DE102009013280A1

DE102009013280A1 - Wärmetauscher mit Sammelkasten

Info

Publication number: DE102009013280A1
Application number: DE200910013280
Authority: DE
Inventors: Daniel Dipl.-Ing. Borst (FH); Roman Ing. Brandtner; Robert Piribauer
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2009-03-14
Filing date: 2009-03-14
Publication date: 2010-09-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit Sammelkasten, der in einem Kreislauf einer Kälte- oder Klimaanlage, insbesondere einer CO-Klimaanlage, eingesetzt ist. Um die Innendruckfestigkeit des Wärmetauschers zu verbessern und um eine sichere und kostengünstige Herstellung des Wärmetauschers zu ermöglichen, sind mit einer Abstufung ausgebildete Fortsätze des Stegs des Sammelkastens in mehreren Ebenen mit dem Boden des Sammelkastens metallisch verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit Sammelkasten, sowie mit weiteren Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1, wobei der Wärmetauscher in einem Kreislauf einer Kälte- oder Klimaanlage, insbesondere einer CO₂-Klimaanlage, eingesetzt ist.
Es sind Wärmetauscher mit Sammelkasten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Der in der Veröffentlichung DE 10 2008 007 937 A1 beschriebene Sammelkasten stellt ein Beispiel dar. Der Sammelkasten besteht hauptsächlich aus zwei Teilen, einem ersten Teil zur Aufnahme von Medium führenden Rohren, welches ein C-förmiges Profil aufweist und einem zweiten Teil, welches ein T-förmiges Profil aufweist. Das zweite Teil verschließt die Öffnung des C-förmigen Profils. Der Fuß des zweiten Teils ist unterbrochen und Fortsätze sind in Durchbrüche des Bodens des ersten Teils eingelassen. Von Nachteil dabei ist die ungenügende Innendruckfestigkeit, welche verbesserungsfähig ist.
Im Dokument DE 103 02 412 A1 wird ein Sammelkasten beschrieben für einen Gaskühler, wobei der Sammelkasten hauptsächlich aus einem Teil dargestellt ist, dessen Profil B-förmig gestaltet ist. Der mittlere Steg des B-förmigen Profils ist zweigeteilt und verlängert sowie unterbrochen. Die Verlängerungen des Stegs sind in Durchbrüche des Bodens des B-förmigen Profils eingelassen. Auch hier ist mit ungenügender Innendruckfestigkeit zu rechnen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen hinsichtlich Innendruckbeständigkeit verbesserten Sammelkasten zur Verfügung zu stellen, der zugleich sicher und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einem dem Oberbegriff entsprechenden Wärmetauscher erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß einem wichtigen Aspekt der Erfindung ist die metallische Verbindung des Mittelsteges mit den Durchbrüchen im Boden des Sammelkastens dadurch verbessert gestaltet, dass die Summe der Verbindungsflächen zwischen den Fortsätzen des Steges und den Durchbrüchen des Boden wesentlich erhöht ist. Dies wird ermöglicht durch eine Gestaltung der Fortsätze mit wenigstens einer die Fortsätze verjüngenden Abstufung. Der verjüngte Abschnitt eines jeden Fortsatzes erstreckt sich durch die Durchbrüche. Dabei liegt die zur inneren Oberfläche des Bodens parallele Oberfläche der Abstufung an der inneren Oberfläche des Bodens an und ist mit dieser metallisch verbunden ist. Zusätzlich sind die Ebenen der Abstufung, die senkrecht zur inneren Oberfläche des Bodens stehen, mit den Oberflächen des Durchbruches im Boden metallisch verbunden. Insbesondere durch die metallische Verbindung der zur inneren Oberfläche des Bodens parallelen Oberflächen der Abstufung mit der inneren Oberfläche des Bodens wird die Festigkeit gesteigert, da hierbei das Flächenmoment und das Widerstandsmoment des Profils, bestehend aus Boden und Steg, wesentlich erhöht wird.
Weitere Merkmale befinden sich in den abhängigen Patentansprüchen, auf die an dieser Stelle ausdrücklich verwiesen wird, um deren Wiederholung zu erübrigen. Ferner ergeben sich Merkmale und deren Vorteile aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen.
Die Zeichnungen zeigen Folgendes:
1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht von Einzelteilen des Sammelkastens;
3 zeigt eine Teil-Seitenansicht des Wärmetauschers mit Sammelkasten;
4 zeigt einen Querschnitt des Sammelkastens;
5 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Bodenteils des Sammelkastens;
6 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Abschlussteils des Sammelkastens;
7 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Unterseite des Sammelkastens;
Der Wärmetauscher W mit Sammelkasten 1 besteht aus dem Sammelkasten 1, Seitenteilen S, Rohren 13 für ein erstes Medium, die im Bodenteil 2 des Sammelkastens 1 befestigt sind, welcher mit einem Abschlussteil 3, sowie nicht dargestellten Anschlussstutzen für das erste Medium und Halter zur Befestigung des Wärmetauschers ausgeführt ist. Der Wärmetauscher enthält zusätzlich an den Rohren 13 befestigte Rippen 14, die von einem zweiten Medium umströmt sind. Da in den Rohren 13 und im Sammelkasten 1 Drücke größer als 30 MPa auftreten, ist eine besonders druckfeste Gestaltung des Sammelkastens erforderlich. Dies wird dadurch erreicht, dass verjüngte Fortsätze 6 des Stegs 4 des Abschlussteils 3 mit einer sich um den gesamten Umfang der Fortsätze erstreckenden Abstufung 12 dargestellt sind, wobei die zur inneren Oberfläche 9 des Bodens parallelen Oberflächen 8 der Abstufung 12 mit der inneren Oberfläche 9 des Bodens metallisch verbunden sind. Damit wird die metallisch verbundene Fläche von Steg bzw. dessen Fortsätzen und dem Boden wesentlich vergrößert, wie folgendes Beispiel zeigt: Die Materialdicke M des Bodens betrage 2 mm, die Kantenlänge K des quadratischen Querschnitts des Stegs sei 3 mm. Damit ergibt sich eine metallisch verbundene Fläche im Durchbruch 7 des Bodens von Ad = (4 × 3 mm ) × 2 mm = 24 mm2.
Wird der Fortsatz 6 mit einer Abstufung 12 dargestellt, wobei die Tiefe T der Abstufung 1 mm sei, ergibt sich folgende zusätzliche metallisch verbundene Fläche: Az = 4 × (4 mm × 1 mm) = 16 mm². Dies sind ungefähr 66% von Ad. Es wurde gefunden, dass die zusätzliche Fläche mindestens 50% betragen sollte, um entsprechende, die Festigkeit steigernde, Wirkungen zu erreichen. Die obere Grenze dieses Flächenanteils liegt bei etwa 75%. Die gesamte metallisch verbundene Fläche ist Ag = Ad + Az = 40 mm².
Mit der Gestaltung der Fortsätze 6 mit Abstufung 12 wird also die metallisch verbundene Fläche um den Faktor 1,67 vergrößert. Versuche haben gezeigt, dass mit dieser Gestaltung der maximale Innendruck im Sammelkasten 1 auf über 34 MPa gesteigert werden kann. Die Gestaltung der Abstufung 12 kann auch andere als quadratische Querschnitte der Fortsätze beinhalten, z. B. rechteckige, runde oder ovale Querschnitte. Um die Montage zu erleichtern, ist es zweckmäßig, das Ende der Fortsätze 6 mit einer Fase 10 zu versehen. Der Wärmetauscher kann in einem Kreislauf einer Kälte- oder Klimaanlage, insbesondere einer CO₂-Klimaanlage, eingesetzt sein. Gemäß 2 besitzt der Sammelkasten 1 in an sich bekannter Weise auch Verschlusswände 16 an seinen Stirnseiten und wenigstens eine Flusstrennwand 15. Die Trennwände besitzen ebenfalls Fortsätze, die identisch mit den vorgeschlagenen Fortsätzen 6 am Abschlussteil 3 ausgebildet sein können.
Eine zusätzliche Verformung der durchgesteckten Fortsätze 6 zum Zwecke der Festigkeitssteigerung, wie in der DE 10 2008 007 937 A1 beschrieben wurde, ist mit der vorschlagsgemäßen Gestaltung überflüssig geworden. Dadurch wird ein Bearbeitungsschritt eingespart.
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 102008007937 A1 [0002, 0019]
- DE 10302412 A1 [0003]

