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Die
Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere
für ein
Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es
ist bekannt, Wärmetauscher
aus einem Stapel von Flachrohren aufzubauen, wobei jedes der Flachrohre
endseitig in einen Durchzug eines Bodens eines Sammlerkastens mündet. Dabei
sind die Durchzüge
als Durchbrechungen in einem meist als Blechformteil ausgebildeten
Boden eingebracht.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher anzugeben, dessen
genaue Bauform auf einfache Weise veränderbar ist.
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Diese
Aufgabe wird für
einen eingangs genannten Wärmetauscher
erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Anordnung von Einsätzen
in den Durchbrechungen des Basisteils ist ein modularer Aufbau des
Bodens bereit gestellt, der eine Bevorratung von universell nutzbaren
Bauteilen ermöglicht und/oder
die Verwendung von Bauteilen, die für sich mittels kostengünstigen
und einfachen Werkzeugen herstellbar sind. So können zum Beispiel die Durchbrechungen
in dem Basisteil einfach und kostengünstig hergestellt werden, wogegen
an die Durchzüge,
in denen die Enden der Flachrohre einmünden regelmäßig hohe Anforderungen an Formgenauigkeit und
Maßtoleranzen
gestellt werden. Durch das Vorsehen der Durchzüge in den Einsätzen kann
ein einfaches Werkzeug Verwendung finden und auch eine Anpassung
an unterschiedliche Maße
und Formen der Durchzüge
oder Einsätze
ist kostengünstig
und schnell möglich.
Besonders bevorzugt eignet sich ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher
daher besonders für
Anwendungsfälle
von kleinen bis mittelgroßen
Stückzahlen,
für die
die Bereitstellung von aufwendigen Spezialwerkzeugen zur Fertigung
von einstückigen
Böden relativ
kostspielig ist.
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Allgemein
vorteilhaft sind das Basisteil und die Einsätze stoffschlüssig miteinander
verbunden, insbesondere mittels Verlötung in einem Lötofen. Zum
Beispiel kann eine kassettierte bzw. mechanisch vormontierte Einheit
aus Flachrohren, Einsätzen
und Basisteilen in einen Lötofen
verbracht werden. Auf bekannte Weise sind dabei einige oder sämtliche
der Oberflächen
mit Lot beschichtet, insbesondere in Form von lotplattierten Aluminiumblechen.
Das Material der Flachrohre und Böden eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers
ist bevorzugt Aluminium, kann aber je nach Anforderungen auch ein
anderes Metall wie etwa rostfreier Stahl sein.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist ein Kasten des Sammlers mittels Verschweißung an dem Boden festgelegt.
Dies ermöglicht
insbesondere eine einfache und kostengünstige Gestaltung der Ränder des
Bodens bzw. Basisteils, an dem der Kasten angebracht wird. Regelmäßig erfolgt
die Verschweißung
nach einem Verlöten
des Tauscherblocks, also im vorliegenden Sinn der Einheit aus Flachrohren,
dazwischen gegebenenfalls befindlichen Rippen und mit den Flachrohren
verbundenen Böden,
in einem Lötofen.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist jeder der Einsätze
in einer separaten Durchbrechung des Basisteils eingefügt. Hierdurch kann
eine hohe Prozesssicherheit bei der Verlötung sichergestellt werden
sowie eine gute Positionierung der Einsätze, da sich Maßtoleranzen
der Einsätze nicht
aufsummieren. in alternativer Ausgestaltung können aber auch mehrere Einsätze in einer
Durchbrechung des Basisteils vorgesehen sein. Grundsätzlich ist
es dabei denkbar, dass sämtliche
Einsätze
des Bodens in einer einzigen großen Durchbrechung des Basisteils
angeordnet sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
es vorgesehen, dass an zumindest einem von beiden, Durchbrechung
oder Einsatz, zumindest ein seitlich von einem Rand vorstehender
Vorsprung ausgebildet ist, der zur reibschlüssigen Festlegung des Einsatzes
dient. In bevorzugter Detailgestaltung ist dieser Vorsprung plastisch
deformierbar, wenn der Einsatz in die Durchbrechung eingefügt wird.
Solche Vorsprünge
können
beispielsweise als mehrere kleine Nasen entlang der Ränder von
Einsatz und/oder Durchbrechung ausgebildet sein.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
haben die Einsätze
eine Überlappung
mit dem Basisteil, wobei in dem Bereich der Überlappung korrespondierende
Vorsprünge
und Ausnehmungen zur Positionierung des Einsatzes vorgesehen sind.
