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Die
Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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DE 195 43 986 A1 beschreibt
Varianten eines Wärmetauschers
aus Aluminium, bei dem eine Vielzahl paralleler Flachrohre an ihren
Enden Auftulpungen aufweisen, welche aneinander anliegen und insgesamt
von einem Kastenelement eingeschlossen werden. Das Kastenelement
weist dabei eine gerade Kante auf, die an den Auftulpungen anliegt
und mit ihnen verlötet
ist. Regelmäßig ist
dabei das Material der Kante deutlich stärker als das der Auftulungen,
welche naturgemäß dünner als
die zur Erlangung eines geringen Gesamtgewichts an sich bereits dünnwandigen
Flachrohre sind. An solchen Übergängen treten
Kerbwirkungen auf, die im Laufe der Lebensdauer des Wärmetauschers
zum Riß der
Auftulpungen und somit zu Undichtigkeiten führen können. Erschwerend wirken sich
dabei Materialausdehnungen und Kräfte aufgrund wechselnder Drücke und
Temperaturen beim Betrieb des Wärmetauschers
aus.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher anzugeben, bei
dem eine höhere
durchschnittliche Lebensdauer kostengünstig ermöglicht ist.
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Diese
Aufgabe wird für
einen eingangs genannten Wärmetauscher
erfindungsgemäß durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch
die Anpassung der Ausformung zur Verteilung von zwischen Auftulpung
und Ansatz auftretenden Kräften
wird eine an diesem Übergang
auftretende Kerbwirkung auf einfache Weise verringert, ohne daß neue Nachteile
wie etwa eine erhöhte Spaltkorrosion
hinzukommen. In bevorzugter Ausführungsform
umfaßt
der Ansatz dabei eine Anzahl nebeneinander angeordneter Ausformungen,
wobei jede der Ausformungen an zumindest einer von mehreren nebeneinander
liegenden Auftulpungen der Rohre des Wärmetauschers anliegt.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Ausformung die Form
einer Zunge auf. Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl
von Zungen nebeneinander liegend ausgebildet sind. Dabei können die
Zungen verjüngend
oder nicht verjüngend
ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Zungen flach ausgebildet.
Eine solche Formgebung ist zweckmäßig an eine beispielsweise
sich beispielsweise konisch vom Rohr aus auf den Ansatz hin aufweitende
oder verengte Auftulpung angepaßt,
so daß sich
eine bessere Verteilung der auftretenden Kräfte erzielen lässt.
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Die
Anzahl der Zungen pro Längeneinheit kann
dabei vorzugsweise gleich der Anzahl der Rohre oder der Auftulpungen
pro Längeneinheit
sein, so dass vorzugsweise die gleiche Anzahl von Zungen und Rohrenden
oder Auftulpungen vorliegt und diese sich berühren. Dabei kann vorteilhaft
pro Rohrende oder Auftulpung eine Zunge zur Anlage kommen. Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
ist die Anzahl der Zungen pro Längeneinheit
ungleich der Anzahl der Rohrenden oder Auftulpungen. Bei einem solchen
Ausführungsbeispiel
kann eine höhere
Anzahl von Zungen gegenüber
der Anzahl der Rohre oder Auftulpungen vorliegen, so dass beispielsweise auch
zwei Zungen pro Rohr vorliegen. Die Anzahl pro Längeneinheit kann aber auch
derart unterschiedlich sein, dass die Anzahl von Zungen keinen ganzzahligen
Teiler oder kein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Rohre pro
Längeneinheit
aufweist.
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In
zweckmäßiger Ausgestaltung
ist die Auftulpung mit dem Ansatz verschweißt und/oder verlötet, so
daß eine
temperaturbeständige
und dauerhafte Verbindung von Sammelbereich und Rohren des Wärmetauschers
erzielt wird.
