DE102006040847A1 - Collecting box e.g. coolant box, for water exchanger e.g. intercooler, of motor vehicle, has connecting pieces with abutting cross section and connecting cross section, where connecting cross section is larger than abutting cross section - Google Patents

Collecting box e.g. coolant box, for water exchanger e.g. intercooler, of motor vehicle, has connecting pieces with abutting cross section and connecting cross section, where connecting cross section is larger than abutting cross section Download PDF

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Abstract

The box (1) has an opening (2) into which a connecting piece (3) is inserted. The connecting piece has an abutting cross section (3a) and a connecting cross section (3c), where the connecting cross section is larger than the abutting cross section. The connecting cross section decreases continuously in the direction of the abutting cross section. The connecting cross section is formed in the shape of rectangle.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sammelkasten eines Wärmeübertragers in Ganzmetallbauweise nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to a collecting tank of a heat exchanger in all-metal construction according to the preamble of claim 1.

Wärmeübertrager in Ganzmetallbauweise, insbesondere in Ganzaluminiumbauweise sind insbesondere bei Kraftfahrzeugen als Kühlmittelkühler oder Ladeluftkühler bekannt. Durch die DE 195 43 986 A1 sowie die DE 197 22 098 A1 der Anmelderin wurden derartige gelötete Ganzaluminiumwärmeübertrager bekannt, welche vorzugsweise als Kühlmittelkühler für Kraftfahrzeuge einsetzbar sind. Der bekannte Wärmeübertrager besteht aus einem Rohr/Rippen-Block, welcher mit zwei Sammelkästen verbunden ist, welche aus einem gebogenen Aluminiumblech herstellbar sind und mindestens einen Anschlussstutzen aufweisen, über welchen ein Kühlmittel zu- oder abgeführt wird. Die Anschlussstutzen sind zylindrisch ausgebildet, d. h. als Rohrstücke hergestellt und in eine Öffnung des Sammelkastens eingesetzt. Der Anschlussstutzen wird anschließend, zusammen mit dem gesamten Wärmeübertrager bzw. Kühlmittelkühler dicht gelötet. Bedingt durch diese Bauweise ergibt sich ein relativ scharfkantiger Übergang vom Inneren des Sammelkastens in den rohrförmigen Anschlussstutzen, d. h. eine Umlenkung um 90° bei einem relativ geringen Umlenkradius. Eine derartige Strömungsumlenkung ist mit Verlusten infolge Verwirbelungen behaftet und führt für den Wärmeübertrager zu einem erhöhten Gesamtdruckverlust, welcher als zusätzliche Antriebsleistung von dem Förderorgan, z. B. einer Kühlmittelpumpe aufgebracht werden muss.Heat exchangers in Ganzmetallbauweise, especially in Ganzaluminiumbauweise are particularly known in motor vehicles as a coolant radiator or intercooler. By the DE 195 43 986 A1 as well as the DE 197 22 098 A1 The Applicant has disclosed such soldered all-aluminum heat exchangers, which are preferably used as coolant coolers for motor vehicles. The known heat exchanger consists of a tube / rib block, which is connected to two manifolds, which can be produced from a bent aluminum sheet and have at least one connecting piece, via which a coolant is supplied or removed. The connecting pieces are cylindrical, ie manufactured as pipe pieces and inserted into an opening of the collecting tank. The connection piece is then tightly soldered together with the entire heat exchanger or coolant cooler. Due to this design results in a relatively sharp-edged transition from the interior of the header into the tubular connection piece, ie a deflection by 90 ° at a relatively small deflection radius. Such a flow deflection is subject to losses due to turbulence and leads to the heat exchanger to an increased total pressure loss, which as additional drive power from the conveying member, z. B. a coolant pump must be applied.