Hierdurch kann eine besonders genaue Positionierung erreicht werden,
in dem die Orte der Vorsprünge
oder Ausnehmungen kalibriert sind. Entsprechend kann dabei je nach
Anforderungen eine geringere Genauigkeit der Position zum Beispiel
der Durchbrechungen ermöglicht
werden, was die Herstellung insgesamt vereinfacht und die Prozesssicherheit
erhöht.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung haben die Einsätze
eine Überlappung
mit dem Basisteil, wobei in dem Bereich der Überlappung eine Festlegung
mittels Durchsetzfügen
ausgebildet ist. Durch das Durchsetzfügen, auch Clinchen genannt,
wird eine mechanisch feste Verbindung von Einsatz und Basisteil
geschaffen, nachdem zuvor eine genaue Positionierung des Einsatzes
auf dem Basisteil erfolgt ist. Hierdurch wird auch die weitere Montage
beim Einstecken der Flachrohre in die Durchzüge vereinfacht. Zudem wird
ein definierter Lötspalt
sichergestellt und somit insgesamt eine hohe Prozesssicherheit und
eine geringe Ausschussrate.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die Einsätze mittels formschlüssiger Verrastung
an dem Basisteil festlegbar sind. Hierzu können sie zum Beispiel über vorstehende
Rastnasen verfügen,
die in Ausnehmungen oder Durchbrechungen an dem Basisteil eingreifen.
Eine Verrastung kann zum Beispiel an aufgestellten Rändern des Basisteils
erfolgen. Insgesamt wird hierdurch eine genaue Positionierung der
Einsätze
ermöglicht,
wobei in bevorzugter Detailgestaltung durch eine elastische Vorspannung
im verrasteten Zustand eine gute Verlötung sichergestellt ist.
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Bei
einer weiteren möglichen
Ausführungsform
der Erfindung ist an zumindest einem von beiden, Einsatz oder Durchbrechung,
eine Fase zur Ausrichtung des Einsatzes angeordnet. Hierdurch ist eine
genaue Positionierung des Einsatzes ermöglicht. Je nach Anforderungen
kann durch die Fase auch die Montage vereinfacht werden, zum Beispiel bei
Vorsehen eines reibschlüssigen
und/oder klemmenden Anliegens der mechanisch vormontierten Einsätze in den
Durchbrechungen.
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Allgemein
vorteilhaft kann das Basisteil so ausgebildet sein, dass es zumindest
an Längsseiten einen
aufgestellten Rand aufweist. Der Rand kann je nach Ausführungsform
bei der Positionierung und/oder Festlegung der Einsätze genutzt
werden oder auch zu einer einfachen und effektiven Festegung eines
Sammlerkastens, zum Beispiel mittels Verschweißung an dem aufgestellten Rand.
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Ein
erfindungsgemäßer Wärmetauscher kann
einen einreihigen oder mehrreihigen Boden aufweisen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung
mittels modularen Einsätzen
in dem Basisteil des Bodens bedeutet hierbei keine Einschränkung gegenüber bekannten
Bauformen. Ebenso sind andere Ausgestaltungen des Basisteils wie
zum Beispiel versteifende Sicken, Wellschlitz-Bördelungen zur Anbringung von
Kunststoff-Sammelkästen
oder sonstige Details bekannter Böden zwanglos mit dem Vorsehen
von modularen Einsätzen
kombinierbar.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden
Ausführungsbeispielen
sowie aus den abhängigen
Ansprüchen.
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Nachfolgend
werden mehrere Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen
näher erläutert.
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1 zeigt
eine Skizze eines Grundkonzepts eines Bodens eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
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2 zeigt
eine räumliche
Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers
nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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3 zeigt
einen Boden des Wärmetauschers
aus 2 in explodierter Ansicht.
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4 zeigt
eine räumliche
Ausschnittsvergrößerung des
Bodens aus 3 mit eingesetzten Flachrohren.
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5 zeigt
eine räumliche
Ansicht des Bodens aus 3 von unten.
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6 zeigt
eine räumliche
Ansicht eines Bodens eines weiteren Ausführungsbeispiels mit verrasteten
Einsätzen.
