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Die
Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren
zur Herstellung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 12.
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Wärmeübertrager,
insbesondere Ölkühler für Kraftfahrzeuge
sind in verschiedenen Bauformen, z. B. als Scheibenölkühler, Stapelscheibenölkühler, Rundrohr-
und Flachrohrölkühler, sowohl
flüssigkeitsgekühlt als
auch luftgekühlt,
bekannt. Ein luftgekühlter Ölkühler wurde
durch die
DE 195 24
607 A1 bekannt, wobei das Öl durch Flachrohre strömt, welche
in als Sammel- bzw. Verteilerkästen
dienenden Halbschalenpaaren gehalten sind. Bei einer anderen Bauart
für Wärmeübertrager
wie z. B. Kühlmittel/Luftkühler, Ladeluft/Luftkühler oder
Abgas-Wärmeübertrager
sind die Flachrohre in Rohrböden
aufgenommen, welche als Blechteile ausgebildet sind, Durchzüge zur Aufnahme
der Rohrenden aufweisen und einen umlaufenden hochgestellten Rand
besitzen, welcher mit einem Sammelkasten vorzugsweise stoffschlüssig, z.
B. durch Löten
verbunden ist. Der Sammelkasten ist als Tiefziehteil ausgebildet
und weist teilweise Stutzen für
den Ein- und/oder Austritt des zu kühlenden Mediums, beispielsweise Öl auf. Die
Teile eines derartigen Flachrohrölkühlers sind
mit miteinander verlötet.
Nachteilig bei dieser Bauweise ist eine geringe Flexibilität der Sammelkästen und
der Rohrböden
bei unterschiedlichen Blockbreiten, d. h. bei einer unterschiedlichen
Zahl von Flachrohren, da für jede
Blockbreite jeweils ein Werkzeug für den Rohrboden und den Sammelkasten
verwendet werden muss. Der Rohrboden wird aus einer Blechplatine hergestellt,
randseitig beschnitten, ein Rand wird aufgestellt, und Durchzüge werden
durch Lochstanzprägen
(Kragenziehen) hergestellt. Der Sammelkasten wird durch Tiefziehen
hergestellt. Die entsprechenden Werkzeuge sind kostenaufwändig.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten
Art kostengünstig
für unterschiedliche
Abmessungen, insbesondere unterschiedliche Blockbreiten herzustellen
und darüber
hinaus ein kostengünstiges
Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass der Sammelkasten zweiteilig aufgebaut und aus einem extrudierten
Hohlprofil sowie einer gestanzten Platte, welche als Deckel fungiert,
zusammengesetzt ist. Vorteilhaft hierbei ist, dass das bisherige
Werkzeug zur Herstellung des Sammelkastens, also ein Tiefziehwerkzeug
entfällt.
Stattdessen wird das Hohlprofil für den Sammelkasten extrudiert, d.
h. man benötigt
ein Extrusionswerkzeug, welches jedoch kostengünstiger als ein Tiefziehwerkzeug
ist. Ein solches Extrusionswerkzeug kann auch kostengünstig für verschiedene
Blockbreiten bzw. Wärmeübertragertypen
hergestellt werden. Der Deckel wird ebenfalls kostengünstig als
Stanzteil hergestellt, d. h. er kann im Endlosverfahren von einem
Band abgelängt
werden. Deckel und Extrusionshohlprofil werden vorzugsweise durch
Löten dicht
miteinander verbunden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der
Rohrboden als gestanzte Platte ausgebildet, d. h. ein im Wesentlichen
ebenes Blechteil. Dabei sind die Öffnungen zur Aufnahme der Rohrenden
ebenfalls ausgestanzt. Vorteilhaft hierbei ist die kostengünstige Herstellung,
da die Rohrböden
ebenfalls im Endlosverfahren aus Bandmaterial gefertigt und abgelängt werden
können.
Für unterschiedliche
Blockbreiten sind somit keine unterschiedlichen Werkzeuge nötig.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Öffnungen
zur Aufnahme der Rohrenden von einem erhabenen Bereich (Kragen)
eingefasst, der aus der Platte ausgeprägt, d. h. durchgesetzt wird.
Dadurch ergibt sich auf der anderen Seite des Rohrbodens eine Einprägung bzw.
eine Vertiefung im Rohrboden. Die Rohre können somit stabil im Rohrboden
aufgenommen und dicht verlötet
werden. Durchzüge
herkömmlicher
Art entfallen zu Gunsten der durchgesetzten erhabenen Bereiche (Kragen) um
die Rohröffnungen.