Ganzaluminiumbauweisen wurden auch für Ladeluftkühler bekannt, z. B. durch die DE 197 22 100 A1 und die DE 198 58 325 A1 der Anmelderin. Derartige Ladeluftkühler sind ähnlich wie die vorgenannten Kühlmittelkühler aufgebaut: sie weisen Luftkästen mit Anschlussstutzen auf, welche von komprimierter Ladeluft für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges durchströmt werden. Die Kühlung der Ladeluft erfolgt durch Umgebungsluft über einen Rohr/Rippen-Block. Die Anschlussstutzen der bekannten Ladeluftkühler sind ähnlich wie bei Kühlmittelkühlem ausgebildet, d. h. sie weisen einen im Wesentlichen zylindrischen, d. h. gleich bleibenden Querschnitt auf, welcher relativ übergangslos in eine Wandung des Luftkastens übergeht. Damit treten auch dort Umlenkverluste auf, welche den Gesamtdruckverlust im Ladeluftkühler erhöhen. Dieser zusätzliche Druckverlust muss vom Kompressor aufgebracht werden und geht als Antriebsleistung der Brennkraftmaschine verloren.All-aluminum constructions have also been known for intercoolers, z. B. by the DE 197 22 100 A1 and the DE 198 58 325 A1 the applicant. Such intercoolers are similar to the aforementioned coolant radiator constructed: they have air boxes with connecting pieces, which are traversed by compressed charge air for an internal combustion engine of a motor vehicle. The charge air is cooled by ambient air via a tube / rib block. The connecting pieces of the known charge air coolers are designed to be similar to coolant coolers, ie they have a substantially cylindrical, ie constant cross-section, which merges relatively smoothly into a wall of the air box. Thus deflection losses occur there as well, which increase the total pressure loss in the intercooler. This additional pressure loss must be applied by the compressor and is lost as drive power of the internal combustion engine.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sammelkasten der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass der Gesamtdruckverlust für den Wärmeübertrager reduziert wird.It Object of the present invention, a collection box of the beginning mentioned type to improve such that the total pressure loss for the heat exchanger is reduced.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Anschlussstutzen einen – bezogen auf die Strömungsrichtung des Strömungsmediums – zu- bzw. abnehmenden Querschnitt aufweist. Dabei ist der Querschnitt des Anschlussstutzens im Bereich seiner Verbindung zum Sammelkasten größer, sodass sich bis zum stirnseitigen freien Ende des Anschlussstutzens ein Übergangsbereich mit abnehmendem Querschnitt ergibt. Durch die Querschnittsvergrößerung ergibt sich örtlich eine Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere im Umlenkbereich zwischen dem Sammelkasten und dem Anschlussstutzen. Daraus resultiert der Vorteil eines geringeren Druckverlustes der Strömung im Wärmeübertrager.These The object is solved by the features of claim 1. According to the invention, it is provided that the connection piece a - related to the flow direction of the flow medium - to or having decreasing cross-section. Here is the cross section of Connecting piece in the area of its connection to the collecting box bigger, so up to the frontal free end of the connecting piece a transition area with decreasing cross section. Due to the cross-sectional enlargement results locally a reduction of the flow velocity, in particular in the deflection between the collecting box and the Spigot. This results in the advantage of a lower Pressure loss of the flow in the heat exchanger.

Vorteilhafterweise erfolgt die Querschnittsveränderung kontinuierlich, d. h, diffusorartig, sodass sich eine relativ verlustarme, ablösungsfreie Strömung mit hohem Druckrückgewinn ergibt.advantageously, the change in cross section occurs continuously, d. h, diffuser-like, so that a relatively low-loss, no separation flow with high pressure recovery results.

Der Querschnitt im Bereich des Sammelkastens wird mit Verbindungsquerschnitt bezeichnet, der Querschnitt des freien Stirnendes des Anschlussstutzens wird mit Anschlussquerschnitt bezeichnet, wobei der Anschlussquerschnitt durch ein kurzes, zylindrisches Rohrstück gebildet wird, auf welchem ein Anschlussschlauch, z. B. für Kühlmittel oder Ladeluft befestigt werden kann. Der Verbindungsquerschnitt ist somit größer als der Anschlussquerschnitt; beide Querschnitte weisen vorzugsweise nicht dieselbe Form auf, vielmehr geht der kreisförmige Anschlussquerschnitt über einen Übergangsbereich vorzugsweise in einen Rechteckquerschnitt oder in einen ovalen Querschnitt über. Die lange Seite des Rechtecks bzw. die lange Seite des Ovals erstreckt sich dabei in Längsrichtung des Sammelkastens, d. h. in die Richtung, wo hinreichender Raum für eine Querschnittsvergrößerung zur Verfügung steht. Der Anschlussstutzen ist vorzugsweise als Tiefziehteil und/oder Druckgussteil herstellbar.Of the Cross-section in the area of the collecting tank is with connecting cross-section referred to, the cross section of the free end face of the connecting piece is referred to as a connection cross section, whereby the connection cross section is formed by a short, cylindrical piece of pipe on which a connection hose, z. For example coolant or charge air can be attached. The connection cross section is thus larger than the connection cross section; both cross sections preferably not the same shape, but the circular connection cross section goes over a transition region preferably in a rectangular cross section or in an oval cross section over. The long side of the rectangle or the long side of the oval extends doing so in the longitudinal direction of the collecting tank, d. H. in the direction where sufficient space for one Cross-sectional enlargement to disposal stands. The connecting piece is preferably as a deep-drawn part and / or Die casting produced.

