DE102004036002A1

DE102004036002A1 - Wärmeaustauscher

Info

Publication number: DE102004036002A1
Application number: DE102004036002A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. Lamich; Viktor Dipl.-Ing. Brost (Fh)
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-02-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge, bestehend aus Flachrohren (1), aus Wellrippen (2) und aus Sammelkästen (3) mit Wänden (4) zur Verbindung entweder mit Verbindungsrändern (6) eines Rohrbodens (5) oder zur unmittelbaren Verbindung mit den Flachrohrenden (10), aus Seitenteilen (7) mit Verschlusskappen (8), die zum Verschlusss der seitlichen Öffnungen der Sammelkästen (3) mit einem abgebogenen Rand (18) versehen sind, wobei mechanische Verbindungselemente (12) zwischen wenigstens einer Wand (4) und dem Rand (18) vorgesehen sind, die ein umgebogenes Teil (12.1) und ein aufnehmendes Teil (12.2) aufweisen und wobei sämtliche Komponenten aus Aluminiumblech hergestellt sind, das zweckmäßig mit Lot beschichtet ist zur metallischen Verbindung mittels eines Lötprozesses. DOLLAR A Weitere fertigungstechnische Vorteile ergeben sich erfindungsgemäß dadurch, dass das wenigstens eine aufnehmende Teil (12.2) und das dazugehörige umgebogene Teil (12.1) so ausgebildet sind, dass mit größer werdendem Biegewinkel (beta) am umgebogenen Teil (12.1) die Anpresskraft zwischen der jeweiligen Wand (4) und dem Rand (18) erhöht ist, wobei die Kraftrichtung im Wesentlichen in Erstreckungsrichtung (30) des umgebogenen Teils (12.1) liegt. DOLLAR A Ein alternativer erfindungsgemäßer Vorschlag sieht einen Anschlag (20) vor, der in der Wand (4) angeordnet ist und an dem die Verschlusskappe (8) anliegt, wobei die Anlageposition durch die mechanische Verbindung zwischen dem wenigstens einen ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge, bestehend aus Flachrohren, aus Wellrippen und aus Sammelkästen mit Wänden, zur Verbindung entweder mit Verbindungsrändern eines Rohrbodens oder zur unmittelbaren Verbindung mit den Flachrohrenden, und aus Seitenteilen mit Verschlusskappen, die zum Verschluss der seitlichen Öffnungen der Sammelkästen mit einem abgebogenen Rand versehen sind, wobei mechanische Verbindungselemente zwischen wenigstens einer Wand und dem Rand vorgesehen sind, die ein umgebogenes Teil und ein aufnehmendes Teil aufweisen und wobei sämtliche Komponenten aus Aluminiumblech hergestellt sind, das zweckmäßig mit Lot beschichtet ist, zur metallischen Verbindung mittels eines Lötprozesses.

Dieser Stand der Technik ist bereits seit dem 13.07.1988 aus der JP 63-169497 A bekannt. Allerdings sind dort die mechanischen Verbindungselemente nur in Verbindung mit einem Wärmeaustauscher ohne Rohrboden, also bei einem solchen, bei dem die Längswände der Sammelkästen unmittelbar mit aufgeweiteten Flachrohrenden verbunden sind, bekannt. Sie bestehen aus einem Schlitz auf der einen Seite und einem in den Schlitz eingreifenden umgebogenen Vorsprung auf der anderen Seite. Die mechanischen Verbindungselemente dienen der Vorfixierung des Wärmeaustauschers, um diesen nach dem Abschluss der Montage in einem nachgelagerten Lötprozess verbinden zu können.

Von diesem Stand der Technik unterscheidet sich der im EP 864 838 B1 beschriebene Wärmeübertager nicht wesentlich. Dort handelt es sich bei den mechanischen Verbindungselementen nicht um einen Vorsprung sondern um eine umgebogene Lasche, die zwischen zwei Einschnitten ausgebildet ist. Dieser Wärmeübertrager ist ebenfalls auf einen solchen ohne Rohrboden festgelegt.