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Besonders
vorteilhaft weist der Wärmetauscher
eine Wandstärke
der Auftulpung von weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 0,5
mm, auf, wobei eine Wandstärke
des in diesem Bereich anliegenden Ansatzes mindestens etwa 1 mm,
insbesondere mindestens etwa 1,5 mm beträgt. Diese Maße entsprechen üblichen
Wandstärken
bei aus Leichtmetall bestehenden Wärmetauschern für Kraftfahrzeuge, wobei
eine Abwägung
von Stabilität
und Gewicht enthalten ist. Insbesondere ist die Wandstärke des
Ansatzes zumeist zweimal, häufig
auch mehr als dreimal größer als
die Wandstärke
der Auftulpungen, wodurch die durch die erfindungsgemäße Lösung verringerten
Kerbwirkungen besonders kritisch werden.
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Allgemein
bestehen die Rohre eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers zur Erzielung
eines geringen Gesamtgewichts zweckmäßig im wesentlichen aus Aluminium
bzw. aus einer Leichtmetalllegierung auf Basis von Aluminium.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers
ist der Ansatz insgesamt als wellen- oder sägezahnförmige Kante des Sammelbereichs
ausgebildet, wodurch eine einfache Herstellbarkeit der Kante aufgrund
einer zumindest abschnittsweisen Periodizität der Ausformung gewährleistet
ist.
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Weitere
Vorteile und Merkmale ergeben sich aus dem nachfolgend geschilderten
Ausführungsbeispiel
sowie aus den abhängigen
Ansprüchen.
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Nachfolgend
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers
beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt
eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher von vorne.
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2 zeigt
eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Wärmetauschers aus 1,
wobei der Schnitt entlang der Linie B-B aus 1 verläuft.
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3 zeigt
eine Detailvergrößerung des Wärmetauschers
aus 1 in dem dort markierten Bereich A
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4 zeigt
eine Detailvergrößerung eines Wärmetauschers
und
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5 zeigt
eine Detailvergrößerung eines Wärmetauschers.
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Der
erfindungsgemäße Wärmetauscher
gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
besteht aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung. Der Wärmetauscher
ist beispielsweise als Hauptkühler, wie
Kühlmittelkühler, eines
Kraftfahrzeugs ausgelegt. Er umfaßt eine Vielzahl parallel angeordneter,
flacher Rohre 1, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige
wenige im Randbereich des Wärmetauschers
vollständig
dargestellt sind. Jedes der Rohre 1 mündet an jedem seiner beiden
Enden in einen von zwei Sammelbereichen 2, 3,
die jeweils eine Öffnung 2a, 3a für Ein- und
Auslaß eines
Kühlmittels aufweisen.
Zwischen benachbarten Rohren 1 sind zudem gefaltete Bleche 7 eingebracht,
die die für
den Wärmetausch
aktive Oberfläche
vergrößern (siehe 3).
Diese gefalteten Bleche sind als Rippen vorzugsweise mit Kiemen
allgemein bekannt.
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Jedes
der Flachrohre 1 hat an zumindest einem seiner beiden Enden
jeweils eine Auftulpung 1a, in die es endet. Der im wesentlichen
rechteckige, stark gestreckte Querschnitt des Flachrohres wurde dabei
durch einen Umformprozess so aufgeweitet oder reduziert, dass die
resultierende Auftulpung 1a einen rechteckigen Querschnitt
von weniger extremen Seitenverhältnissen
aufweist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Rohr
in einer Dimension aufgeweitet wird und in der anderen Dimension
reduziert wird. Zwischen dem Flachrohr 1 und einem geraden
Endbereich 1b konstanten Querschnitts der Auftulpung 1a existiert
daher ein konischer Abschnitt 1c der Auftulpung, in dem
die Wände der
Auftulpung 1a schräg
verlaufen (siehe 2 und 3). Die
langen Seitenwände
laufen dabei nach außen
auseinander, während
die kurzen Seitenwände
nach innen zusammenlaufen und in Draufsicht eine annähernd dreieckige
Form haben (siehe 3). Die Wandstärke der
Auftulpung beträgt
beispielsweise etwa 0,3 mm bis 0,35 mm.
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Die
Endbereiche der Auftulpungen 1a benachbarter Rohre 1 berühren einander
jeweils mit ihren längeren
Seitenflächen.
Die kurzen Seitenflächen 1d (siehe 2)
der Auftulpungen 1a verschiedener Rohre 1 liegen
daher sämtlich
in einer Ebene. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann dies auch
umgekehrt sein.