Die Kragen dienen auch der Fixierung des Hohlprofils beim Aufsetzen
und Verlöten.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann das extrudierte
Hohlprofil eine Trennwand aufweisen, welche in Extrusionsrichtung
verläuft
und somit ohne nennenswerten Aufwand mit hergestellt werden kann.
Weitere Trennwände
sind ohne weiteres möglich.
Vorteilhaft ist hierbei einerseits die kostengünstige Herstellung der Trennwand, die
nicht mehr positioniert werden muss, sondern bereits einstückig mit
dem Hohlprofil vorliegt.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Deckel
auf seiner der Trennwand zugewandten Seite einen Schlitz auf, in
welchen die Trennwand eingreift. Damit ist der Deckel gegenüber dem
Hohlprofil fixiert und lässt
sich einfacher verlöten.
Der Schlitz wird vorzugsweise durch Durchsetzen des Deckelmaterials
nach innen, d. h. zur Seite des Hohlprofils hergestellt. Dadurch
können
erhabene Bereiche bzw. Kanten in der Platte hergestellt werden,
sodass eine Fixierung gegenüber
dem Hohlprofil möglich
ist. Auch dieses spanlose Umformverfahren ist sehr kostengünstig.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind im Deckel
oder im Hohlprofil Öffnungen
zur Aufnahme von Anschlussstutzen für das zu kühlende Medium vorgesehen. Vorteilhaft
ist auch hier die einfache Herstellung: die Öffnungen im Deckel können gestanzt,
die Öffnungen
im Extrusionsprofil können
gebohrt werden.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Rohre
als Flachrohre und die Rohröffnungen
im Rohrboden als Langlöcher
ausgebil det. Die Bauweise mit Flachrohren und Wellrippen erbringt
eine höhere
Kühlleistung,
insbesondere einen geringeren (luftseitigen) Druckabfall.
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Der
Wärmeübertrager
kann vorteilhaft als Ölkühler für Kraftfahrzeuge
eingesetzt werden, d. h. zur Kühlung
von Motor- oder Getriebeöl
durch Luftkühlung.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen
des Patentanspruches 12 gelöst.
Durch Stanzen von Platten für
Deckel und Rohrboden und Strangpressen eines Hohlprofils werden
die Herstellkosten des Wärmeübertragers gesenkt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
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1 Einzelteile
eines erfindungsgemäßen Sammelkastens
mit Rohrboden,
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2 einen
Rohr/Rippen-Block mit erfindungsgemäßem Rohrboden, Sammelkasten
und Anschlussstutzen im Deckel,
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3 ein
abgewandeltes Ausführungsbeispiel
mit Anschlussstutzen an einer Längsseite
des Hohlprofils und
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4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
mit Anschlussstutzen an den Stirnseiten des Hohlprofils.
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1 zeigt
in Explosivdarstellung drei Einzelteile eines nicht dargestellten
Wärmeübertragers, nämlich einen
Rohrboden 1, ein extrudiertes, kastenförmiges Hohlprofil 2 und
einen Deckel 3, wobei alle drei Teile den gleichen Grundriss
aufweisen und stirnseitig miteinander zu einem Sammelkasten gefügt, vorzugsweise
gelötet
werden. Der Rohrboden 1 weist als Langlöcher ausgebildete Öffnungen 4 zur Aufnahme
von hier nicht dargestellten Flachrohrenden auf. Die Langlöcher 4 sind
von einem erhabenen Randbereich 5 in Form eines Kragens
eingefasst. Der Rohrboden 1 ist als Platte ausgebildet
und im Wesentlichen – mit
Ausnahme der erhabenen Bereiche 5 – eben. Die Herstellung des
Rohrbodens 1 erfolgt durch Ausstanzen aus einem Endlosband
und ist daher sehr kostengünstig.
Die erhabenen Randbereiche 5 werden durch Durchsetzen des
Materials (von einer Seite zur anderen) hergestellt. Unter „Durchsetzen" wird hier – entsprechend
der Fachterminologie – ein
Schubumformen verstanden. Das Hohlprofil 2 ist als Zweikammer-Strangpressprofil ausgebildet
und weist eine mittlere Trennwand 6 auf. Die Herstellung
des Hohlprofils 2 erfolgt somit durch Strangpressen und
Ablängen
auf die gewünschte Länge. Auch
dieses Verfahren ist kostengünstig.