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7 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei dem die Einsätze
mittels Durchsetzfügeverfahren
an einem Basisteil des Bodens festegelegt sind.
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8 zeigt
eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels
aus 7 mit aufgestellten Rändern.
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9 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei dem die Einsätze
des Bodens mittels Vertiefungen gegenüber dem Basisteil positioniert
sind.
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10 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei dem die Einsätze
mittels Fasen in Durchbrüchen
des Basisteils positioniert sind.
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11 zeigt
eine Schnittansicht durch das Beispiel nach 10 entlang
der Linie A-A.
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Ein
erfindungsgemäßer Wärmetauscher
gemäß sämtlichen
der beschriebenen Ausführungsbeispiele
umfasst allgemein einen Stapel von Flachrohren 1, wobei
jedes der Flachrohre 1 in einen Durchzug 2 eines
Bodens 3 eingesteckt ist. Der Boden 3 umfasst
ein flächiges
Basisteil 4 in Form eines umgeformten, lotplattierten Aluminiumblechs.
Das Basisteil 4 hat eine Mehrzahl von parallelen länglichen Durchbrechungen 5,
die sich mit ihrer Längsrichtung in
einer Hauptströmungsrichtung
eines die Flachrohre umströmenden
Fluids erstrecken. An jeder der Durchbrechungen 5 ist ein
Einsatz 6 angeordnet, wobei der Einsatz 6 jeweils
einen der Durchzüge 2 zur Aufnahme
der Enden der Flachrohre 1 aufweist.
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In
dem skizzenhaften Beispiel nach 1 sind die
Einsätze 6 als
plattenartige Körper
mit einem Vorsprung 6a ausgeformt, wobei der Vorsprung 6a in die
Durchbrechung 5 hineinragt. Ganz allgemein ist im Sinne
der Erfindung zu verstehen, dass ein solches Hineinragen nicht notwendig
ist. Beispielsweise können
die Einsätze 6 auch
ebene Plattenkörper sein,
die unter Überdeckung
der Durchbrechungen 5 auf dem Basisteil 4 aufliegen.
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Das
Basisteil 4 hat zudem an seinen Längsseiten jeweils aufgestellte
Ränder 7,
entlang deren zum Beispiel ein aus Metall bestehender Sammlerkasten 8 (siehe 2)
verschweißt
sein kann. In der schematischen Darstellung nach 2 sind
die stirnseitigen Enden des als Blechformteil ausgebildeten Sammlerkastens 8 offen
gezeigt und entsprechend noch mit Abschlussblechen zu verschließen. Es
versteht sich, dass der Sammlerkasten 8 auch materialeinheitlich
einstückig
solche Abschlussflächen
aufweisen kann, zum Beispiel bei einer Ausführungsform mit einem Sammlerkasten
aus Aluminiumguss.
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2 bis 5 zeigen
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem die Einsätze 6 ähnlich der
skizzenartigen Darstellung nach 1 einen
in die Durchbrechungen 5 hineinragenden Vorsprung 6a aufweisen. Dabei
haben die Durchbrechungen 5 an ihren seitlichen Rändern in
die Durchbrechungen 5 vorstehende Vorsprünge 9 in
Form von kleinen Nasen oder Nocken. Werden die Einsätze 6 im
Zuge einer mechanischen Vormontage bzw. Kassettierung des Tauscherblocks
in die Durchbrechungen 5 des Basisteils 4 eingefügt, so deformieren
oder zumindest klemmen die Vorsprünge 9 die Einsätze 6 in
definierter Position fest. In diesem Beispiel werden die Flachrohre 1 mit ihren
Enden in der gleichen Richtung in die Durchzüge 2 der Einsätze 6 eingeschoben,
wie die Einsätze 6 in
die Durchbrechungen 5 eingesetzt werden. Dies ermöglicht eine
besonders einfache und sichere Kassettierung. Insbesondere ist kein
besonderes Werkzeug oder zusätzlicher
Verfahrensschritt für
die genaue Positionierung der Einsätze erforderlich. Eine flächige Verlötung erfolgt
in Bereichen, in denen Ränder
der Einsätze
mit dem Basisteil überlappen.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 6 liegen die Einsätze 6 flächig auf
dem Basisteil 4 auf, wobei die Durchzüge 2 mit den Durchbrechungen 5 in Überdeckung
sind. Die Einsätze 6 sind
an dem Basisteil 4 mechanisch formschlüssig verrastet, wozu die Einsätze 6 jeweils
aufgestellte Ränder 10 mit
einer eingeprägten
Nase 11 aufweisen, wobei die Nase 11 in eine Ausnehmung
bzw. Durchbrechung 12 eines aufgestellten Randes 7 des
Basisteils 4 eingreift. Durch diese Verrastung oder Verclipsung
der Einsätze 6 an
den Rändern 7 des
Basisteils 4 kann eine genaue Positionierung und gegebenenfalls
auch eine federelastische Vorbelastung der Einsätze 6 gegen die Oberfläche des
Basisteils 4 gewährleistet
werden, wodurch der nachfolgende Lötvorgang in einem Lötofen besonders
zuverlässig
erfolgt. Gezeigt ist in 6 die dem Sammlerkasten zugewandte
Oberfläche.