Wenn man bedenkt, dass Metalle, auch Aluminium, die Eigenschaft besitzen, bei der Umformung in gewissem Umfang nachzugeben, was auf deren Elastizität zurückzuführen ist, sind beide Lösungen aus dem Stand der Technik nicht optimal, weil durch das Umbiegen des Vorsprungs bzw. der Lasche nicht gleichzeitig eine Kraftwirkung aufrecht erhalten bleibt, die die intime Anlage des Randes der Verschlusskappe an den Längswänden des Sammelkastens gewährleistet. Hier ist zu beachten, dass die Lotbeschichtung abschmilzt und die Verbindungselemente so ausgestaltet sein sollten, dass die Anlage zwischen Rand und Längswänden auch nach dem Abschmelzen noch vorhanden ist. Dies ist vor allem bei der Anwendung der heutigen flussmittelfreien Lötverfahren wichtig, um qualitätsgerechte Lötverbindungen zu erzeugen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, weitere fertigungstechnische Vorteile des Wärmeaustauschers aufzuzeigen.

Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus dem Anspruch 1.

Weil das aufnehmende Teil und das umgebogene Teil so ausgebildet sind, dass mit größer werdendem Biegewinkel am umgebogenen Teil die Anpresskraft zwischen der jeweiligen Wand und dem Rand erhöht ist, wobei die Kraftrichtung im Wesentlichen in Erstreckungsrichtung des umgebogenen Teils liegt, wurde die intime Anlage zwischen Wand und Rand verbessert, weil das Nachfedern ausgeschaltet oder zumindest abgemindert wurde.

Der Anspruch 9 beschreibt eine weitere erfindungsgemäße Lösung.

Danach ist vorgesehen, dass die Wand vorzugsweise im Anschluss an das/die umgebogene/n Teil/e mit einem Anschlag versehen ist, der vorzugsweise als Vertiefung ausgebildet ist. Der Anschlag ist als Anlage für das einzusetzende Seitenteil gedacht. Dieses Merkmal unterstützt das Entstehen der vorstehend genannten Wirkung wesentlich.

Das Nachfedern des umgebogenen Teils wird außerdem dadurch deutlich gemindert, dass sich das umgebogene Teil quer zur Längsachse des Sammelkastens erstreckt, wodurch die Kraftrichtung zwischen Wand und Rand in Erstreckungsrichtung des umgebogenen Teils liegt.

Die Sammelkästen bestehen in der Regel aus einem umgeformten Blech mit zwei Längswänden und aus einer diese verbindenden Querwand. Die Längswände sind im Allgemeinen ebene Wände. Die Querwand kann entweder eben sein oder eine Wölbung aufweisen. Die Längswände und/oder die Querwand werden in der Beschreibung allgemein als Wand oder Wände bezeichnet.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn das/die umgebogene/n Teil/e an der Längswand und das/die aufnehmende/n Teil/e an dem abgebogenen Rand ausgebildet ist/sind.

Weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der anderen abhängigen Ansprüche auf die hiermit verwiesen wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen in Ausführungsbeispielen beschrieben.
1 Perspektivansicht auf einen Teil des Wärmeaustauschers in einem ersten Ausführungsbeispiel ohne Rohrboden;
2 wie 1 – montierte Situation;
3 wie 2 – Seitenansicht;
4 Schnitt A-A aus 3; (mit aufgeschlitzten und umgeformten Flachrohrenden)
5 Schnitt B-B aus 3;
6 wie 4 aber mit aufgeweiteten Flachrohrenden;
7 Perspektivansicht des Wärmetauschers eines zweiten Ausführungsbeispiels mit Rohrboden;
8 wie 7 – montierte Situation;
9–12 verschiedene Ansichten des zweiten Ausführungsbeispiels;
13 Perspektivansicht des Wärmetauschers gemäß dem alternativen Lösungsvorschlag;
14 wie 13 – montierte Situation;
15 Seitenansicht;
16 Schnitt A-A aus 15;
17 Schnitt B-B aus 15;
18 wie 16 – mit anderen Flachrohrenden;
19 Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels mit Rohrboden;
20 wie 19 – montierte Situation;
21 Teillängsschnitt durch den Wärmeaustauscher;
Die gezeigten Ausführungsbeispiele eines Wärmeaustauschers unterscheiden sich im Wesentlichen dadurch, dass einige mit Rohrböden 5 (7–12 und 19–21) ausgerüstet sind und andere keine Rohrböden 5 besitzen. Die Ausführungsbeispiele ohne Rohrböden 5 weisen unterschiedliche Ausbildungen der Flachrohrenden 10 auf. Die mechanischen Verbindungselemente 12 sind ebenfalls unterschiedlich ausgeführt. Die Ausbildung der Verbindungselemente 12 hängt nicht davon ab, ob der Wärmeaustauscher Rohrböden 5 besitzt oder nicht und natürlich auch nicht davon, wie die Flachrohrenden 10 ausgebildet sind. Auch insofern und grundsätzlich sollen die Ausführungsbeispiele keine Einschränkungen der gestalterischen Freiheit, im Rahmen dessen was beansprucht ist, darstellen.
Nicht in allen Darstellungen wurden sämtliche Bezugszeichen eingezeichnet. Da sich einige Darstellungen sehr ähnlich sind, kann wegen fehlender Bezugszeichen beispielsweise auf die 1, 2, 4, 7, 9 und 18 hingewiesen werden, wo eine Reihe von Bezugszeichen vorhanden sind.
Die angestrebten fertigungstechnischen Vorteile werden gemäß den 1–12 allein durch die besondere Ausbildung der mechanischen Verbindungselemente 12 erreicht, die jeweils aus einem abgebogenen Teil 12.1 und aus einem das abgebogene Teil aufnehmenden Teil 12.2 bestehen.
In den 13–21 wirken mechanische Verbindungselemente 12 mit einem in der Wand 4 des Sammelkastens ausgebildetem Anschlag 20 zusammen.
Zur Beschreibung der Wirkungsweise der mechanischen Verbindungselemente 12 wird zunächst auf die 2 und 8 aufmerksam gemacht, wo Pfeile 30 eingezeichnet sind, die anzeigen sollen, dass die Wand 4 und der Rand 18 der Verschlusskappe 8 durch das Umbiegen des umbiegbaren Teils 12.1, in das aufnehmende Teil 12.2 hinein, fest aneinander gepresst werden. Die Pfeile 30 liegen gleichzeitig in der Erstreckungsrichtung 30 des umgebogenen Teils 12.1, mit dem die Kraftwirkung derart erzeugt wird, dass das Nachfedern des umgebogenen Teils 12.1 wesentlich geringer ist als im Stand der Technik. Das abgebogene Teil 12.1 und das aufnehmende Teil 12.2 sind so aufeinander abgestimmt, dass mit zunehmendem Biegewinkel β des abgebogenen Teils 12.1 in Richtung auf 90° die Anpresskraft zwischen der Wand 4 und dem Rand 18 ansteigt. Die