DE102010002732A1

DE102010002732A1 - Kühlmittelkasten und Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102010002732A1
Application number: DE201010002732
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Dieter (FH) Schweidler; Niklas Berking; Jochen Käser; Spasoje Ignjatovic; Roland Hemminger; Patrik Friese; Thomas Bensel; Wolf Martin; Haymo Bröder
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2011-09-15

Abstract

Kasten (1, 1') zur Aufnahme eines Fluids, wie Kühlmittel, für einen Wärmetauscher (W), insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit zwei Seitenwänden (2, 3), zwei Stirnwänden (4, 5), einem im Querschnitt U-förmig ausgebildeten Deckel (6, 6') und einem dem Deckel (6, 6') gegenüberliegend angeordneten Boden (7, 7'), in dem eine oder mehrere Öffnungen zur Aufnahme von Rohren, insbesondere Verbindungsrohren, wie Flachrohren, vorgesehen sind, wobei der Deckel (6, 6') zumindest eine durch Umformung hergestellte Ausprägung (8) aufweist, wobei sich die Ausprägung (8) vom U-förmigen Bodenbereich des Deckels (6, 6') relativ nach oben und zumindest bereichsweise in Längsrichtung des Deckels (6, 6') erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kasten zur Aufnahme eines Fluids für einen Wärmetäuscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie einen Wärmetauscher nach Patentanspruch 14.
Wärmetauscher oder Wärmeübertrager werden im Luftstrom der Fahrzeugfront verbaut. Wichtigster Bestandteil eines solchen Kühlmoduls ist der Kühlmittelkühler (KMK). Er besteht zumeist aus einem Kühlerblock und Wasserkasten, mit allen erforderlichen Anschlüssen und Befestigungselementen. Der Kühlerblock selbst wird aus dem Kühlernetz – einem Rohr-Rippen-System – den Rohrböden sowie den Seitenteilen zusammengesetzt. Die Abkühlung des Kühlmittels erfolgt über die Kühlrippen. Die durch das Kühlernetz strömende Außenluft entnimmt dem Kühlmittel Wärme.
Durch Bauraumvorgaben seitens der Fahrzeughersteller kann es vorkommen, dass die Höhe bzw. Dimension des Kühlmittelkastens reduziert werden muss. In Folge dessen verkleinert sich das innere Volumen des Kühlmittelkastens, was wiederum kühlmittelseitig den inneren Druckverlust erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlmittelkasten bzw. einen Wärmetauscher zu schaffen, der eine Optimierung des inneren Druckverlustes trotz bauraumseitiger Reduzierung des Kühlmittelkastens vorsieht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kasten mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher ist Gegenstand des Anspruchs 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird insbesondere ein Kasten zur Aufnahme eines Fluids vorgeschlagen. Dieses Fluid ist bevorzugt Kühlmittel, weshalb der Kasten, ohne dass dies eine Beschränkung darstellen soll, auch als Kühlmittelkasten bezeichnet wird. Der Kasten ist dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel zumindest eine durch Umformung hergestellte Ausprägung aufweist, wobei sich die Ausprägung vom U-förmigen Bodenbereich des Deckels relativ nach oben und zumindest bereichsweise in Längsrichtung des Deckels erstrecken kann. Der Deckel wird am Kühlmittelkasten mittels Umformtechnik derart gestaltet, dass sich beim Zusammenfügen der Boden-Deckel-Verbindung eine Volumenvergrößerung des Kastens ergibt, die den bauraumbedingten kühlmittelseitigen Druckverlust optimiert.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass sich die Ausprägung in Längsrichtung im Wesentlichen über die gesamte Länge des Deckels erstrecken kann. Dies hätte den Vorteil, dass eine besonders effektive Volumenvergrößerung gewährleist werden kann. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Ausprägung in Längsrichtung zumindest bereichsweise unterbrochen, sich verjüngen oder durch mehrere nebeneinander vorgesehene Ausprägungen gebildet Werden kann.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Breite der Ausprägung im Wesentlichen der Breite des U-förmigen Bodenbereichs des Deckels entsprechen kann. Wird die Ausprägung beispielsweise in Längsrichtung unterbrochen, können Bereiche unterschiedlicher Breite vorgesehen sein. Die größte Volumenvergrößerung und somit bevorzugte Variante wird jedoch mittels einer durchgehenden in größtmöglicher Breite ausgeführten Ausprägung erzielt.
