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Die
Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere
einen Kühlmittelkühler nach dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
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Es
ist bekannt, Wärmeübertrager von Kraftfahrzeugen,
z. B. Kühlmittelkühler, Kältemittelkondensatoren
oder Ladeluftkühler luftseitig hintereinander anzuordnen,
und zwar in einer vormontierten Baugruppe, die auch als Kühlmodul
bezeichnet wird. Das Kühlmodul wird im Fahrzeug im vorderen
Bereich des Motorraumes angeordnet, wo insbesondere, in Luftströmungsrichtung
gesehen, relativ wenig Bauraum zur Verfügung steht. Die
einzelnen Wärmeübertrager müssen daher
so dicht wie möglich hintereinander angeordnet werden – dies
ist jedoch – bedingt durch die unterschiedliche Bauart
der einzelnen Wärmeübertrager nicht immer möglich.
Beispielsweise ergibt sich bei mechanisch gefügten Wärmeübertragern
wie Kühlmittelkühlern ein so genannter Überstand
der Kühlmittelkästen gegenüber den Stirnseiten
des Kühlerblockes, welcher aus Rohren und Rippen aufgebaut
ist. Die Kühlmittelkästen haben somit in Luftströmungsrichtung
gesehen eine größere Tiefe als der Block des Kühlmittelkühlers,
weshalb der Abstand zum benachbarten Wärmeübertrager
durch den Überstand des Kastens gegenüber der
Stirnseite des Blockes bestimmt wird. Dieser Abstand erhöht somit
die Bautiefe eines Kühlmoduls und ist aus thermodynamischen
Gründen nicht erforderlich.
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Mechanisch
gefügte Wärmeübertrager, insbesondere
Kühlmittelkühler wurden durch die
DE 28 52 408 82 , die
DE 28 52 409 C2 oder die
DE 38 41 470 A1 bekannt.
Die bekannten Kühler weisen einen aus Rohren und Rippen
bestehenden Block auf, der mechanisch gefügt oder gelötet
sein kann. Die Rohre dieses Blockes münden jeweils in einen
Sammel- oder Verteilerkasten, auch Kühlmittelkasten genannt, welcher
aus einem metallischen Boden und einem Kunststoffdeckel unter Zwischenlage
einer Dichtung zu einem dichten Behälter gefügt
wird. Der Boden weist einen inneren Bereich auf, in welchem Durchzüge
zur Aufnahme der Rohrenden angeordnet sind, welche durch mechanische
Aufweitung oder eine Lötverbindung mit den Durchzügen
verbunden sein können. Der äußere Bereich
des Bodens weist eine umlaufende Rinne auf, in welche eine elastomere Dichtung
eingelegt ist, welche den Boden gegenüber dem Deckel aus
Kunststoff abdichtet. Die Verbindung zwischen Boden und Deckel ist
beispielhaft in der
DE 28
52 408 B2 dargestellt und wird als so genannte Wellenschlitzbördelung
bezeichnet, weil im Bodenrand Schlitze angeordnet sind und der Bodenrand wellenförmig
verformt wird. In der
DE
38 41 470 A1 ist eine Weiterbildung der Wellenschlitzbördelung
beschrieben, welche durch einen erhöhten Wasserkastenfuß mit
oberen Werkzeugansatzflächen, so genannten Schließbalkonen,
gekennzeichnet ist. An diesen Flächen greifen beim Verbinden
von Deckel und Boden Schließwerkzeuge, z. B. Stempel an
und üben zur Erzeugung einer Vorspannung eine Druckkraft
auf die Dichtung aus. Bei dieser Bauart mit metallischem Rohrboden
und Kunststoffkasten ergibt sich ein Überstand des Kastens
bzw. Rohrbodens gegenüber dem Block einerseits durch die
Breite der Rinne und andererseits durch den Abstand der Rinne gegenüber
dem Block bzw. den Rohren des Blockes, deren Enden in den Durchzügen
des Bodens stecken. Die Durchzüge müssen aus fertigungstechnischen
Gründen einen minimalen Abstand zur Rinne aufweisen.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Wärmeübertrager
der eingangs genannten Art den Bodenüberstand gegenüber
dem Block auf ein minimales Maß zu reduzieren, um somit
eine geringere Bautiefe des Wärmeübertragers in
Luftströmungsrichtung zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Der mit X bezeichnete Überstand setzt sich aus einer Reihe
von Einzelmaßen zusammen, wobei mit x1 der Abstand der
Rinne von der Stirnseite des Blo ckes bzw. der Rohre bezeichnet ist.