Wirkung der Anpresskraft kann bei einem Biegewinkel β von etwa 45° einsetzen und steigt dann mit größer werdendem Biegewinkel β an. Das aufnehmende Teil 12.2, das im abgebogenen Rand 18 der Verschlusskappe 20 ausgebildet ist, wurde mit schrägen Kanten 21 versehen. (3, 5) Der Biegewinkel β kann auch etwas größer als 90° sein. Es kann auch zu einer gewissen Materialquetschung kommen. Der Neigungswinkel α der schrägen Kanten 21 sollte nicht zu groß sein. Etwa 7° haben sich als günstig erwiesen, damit der abgebogene Teil 12.1 im Zuge der Umbiegevorgangs auf die beiden ansteigenden Kanten 21 geschoben werden kann, wodurch die erwähnte Anpresskraft gesteigert wird. Die genannten Winkel α und β wurden in den 5 und 6 eingezeichnet. Schließlich handelt es sich lediglich um „provisorische" Verbindungen, die einen qualitätsgerechten Lötprozess erlauben sollen, ohne wesentliche Aufwände an Hilfsvorrrichtungen bzw. Spannvorrichtungen betreiben zu müssen.
In den 1–6 wurde lediglich ein einziges mechanisches Verbindungselement 12 vorgesehen. In den 7–12 wurden pro Stirnseite des Sammelkastens 3 jeweils drei mechanische Verbindungselemente 12 angeordnet und zwar in den gegenüberliegenden Längswänden 4 und in der Querwand 4. Die mechanischen Verbindungselemente 12 wurden dort darüber hinaus auch noch weiter modifiziert. In der 7 und 8 sind zweiteilige Verbindungelemente 12 bzw. zweiteilige abgebogene Teile 12.1 zu erkennen, deren Funktionsweise jedoch beibehalten wurde. Der aufnehmende Teil 12.2 wurde dementsprechend angepasst.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das abgebogene Teil 12.1 jeweils zwischen zwei Einschnitten 13 in der Wand 4 zu positionieren, was sich günstig auf dessen Abbiegung auswirkt und womit sich zudem ein Überstand des abgebogenen Teils 12.1 über die Stirnseite des Sammelkastens 3 vermeiden lässt. (1 und 7)
Zurückkommend auf die bereits erwähnten 13–21 soll im Folgenden der alternative Lösungsvorschlag beschrieben werden, bei dem ein Anschlag 20 in der Wand 4 vorhanden ist. Der Anschlag 20 ist in der Nähe des mechanischen Verbindungselements 12 ausgebildet. Es kann sich dabei um einen per Punktschweißung angebrachten Anschlag 20, oder ganz einfach – wie gezeigt – um eine eingeformte Vertiefung in der Wand 4 handeln. Nicht jedes Verbindungselement 12 muss mit einem solchen Anschlag 20 zusammenwirken. In der 19 wurden jedoch auch in den Längswänden 4 Anschläge 20 angedeutet, was bei größeren Wärmeaustauschern sinnvoll sein kann. Im Zuge des Umformvorgangs des umbiegbaren Teils 12.1 wird die Verschlusskappe 8 gegen den Anschlag 20 gedrückt und in dieser Anlageposition gehalten. Je nach Dimensionierung des Wärmeaustauschers gibt es mehr oder weniger große Probleme mit der Geradheit der Einzelteile. Es kommt zu gewissen Verwertungen, die meist durch den Umformprozess, beispielsweise des Seitenteils 7, verursacht sind und die dazu führen, dass beim Ansetzen des Seitenteils 7 dessen Verschlusskappen 8 nicht optimal positioniert sind. Die Verschlusskappen 8 rutschen gerne in das Innere des Sammelkastens 3 hinein. Das wird durch die Anschläge 20 verhindert. Der Anschlag 20 hat auch einen positiven Einfluss auf die Herstellung der mechanischen Verbindung bzw. auf die Durchführung der Umbiegung des umgebogenen Teils 12.1, da er ein Gegenlager darstellt.

