DE102006057851A1

DE102006057851A1 - Bodenteil für einen Sammelkasten eines Wärmeaustauschers

Info

Publication number: DE102006057851A1
Application number: DE102006057851A
Authority: DE
Inventors: Klaus Kalbacher
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2008-06-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bodenteil für einen Sammelkasten eines Wärmeaustauschers, der mit einem Deckelteil verbindbar ist, wobei der Bodenteil einen Mittelteil aufweist, der Öffnungen zum Aufnehmen einzusteckender Rohre, insbesondere Flachrohre, enthält und mehrere Wölbungen aufweist, die etwa parallel zueinander verlaufen und dem Mittelteil im Querschnitt betrachtet etwa Wellenform verleihen. Dadurch wird eine Steigerung der Festigkeit des Bodenteils, der Verbindungen zwischen diesem und den Rohren und der Rohre erreicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bodenteil für einen Sammelkasten eines Wärmeaustauschers mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist ein Wärmeaustauscher in Gestalt eines Ölkühlers bekannt ( EP 0 526 687 A1 ), bei dem der Bodenteil entweder als Zylinderrohr gestaltet ist oder statt dessen im Querschnitt etwa U-förmig ausgebildet ist und dadurch einen flachebenen Mittelteil aufweist, an den sich beidseitig mittels eines runden Übergangs Randteile zur Befestigung des Deckelteils daran anschließen.
Die Flachrohre sind aus zwei zueinander etwa parallelen Rohrwänden gebildet, die an beiden Seiten durch gebogene Randbereiche einstückig miteinander verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bodenteil für einen Sammelkasten eines Wärmeaustauschers zu schaffen, der hinsichtlich der Belastbarkeit und Festigkeit verbessert ist und eine dünnere Querschnittsgestaltung gestattet und dadurch leichter und kostengünstiger ist.
Die Aufgabe ist bei einem Bodenteil für einen Sammelkasten eines Wärmeaustauschers der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der Mittelteil mehrere Wölbungen aufweist. Diese Gestaltung umfasst quer und/oder längsverlaufende Wölbungen, durch die der Bodenteil, insbesondere dessen Mittelteil, eine gesteigerte Steifigkeit erhält, so dass der Bodenteil im Querschnitt dünner ausgebildet werden kann unter Materialersparnis und damit Kostenersparnis sowie Gewichtsersparnis.
Weitere vorteilhafte Erfindungsmerkmale und Ausgestaltungen des Bodenteils ergeben sich aus den diesbezüglichen Ansprüchen 2-18.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Sammelkasten für einen Wärmeaustauscher, wobei dieser Sammelkasten einen Deckelteil und einen solchen Bodenteil aufweist, der die Merkmale eines oder mehrerer der den Bodenteil betreffenden Ansprüche aufweist.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Wärmeaustauscher mit zumindest einem Sammelkasten, der einen Bodenteil und einen Deckelteil aufweist, und mit Rohren, die in Öffnungen im Bodenteil aufgenommen und druckdicht befestigt sind. Bei einem solchen Wärmeaustauscher weist der Bodenteil und/oder der Sammelkasten die dementsprechenden Merkmale der Erfindung auf. Von besonderem Vorteil ist es hierbei, wenn die Rohre als Flachrohre ausgebildet und vorzugsweise im Rohrinneren durch entsprechende dortige Verstärkungen verstärkt sind. Diese Verstärkungen können im Bereich der Rohrmitte vorgesehen sein und sich dabei z.B. quer von einer Rohrwand zur anderen unter gegenseitiger Abstützung dieser erstrecken. Die Verstärkungen erstrecken sich, in Rohrlängsrichtung betrachtet, mit Vorteil über die gesamte Rohrlänge oder über einen wesentlichen Teil der Rohrlänge. Die Rohre, insbesondere Flachrohre, durchsetzen die schlitzförmigen Öffnungen des Bodenteils und ragen mit ihren zum Inneren des Sammelkastens gerichteten, oberen Enden z.B. über die Wölbungen des Mittelteils hinaus. In Kombination eines Bodenteils gemäß der Erfindung