Beispielsweise kann der Deckel, insbesondere bogenförmig geformte Laschen aufweisen, welche die Seitenwände umgreifen, wobei sich die Laschen an den Enden der Flanken des U-förmigen Bodenbereichs anschließen, und wobei sich die Ausprägung zumindest bereichsweise bis in Höhe der bogenförmigen Laschen erstrecken kann. Es ist natürlich auch denkbar, dass die Ausprägung mit unterschiedlichen Höhen ausgebildet werden kann, wobei Teilbereiche niedriger oder höher sein können als die Oberkante der bogenförmigen Laschen. Beispielsweise können die Laschen anstelle eines bogenförmigen Verlaufs einen abgeknickten Verlauf haben.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Ausprägung einen im Querschnitt im Wesentlichen gerade verlaufenden Bodenabschnitt aufweisen kann. Beispielsweise kann der gerade Bodenabschnitt im Wesentlichen bündig zu der Oberkante der umgebogenen Laschen des Deckels verlaufen. Andere Ausführungsformen können einen gewölbten oder halbrunden Bodenabschnitt bzw. Querschnitt der Ausprägung vorsehen oder bevorzugen.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass im Deckel zumindest eine Ausnehmung und/oder Bohrung zum Anschluss zumindest eines Verbindungsstutzens und/oder Anschlussrohres vorgesehen sein kann. Bevorzugt, jedoch keinesfalls zwingend, können die Verbindungsstutzen oder Anschlussrohre gegenüberliegend (I-flow) angeordnet werden. Denkbar ist jedoch auch, dass die Verbindungsstutzen oder Anschlussrohre auf einer Seite des Deckels bzw. Kastens (U-flow) angeordnet sein können, wobei dann beispielsweise Trennwände oder dergleichen im Kasten angeordnet bzw. vorgesehen sein können. Bei den Verbindungsstutzen oder Anschlussrohren kann es sich um jedes beliebige zum Anschluss/Funktion des Kastens bzw. Kühlmittelkühlers notwendige oder geeignete Verbindungsstück handeln.
Bevorzugt, jedoch keinesfalls zwingend, kann die Ausnehmung und/oder Bohrung im Bodenabschnitt der Ausprägung angeordnet sein. Insbesondere bei Ausprägungen mit einem gerade verlaufenden Bodenabschnitt ergibt sich somit eine einfach zu realisierende Verbindungsanordnung.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Verbindungsstutzen und/oder das Anschlussrohr stoffschlüssig mit dem Deckel bzw. der Ausprägung verbunden werden können. Beispielsweise kann vorgesehen sein, den Verbindungsstutzen und/oder das Anschlussrohr mit dem Deckel bzw. der Ausprägung zu verlöten oder zu verschweißen.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Verbindungsstutzen und/oder das Anschlussrohr kraftschlüssig mit dem Deckel bzw. der Ausprägung verbunden werden können.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Verbindungsstutzen und/oder das Anschlussrohr formschlüssig mit dem Deckel bzw. der Ausprägung verbunden werden können. Beispielsweise kann vorgesehen sein, den Verbindungsstutzen und/oder das Anschlussrohr mit dem Deckel bzw. der Ausprägung zu verschrauben.
Beispielsweise kann der Anschluss des Verbindungsstutzens und/oder Anschlussrohres an den Kasten bzw. den Deckel oder die Ausprägung im Zuge des Herstellungsverfahrens für den Kasten bzw. den Deckel oder die Ausprägung erfolgen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Deckel ein separat von den Seitenwänden und von den Stirnwänden und vom Boden gefertigtes Teil sein kann. Beispielsweise kann der Deckel einstückig ausgebildet sein und aus einem einstückigen, insbesondere gestanzten, Teil, insbesondere Blech, bestehen. Die Seitenwände sowie der Boden können beispielsweise ebenfalls aus einem einstückigen Blech gefertigt bzw. geformt sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Stirnwände ebenfalls einstückig mit dem Boden sowie den Seitenwänden gefertigt sind, und zwar insbesondere aus einem einstückigen Blech. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Stirnwände separate Teile sind, die angeformt sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Deckel und/oder die Ausprägung im Stanzverfahren hergestellt sein können. Somit kann eine im Hinblick auf eine bevorzugte Serienproduktion kostengünstige Herstellung des Deckels gewährleistet werden.
