DE102006058386A1 - Sammelkasten eines Wärmeübertragers - Google Patents

Sammelkasten eines Wärmeübertragers Download PDF

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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/0246Arrangements for connecting header boxes with flow lines

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sammelkasten (4) eines Wärmeübertragers mit mindestens einem Anschlussstutzen (3). DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass der Stutzen (3) über eine Bajonettverbindung mit dem Sammelkasten (4) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Sammelkasten eines Wärmeübertragers mit mindestens einem Stutzen.
  • Sammelkästen, auch Verteilerkästen oder Endkammern genannt, sind Teile von Wärmeübertragern, in welchen ein Wärmetauschmedium gesammelt oder verteilt wird. Ein Wärmeübertrager weist mindestens einen Sammelkasten auf, in welchen eine Vielzahl von Rohren mündet, welche das Wärmetauschmedium führen. Ein Sammelkasten kann einstückig als geschlossener Kasten ausgebildet oder aus zwei Teilen, nämlich einem Deckel und einem Rohrboden zusammengesetzt sein. Bei einer zweiteiligen Bauweise ist der Deckel bzw. Sammelkasten häufig als Kunststoffspritzteil ausgebildet, an welches auch Stutzen, z. B. Eintritts- oder Austrittsstutzen angeformt sind. Der Kunststoffkasten wird über eine Dichtung mechanisch mit einem metallischen Rohrboden verbunden. Bei Ganzmetallbauweisen bestehen Rohrboden und Deckel aus Blechteilen, welche miteinander verlötet werden. Die am Sammelkasten angeordneten Stutzen sind dabei entweder einteilig ausgeformt, was jedoch nur bedingt möglich ist, oder als separates Teil hergestellt und in den Sammelkasten eingelötet. Die Anbringung eines Stutzens an einem Sammelkasten ist in jedem Falle – sei es bei einer Herstellung aus Kunststoff, sei es bei einer Herstellung aus Blech – mit einem erhöhten Aufwand werkzeugtechnischer oder fertigungstechnischer Art verbunden.
  • Ferner sind Wärmetauscher mit einem Rippen-Rohr-Block bekannt. Derartige Wärmetauscher können insbesondere mechanisch gefertigt sein. Insbesondere sind die Rippen und Rohre durch Löten verbunden. Die Wärmetauscher weisen insbesondere Kanäle auf, die aus Rohren und/oder Rohrsegmenten oder durch übereinander gestapelte Scheiben gebildet sind.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sammelkasten mit einem Stutzen für einen Wärmeübertrager zu schaffen, welcher zu geringeren Kosten herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist der Stutzen als separates Teil herstellbar und mittels eines Bajonettverschlusses mit dem Sammelkasten verbunden. Sammelkasten und Stutzen sind derart aneinander angepasst, dass der Stutzen mit einem Stirnende in eine Öffnung im Sammelkasten gesteckt, verdreht und abschließend verriegelt wird, wobei gleichzeitig die erforderliche Abdichtung zwischen Stutzen und Sammelkasten erreicht wird. Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Bauart ist, dass beide Teile, der Sammelkasten und der Stutzen zu geringeren Kosten herstellbar und montierbar sind. Darüber hinaus ergeben sich mehr Variationsmöglichkeiten, da beispielsweise für denselben Sammelkasten eine Vielzahl von unterschiedlichen Stutzen verwendbar ist. Andererseits können für einen bestimmten Stutzentyp mehrer Typen von Sammelkästen verwendet werden. Der Sammelkasten kann aus Blech oder aus Kunststoff herstellbar sein; ebenso kann bei der erfindungsgemäßen Verbundbauweise der Stutzen als Kunststoffteil gespritzt oder als Blechteil ausgebildet sein.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Stutzen stirnseitig ein Anschlussteil und der Sammelkasten einen entsprechenden Anschlussansatz auf, wobei beide Teile die Bajonettverbindung bilden. Am Anschlussteil ist ein Führungsbereich in Form eines äußeren Hohlzylinders angeordnet, welcher über einen kragenförmigen Ansatz am Sammelkasten geschoben wird – damit wird eine Positionierung und Zentrierung des Stutzens gegenüber dem Sammelkasten erreicht; gleichzeitig erfolgt vorzugsweise durch O-Ringe eine Abdichtung des Stutzens gegenüber dem Sammelkas ten. Innerhalb des Führungsbereiches weist der Stutzen ein Verriegelungsteil mit radial abstehenden Verriegelungselementen in Form von Rastnasen auf, welche eine am Sammelkasten angeordnete Stirnfläche hintergreifen und dort verspannt sowie verriegelt werden. Damit sitzt der Stutzen fest und dicht auf dem Sammelkasten. Die Montage erfolgt praktisch durch einen Handgriff.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Stutzen als Schlauchanschlussstutzen ausgebildet sein, d. h. insbesondere für einen Kraftfahrzeugkühler verwendet werden. Der Kühlmittelschlauch wird über den Stutzen geschoben, mit bekannten Mitteln befestigt und abgedichtet. Möglich ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auch, den Stutzen mit Halte- und Verriegelungsmitteln, z. B. einer umlaufenden Ringnut zu versehen, so dass eine Schnellkupplung für eine Anschlussleitung am Stutzen montiert werden kann. Darüber hinaus ist es auch möglich, nicht nur Schläuche, insbesondere zur Entleerung, und Leitungen, sondern beispielsweise auch Zusatzwärmeübertrager mittels eines oder mehrerer erfindungsgemäßer Stutzen am Sammelkasten bzw. dem Wärmeübertrager zu befestigen. Der Stutzen dient dann auch als Haltemittel.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
  • 1 eine 3-D-Ansicht eines Stutzens auf einem teilweise dargestellten Sammelkasten,
