DE102009009807A1

DE102009009807A1 - Mechanische Verbindung zwischen einem Rohrboden und einem Sammelkasten eines Wärmeübertragers

Info

Publication number: DE102009009807A1
Application number: DE200910009807
Authority: DE
Inventors: Franco Ghiani
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2010-08-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mechanische Verbindung zwischen einem Rohrboden (4) und einem Sammelkasten (7) eines Wärmeübertragers, wobei der Rohrboden (4) einen aufgestellten Randbereich (4a) mit verformbaren und nicht verformbaren Teilbereichen (6a, 6b) und der Sammelkasten (7) einen von den verformbaren Teilbereichen (6a, 6b) hintergriffenen Flansch (8) aufweisen. Es wird vorgeschlagen, dass der aufgestellte Randbereich (4a) oberhalb der verformbaren Randbereiche (6a, 6b) eine durchgehende, gerade Randleiste (4b) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine mechanische Verbindung zwischen einem Rohrboden und einem Sammelkasten eines Wärmeübertragers nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie einen Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 11.
Wärmeübertrager, insbesondere solche für Kraftfahrzeuge, umfassen im Allgemeinen einen Rohre und Rippen aufweisenden Block, wobei die Rohrenden in Öffnungen von Rohrböden aufgenommen sind. Die Rohrböden bestehen aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem Aluminiumwerkstoff, und sind mit einem Sammelkasten, insbesondere mit einem Kunststoffkasten mechanisch verbunden. Die Abdichtung zwischen Sammelkasten und Rohrboden erfolgt in der Regel durch eine Gummidichtung, welche durch eine Klemm- oder Bördelverbindung zwischen Sammelkasten und Rohrboden zusammengedrückt wird. Die mechanische Verbindung zwischen Rohrboden und Sammelkasten unterliegt einer wechselnden Beanspruchung infolge Innendrucks, z. B. dem Druck eines den Wärmeübertrager durchströmenden Kühlmittels eines Kühlkreislaufes oder der Ladeluft eines Ladeluftkreislaufes eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug. Bei längerer und höherer Beanspruchung besteht die Gefahr, dass die mechanische Verbindung undicht wird, weil beispielsweise die Wände des Sammel kastens unter der Wirkung des Innendruckes nach außen ausweichen und die Klemmverbindung verformen.
Durch die DE 28 52 408 A1 der Anmelderin wurde eine als Klemmverbindung bezeichnete mechanische Verbindung zwischen einem Kunststoffsammelkasten und einem metallischen Rohrboden eines Wärmeübertragers für Kraftfahrzeuge bekannt. Der Rohrboden weist eine umlaufende Nut und einen äußeren aufgestellten Randbereich auf, in welchem, in Längsrichtung verteilt, Längsschlitze angeordnet sind. Die Randbereiche des Rohrbodens oberhalb der Längsschlitze werden zur Erzielung der Klemmverbindung und einer Dichtwirkung zwischen Sammelkasten und Rohrboden über den niedergedrückten Flansch des Sammelkastens geschoben. Bei höheren Sammelkästen und stärkeren Innendruckbelastungen besteht die Gefahr, dass der Flansch, insbesondere an den Längsseiten des Rohrbodens nach außen ausweicht und damit den Randbereich des Rohrbodens nach außen verformt, sodass die Dichtwirkung nicht mehr gegeben ist.