x1 ist somit der Spalt zwischen der Stirnseite des Blockes und der
Wand der Rinne. Erfindungsgemäß wird dieses Maß x1
auf einen Wert unter 0,5 mm reduziert, vorzugsweise gilt: 0,1 ≤ x1 ≤ 0,5 mm.
Damit ist der Spalt zwischen dem Block und der Rinne auf ein Minimum
reduziert, sodass ein Fügen der Rohre in den Boden bzw.
dessen Durchzüge noch möglich ist. Damit ergibt
sich ein erster wesentlicher Beitrag zur Reduzierung des Überstandes
und zur Reduzierung der Bautiefe des Wärmeübertragers.
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Nach
einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die umlaufende
Rinne zur Aufnahme der Dichtung von zwei Wänden, einer
inneren mit der Wandstärke x2 und einer äußeren
mit der Wandstärke x3, begrenzt. Die Wandstärke
x3 der äußeren Wand entspricht der Wandstärke
des Blechmaterials für den Boden, während die
Wandstärke x2 der inneren Wand reduziert ist, d. h. x2 < x3. Durch die partielle
Verdünnung der Bodenwandstärke im Bereich der
inneren Rinnenwand ergibt sich eine weitere Reduzierung des Überstandes
X. Vorzugsweise ist die Wandstärke x2 um 0,2 mm gegenüber
der Wandstärke x3 auf der Außenseite reduziert.
Diese Maßnahme trägt auch der Beanspruchung des
Bodenmaterials in diesen beiden Bereichen Rechnung: Die Außenwand mit
der Wandstärke x3 wird aufgrund der Bördelverbindung,
z. B. eine Wellenschlitzbördelung gemäß dem
eingangs genannten Stand der Technik erheblich stärker
beansprucht, insofern ist hier eine größere Wandstärke
erforderlich. Auf dem innen liegenden Bereich der Rinne treten geringere
Beanspruchungen auf, sodass hier eine Reduzierung der Wandstärke
zu Gunsten eines verringerten Überstandes möglich
ist.
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In
das Gesamtmaß des Überstandes X geht auch ein
weiteres Maß x4 ein, welches die lichte Weite der umlaufenden
Rinne betrifft. Gemäß einer bevorzugten Ausführung
ist auch dieses Maß gegenüber dem Stand der Technik
reduziert, was gleichzeitig eine Reduzierung des Dichtungsdurchmessers
und der Breite des Deckelflansches, der von der Rinne aufgenommen
wird, erforderlich macht.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Deckel (auch Kunststoffkasten
oder Wasserkasten genannt) einen umlaufenden Flansch, auch Wasserkastenfuß genannt,
auf, der mit Vorsprüngen, auch Schließbalkone
genannt, versehen ist. Erfindungsgemäß sind diese
Vorsprünge korrespondierend zur Rohrteilung, d. h. des
Abstandes der Rohre zueinander angeordnet. Beispielsweise kommt
auf zwei Rohre ein Vorsprung oder Schließbalkon, wobei
vorzugsweise auf der Innenseite des Wasserkastens jeweils eine Aussparung
für die beiden Rohre vorgesehen ist, wodurch der Full oder Flansch
des Deckels insgesamt schmaler werden kann. Dadurch ist auch eine
Reduzierung des vorgenannten Maßes x4 (lichte Weite der
Rinne) möglich.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung sind
im inneren Bodenbereich so genannte Einführsicken angeordnet,
welche mit ihren Stirnseiten bis in den Bereich der umlaufenden
Rinne auf den Längsseiten des Bodens reichen. Damit wird beim
Einsetzen des Kunststoffkastens in die Rinne des Bodens eine Spreizung
des Kastens erreicht, wenn dieser – bedingt durch den Spritzvorgang – längsseitig
eingefallen ist, d. h. nicht die erforderliche lichte Weite, sondern
eine geringere aufweist. Somit wird der Vorteil erreicht, dass die