Die Flachrohre 1 werden von unten in die Durchzüge 2 eingeschoben,
so dass die beim Einschieben der Flachrohre 1 ausgeübte Kraft
von den Verrastungen 11, 12 gekontert wird.
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7 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung, bei dem die Einsätze 6 einen
Bereich 13 einer Überlappung
mit dem Basisteil 4 aufweisen, wobei in dem Bereich der Überlappung 13 jeweils Verbindungspunkte 14 mittels
eines Durchsetzfügeverfahrens
angebracht sind. Die nicht dargestellten Durchbrechungen 5 sind
wie bei den vorhergehenden Beispielen ausgeformt. Nach einer automatisierten
genauen Positionierung und Fixierung mittels des Durchsetzfügeverfahrens
(anderer Begriff: Clinchen) liegt eine besonders genaue Positionierung
und eine besonders sichere Halterung mit ausreichend kleinem Lötspalt für die nachfolgende
Verlötung
vor. Im Ausführungsbeispiel
nach 7 hat das Basisteil 4 keine aufgestellten
Ränder,
wobei dennoch eine Verschweißung
und/oder Verlötung
eines Sammlerkastens (nicht dargestellt) mit dem Boden 3 möglich ist.
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Bei
dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt ebenfalls
eine Befestigung der Einsätze 6 mittels
eines Durchsetzfügeverfahrens
wie in 7 vor. Die Befestigungspunkte 14 haben
im Unterschied zu 7 keine runde, sondern eine
rechteckige Form. Zudem hat das Basisteil 4 des Bodens 3 nach 8 aufgestellte
Ränder 7.
Vorliegend besitzen die Einsätze 6 an
ihren seitlichen Rändern
definierte Stoßflächen 15,
mit denen sie aneinander anliegen und so genau positioniert werden.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 9 haben die Einsätze 6 und das Basisteil 4 Vertiefungen
und durchgedrückte
Vorsprünge 16,
die bei einem Auflegen der Einsätze 6 auf
das Basisteil 4 ineinander greifen und so die Einsätze 6 genau
auf dem Basisteil 4 positionieren.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 10 erfolgt die genaue Positionierung der Einsätze 6 gegenüber dem
Basisteil 4 mittels Fasen 18, die an den Einsätzen 6 sowie
an den Durchbrechungen 5 des Basisteils 4 ausgeformt
sind.
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Wie
in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
befindet sich zwischen zwei benachbarten Einsätzen 6 bzw. zwischen
zwei Durchbrechungen 5 jeweils ein quer über das
Basisteil verlaufender Steg 17, mittels dessen die Durchbrechungen 5 voneinander
separiert sind. Dabei ist jeweils ein Einsatz 6 für genau
eine der Durchbrechungen 15 vorgesehen.
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Ein
erfindungsgemäßer Wärmetauscher kann
je nach Anforderungen verwendet werden. Insbesondere kann es sich
um einen Kühlmittelkühler, einen
Ladeluftkühler
oder einen Verdampfer oder Gaskühler/Kondensator
für eine
Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs handeln. Bei dem Kraftfahrzeug
kann es sich um einen Personenkraftwagen oder um ein Nutzfahrzeug,
zum Beispiel ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug, handeln, insbesondere
um ein nur in kleinen oder mittleren Stückzahlen produziertes Fahrzeug.
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Es
versteht sich, dass die einzelnen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele
je nach Anforderungen sinnvoll miteinander kombiniert werden können.