Durch die DE 43 38 055 A1 der Anmelderin wurde eine ähnliche mechanische Verbindung für einen Wärmeübertrager, insbesondere für einen Kühlmittelkühler eines Kraftfahrzeuges bekannt. Die Verbindung des Sammelkastens mit dem Rohrboden und die Pressung der Dichtung wird durch eine Bördelverbindung bewirkt, wobei verformbare Randbereiche des Rohrbodens über den Flansch des Sammelkastens gedrückt werden. Der aufgestellte Randbereich des Rohrbodens ist zwischen den verformten Bereichen durch Haken gehalten, die am Sammelkasten angespritzt sind. Damit soll eine Versteifung des Randbereiches des Rohrbodens erreicht werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mechanische Verbindung der eingangs genannten Art hinsichtlich ihrer Dichtwirkung und Steifigkeit, insbesondere im Hinblick auf steigende Belastungen zu verbessern. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeübertrager in Bezug auf seine Sammelkasten/Rohrboden-Verbindung zu verbessern.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der aufgestellte Randbereich des Rohrbodens oberhalb der verformbaren Randbereiche eine durchgehende gerade Randleiste aufweist. Damit wird eine höhere Steifigkeit und Festigkeit des Randbereiches erzielt. Insbesondere wird das Widerstandsmoment des aufgestellten Randbereiches erhöht, sodass auch Durchbiegungen des Rohrbodens infolge Innendruck entgegengewirkt und damit eine gleichmäßige Anpressung der Dichtung erhalten bleibt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform bilden die verformbaren Randbereiche, welche einen Formschluss mit dem Flansch des Sammelkastens bilden, Nischen oder Fenster, welche unterhalb der durchgehenden Randleiste angeordnet sind. Die Nischen werden dabei durch wellen- oder bogenförmige Bereiche gebildet, welche hochkant auf dem Flansch angeordnet sind. Die Fenster werden durch etwa rechtwinklig ausgestellte Lappen gebildet, welche ebenfalls hochkant auf dem Flansch stehen. Der Randbereich ist somit im Bereich der Fenster unterbrochen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Flansch des Sammelkastens eine durchgehende Flanschleiste auf, an welcher die Randleiste des Rohrbodens zur Anlage kommt. Bevorzugt weist die Flanschleiste eine abgesetzte Anschlagleiste auf, an welcher die Oberkante der Randleiste zum Anschlag kommt. Damit ist für die Randleiste des Rohrbodens ein Anschlag in zwei zu einander senkrecht verlaufenden Richtungen gegeben, und es wird ein glatter Abschluss zwischen Rohrboden und Sammelkasten erreicht.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Rohrboden etwa rechteckförmig ausgebildet, d. h. er weist abgerundete Ecken auf, welche sich aus umformtechnischen Gründen ergeben. Im Bereich dieser Ecken sind die Randbereiche einschließlich der Randleisten ausgeklinkt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind in den Randbereich zwischen den Nischen oder Fenstern Versteifungssicken eingeformt. Dadurch wird eine weitere Versteifung des Randbereiches gegen Biegebeanspruchung erreicht.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind am Sammelkasten angespritzte Haken angeordnet, welche den Randbereich zwischen sich und dem Flansch des Sammelkastens einschließen. Damit wird ein Ausweichen des Randbereiches des Rohrbodens vermieden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die ausgestellten Lappen Rastnasen auf, welche in bogenförmig gekrümmte Fügungsnuten im Flansch des Sammelkastens eingreifen. Aufgrund der etwa viertelkreisförmig verlaufenden Führungsnuten können die Lappen aus ihrer Ausgangsstellung um 90° in ihre Verriegelungsstellung verschwenkt werden, wobei die Rastnasen in den Führungsnuten gleiten. Durch die Rastnasen wird verhindert, dass der Randbereich des Rohrbodens nach außen ausweicht und die Klemmverbindung undicht wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschreiben, wobei sich aus der Zeichnung und/oder der Beschreibung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
1 eine Verbindung zwischen Rohrboden und Sammelkasten in 3-D-Darstellung,
2 einen Rohrboden in 3-D-Darstellung,
3 einen Sammelkasten in 3-D-Darstellung,
4a, 4b einen Rohrboden mit Versteifungssicken,
5 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer Verbindung zwischen Rohrboden und Sammelkasten,
6 eine zweite Ausführungsform einer Verbindung zwischen Rohrboden und Sammelkasten mit Haken,
7 einen Rohrboden wie in 2, jedoch mit Rastnasen und
8 eine Verbindung wie in 6, jedoch mit Rastnasen.