Kästen leichter in die umlaufende Rinne eingeführt
werden können. Dafür ist es vorteilhaft, wenn
die Einführsicken etwa in der Mitte der Böden
und sich diametral gegenüberliegend angeordnet sind.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist
der gesamte Überstand X kleiner als 8 mm, vorzugsweise
gleich oder kleiner als 6 mm. Dabei setzt sich das Gesamtmaß X
des Überstandes aus den Einzelmaßen x1, x2, x3,
x4 zusammen, wobei – wie oben ausgeführt – x1
der Abstand der Rinne vom Block, x2 die Wandstärke der
inneren Rinnenwand, x3 die Wandstärke der äußeren
Rinnenwand und x4 die lichte Weite der Rinne ist. Erfindungsgemäß sind
diese Maße – ohne Beeinträchtigung der
Funktion der Verbindung zwischen Boden und Kasten – derart
optimiert, sodass sich eine Reduzierung des Überstandes
X gegenüber dem Stand der Technik von bis zu 3 mm ergibt.
Der Überstand weist somit ein Maß X von ca. 6
mm auf. Damit ist es möglich, insbesondere bei der Anordnung
der Wärmeübertrager in einem Kühlmodul
einen geringeren Abstand zwischen den Stirnflächen benachbarter Wärmeübertrager
zu realisieren und damit einen Gewinn an Bauraum zu erzielen.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im Folgenden näher beschreiben. Es
zeigen
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1 einen
Schnitt durch einen Kühlmittelkasten, bestehend aus Kunststoffdeckel
und metallischem Boden,
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2 eine
perspektivische Darstellung eines Segments des Kunststoffdeckels
gemäß 1,
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3 ein
Segment des Bodens gemäß 1 in einer
perspektivischen Darstellung mit Blick auf die „Luftseite",
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4 ein
Segment des Bodens in perspektivischer Darstellung mit Blick auf
die „Kühlmittelseite", die Durchzüge
und Einführsicken,
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5 einen
Schnitt durch den Boden im Bereich der Bodenrinne und eines Bodendurchzuges und
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6 einen
Ausschnitt des Bodens mit geschlitzten Randleisten.
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1 zeigt
einen Querschnitt durch einen Kühlmittelkasten 1 eines
nicht vollständig dargestellten Kühlmittelkühlers,
welcher zur Kühlung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges
verwendbar ist. Der Kühlmittelkühler 1 ist
vorzugsweise Teil eines nicht dargestellten Kühlmoduls,
welches im vorderen Motorraum eines Kraftfahrzeuges eingebaut werden
kann, und wird von Umgebungsluft durchströmt. Der Kühlmittelkasten 1 besteht
aus einem Kunststoffdeckel 2, der einen etwa U-förmigen Querschnitt
aufweist und mit einem metallischen Boden 3 mechanisch
verbunden ist. Der Boden 3, auch Rohrboden genannt, weist
einen etwa rechteckförmigen Grundriss mit einer umlaufenden
rinnenartigen Vertiefung, im Folgenden Rinne 4 genannt,
auf, in welche eine Rundschnurdichtung 5 eingelegt ist,
deren Durchmesser mit x6 bezeichnet ist. Die Rinne 4, welche
einen U-förmigen Querschnitt aufweist, wird durch eine
innere Wand 4a und eine äußere Wand 4b seitlich
begrenzt. Der Deckel 2 weist einen umlaufenden verdickten
Flansch 6, auch Fuß genannt, auf, welcher auf
der Dichtung 5 aufliegt und in die Rinne 4 eingesetzt
ist. Die Breite des Flansches 6 ist mit x5 gekennzeichnet.