mit vorstehend definierten Flachrohren wird zusätzlich auch hinsichtlich der Rohre eine Verringerung des Materialquerschnitts möglich, so dass auch die Rohre noch dünner, kostengünstiger und leichter ausgeführt werden können. Aufgrund der Innenversteifung der Flachrohre, die hinsichtlich der Gestaltung vielfältig sein kann, können zusätzliche Kräfte bei Druckbeaufschlagung und Temperaturwechselbelastungen der Flachrohre aufgenommen werden. Die Innenversteifungen zusammen mit den beidseitigen steifen Rändern der Flachrohre steigern die Festigkeit dieser und ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der Zug- und Druckspannungen. Aufgrund der Wölbungen des Bodenteils wird die Kräftebeanspruchung eingesetzter Rohre, insbesondere Flachrohre, reduziert. Die Stabilität wird gesteigert. Durch geringere Materialquerschnitte ist sowohl beim Bodenteil als auch bei den Flachrohren eine Materialersparnis und Kostenersparnis möglich mit einhergehender Verringerung des Gewichts, wobei den Anforderungen hinsichtlich der Festigkeit gleichwohl in hohem Maße genügt wird.
Weitere besondere Erfindungsmerkmale und Ausgestaltungen enthalten die Unteransprüche.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich durch Hinweis auf die Ansprüche darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbart zu gelten haben. Dabei sind alle in der vorstehenden und folgenden Beschreibung erwähnten Merkmale sowie auch die allein aus den Zeichnungen entnehmbaren Merkmale weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Bodenteils für einen Sammelkasten eines Wärmeaustauschers sowie von einzelnen in den Bodenteil einzusteckenden Flachrohren,
2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils eines Bodenteils mit darin aufgenommenen Flachrohren gemäß 1 in größerem Maßstab,
3 einen schematischen senkrechten Schnitt des Bodenteils mit Flachrohren entlang der Linie III-III in 2,
4 einen schematischen senkrechten Schnitt des Bodenteils mit Flachrohren entlang der Linie IV-IV in 2.
In den Zeichnungen ist schematisch ein Bodenteil 10 gezeigt, der für einen nicht weiter gezeigten, allgemein bekannten Sammelkasten eines Wärmeaustauschers geeignet ist. Der Wärmeaustauscher ist beispielsweise für Kraftfahrzeuge geeignet. Er kann beispielsweise als Kühler, auch als Ladeluftkühler, dienen oder statt dessen als Kondensator oder als Verdampfer und hierbei z.B. in einen Kältekreislauf eingebunden werden.
Der Bodenteil 10 weist einen Mittelteil 11 auf, an den sich beidseitig damit einstückige Randteile 12 und 13 anschließen, die zur Verbindung des Bodenteils 10 mit dem nicht gezeigten Deckelteil ausgebildet sind. Im Bereich der Randteile 12, 13 ist der nicht gezeigte Deckelteil befestigbar, z.B. durch Umbördeln und/oder Löten, Schweißen od.dgl.
Der Mittelteil 11 enthält Öffnungen 14 zum Aufnehmen einzusteckender Rohre 15 und weist mehrere Wölbungen 16, 17 und 18 auf, die in Längsrichtung des Bodenteils 10 betrachtet etwa parallel zueinander verlaufen und dem Mittelteil 11, im Querschnitt betrachtet, etwa Wellenform verleihen. Diese Wölbungen 16, 17 und 18 sind um jeweilige, in Längsrichtung des Bodenteils 10 verlaufende gedachte Achsen gekrümmt. Wie insbesondere 2 und 3 erkennen lassen, ist der jeweilige Wölbungsquerschnitt beim gezeigten Ausführungsbeispiel etwa V-förmig. Er kann statt dessen aber auch etwa U-förmig oder z.B. etwa kreisbogenabschnittförmig sein. Der Mittelteil 11 kann konkave und/oder konvexe Wölbungen aufweisen. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei konkave Wölbungen 16 und 18 und eine konvexe Wölbung 17 vorgesehen, wobei die konkaven Wölbungen 16 und 18 durch die konvexe Wölbung 17 dazwischen miteinander verbunden sind. Die Wölbungen 16 bis 18 können gleiche Konturen und gleiche Abmessungen aufweisen oder verschieden voneinander sein.
Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind lediglich zwei z.B. konkave Wölbungen 16 und 18 vorgesehen, zwischen denen dann ein ungewölbter ebener Mittelstreifen verlaufen kann. Statt dessen können die Wölbungen 16, 18 auch konvex gestaltet sein. Die beim Ausführungsbeispiel verwirklichten drei Wölbungen 16, 17 und 18 führen zu einer Wellenform des Mittelteils 11, im Querschnitt betrachtet, und schließen einstückig aneinander an. Statt der beiden gezeigten konkaven Wölbungen 16 und 18 und der konvexen, mittleren Wölbung 17 können diese Wölbungen auch umgekehrt gestaltet sein, das heißt die mittlere Wölbung ist konkav während die beiden beidseitig davon vorgesehenen Wölbungen konvex verlaufen.
Die Öffnungen 14 zum Aufnehmen der Rohre 15 sind als Schlitze gestaltet, die sich quer über die Wölbungen 16 bis 18 erstrecken. Die Rohre 15 sind als Flachrohre 19 ausgebildet, wobei diese verstärkt sind, z.B. in der Weise, dass im Inneren 20 jedes Flachrohres 19 Verstärkungen 21 vorgesehen sind, die beispielsweise im Bereich der Mitte der Flachrohre 19 verlaufen und sich in Rohrlängsrichtung im Wesentlichen über die gesamte Rohrlänge oder statt dessen auch nur über einen Teil der Rohrlänge erstrecken können. Diese Verstärkungen 21 erstrecken sich, im Querschnitt betrachtet, quer von einer Rohrwand 22 zur anderen Rohrwand 23 unter gegenseitiger Abstützung dieser beiden Rohrwände 22 und 23. Diese so gestalteten Flachrohre 19 weisen eine besonders große Steifigkeit auf. Aufgrund der inneren Versteifung durch die jeweilige Verstärkung 21 ist im mittleren Bereich ein steifer Bereich gebildet. Die beidseitigen umgebogenen Randbereich 24 und 25, über die die Rohrwände 22 und 23 einstückig verbunden sind, bieten an beiden Außenrändern steife Bereiche, die zusammen mit den Innenversteifungen durch die Verstärkung 21 drei steife Rohrbereiche verwirklichen, wodurch Kräfte bei Druckbeaufschlagung und bei Temperaturwechselbelastung und Zug- und Druckspannungen außerordentlich gut aufgenommen werden. Dies macht es möglich, den Materialquerschnitt zur Bildung der Flachrohre 19 zu reduzieren und so klein wie möglich zu wählen, wodurch Gewicht und Kosten reduziert werden, wobei gleichwohl den Anforderungen an entsprechende Festigkeit der Flachrohre 19 in hohem Maße genügt wird. Auch wenn derart gestaltete Flachrohre 19 von besonderem Vorteil sind, können die Rohre 15 bei einem anderen Ausführungsbeispiel auch anders gestaltet sein.