Der Anschlussstutzen kann zur Vorbereitung der Lötung des gesamten Wärmeübertragers im Sammelkasten fixiert werden. Hierzu sind im Bereich des Verbindungsquerschnittes am Anschlussstutzen Anschlagelemente, vorzugsweise in Form von ausgeprägten Nasen vorgesehen, welche an der Wand des Sammelkastens in Anschlag kommen. Der Sammelkasten kann im Bereich der den Anschlussstutzen aufnehmenden Öffnung einen aufgestellten Rand oder Kragen aufweisen, in welchen der Anschlussstutzen eingesteckt wird und dort fixierbar ist.Of the Connecting piece can be used to prepare the soldering of the entire heat exchanger be fixed in the collecting box. For this purpose, in the area of the connecting cross-section at the connecting piece stop elements, preferably in the form of pronounced lugs provided, which come to the wall of the header into abutment. The collecting box can in the area of the connecting piece receiving opening a have set edge or collar, in which the connecting piece is plugged in and can be fixed there.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigenembodiments The invention are illustrated in the drawing and are explained in more detail below. It demonstrate

1a bis 1d verschiedene Ansichten eines Anschlussstutzens mit rechteckigem Verbindungsquerschnitt, befestigt an einem Sammelkasten und 1a to 1d various views of a connecting piece with rectangular cross-section, attached to a collecting box and

2a bis 2d eine zweite Ausführungsform eines Anschlussstutzens mit einem ovalen Verbindungsquerschnitt. 2a to 2d a second embodiment of a connection piece with an oval connecting cross-section.

1a und 1b zeigen in verschiedenen perspektivischen Darstellungen einen Ausschnitt eines kastenförmigen Sammelkastens 1, welcher ein U-förmiges Profil mit zwei parallel zueinander angeordneten Seiten- bzw. Längswänden 1a, 1b aufweist. In der Seitenwand 1a ist eine rechteckförmig ausgebildete Öffnung 2 angeordnet, in welche ein Anschlussstutzen 3 eingesetzt ist. Das freie stirnseitige Ende des Anschlussstutzens 3 weist einen zylindrischen Abschnitt 3a auf, an welchem beispielsweise ein nicht dargestellter Kühlmittelschlauch oder ein Ladeluftschlauch befestigt werden kann. Der Querschnitt der rechteckförmigen Öffnung 2 entspricht einem rechteckförmigen Verbindungsquerschnitt 3c des Stutzens 3 und ist größer als der Querschnitt des zylindrischen Abschnittes 3a. Zwischen beiden Querschnitten 3c, 3a befindet sich ein kontinuierlicher Übergangsbereich 3b vom rechteckförmigen zum kreisförmigen Querschnitt. 1a and 1b show in various perspective views a section of a box-shaped collecting tank 1 which has a U-shaped profile with two side walls and / or longitudinal walls arranged parallel to one another 1a . 1b having. In the sidewall 1a is a rectangular opening 2 arranged, in which a connecting piece 3 is used. The free frontal end of the connecting piece 3 has a cylindrical section 3a on, for example, at which an unillustrated coolant hose or a charge air hose can be attached. The cross section of the rectangular opening 2 corresponds to a rectangular connecting cross-section 3c of the neck 3 and is larger than the cross section of the cylindrical portion 3a , Between both cross sections 3c . 3a There is a continuous transition area 3b from rectangular to circular cross-section.

1c zeigt eine Ansicht (in etwas vergrößerter Darstellung) auf die Stirnseite des kreiszylindrischen Abschnittes 3a und den im Wesentlichen rechtförmig ausgebildeten Verbindungsquerschnitt 3c. Der Verbindungsquerschnitt 3c des Anschlussstutzens 3 ist deutlich größer als der Anschlussquerschnitt 3a und beträgt etwa das Zwei- bis Dreifache des Anschlussquerschnittes 3a. Auf der Außenseite des Anschlussstutzens 3 sind im Bereich des Verbindungsquerschnittes 3c nach außen vorstehende Nasen 4 angeordnet, welche einen Anschlag beim Einsetzten des Stutzens 3 in die Öffnung 2 bilden. 1c shows a view (in a slightly enlarged view) on the front side of the circular cylindrical portion 3a and the substantially right-shaped connecting cross-section 3c , The connection cross section 3c of the connecting piece 3 is significantly larger than the connection cross-section 3a and is about two to three times the connection cross-section 3a , On the outside of the connecting piece 3 are in the area of the connecting cross-section 3c outwardly protruding noses 4 arranged, which a stop when inserting the nozzle 3 in the opening 2 form.