1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine mechanische Verbindung zwischen einem teilweise dargestellten Rohrboden 1 eines Wärmeübertragers und einem Sammelkasten 2. Der aus einem metallischen Werkstoff hergestellte Rohrboden 1 weist einen etwa rechteckförmigen Grundriss und einen aufgestellten Randbereich 2a auf, welcher nach oben durch eine durchgehende gerade Randleiste 2b abgeschlossen ist. Im Randbereich 2a sind unterhalb der durchgehenden Randleiste 2b Nischen 3 angeordnet, welche aus verformten Randbereichen des Rohrbodens 1 bestehen. Die Nischen 3 werden durch bogen- oder wellenförmig ausgebildete Randbereiche gebildet.
2 zeigt einen abgewandelten Rohrboden 4 mit einem aufgestellten umlaufenden Randbereich 4a, einer durchgehenden Randleiste 4b auf der Längsseite des Rohrbodens 4 und einer ebenfalls durchgehenden Randleiste 4c auf der Schmalseite des Rohrbodens 4. Die Randleisten 4b, 4c sind durch einen ausgeklinkten Eckbereich 4d getrennt. Der Rohrboden 4 weist in seinem inneren Bereich eine Vielzahl von Durchzügen 5 auf, welche der Aufnahme von nicht dargestellten Rohren, z. B. Rechteckrohren für einen Ladeluftkühler dienen. Die Rohrenden werden vorzugsweise mit den Durchzügen verlötet. Der aufgestellte Randbereich 4a des Rohrbodens 4 weist eine Vielzahl von Fenstern 6 auf, aus denen nach innen ausgestellte Lappen 6a, 6b herausragen. Die Lappen 6a, 6b dienen – was hier nicht dargestellt ist – der Fixierung des Sammelkastens im Rohrboden 4. Die oberhalb der Fenster 6 angeordnete durchgehende Randleiste 4b, 4c dient der Versteifung des Randbereiches 4a.
3 zeigt einen aus Kunststoff hergestellten Sammelkasten 7, welcher vorzugsweise als Luftkasten für einen Ladeluftkühler einer Brennkraftmaschine verwendbar ist. Der Sammelkasten 7 weist einen umlaufenden Flansch 8 auf, welcher mit einem Rohrboden (vgl. 2) mechanisch gefügt wird. In der Außenseite des Flansches 8 sind nach innen gerichtete Ausnehmungen 8a angeordnet, in welche verformbare Randbereiche des Rohrbodens 4, z. B. die Lappen 6a, 6b gemäß 2 eingreifen. Der Flansch 8 weist ferner eine Flanschleiste 9a auf der Längsseite und eine Flanschleiste 9b auf der Schmalseite auf. Abgesetzte Anschlagleisten 9c, 9d schließen die Flanschleisten 9a, 9b ab.
4a und 4b zeigen einen Rohrboden 10 mit einem aufgestellten Randbereich 10a, welcher eine durchgehende gerade Randleiste 10b aufweist. Im Rohrboden 10 sind Rohrenden 11a von Flachrohren 11 aufgenommen, welche beispielsweise von Ladeluft durchströmbar sind. Im Randbereich 10a sind Fenster 12 mit ausgestellten Lappen 12a, 12b angeordnet. Zwischen den Fenstern 12 sind Versteifungssicken 13 in den Randbereich 10a eingeformt, welche eine Versteifung des Randbereiches 10a bewirken.
5 zeigt eine Schnittdarstellung einer mechanischen Verbindung zwischen dem Rohrboden 4 (vgl. 2) und dem Sammelkasten 7 (vgl. 3) – es werden die gleichen Bezugszahlen wie in den 2 und 3 verwendet. Zwischen dem Flansch 8 und dem Rohrboden 4 ist eine Dichtung 14, vorzugsweise eine Endlosrundschnurdichtung aus einem elastomeren Material, angeordnet. Die Lappen 6a (6b) des aufgestellten Randbereiches 4a sind in die Aussparungen 8a gedrückt und bilden somit einen Formschluss zwischen Rohrboden 4 und Sammelkasten 7. Die durchgehende Randleiste 4b liegt an der Flanschleiste 9a und der Anschlagleiste 9c an.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der mechanischen Verbindung gemäß 5 mit dem Unterschied, dass am Kasten 7 Haken 15 angespritzt sind, welche den aufgestellten Randbereich 4a einschließlich Randleiste 4b zwischen sich und dem Flansch 8 sowie der Flanschleiste 9a einschließen, d. h. der Randbereich 4a des Bodens 4 kann somit nicht nach außen ausweichen.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels gemäß 2 ist. Daher werden größtenteils gleiche Bezugszeichen wie in 2 verwendet. Unterschiedlich ist, dass an den ausgestellten Lappen 6a, 6b Rastnasen 6c, 6d angeordnet sind, die (in der Zeichnung) nach unten ragen und in den hier nicht dargestellten Flansch des Sammelkastens eingreifen.