Claims

Wärmetauscher (W) mit Sammelkasten (1), wobei der Sammelkasten unter anderem ein Bodenteil (2) und ein Abschlussteil (3) mit Steg (4) aufweist, welcher unterbrochen und mit Fortsätzen (6) in Durchbrüche (7) des Bodenteils (2) eingelassen und mit demselben metallisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortsätze (6) durch wenigstens eine um deren gesamten Umfang gehende Abstufung (12) im Querschnitt verjüngt sind, wobei sich der verjüngte Abschnitt der Fortsätze (6) durch die Durchbrüche (7) im Boden des Bodenteils (2) erstreckt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Abstufung (12) parallel zur inneren Oberfläche (9) des Bodens des Bodenteils (2) ausgeführt sind, und diese Oberflächen der Abstufung (12) mit der inneren Oberfläche (9) des Bodens und Oberflächen der Fortsätze (6) senkrecht zur inneren Oberfläche (9) des Bodens mit den Oberflächen der Durchbrüche (7) im Boden metallisch verbunden sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass je Fortsatz (6) die Summe der Oberflächen der Abstufung (12) parallel zur inneren Oberfläche des Bodens wenigstens das 0,5 – fache der Summe der Oberflächen eines Durchbruchs (7) des Bodens beträgt.
Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortsätze (6) eine an sich beliebige, wie z. B. eine quadratische, ovale, rechteckige, runde oder eine andere Querschnittsform aufweisen.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher ein Gaskühler ist, wobei das zweite Medium Umgebungsluft ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher ein Kondensator ist, wobei das zweite Medium Umgebungsluft ist und das erste Medium ein Kältemittel ist.