Der Boden 3 weist einen inneren, von der Rinne 4 begrenzten
Bereich 3a auf, in welchen Durchzüge 7 eingeformt
sind, die sich über die gesamte Breite des Bodenbereiches 3a erstrecken und
Flachrohre 8 (nur angedeutet) aufnehmen.
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Die
Flachrohre 8 bilden mit nicht dargestellten Wellrippen
einen ebenfalls nicht dargestellten Block, auch Netz genannt, welcher
sekundärseitig von Luft durchströmt wird. Die
Tiefe des Blockes in Luftströmungsrichtung entspricht etwa
der Tiefe des Flachrohres 8. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Flachrohre 8 mit den Wellrippen und die Enden
der Flachrohre 8 mit den Durchzügen 7 des Bodens 3 verlötet.
Der Boden 3 weist in seinem inneren Bereich 3a ferner
eingeformte Sicken 9 zur Versteifung auf. Der gesamte Boden 3 wird
aus einem Blechmaterial, vorzugsweise einem Aluminiumblech durch
spanlose Umformung hergestellt.
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2 zeigt
ein Segment des Deckels
2, der als Kunststoffspritzteil
hergestellt wird. Auf der Außenseite des Deckels
2 und
oberhalb des Flansches
6 sind Vorsprünge
10,
so genannte Schließbalkone, angeordnet, an welchen nicht
dargestellte Schließwerkzeuge bei der Verbindung von Boden
3 und
Deckel
2 angreifen. Ein entsprechendes Schließverfahren
ist in dem eingangs genannten Stand der Technik (
DE 38 41 470 A1 der Anmelderin)
beschrieben. Abweichend gegenüber dem Stand der Technik
sind auf der Innenseite des Deckels
2 Aussparungen
11 eingeformt,
in welche die hier nicht dargestellten Flachrohre
8 mit
ihren Schmalseiten eingreifen. Die Aussparungen
11 sind
somit im Abstand der Rohrteilung angeordnet. Durch die Aussparungen
11 kann
die Breite des Kühlmittelkastens
1 reduziert werden.
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3 zeigt
ein Segment des Bodens 3 in einer Ansicht von der Seite
des nicht dargestellten Blockes, d. h. mit Blick auf die so genannte
Luftseite des Bodens 3. Man erkennt die quer zum Boden 3 verlaufenden
Versteifungssicken 9, welche zwischen den Durchzügen 7 angeordnet
sind, wobei die Durchzüge eine Einführschräge 7a aufweisen.
Die hier nicht dargestellten Rohre 8 werden also von der
Luftseite her in die Durchzüge 7 des Bodens 3 eingeführt.
Im mittleren Bereich des Bodensegmentes 3 sind zwei Einführsicken 12 eingeformt,
welche bis an die Rinne 4 heranreichen und hier als Vertiefungen
erscheinen.
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4 zeigt
das Bodensegment gemäß 3 um 180° gedreht,
d. h. mit Blick auf die „Kühlmittelseite" des
Bodens 3. Man erkennt, dass die Durchzüge 7 zur
Kühlmittelseite hin (in der Zeichnung nach oben) aus dem
Bo denbereich 3a ausgeformt sind. Im mittleren Bereich (in
Längsrichtung des Bodens 3 betrachtet) sind die
beiden Einführsicken 12, hier erhaben ausgeformt,
erkennbar. Die beiden Einführsicken 12 reichen
bis an die innere Wand 4a der Rinne 4 und haben
die Funktion, den Deckel 2 bzw. dessen Flansch 6 beim
Einsetzen in die Rinne 4 aufzuweiten oder zu spreizen.
Bedingt durch den Spritzvorgang beim Herstellen des Deckels 2 kann
es vorkommen, dass die lichte Weite des Deckels 2 reduziert
ist, der Deckel 2 ist „eingefallen". Damit bei der
Montage d. h. beim Schließvorgang von Deckel 2 und
Boden 3 kein Klemmen auftritt, wird durch die beiden Einführsicken 12 das
Einführen des Deckels 2 in die Rinne 4 erleichtert.