Erfindungsgemäß wird ferner insbesondere ein Wärmetauscher gemäß Anspruch 14 vorgeschlagen, der insbesondere ein Kühler für ein Kraftfahrzeug ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Es zeigen:
1 die perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kastens;
2 eine vergrößerte Teildarstellung des Kastens gem. 1;
3 eine schematische Schnittansicht im Längsschnitt durch den oberen Teilbereich des Kastens gem. 2;
4 eine schematische Schnittansicht im Querschnitt durch den Kasten gem. der 1 bis 3;
5 eine schematische Schnittansicht im Querschnitt durch einen Kasten zweiter Ausführungsform.
1 zeigt die perspektivische Teildarstellung eines Wärmetauschers W, der als Kühler ausgebildet ist, mit einem erfindungsgemäßen Kasten 1 zur Aufnahme eines Fluids, der hier ein Kühlmittelkasten ist.
Der Kasten 1 umfasst Seitenwände 2, 3, Stirnwände 4, 5 sowie einen im Querschnitt U-förmig ausgebildeten Deckel 6 und einem dem Deckel 6 gegenüberliegend angeordneten Boden 7.
Der Deckel 6 ist mit einer sich in Längserstreckung des Deckels 6 verlaufenden Ausprägung 8 versehen, wobei die Ausprägung 8 durch einen Umformvorgang hergestellt wurde und einstückig mit dem Deckel 6 hergestellt ist. Am Deckel 6 bzw. auf der Ausprägung 8 ist der Anschlussbereich eines Anschlussrohres A angeordnet. Die Breite B1 der Ausprägung 8 bzw. der Durchmesser D des Anschlussrohres A entsprechen im Wesentlichen der inneren Breite B2 des Deckels 6. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Breite B1 bzw. der Durchmesser D auch kleiner sein, wie beispielsweise bei einem Rohranschluss.
2 zeigt eine vergrößerte Teildarstellung des oberen Bereichs des Kastens 1 gem. 1. Der Deckel 6 weist mehrere bogenförmige Laschen L auf, die mit den Seitenwänden 2, 3 und den Stirnwänden 4, 5 verbunden sind bzw. diese zumindest bereichsweise umgreifen.
Der Boden 7 weist einen im Wesentlichen konvex verlaufenden Bodenabschnitt 9 auf. Der Bodenabschnitt 9 schließt sich an einen Rohr-Rippen-Block 10 an, wobei die Verbindungsrohre des Rohr-Rippen-Blocks 10 jeweils mit einem ersten Ende in den Kasten 1 und mit ihrem zweiten Ende in einen weiteren gegenüberliegenden und hier nicht dargestellten baugleichen Kasten 1' münden. Der Rohr-Rippen-Block 10 ist somit zwischen zwei Kästen 1, 1' angeordnet.
Die im Deckel 6 vorgesehene Ausprägung 8 weist einen geraden Bodenabschnitt 11 auf, der im Wesentlichen über seine gesamte Längserstreckung bündig mit den Oberkanten der Laschen L verläuft. Die Ausprägung 8 weist ferner einen schräg nach oben verlaufenden Stirnbereich 12 auf. Der Bodenabschnitt 11 kann eben oder mit einer Versteifungssicke versehen sein. Die Versteifungssicke kann nach innen oder nach außen in Bezug auf den Kühlmittelkasten ausgerichtet sein.
3 zeigt eine schematische Teilschnittansicht im Längsschnitt durch den Kasten 1 gemäß 2. Gut zu erkennen ist die sich vom Deckel 6 nach oben erstreckende Ausprägung 8 und der schräg nach oben verlaufende Stirnbereich 12. Der unter der Ausprägung 8 bzw. durch die Ausprägung 8 geschaffene Hohlraum 13 bewirkt eine Volumenvergrößerung zur Aufnahme des Fluids im Kasten 1, wodurch eventuelle bauraumbedingte Volumeneinschränkungen ausgeglichen werden können.
4 zeigt den Kasten 1 gemäß der 1 bis 3 im Querschnitt. Der Boden 7 ist konvex gekrümmt ausgebildet. Dies ist insbesondere so, dass in dem hier gezeigten quer zur Längserstreckungsrichtung des Kühlmittelkastens betrachteten Querschnitt der Boden 7 einen im Wesentlichen konstanten Radius aufweist, wobei der entsprechende Kreisbogen sich über weniger als 180° erstreckt. Von den Schenkeln 14, 15 des U-förmigen Deckelprofils 6 erstrecken sich die Laschen L. Diese Laschen L sind in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel bogenförmig ausgestaltet. Die Laschen L erstrecken sich vom Ende der Schenkel 14, 15 gebogen nach außen. In den Laschen L werden die Endabschnitte der Seitenwände 2, 3 aufgenommen. Im Bereich dieser Laschen L können die Seitenwände 2, 3 mit dem Deckel 6 verlötet werden. Die Laschen L sind in Längsrichtung gesehen beabstandet (siehe 1) zueinander angeordnet, so dass in dieser Längsrichtung zwischen benachbarten Laschen L laschenfreie Bereiche an den Schenkeln 14, 15 gebildet werden.