1d zeigt einen Schnitt entlang der Linie Id-Id in 1c. Der Übergangsbereich 3b zeigt eine kontinuierliche Querschnittsverminderung vom Rechteckquerschnitt 3c zum Kreisquerschnitt des zylindrischen Abschnittes 3a. Der Stutzen 3 endet im Bereich des Rechteckquerschnittes 3c mit einem Bund 5, gegenüber welchem die Nasen 4 nach außen abragen und somit einen Anschlag beim Einsetzen des Stutzens bilden. Der Stutzen 3 wird im Bereich des Bundes 5 mit der Wand 1a des Sammelkastens 1 dicht gelötet. Der Übergangsbereich 3b geht mit einem Absatz 3e in den zylindrischen Abschnitt 3a über, an dessen Stirnende eine Sicke 3d eingerollt ist. Der Stutzen 3 ist als Tiefziehteil separat herstellbar. 1d shows a section along the line Id-Id in 1c , The transition area 3b shows a continuous cross-sectional reduction of the rectangular cross-section 3c to the circular cross-section of the cylindrical section 3a , The stub 3 ends in the area of the rectangular cross-section 3c with a bunch 5 against which the noses 4 protrude outward and thus form a stop when inserting the nozzle. The stub 3 is in the area of the federal government 5 with the wall 1a of the collecting tank 1 soldered tightly. The transition area 3b goes with a paragraph 3e in the cylindrical section 3a over, at the front end a bead 3d is rolled up. The stub 3 is separately manufactured as a deep-drawn part.

Sammelkasten 1 und Stutzen 3 sind aus Aluminiumblech herstellbar, ebenso wie die übrigen Teile des nicht dargestellten Wärmeübertragers, der in einem Arbeitsgang gelötet wird.collection box 1 and neck 3 are made of aluminum sheet, as well as the other parts of the heat exchanger, not shown, which is soldered in one operation.

2a bis 2d zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, nämlich einen modifizierten Anschlussstutzen 6 mit einem kreiszylindrischen Anschlussquerschnitt 6a und einem oval ausgebildeten Verbindungsquerschnitt 6b, welcher an einen Sammelkasten 7 anschließt. Letzterer entspricht in seiner Form dem Sammelkasten 1 gemäß 1a, 1b, wobei im Sammelkasten 7 eine ovale Öffnung 7a, entsprechend dem ovalen Verbindungsquerschnitt 6b angeordnet ist. Der Verbindungsquerschnitt 6b ist größer als der Anschlussquerschnitt 6a und verjüngt sich kontinuierlich über einen Übergangsbereich 6c bis zum kreisförmigen Anschlussquerschnitt 6a. 2a to 2d show a further embodiment of the invention, namely a modified connecting piece 6 with a circular cylindrical connection cross section 6a and an oval shaped connecting cross section 6b , which to a collection box 7 followed. The latter corresponds in form to the collecting box 1 according to 1a . 1b , being in the collecting box 7 an oval opening 7a , according to the oval connection cross-section 6b is arranged. The connection cross section 6b is larger than the connection cross section 6a and gradually tapers over a transition area 6c to the circular connection cross section 6a ,