  • 2 einen Längsschnitt durch einen an einem Sammelkasten montierten Stutzen,
  • 3 eine Stirnansicht des Stutzens im Anschlussbereich,
  • 4 eine 3-D-Ansicht des Stutzens,
  • 5 eine Anschlussöffnung für den Stutzen im Sammelkasten,
  • 6 einen Längsschnitt durch den Stutzen in verriegelter Position,
  • 7 einen Längsschnitt durch den Stutzen mit zusätzlichem Federring und
  • 8 einen Längsschnitt durch einen abgewandelten Stutzen für eine Schnellkupplung.
  • 1 zeigt einen Ausschnitt eines Wärmeübertragers mit einem teilweise dargestellten Sammelkasten 1, auf dessen Oberseite ein Anschlussstutzen 2 angeordnet ist. Der nicht dargestellte Wärmeübertrager kann ein Kühlmittelkühler eines Kraftfahrzeuges sein. Dabei ist der Sammelkasten 1 auf einen nicht dargestellten Rohr/Rippenblock aufgesetzt und kommuniziert mit dessen mit den Rohren. Der Anschlussstutzen 2 kann somit als Kühlmitteleintritts- oder Austrittsstutzen fungieren.
  • 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Stutzen 3, der mit einem Sammelkasten 4 mechanisch, d. h. durch eine hier nicht dargestellte Bajonettverbindung verbunden ist. Der Stutzen 3 ist vorzugsweise aus einem spritz- oder gießfähigen Werkstoff hergestellt und beispielsweise als Kunststoffspritzteil ausgebildet. Der Stutzen 3 weist einen Schaft 3a auf, auf welchem ein Ende eines Kühlmittelschlauches 5 befestigt ist. Auf der dem Schaft 3a abgewandten Seite weist der Stutzen 3 ein Anschlussteil 3b auf, welches einen äußeren Hohlzylinder 3c und einen inneren hohlzylindrischen Ansatz 3d aufweist. Innerer und äußerer Hohlzylinder 3c, 3d bilden einen Ringraum 6. Der Sammelkasten 4 ist vorzugsweise als Blechteil ausgebildet und weist auf seiner Oberseite einen kragenförmig ausgeformten Anschlussansatz 7 auf, welcher aus einem zylindrischen Wandteil 7a und einer ringförmigen Stirnfläche 7b besteht. Die zylindrische Wandfläche 7a dient als Zentrierung und Führung gegenüber dem äußeren Hohlzylinder 3c. Im stirnseitigen Bereich des Hohlzylinders 3c ist ein O-Ring 8 angeordnet, welcher als Dichtorgan zwischen Sammelbehälter 4 und Stutzen 3 fungiert.
  • 3 zeigt den Stutzen 3 mit einer Ansicht auf dessen Stirnseite mit dem äußeren Hohlzylinder 3c und dem inneren Hohlzylinderansatz 3d, welcher zwei sich diametral gegenüber liegende, als Rastnasen 3e, 3f ausgebildete Verriegelungselemente aufweist. Eine Kreisringfläche 3g bildet den Dichtsitz für den O-Ring 8 (vgl. 2).
  • 4 zeigt den Stutzen 3 in einer 3-D-Ansicht.
  • 5 zeigt den kragenförmigen Anschlussansatz 7 (vgl. 2) als Ausschnitt einer 3-D-Ansicht. Die kreisringförmige Stirnfläche 7b (vgl. 2) ist durch zwei Ausschnitte 7c, 7d unterbrochen, welche in ihrem Querschnitt dem der Rastnasen 3e, 3f (vgl. 3) entsprechen. Der kragenförmige Ansatz 7 weist zusätzlich eine Innenfläche 7d mit einer Rast- bzw. Verriegelungskontur 7f auf. Bei der Montage des Stutzens 3 wird dieser mit seinen Rastnasen 3e, 3f durch die Aussparungen 7c, 7d gesteckt und anschließend im Uhrzeigersinn verdreht, bis die Rastnasen 3e, 3f in der Verriegelungskontur 7f eingerastet sind.
  • 6 zeigt den Stutzen 3 in einem weiteren Axialschnitt, allerdings derart verdreht, dass die Rastnasen 3e, 3f geschnitten werden. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass die Rastnasen 3e, 3f den Stutzen 3 in axialer Richtung verriegeln – die Verriegelung in Umfangsrichtung erfolgt – wie erwähnt – durch die Rastkontur 7f (vgl. 5).
  • 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der Einfachheit halber für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Als erste Alternative ist zusätzlich zu dem axial gepressten O-Ring 8 ein weiter O-Ring 9 vorgesehen, welcher als Radialdichtring eingesetzt ist. Darüber hinaus ist oberhalb der ringförmigen Stirnfläche 7b des Kragens 7 ein Federring 10 eingesetzt, der ein Verdrehen verhindern und ein etwaiges axiales Spiel ausgleichen soll.
  • 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem abgewandelten Stutzen 11, welcher hinsichtlich seines Anschlussteiles für eine nicht dargestellte Schnellkupplung ausgebildet ist: hierfür weist der Schaft 11a eine äußere konische Fläche 11b und eine Ringnut 11c auf, welche eine Verriegelung mit der Schnellkupplung erlaubt. Aus dieser Abwandlung des Stutzens wird deutlich, dass durch die separate Herstellung des Stutzens Anpassungen an verschiedene Anschlussverhältnisse möglich sind. Dies gilt insbesondere bei einer Ausführung des Stutzens als Kunststoffspritzteil in Verbindung mit einem Sammelkasten, welcher als Blechteil hergestellt ist.
  • Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, dass der Stutzen auch als metallisches Fließpress-, Guss- oder Spritzgussteil hergestellt werden kann. Ebenso kann der Sammelkasten aus Kunststoff oder einem gieß- oder spritzgussfähigen Metall hergestellt werden.
  • In einer nicht dargestellten Ausführung weißt der Sammelkasten zumindest einen angeschweißten Boden auf.
  • In einer anderen nicht dargestellten Ausführung ist der Wärmetauscher als Stapelscheibenwärmetauscher ausgebildet. Eine Anzahl von Scheiben ist übereinander gestapelt. Zwischen benachbarten Scheiben sind Strömungskanäle ausgebildet. Der Stapelscheibenwärmetauscher weist Rohre, insbesondere mit einem Gewinde und/oder Entleerungselementen auf. Der Wärmetauscher weist zumindest eine Plattenabdeckung auf, die zumindest eine Bajonettverbindung aufweist.