Ein Teilbereich des Anschlussrohrs A durchgreift die Ausprägung 8 am Bodenabschnitt 11. Das Anschlussrohr A kann in diesem Bereich mit der Ausprägung 8 verlötet sein.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kastens 1' mit geradem Boden 7' bzw. geradem Bodenabschnitt 9'. Der Deckel 6' ist identisch mit dem Deckel 6 gem. der 1 bis 4 ausgebildet. Der Bodenabschnitt 9' ist mit dem Rohr-Rippen-Block 10' verbunden.

Claims

Kasten (1, 1') zur Aufnahme eines Fluids, wie Kühlmittel, für einen Wärmetauscher (W), insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit zwei Seitenwänden (2, 3), zwei Stirnwänden (4, 5), einem im Querschnitt U-förmig ausgebildeten Deckel (6, 6') und einem dem Deckel (6, 6') gegenüberliegend angeordneten Boden (7, 7'), in dem eine oder mehrere Öffnungen zur Aufnahme von Rohren, insbesondere Verbindungsrohren, wie Flachrohren, vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (6, 6') zumindest eine durch Umformung hergestellte Ausprägung (8) aufweist, wobei sich die Ausprägung (8) vom U-förmigen Bodenbereich des Deckels (6, 6') relativ nach oben und zumindest bereichsweise in Längsrichtung des Deckels (6, 6') erstreckt.
Kasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausprägung (8) in Längsrichtung im Wesentlichen über die gesamte Länge des Deckels (6, 6') erstreckt.
Kasten nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B1) der Ausprägung (8) im Wesentlichen der Breite (B2) des U-förmigen Bodenbereichs des Deckels (6, 6') entspricht.
Kasten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (6, 6'), insbesondere bogenförmig geformte Laschen (L) aufweist, welche die Seitenwände (2, 3) umgreifen, wobei sich die Laschen (1) an den Enden der Flanken (14, 15) des U-förmigen Bodenbereichs anschließen, und wobei sich die Ausprägung (8) zumindest bereichsweise bis in Höhe der bogenförmigen Laschen (L) erstreckt.
Kasten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausprägung (8) einen im Querschnitt im Wesentlichen gerade verlaufenden Bodenabschnitt (11) aufweist.
Kasten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Deckel (6, 6') zumindest eine Ausnehmung und/oder Bohrung zum Anschluss zumindest eines Verbindungsstutzens und/oder Anschlussrohres (A) vorgesehen ist.
Kasten nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung und/oder Bohrung im Bodenabschnitt (11) der Ausprägung (8) angeordnet ist.
Kasten nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsstutzen und/oder das Anschlussrohr (A) stoffschlüssig mit dem Deckel (6, 6') bzw. der Ausprägung (8) verbunden wird.
Kasten nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsstutzen und/oder das Anschlussrohr (A) kraftschlüssig mit dem Deckel (6, 6') bzw. der Ausprägung (8) verbunden wird.
Kasten nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsstutzen und/oder das Anschlussrohr (A) formschlüssig mit dem Deckel (6, 6') bzw. der Ausprägung (8) verbunden wird.
Kasten nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (6, 6') ein separat von den Seitenwänden (2, 3), den Stirnwänden (4, 5) und vom Boden (7, 7') hergestelltes Teil ist.
Kasten nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (6, 6') einstückig ausgebildet und aus einem einstückigen, insbesondere gestanzten, Teil, insbesondere Blech, gefertigt ist.
Kasten nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (6, 6') und/oder die Ausprägung (8) im Stanzverfahren hergestellt wird.
Wärmetauscher, insbesondere Kühler für ein Kraftfahrzeug, mit einem Rohr-Rippen-Block (10, 10') und einem Kasten (1, 1') gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rohre des Rohr-Rippen-Blocks (10, 10') im Bereich des Bodens (7, 7') des Kastens (1, 1') in diesen münden.