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5 zeigt
einen Querschnitt durch den Boden 3 im Bereich der Rinne 4 und
des Durchzuges 7. Das Flachrohr 8 weist ein Rohrende 8a auf,
welches von dem Durchzug 7 aufgenommen und stoffschlüssig
mit dem Durchzug 7 verbunden ist. Die Rinne 4 wird
durch die innere Wand 4a mit der Wandstärke x2 und
die äußere Wand 4b mit der Wandstärke
x3 begrenzt, wobei zwischen der Wand 4a und der Wand 4b eine
lichte Weite mit dem Maß x4 belassen ist. Zwischen dem
Rohr 8 und der inneren Wand 4a ist ein Spalt 13 belassen,
der mit dem Maß x1 gekennzeichnet ist. Die Summe der Maße
x1, x2, x3, x4 ergibt das Gesamtmaß X, welches den so genannten Überstand
des Kühlmittelkastens 1 bzw. des Bodens 3 gegenüber
dem Block des Kühlmittelkühlers kennzeichnet,
wobei für die Stirnseite des Blockes hier das Rohr 8 repräsentativ
ist. Die hier geschnittene Schmalseite des Flachrohres 8 liegt
in der Stirnfläche des Blockes. Erfindungsgemäß sind
die dargestellten Maße x1 bis x4 in der Weise optimiert,
d. h. im Wesentlichen verkleinert, dass das Gesamtmaß X,
also der Überstand möglichst klein wird. Das Maß x1
für den Spalt 13 ist gegenüber dem Stand
der Technik reduziert und weist einen Bereich von 0,1 bis 0,5 mm auf.
Das Maß x4, d. h. die lichte Weite der Rinne 4, wurde
gegenüber dem Stand der Technik um 0,5 mm reduziert. Die
Wandstärke x2 der inneren Wand 4a wurde gegenüber
der Wandstärke x3 der äußeren Wand 4b
um 0,1 bis 0,3 mm reduziert, d. h. x2 ≈ x3 – 0,2.
Die Wandstärke x3 der äußeren Wand 4b entspricht
der Wandstärke des Blechmaterials für den Boden 3,
während die innere Wand 4a somit eine geringere,
im Durchschnitt 0,2 mm geringere Wandstärke aufweist, was
bei der Herstellung des Bodens 3 beispielsweise durch Strecken
des Materials erreicht werden kann. Durch die Reduzierung der lichten
Weite x4 ist auch eine Reduzierung der Maße x5 für
den Flansch 6 und x6 für den Durchmesser der Dichtung 5 erforderlich.
Die Reduzierung des Flanschmaßes x5 war auch infolge der
Anordnung der Aussparungen 11 auf der Innenseite des Deckels 2 möglich.
Somit sind die Maße x1, x2, x4 gegenüber dem Stand der
Technik reduziert, woraus sich insgesamt eine Reduzierung für
den Überstand X ergibt – aufgrund der erfindungsgemäßen
Maßnahmen konnte der Überstand X auf ca. 6 mm
reduziert werden. Der Kühlmittelkühler 1 weist
somit einen beidseitigen Bodenüberstand von insgesamt ca.
12 mm auf.
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6 zeigt
eine weitere Darstellung eines Ausschnittes des Bodens 3 mit
einer umlaufenden Randleiste 13, welche der äußeren
Wand 4b der Rinne 4 in den vorangegangenen Figuren
entspricht. Aus der Randleiste 13 sind Langlöcher
oder Schlitze 14 ausgestanzt, damit der Boden 3 durch
eine so genannte Wellenschlitzbördelung – wie
sie in dem eingangs genannten Stand der Technik beschrieben ist – mit
dem Flansch 4 des Deckels 2 verbunden werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 285240882 [0003]
- - DE 2852409 C2 [0003]
- - DE 3841470 A1 [0003, 0003, 0020]
- - DE 2852408 B2 [0003]