Claims

Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge, bestehend aus Flachrohren, (1), aus Wellrippen (2) und aus Sammelkästen (3) mit Wänden (4), zur Verbindung entweder mit Verbindungsrändern (6) eines Rohrbodens (5) oder zur unmittelbaren Verbindung mit den Flachrohrenden (10), und aus Seitenteilen (7) mit Verschlusskappen (8), die zum Verschluss der seitlichen Öffnungen der Sammelkästen (3) mit einem abgebogenen Rand (18) versehen sind, wobei mechanische Verbindungselemente (12) zwischen wenigstens einer Wand (4) und dem Rand (18) vorgesehen sind, die ein umgebogenes Teil (12.1) und ein aufnehmendes Teil (12.2) aufweisen und wobei sämtliche Komponenten aus Aluminiumblech hergestellt sind, das zweckmäßig mit Lot beschichtet ist, zur metallischen Verbindung mittels eines Lötprozesses, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine aufnehmende Teil (12.2) und das dazugehörige umgebogene Teil (12.1) so ausgebildet sind, dass mit größer werdendem Biegewinkel (β) am umgebogenen Teil (12.1) die Anpresskraft zwischen der jeweiligen Wand (4) und dem Rand (18) erhöht ist, wobei die Kraftrichtung im Wesentlichen in der Richtung (30) des umgebogenen Teils (12.1) liegt.
Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise das/die umgebogene/n Teil/e an der Wand (4) und das/die aufnehmende/n Teil/e an dem abgebogenen Rand (18) ausgebildet ist/sind.
Wärmeaustauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das umgebogene Teil (12.1) einteilig oder zweiteilig ausgebildet ist.
Wärmeaustauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vorzugsweise im abgebogenen Rand (18) ausgebildete aufnehmende Teil (12.2) mit einen bestimmten Neigungswinkel (α) aufweisenden schrägen Kanten (21) versehen ist, an die das umgebogene Teil (12.1) angreift, wodurch die Kraftwirkung entsteht.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegenüberliegende schräge Kanten (21) vorgesehen sind, wobei jede schräge Kante (21) an einer Abbiegung (22) des abgebogenen Randes (18) ausgebildet ist.
Wärmeaustauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die schräge Kante (21) in Längsachsenrichtung (25) des Sammelkastens (3) ansteigt und der Neigungswinkel (α) vorzugsweise im Bereich von etwa 7° liegt.
Wärmeaustauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftwirkung bei einem Biegewinkel (β) am umgebogenen Teil (12.1) von etwa 45° oder mehr einsetzt und bei etwa 90° maximal ist.
Wärmeaustauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftrichtung bzw. die Erstreckungsrichtung (30) des umgebogen Teils (12.1) etwa quer zur Längsachse (25) des Sammelkastens (3) vorgesehen ist.
Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge, bestehend aus Flachrohren, (1), aus Wellrippen (2) und aus Sammelkästen (3) mit Wänden (4), zur Verbindung entweder mit Verbindungsrändern (6) eines Rohrbodens (5) oder zur unmittelbaren Verbindung mit den Flachrohrenden (10), und aus Seitenteilen (7) mit Verschlusskappen (8), die zum Verschluss der seitlichen Öffnungen der Sammelkästen (3) mit einem abgebogenen Rand (18) versehen sind, wobei mechanische Verbindungselemente (12) zwischen wenigstens einer Wand (4) und dem Rand (18) vorgesehen sind, die wenigstens ein umgebogenes Teil (12.1) und ein aufnehmendes Teil (12.2) aufweisen und wobei sämtliche Komponenten aus Aluminiumblech hergestellt sind, das zweckmäßig mit Lot beschichtet ist, zur metallischen Verbindung mittels eines Lötprozesses, gekennzeichnet durch einen Anschlag (20), der in der Wand (4) angeordnet ist und an dem die Verschlusskappe (8) anliegt, wobei die Anlageposition durch die mechanische Verbindung zwischen dem wenigstens einen aufnehmenden Teil (12.2) und dem dazugehörigen umgebogenen Teil (12.1) gesichert ist.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (20) vorzugsweise nach Art einer punktuellen Vertiefung in der Wand (4) ausgebildet ist.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Anschlag (20) vorgesehen ist, der etwa auf einer Linie mit dem/den umgebogenen Teil/en (12.1) und dem/den aufnehmenden Teil/en angeordnet ist.