
Ausbildung aus einem Aluminiumrohling, dessen Querschnittsfläche sich mit
Annäherung
an die Wandfläche 120c vergrößert. Der
verjüngte
Abschnitt 128a weist eine ovale (elliptische) Querschnittsgestalt,
wie in 6 dargestellt ist,
auf, und erstreckt sich in der seitlichen Richtung (der Richtung
der längeren
Seite) rechtwinklig zu der Längsrichtung
(der Richtung von oben nach unten bzw. von unten nach oben) des
Sammelbehälters 120.
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Dem
entsprechend erstreckt sich der verjüngte Abschnitt 128a in
der Richtung rechtwinklig zu der Längsrichtung (in der Richtung
der längeren
Seite) des Sammelbehälters 120,
um die Mittellinie (mittlere Linie) der Wandfläche 120c zu kreuzen,
wobei als eine Folge diese Struktur die Aufgabe einer Verstärkung zum
Verstärken
der Wandfläche 120c der längeren Seite übernimmt.
Weiter ist eine Gewindebohrung 128b zur Erfassung einer
Schraube in dem Spitzenbereich des Anbauelements 128 ausgebildet.
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Andererseits
ist das untere Anbauelement 129 aus einem Aluminiumrohling
im Wege der Extrusion oder des Ziehens derart hergestellt, dass
rechteckige Flanschabschnitte 129a einstückig an
dem distalen und dem proximalen Ende desselben, wie in 5a dargestellt ist, vorgesehen
sind, wobei der proximate Flanschabschnitt 129a, der an
der Wandfläche 120c angeordnet
ist, die Aufgabe einer Verstärkung
zum Verstärken
der Wandfläche 120c der längeren Seite übernimmt.
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In
diesem Zusammenhang ist der Lüftermantel
(das Gebläse)
an dem Kühler 100 (Sammelbehälter 120)
derart angebracht, das der untere Bereich des Lüftermantels (nicht dargestellt)
an dem Anbauelement 129 durch eingesetzten Eingriff desselben an
einer U-förmigen
Nut eines Hakens (einer Strebe) befestigt, der an dem unteren Bereich
des Lüftermantels
vorgesehen ist, während
der obere Bereich desselben an dem Anbauelement 128 mittels
einer Schraube befestigt ist.
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In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 130 einen
Wassereinlass (Einfüllstutzen)
zum Nachfüllen von
Kühlwasser,
und bezeichnet das Bezugszeichen 131 einen Kühlerdeckel
einer bekannten unter Druck stehenden Art zum Schließen des
Wassereinlasses 130. Das Bezugszeichen 140 bezeichnet
eine Seitenplatte, die sich parallel zu der Längsrichtung des Röhrchen 111 an
jedem der einander gegenüberliegenden
Enden des Kühlerkerns 110 zur
Bildung einer Verstärkung
des letzteren erstreckt.
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Wenn
der Innendruck auf den Sammelbehälter 120,
der einen rechteckigen Querschnitt aufweist, zur Einwirkung kommt,
deformiert sich der Sammelbehälter 120,
sodass die Wandfläche 120c der
längeren
Seite, die einen größeren Aufnahmebereich
für den
Druck aufweist, wie in 7 dargestellt
ist, ausbeult.
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Da
der verjüngte
Abschnitt 128a und der Flanschabschnitt 129a als
Verstärkung
für die
Anbauelemente 128 bzw. 129 an den Seiten zur Berührung mit
der Wandfläche 120c der
längeren
Seite vorgesehen sind, ist es möglich
zu verhindern, dass die Wandfläche 120c der
längeren
Seite stark deformiert wird, während
die Konzentrierung der Beanspruchung, die in den Verbindungsbereichen
zwischen dem Anbauelement 128, 129 und der Wandfläche 120c der
längeren
Seite durch eine Fahrzeugvibration erzeugt wird, abgeschwächt wird.
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Auch
kann, weil der verjüngte
Abschnitt 128a des Anbauelements 128, der die
Verstärkung
bildet, eine Querschnittsfläche
aufweist, die mit Annäherung
an die Wandfläche 120c größer wird,
die Konzentrierung der Beanspruchung auf das proximale Ende des
Anbauelements 128 abgeschwächt werden.
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Weiter
ist es, weil der verjüngte
Abschnitt 128a die Wandfläche 120c der längeren Seite
dadurch verstärkt,
dass er sich in Richtung zu den einander gegenüberliegenden Seiten der Richtung
der längeren
Seite des Sammelbehälters 120 erstreckt, während er
die Mittellinie (mittlere Linie) der Wandfläche 120c kreuzt, möglich, die
Wandfläche 120c der längeren Seite,
die einen größeren Aufnahmebereich für den Druck
aufweist, weiter zu verstärken.