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Die
Sammelbereiche 2, 3 sind im Prinzip gleich ausgebildet,
weswegen nachfolgend nur der Sammelbereich 2 beschrieben
wird. Der Sammelbereich 2 besteht im Wesentlichen aus einem
an seinen Stirnenden verschlossenen Profil aus Leichtmetallblech
auf Aluminiumbasis. Die Blechstärke
beträgt etwa
1,5 mm. 2 zeigt den Querschnitt durch
dieses Profil, welches eine offene Seite hat, in die die Auftulpungen 1a eingreifen.
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Entlang
der offenen Seite weist das Profil bzw. der Sammelbereich zwei Ansätze 2b, 2c auf,
die jeweils über
die Länge
des Sammelbereichs verlaufen. Die Auftulpungen 1a sind
mit den Ansätzen 2b, 2c deren
Länge nach
verlötet,
so daß der
Sammelbereich 2 flüssigkeitsdicht
mit den Rohren 1 bzw. ihren Auftulpungen 1a verbunden
ist.
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Die
in 3 gezeigte strichpunktierte Linie 4 deutet
den Verlauf des Ansatzes nach dem Stand der Technik an: Dort war
der Ansatz als eine einfache, gerade Kante des Sammelbereichs 2 ausgeformt, welche
auf den Endbereichen 1b der Auftulpungen 1a aufliegend
verlötet
wurde. Dies kann auch aufgrund der deutlich unterschiedlichen Wandstärken der
Bleche zu linearen Kerbwirkungen führen. Dabei ist zudem zu berücksichtigen,
daß die
dünnen
Auftulpungen sich bei den im Betrieb stattfindenden Druckänderungen
des Kühlmittels
aufweiten. Die Kerbwirkung des Ansatzendes auf die dünne Wandung
der Auftulpung kann dann auf Dauer zu einer Durchbrechung der Wandung
und somit zu Leckagen führen.
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Die
erfindungsgemäße bevorzugte
Ausformung des Ansatzes 2b, 2c ist dagegen nunmehr
gemäß 3 wie
folgt: Eine Anzahl von nebeneinander liegenden Zungen 5 gibt
dem Ansatz 2b ein wellenförmiges Aussehen (durchgezogene
Linie 6). Dabei ist die Dimensionierung der Zungen 5 und
ihrer Abstände
voneinander so gewählt,
daß jeweils
zumindest eine Zunge 5 auf einer der konischen, nach innen
geneigten kurzen Stirnwände
der Auftulpung 1a in ihrem Abschnitt 1c aufliegt.
Wie 2 zeigt, sind die Zungen 5 gegenüber dem
nachfolgenden Profilblech nach außen weggebogen, so daß der Ansatz des
Sammelbereichs 2, 3 an den Übergang von konischem Abschnitt 1c auf
den Endabschnitt 1b der Auftulpungen 1a angepaßt ist.
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Durch
diese Anordnung ist eine verlängerte Abschlußkante des
Sammelbereichs 2b erzielt, so daß sich die genannten Kräfte besser
verteilen. Zudem werden bei einem druckbedingten Ausdehnen der Auftulpungen 1a ein
Teil der Kräfte
durch ein elastisches Verbiegen der Zungen 5 aufgefangen, ohne
daß punktuell
zu große
Kerbwirkungen auftreten. Insgesamt kann somit eine erhebliche Verbesserung
der Leckagesicherheit über
die Lebensdauer erreicht werden, ohne daß die verwendeten Blechstärken der
Flachrohre 1 erhöht
werden müßten.
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Die 4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei welchem die Zungen 10 abgerundet sind
und in dem Bereich der Auftulpung 11 an dem Rohr 12 anliegt.
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Die 5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei welchem die Zungen 15 im Wesentlichen
Rechteckig ausgebildet sind und in dem Bereich der Auftulpung 16 an
dem Rohr 17 anliegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der
Zungen größer als
die Anzahl der Auftulpungen oder Rohre pro Längeneinheit. Dies kann aber
auch bei den Ausführungsvarianten
der Zungen der 3 oder 4 vorteilhaft
sein.