Der Deckel 3 ist ebenfalls als im Wesentlichen ebene Platte
ausgebildet und kann ähnlich
wie der Rohrboden 1 hergestellt werden, möglicherweise
sogar auf derselben Fertigungseinrichtung. Der Deckel 3 weist zwei
nach innen, d. h. in Richtung des Hohlprofils 2 durchgesetzte
Bereiche 7, 8 auf, zwischen denen ein Steg 9 stehen
bleibt. Beim Fügen
von Deckel 3 und Hohlprofil 2 kommt der Steg 9 auf
der Trennwand 6 zu liegen, welche von den Kanten der durchgesetzten
Bereiche 7, 8 eingefasst wird – die Trennwand 6 wird
also in einem Schlitz gehalten. Dadurch wird eine Fixierung der
Platte 3 auf dem Hohlprofil 2 erreicht. Der Deckel 3 weist
ferner zwei Anschlussstutzen 10, 11 auf, welche
in entsprechende Öffnungen im
Deckel 3 eingesetzt und verlötet werden. Beim Fügen des
Hohlprofils 2 mit dem Rohrboden 1 liegt dessen
Stirnseite einschließlich
Trennwand auf der Platte des Rohrbodens 1 auf und wird
mit dieser dicht verlötet,
wobei die erhabenen Bereiche 5 der Positionierung und Fixierung
des Hohlprofils dienen.
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2 zeigt
den Zusammenbau des erfindungsgemäßen Sammelkastens mit einem
Rohr/Rippen-Block 12, bestehend aus Flachrohren 13 und zwischen
diesen angeordneten Wellrippen 14. Die Flachrohre 13 weisen
Rohrenden 13a auf, welche in den Öffnungen 4 des Rohrbodens 1 aufgenommen, d.
h. vorzugsweise verlötet
sind. Für
den Rohrboden 1, das Hohlprofil 2 und den Deckel 3 werden
gleiche Bezugszahlen wie in 1 verwendet,
ebenso für die
Anschlussstutzen 10, 11, durch welche Öl zu- und abfließt. Der
nicht dargestellte zweite Sammelkasten ist somit als Umlenkkasten
(Hohlprofil ohne Trennwand) für
die Umlenkung des Ölstromes
ausgebildet. Die Kühlung
des Öls
erfolgt durch Luft, welche durch einen Pfeil L dargestellt ist und über die
Wellrippen 14 streicht. Der dargestellte Wärmeübertrager
wird somit vorzugsweise als Ölkühler für Kraftfahrzeuge
eingesetzt.
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In 2 ist
ein weiterer, gestrichelt dargestellter Rohrboden 1' dargestellt,
welcher die Herstellung der Rohrböden aus einem Endlosband verdeutlichen
soll.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung mit einem abgewandelten Hohlprofil 15 und einem
abgewandelten Deckel 16. Die Anschlussstutzen 10, 11 sind
hier in eine Längsseite des
Hohlprofils 15 eingesetzt und vorzugsweise durch Lötung abgedichtet.
Zur Fixierung des Deckels 16 auf dem Hohlprofil 15 sind
durchgesetzte Bereiche 16a, 16b vorgesehen, welche
sich in Kammern 15a, 15b des Hohlprofils 15 einfügen und
somit den Deckel 16 auf dem Hohlprofil 15 fixieren.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung mit einem Hohlprofil 17, bei welchem die Anschlussstutzen 10, 11 an
den Stirn- bzw. Schmalseiten des Hohlprofils 15 befestigt
sind. Der Deckel 16 entspricht dem Ausführungsbeispiel gemäß 3.
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Der
oben beschriebene, erfindungsgemäße Wärmeübertrager,
vorzugsweise ein Ölkühler für ein Kraftfahrzeug
ist, wie bereits erwähnt,
relativ einfach und kostengünstig
herstellbar: Deckel und Boden können
vom Endlosband ausgestanzt und abgelängt werden und sind somit einfach
an verschiedene Blockmaße
(Anzahl der Flachrohre) anpassbar. Die Herstellung des Hohlprofils
erfordert bei unterschiedlichen Blockmaßen unterschiedliche Strangpresswerkzeuge
(Extrusionsdüsen),
die jedoch – verglichen
mit herkömmlichen
Werkzeugen – kostengünstiger
sind.
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Die
erfindungsgemäße Bauweise
ist nicht auf Flachrohre mit Wellrippen beschränkt, sondern auch auf Rund-
oder Ovalrohre anwendbar.
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Neben
einer bevorzugten Anwendung als Ölkühler ist
die Erfindung auch für
weitere Wärmeübertrager
wie Kühlmittel/Luftkühler, Ladeluft/Luftkühler, Abgas-Wärmeübertrager
sowie Verdampfer, Kondensatoren und Gaskühler für Klimaanlagen verwendbar.
Somit sind Wärmetauschmedien
wie flüssiges
Kühlmittel, Öl, Ladeluft
und Kältemittel
(R134a und R744 bzw. CO2) möglich.