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Weil
der verjüngte
Abschnitt 128a und der Flanschabschnitt 129a,
die die Verstärkung
bilden, einstückig
mit den Anbauelementen 128 zw. 129 ausgebildet
sind, ist es möglich,
die Herstellungskosten für
die Anbauelemente 128, 129, die die Verstärkung aufweisen,
herabzusetzen.
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Zur
Verstärkung
der Wandfläche 120c der längeren Seite
ist, wie in 8 dargestellt
ist, eine Vielzahl von Rippen (von konkaven und konvexen Bereichen) 120e,
die in der Längsrichtung
des Sammelbehälters 120 angeordnet
sind, durch plastisches Deformieren von Bereichen der Wandfläche 120c der längeren Seite
während
des Pressens (plastischen Deformierens) der ersten und der zweiten
Elemente 120a, 120b geschaffen, und es ist an
dem übrigen Teil
der Wandfläche 120c der
längeren
Seite ohne Rippen 120e (ein Bereich, in dem in die Teilung
P3 der Rippen 120e größer als
diejenige P4 in dem anderen Bereich bei dieser Ausführungsform
ist) das Anbauelement 128 oder 129 angebracht.
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Gemäß dieser
Anordnung bzw. Ausbildung bilden die Rippen 120e die Verstärkung zur
Verstärkung
der Wandfläche 120c der
längeren
Seite zusätzlich
zu dem verjüngten
Abschnitt 128a des Anbauelements 128 und dem Flanschabschnitt 129a des
Anbauelements 129, wodurch die mechanische Festigkeit der
Wandfläche 120c der
längeren
Seite, die einen größeren Aufnahmebereich
für den
Druck aufweist, insgesamt gleichmäßig vergrößert sein kann.
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Während der
verjüngte
Abschnitt 128a des Anbauelements 128, der die
Verstärkung
bildet, einstückig
mit dem Anbauelement 128 bei den oben angegebenen Ausführungsformen
ausgebildet ist, ist ein Flanschabschnitt 128c, der eine
Verstärkung
bildet, separat von dem Anbauelement 128 ausgebildet und
dann mit dem Anbauelement 128 zur Zusammenfassung mit dem
Anbauelement 128 bei der vorliegenden Ausführungsform,
wie in 9 dargestellt ist,
verlötet.
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In
dieser Hinsicht ist der Flanschabschnitt 128c zu einer
ovalen Gestalt ausgebildet und an der Wandfläche 120c der längeren Seite
befestigt, sodass die größere Achse
der ovalen Gestalt mit der Richtung der längeren Seite des Sammelbehälters 120 zusammenfällt.
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Obwohl
der Flanschabschnitt 128c in 9 keine
verjüngte
Gestalt aufweist, kann der Umfangswandbereich des Flanschabschnitts 128c verjüngt sein, sodass
seine Querschnittsfläche
mit Annäherung
an die Wandfläche 120c größer wird.
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Wie
in 10 dargestellt ist,
wird die Wanddicke t des Flanschabschnitts 129a des Anbauelements 129,
das die Verstärkung
bildet, größer, und
es ist ein verjüngter
Abschnitt 129b vorgesehen, sodass die Querschnittsfläche des
Flanschabschnitts 129a mit Annäherung an die Wandfläche 120c größer wird.
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Hierdurch
ist es möglich,
die Konzentrierung der Beanspruchung auf den proximalen Bereich
des Anbauelements 129 abzuschwächen.
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Während sich
der Umfangswandbereich des verjüngten
Abschnitts 128a oder 129a bei jeder der oben angegebenen
Ausführungsformen
in einer bogenförmigen
Weise verändert,
kann sich der Umfangswandbereich der verjüngten Abschnitte bei den vorliegenden
Ausführungsformen,
wie in 11a und 11b dargestellt ist, linear
verändern.
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Bei
den obigen Ausführungsformen
ist der Kühler
ein solcher der sogenannten Querstrom-Gattung, bei der sich die
Länge des
Sammelbehälters 120 in
der Richtung von oben nach unten bzw. von unten nach oben erstreckt
und sich die Länge
der Röhrchen 111 in
der horizontalen Richtung erstreckt. Jedoch ist die beschriebene
Bauform in gleicher Weise anwendbar bei einem Kühler der Gattung mit einer Strömung nach
unten-, bei der sich die Länge
des Sammelbehälters 120 in
der horizontalen Richtung erstreckt und sich die Länge der
Röhrchen 111 in
der Richtung von oben nach unten bzw. von unten nach oben erstreckt.
Ferner ist die Erfindung auch bei anderen Arten von Wärmetauschern,
beispielsweise einem Kondensator oder einem Duplex-Wärmetauscher,
anwendbar, bei dem ein Kondensator und ein Kühler einstückig miteinander ausgebildet
sind.