8 zeigt einen Schnitt durch die Verbindung zwischen dem Rohrboden 4 gemäß 7 und einem Sammelkasten 7, ähnlich dem in 6 dargestellten Sammelkasten 7; daher werden wiederum gleiche Bezugszahlen wie in 6 verwendet. Die Rastnase 6c am Lappen 6a greift in eine Nut 8b ein, welche in den Flansch 8 eingeformt ist und etwa viertelkreisbogenförmig (senkrecht zur Zeichenebene) verläuft. Dadurch kann die Rastnase aus ihrer Ausgangsstellung um 90° nach innen, d. h. die in der Zeichnung dargestellte Stellung umgebogen werden. Die Rastnase 6c verhindert ein Ausweichen des Randbereiches 4a nach außen. Die Rastnasen 6c, 6d können ebenso, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist, bei einer Verbindung gemäß 5, also ohne den Haken 15 gemäß 8 verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 2852408 A1 [0003]
- DE 4338055 A1 [0004]

Claims

Mechanische Verbindung zwischen einem Rohrboden (4) und einem Sammelkasten (7) eines Wärmeübertragers, wobei der Rohrboden (4) einen aufgestellten Randbereich (4a) mit verformbaren und nicht verformbaren Teilbereichen (6a, 6b) und der Sammelkasten (7) einen von den verformbaren Teilbereichen (6a, 6b) hintergriffenen Flansch (8) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgestellte Randbereich (4a) oberhalb der verformbaren Randbereiche (6a, 6b) eine durchgehende, gerade Randleiste (4b) aufweist.
Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbaren Randbereiche (2a, 4a) Nischen (3) oder Fenster (6) bilden, welche unterhalb der Randleiste (2b, 4b) angeordnet sind.
Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nischen (3) als bogenförmig verformte Teilbereiche ausgebildet sind.
Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fenster (6) ausgestellte Lappen (6a, 6b) aufweisen.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (8) des Sammelkastens (7) eine durchgehende Flanschleiste (9a, 9b) aufweist, an welcher die Randleiste (4b) zur Anlage kommt.
Verbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschleiste (9a, 9b) eine abgesetzte Anschlagleiste (9c, 9b) auf weist, an welcher die Oberkante der Randleiste (4b) zum Anschlag kommt.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Randbereich (2a, 10a) zwischen den Nischen (3) oder den Fenstern (6) Versteifungssicken (13) eingeformt sind.
Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrboden (4) etwa rechteckförmig ausgebildet und dass der aufgestellte Randbereich (4a) einschließlich der Randleiste (4b) an den Eckbereichen (4d) ausgeklinkt ist.
Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Sammelkasten (7) Haken (15) angeordnet sind und dass die Haken (15) den Randbereich (4a) zwischen sich und dem Flansch (8) einschließen.
Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Flansch (8) und Rohrboden (4) eine umlaufende elastomere Dichtung (14) angeordnet ist.
Verbindung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgestellten Lappen (6a, 6b) an ihren dem Flansch (8) zugewandten Seiten Rastnasen (6c, 6d) aufweisen.
Verbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (8) auf seiner den Lappen (6a, 6b) zugewandten Seite bogenförmig gekrümmte Führungsnuten (8b) aufweist, in welchen die Rastnasen (6c, 6d) geführt und in ihrer Endstellung verriegelt sind.
Wärmeübertrager, umfassend einen Rohre (11) und Rippen aufweisenden Block, mindestens einen Rohrboden (4) und mindestens einen Sammelkasten (7), gekennzeichnet durch eine mechanische Verbindung zwischen Rohrboden (4) und Sammelkasten (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.