Claims (20)

  1. Sammelkasten (4), insbesondere für einen Wärmeübertrager, mit mindestens einem Anschlussstutzen (3, 11), dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (3, 11) über eine Bajonettverbindung mit dem Sammelkasten (4) verbunden ist.
  2. Sammelkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem gieß- oder spritzfähigen Werkstoff, insbesondere Kunststoff herstellbar ist.
  3. Sammelkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Blech herstellbar ist, insbesondere durch ein Fließpressverfahren.
  4. Sammelkasten nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (3, 11) aus einem gieß- oder spritzfähigen Werkstoff, insbesondere Kunststoff herstellbar ist.
  5. Sammelkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (3, 11) und der Sammelkasten (4) durch ein Dichtmittel (8, 9) abdichtbar sind.
  6. Sammelkasten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel als mindestens ein O-Ring (8, 9) ausgebildet ist.
  7. Sammelkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (3) einen Anschlussteil (3b) aufweist, welches mit einem Anschlussansatz (7) am Sammelkasten (4) die Bajonettverbindung bildet.
  8. Sammelkasten nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussteil (3b) einen Führungsbereich (3c) und einen Verriegelungsbereich (3d) aufweist.
  9. Sammelkasten nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsbereich als äußerer Hohlzylinder (3c) ausgebildet ist.
  10. Sammelkasten nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Führungsbereich (3c) ein Dichtbereich (3g) angeordnet ist.
  11. Sammelkasten nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsbereich einen inneren, koaxialen Hohlzylinderansatz (3d) mit mindestens einem sich radial erstreckenden Verriegelungselement (3e, 3f) aufweist.
  12. Sammelkasten nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussansatz (7) als Kragen (7a) ausgebildet ist, welcher eine ringförmige Stirnfläche (7b) mit mindestens einer Aussparung (7c, 7d) zum Durchstecken des mindestens einen Verriegelungselementes (3e, 3f) aufweist.
  13. Sammelkasten nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungselemente (3e, 3f) gegen den Kragen (7a, 7b) verspannbar sind.
  14. Sammelkasten nach Anspruch 5, 6, 9, 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine O-Ring (9) im Bereich zwischen äußerem und innerem Hohlzylinder (3c, 3d) angeordnet ist.
  15. Sammelkasten nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ringförmigen Stirnfläche (7b) und dem Stutzen (3) ein Federring (10) angeordnet ist.
  16. Sammelkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (3) als Schlauchanschlussstutzen ausgebildet ist.
  17. Sammelkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (11) Halte- und Verriegelungsmittel (11b, 11c) für eine Schnellkupplung aufweist.
  18. Sammelkasten nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager als Kühlmittelkühlers eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist.
  19. Sammelkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager ein Stapelscheibenwärmeübertrager ist.
  20. Sammelkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkasten mindestens ein Entleerungselement aufweist.
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DE102008058808A1 (de) * 2008-11-24 2010-05-27 Behr Gmbh & Co. Kg Wärmeübertragerbaugruppe
CN103620180A (zh) * 2011-05-31 2014-03-05 贝洱两合公司 热交换器
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