Die 2c und 2d zeigen – analog zu den 1c und 1d – eine Ansicht auf das Stirnende 6a des Stutzens 6 mit dem ovalen Verbindungsquerschnitt 6b, der auf seinem Umfang Nasen 8 (analog den Nasen 4 im vorherigen Ausführungsbeispiel) aufweist. 2d – ein Schnitt entlang der Linie IId-IId in 2c – zeigt deutlich den kontinuierlichen, diffusorartig ausgebildeten Übergangsbereich 6c zwischen dem größeren ovalen Verbindungsquerschnitt 6b und dem kleineren kreisförmigen Anschlussquerschnitt 6a. Auch hier erstreckt sich die große Achse des Ovals in Längsrichtung des Kastens 7, die kleine Achse in Richtung der Höhe des Kastens 7 – damit können die baulichen Vorgaben des Kastens optimal für die Vergrößerung des Verbindungsquerschnittes des Anschlussstutzens genutzt werden.The 2c and 2d show - analogous to the 1c and 1d - a view of the front end 6a of the neck 6 with the oval connection cross section 6b who noses on his perimeter 8th (analogous to the noses 4 in the previous embodiment). 2d A section along the line IId-IId in 2c Clearly shows the continuous, diffuser-like transition region 6c between the larger oval connecting cross section 6b and the smaller circular connection cross section 6a , Again, the large axis of the oval extends in the longitudinal direction of the box 7 , the small axis towards the height of the box 7 - Thus, the structural requirements of the box can be optimally used for the enlargement of the connecting cross-section of the connection piece.

Die oben beschriebenen Sammelkästen werden vorzugsweise als Kühlmittelkästen für Kühlmittelkühler oder Luftkästen für Ladeluftkühler, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Die Anschlussstutzen sind sowohl als Einlassstutzen als auch als Auslassstutzen verwendbar.The be described above collection boxes preferably as coolant boxes for coolant radiator or air boxes for intercooler, preferably for motor vehicles used. The connecting pieces are both as inlet nozzles as well as outlet nozzle suitable.

Claims (9)

Sammelkasten eines Wärmeübertragers in Ganzmetallbauweise mit mindestens einem Anschlussstutzen (3, 6), wobei der Sammelkasten (1, 7) eine Öffnung (2, 7a) aufweist, in welche der Anschlussstutzen (3, 6) einsetzbar ist, welcher einen Anschlussquerschnitt (3a, 6a) sowie einen Verbindungsquerschnitt (3c, 6b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsquerschnitt (3c, 6b) größer als der Anschlussquerschnitt (3a, 6a) ist.Collecting box of a heat exchanger in all-metal construction with at least one connecting piece ( 3 . 6 ), whereby the collecting box ( 1 . 7 ) an opening ( 2 . 7a ), in which the connecting piece ( 3 . 6 ), which has a connection cross-section ( 3a . 6a ) and a connecting cross section ( 3c . 6b ), characterized in that the connecting cross-section ( 3c . 6b ) larger than the connection cross section ( 3a . 6a ). Sammelkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsquerschnitt (3c, 6b) im Wesentlichen kontinuierlich in Richtung des Anschlussquerschnittes (3a, 6a) abnimmt.Collecting box according to claim 1, characterized in that the connecting cross section ( 3c . 6b ) substantially continuously in the direction of the connection cross-section ( 3a . 6a ) decreases. Sammelkasten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussquerschnitt (3a, 6a) durch einen kurzen, zylindrischen Befestigungsstutzen (3a, 6a) gebildet ist.Collecting box according to claim 1 or 2, characterized in that the connection cross-section ( 3a . 6a ) by a short, cylindrical attachment piece ( 3a . 6a ) is formed. Sammelkasten nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsquerschnitt (3c) im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist.Collecting box according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the connecting cross section ( 3c ) is formed substantially rectangular. Sammelkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsquerschnitt (6b) oval ausgebildet ist.Collecting box according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting cross section ( 6b ) is oval. Sammelkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstutzen (3, 6) einen diffusorartigen Übergangsbereich (3b, 6c) aufweist.Collecting box according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting piece ( 3 . 6 ) a diffuser-like transition region ( 3b . 6c ) having. Sammelkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Anschlussstutzen (3, 6) im Bereich des Verbindungsquerschnittes (3c, 6b) Anschlagelemente (4, 8) angeordnet sind.Collecting box according to one of the preceding claims, characterized in that on the connecting piece ( 3 . 6 ) in the region of the connecting cross section ( 3c . 6b ) Stop elements ( 4 . 8th ) are arranged. Sammelkasten nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagelemente als Nasen (4, 8) aus dem Anschlussstutzen ausgeprägt sind.Collecting box according to claim 7, characterized in that the stop elements as noses ( 4 . 8th ) are pronounced from the connecting piece. Sammelkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sammelkasten (1, 7) sowie Anschlussstutzen (3, 6) aus Aluminiumblech hergestellt und miteinander verlötet sind.Collecting box according to one of the preceding claims, characterized in that collection box ( 1 . 7 ) as well as connecting pieces ( 3 . 6 ) made of aluminum sheet and are soldered together.
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