Die als Schlitze ausgebildeten Öffnungen 14 im Bodenteil 10 sind hinsichtlich der Länge und Breite der Schlitze an die Abmessungen der Flachrohre 19 angepasst. Die schlitzförmigen Öffnungen 14 erstrecken sich quer zum Längsverlauf der Wölbungen 16 bis 18 und in dieser Querrichtung über diese Wölbungen 16 bis 18 hinweg. Aufgrund dieser mindestens zwei Wölbungen 16 bis 18 des Mittelteils 11 ist der Bodenteil 10 versteift. Dies führt dazu, dass die Beanspruchungen der in die Öffnungen 14 des Bodenteils 10 eingesetzten Rohre 15, insbesondere Flachrohre 19, erheblich reduziert sind, verglichen z.B. mit einem flacheben gestalteten Mittelteil 11. Diese Gestaltung des Bodenteils 10 mit den mindestens drei Wölbungen 16 bis 18 und der Flachrohre 19 in beschriebener Weise schafft die Voraussetzungen dafür, den Querschnitt des Bodenteils 10 und der Flachrohre 19 zu reduzieren, wobei gleichwohl die verlangten Festigkeiten für diese gewährleistet sind. Die Querschnittsreduzierung des Bodenteils 10 und der Flachrohre 19 führt zu Gewichts- und Kostenersparnissen.
Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Bodenteil 10 derart gestaltet, dass die Wölbungen 16 bis 18 des Mittelteils 11 auf allen Bereichen oder auf einigen Bereichen, die sich zwischen den in Längsrichtung beabstandet aufeinanderfolgenden Öffnungen 15, insbesondere Schlitzen, erstrecken, entfallen und stattdessen einige dieser Bereiche oder alle Bereiche flacheben sind, oder dass diese Bereiche zwischen den Rohren 15 gekrümmt und hierbei mit Vorzug hochgewölbt sind. Durch diese Gestaltung wird die Steifigkeit des Bodenteils 10, insbesondere seines Mittelteils 11, noch gesteigert.
Die Erfindung ermöglicht die Gestaltung eines nicht gezeigten Sammelkastens für einen Wärmeaustauscher, bei dem der Bodenteil 10 die besonderen erläuterten Merkmale aufweist und mit einem nicht gezeigten Deckelteil zumindest im Bereich der Randteile 12, 13 einschließlich der quer verlaufenden Randteile unmittelbar oder mittelbar durch Schweißen, Löten od.dgl. druckdicht verbunden ist. Der Bodenteil 10 kann gleichermaßen wie der nicht gezeigte Deckelteil aus Aluminium gebildet sein.
Gegenstand der Erfindung ist nicht nur ein vorstehend beschriebener Sammelkasten, sondern ferner ein Wärmeaustauscher mit zumindest einem derartigen Sammelkasten, wobei letzterer einen Bodenteil 10 beschriebener Art und ferner einen Deckelteil aufweist, und wobei im Bodenteil 10, insbesondere dessen Mittelteil 11, in den Öffnungen 14 Rohre 15, insbesondere Flachrohre 19, aufgenommen und druckdicht befestigt sind. Diese mit dem Bodenteil 10 verbundenen Rohre 15 sind mit Vorteil als vorstehend beschriebene Flachrohre 19 gestaltet. Diese Flachrohre 19 durchsetzen die schlitzförmigen Öffnungen 14 des Bodenteils 10 und stehen mit ihren in 2 bis 4 nach oben gerichteten Enden über die Wölbungen 16 bis 18 des Mittelteils 11 hinaus über. Statt dessen können die Flachrohre 19 mit ihren oberen Enden auch mit den Wölbungen 16 bis 18 zumindest im Wesentlichen abschließen. Die Rohre 15, insbesondere Flachrohre 19, sind am Bodenteil 10 mittels Löten, Schweißen, Kleben od.dgl. befestigt.

Claims

Bodenteil für einen Sammelkasten eines Wärmeaustauschers, der mit einem Deckelteil verbindbar ist, wobei der Bodenteil (10) einen Mittelteil (11) aufweist, der Öffnungen (14) zum Aufnehmen einzusteckender Rohre (15) enthält und gewölbt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelteil (11) mehrere Wölbungen (16 bis 18) aufweist.
Bodenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelteil (11) im Querschnitt betrachtet etwa wellenförmig gestaltete Wölbungen (16 bis 18) aufweist.
Bodenteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Wölbungen (16 bis 18) etwa parallel zueinander verlaufen.
Bodenteil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Wölbungen (16 bis 18) um jeweilige längs verlaufende Achsen gekrümmt sind.
Bodenteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Wölbungsquerschnitt etwa V-förmig ist.
Bodenteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Wölbungsquerschnitt etwa U-förmig ist.
Bodenteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Wölbungsquerschnitt etwa kreisbogenabschnittförmig ist.
Bodenteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelteil (11) konkave und/oder konvexe Wölbungen (16 bis 18) aufweist.
Bodenteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelteil (11) zwei benachbarte Wölbungen aufweist, zwischen denen ein ungewölbter ebener Mittelstreifen verläuft.
Bodenteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbungen (16 bis 18) gleiche Konturen und Abmessungen aufweisen.
Bodenteil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass beide Wölbungen (16, 18) etwa konkav sind.
Bodenteil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass beide Wölbungen etwa konvex sind.
Bodenteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelteil (11) zumindest drei aneinander anschließende Wölbungen (16 bis 18) aufweist.
Bodenteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Wölbung (17) etwa konvex und die beidseitig daran anschließenden Wölbungen (16, 18) jeweils etwa konkav sind, oder umgekehrt.
Bodenteil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (14) zum Aufnehmen der Rohre (15) sich quer zum Längsverlauf des Mittelteils (11) und quer über die Wölbungen (16 bis 18) erstrecken.
Bodenteil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (14) zum Aufnehmen der Rohre (15) als quer über die Wölbungen (16 bis 18) verlaufende Schlitze ausgebildet sind.
Bodenteil nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbungen (16 bis 18) des Mittelteils (11) auf allen oder einigen Bereichen, die sich zwischen den in Längsrichtung beabstandet aufeinanderfolgenden Öffnungen (14), insbesondere Schlitzen, erstrecken, entfallen und statt dessen einige dieser Bereiche oder alle Bereiche flacheben oder gekrümmt sind, insbesondere hochgewölbt sind.
Bodenteil nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den die Wölbungen (16 bis 18) aufweisenden Mittelteil (11) beidseitig Randteile (12, 13) anschließen, die zur Verbindung des Bodenteils (10) mit dem Deckelteil ausgebildet sind.
Sammelkasten für einen Wärmeaustauscher, der einen Bodenteil (10) und einen Deckelteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenteil (10) die Merkmale eines oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Sammelkasten nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenteil (10) mit seinen Randteilen (12, 13) unmittelbar oder mittelbar durch Schweißen, Löten od. dgl. druckdicht mit dem Deckelteil verbunden ist.
Sammelkasten nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenteil (10) und/oder der Deckelteil aus Aluminium gebildet sind.
Wärmeaustauscher mit zumindest einem Sammelkasten, der einen Bodenteil (10) und einen Deckelteil aufweist, und mit Rohren (15), die in Öffnungen (14) im Bodenteil (10) aufgenommen und druckdicht befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenteil (10) und/oder der Sammelkasten die Merkmale eines oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (15) als Flachrohre (19) ausgebildet sind.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (15) als verstärkte Rohre (15) ausgebildet sind.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen (21) im Rohrinneren (20) vorgesehen sind.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen (21) im Bereich der Mitte der Rohre (15) vorgesehen sind.
Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen (21) im Querschnitt betrachtet sich quer von einer Rohrwand (22) zur anderen Rohrwand (23) unter gegenseitiger Abstützung dieser erstrecken.
Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen (21) sich in Rohrlängsrichtung über einen wesentlichen Teil der Rohrlänge oder über die gesamte Rohrlänge erstrecken.
Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (15) die Öffnungen (14) des Bodenteils (10) durchsetzen und mit ihren zum Inneren des Sammelkastens gerichteten Enden über die Wölbungen (16 bis 18) des Mittelteils (11) hinaus überstehen.
Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (15) die Öffnungen (14) des Bodenteils (10) durchsetzen und mit ihren zum Inneren des Sammelkastens gerichteten Enden mit den Wölbungen (16 bis 18) im Wesentlichen abschließen.
Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (15) mittels Löten, Schweißen, Kleben od. dgl. druckdicht am Bodenteil (10) befestigt sind.