DE102012202886A1

DE102012202886A1 - Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE102012202886A1
Application number: DE201210202886
Authority: DE
Inventors: Franco Ghiani
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2013-08-29

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, umfassend einen Rohre und Rippen aufweisenden Block, mindestens einen Rohrboden (1) mit einem Basisbereich (2) und zugeordneten Außenbereichen (5) sowie mindestens einen mit dem Rohrboden (1) im Betriebszustand des Wärmeübertragers über einen Dichtrahmen (6) verbundenen Sammelkasten (10). Es wird vorgeschlagen, dass der Basisbereich (2) des Rohrbodens (1) in einer gebogenen Form mit einem gegenüber den Außenbereichen (5) tiefer angeordneten Tiefpunkt (3) ausgebildet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, umfassend einen Rohre und Rippen aufweisenden Block, mindestens einen Rohrboden mit einem Basisbereich und zugeordneten Außenbereichen sowie mindestens einen mit dem Rohrboden im Betriebszustand des Wärmeübertragers über einen Dichtrahmen verbundenen Sammelkasten, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie einen Rohrboden nach dem Oberbegriff von Anspruch 13.
Stand der Technik
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 typischerweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem Aluminiumwerkstoff, und sind mit einem Sammelkasten, insbesondere aus Kunststoff, 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 Sammelkastens unter der Wirkung des Innendruckes nach außen ausweichen und die Klemmverbindung verformen.
In der DE 10 2009 009 807 A1 wird ein Wärmeübertrager, umfassend einen Rohre und Rippen aufweisenden Block, mindestens einen Rohrboden und mindestens einen Sammelkasten, offenbart. Zwischen dem Rohrboden und dem Sammelkasten ist eine mechanische Verbindung ausgebildet, wobei der Rohrboden einen aufgestellten Randbereich mit verformbaren und nicht verformbaren Teilbereichen und der Sammelkasten einen von den verformbaren Teilbereichen hintergriffenen Flansch aufweist. Damit soll die mechanische Verbindung hinsichtlich ihrer Dichtwirkung im Hinblick auf steigende Belastungen verbessert werden. – Der Rohrboden wird als etwa rechteckförmig mit abgerundeten Ecken beschrieben.
Bisher bekannte Wärmeübertrager mit der zugehörigen Gestaltung von Rohrboden, Sammelkasten und deren Verbindung sind auf maximale Ladelufttemperaturen von maximal 200°C bis 210°C ausgelegt. Neue Anforderungen, insbesondere für Anwendungen in Kraftfahrzeugen, erfordern jedoch eine Beständigkeit gegenüber Betriebstemperaturen bis zu 230°C oder sogar darüber. Außerdem sind neue Kraftfahrzeuge mit verstärkten Turbolader-Antrieben ausgestattet, wodurch Belastbarkeiten mit Drücken in der Größenordnung von 4.6 Bar und darüber, verbunden mit höheren auf Sammelkasten und Rohrboden sowie in den Rohrboden eingefügte bzw. eingelötete Rohre einwirkenden Kräften, gefordert werden. Dieses stellt insbesondere im Hinblick auf zugleich, vor allem zwecks Verminderung von Gewicht und Materialverbrauch geforderten immer geringeren Wandstärken der Rohre, eine technische Herausforderung dar. – Die bekannten Wärmeübertrager können diese verschärften Anforderungen nicht erfüllen.
Darstellung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Wärmeübertrager, mit dem die verschärften Betriebsanforderungen erfüllt werden, bereitzustellen. Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung, einen zur Erfüllung dieser Anforderungen besser geeigneten Rohrboden verfügbar zu machen.
Dieses wird erreicht durch Bereitstellung eines Wärmeübertragers mit den Merkmalen von Anspruch 1, umfassend einen Rohre und Rippen aufweisenden Block, mindestens einen Rohrboden mit einem Basisbereich und zugeordneten Außenbereichen sowie mindestens einen mit dem Rohrboden im Betriebszustand des Wärmeübertragers über einen Dichtrahmen verbundenen Sammelkasten. Erfindungsgemäß ist der Basisbereich des Rohrbodens in einer gebogenen Form mit einem gegenüber den Außenbereichen tiefer angeordneten Tiefpunkt ausgebildet.
Aufgrund der erfindungsgemäßen gewölbten Formgebung des Rohrbodens werden Rohre und Boden, insbesondere gegenüber einem Einfluss von Biegekräften, entlastet, so dass deren Exposition gegenüber höheren Drucken und Betriebstemperaturen sowie größeren Temperaturänderungen ermöglicht wird. Außerdem wird die Verbindung zwischen Sammelkasten und Rohrboden entlastet, da aufgrund der Formgebung des Rohrbodens im Wesentlichen nur noch Zugkräfte, aber nicht zusätzliche Biege- bzw. Scherkräfte auf die Verbindung einwirken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Tiefpunkt des Rohrbodens in einer Mittelebene des Basisteils des Rohrbodens angeordnet. Dadurch werden einwirkende Kräfte, insbesondere durch Einflüsse von Druckoder Temperaturänderungen, gleichmäßig über die gesamte Erstreckung des Rohrbodens verteilt.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Außenbereiche des Rohrbodens mit einem bogenförmigen, knicklosen Übergang zu Randbereichen ausgebildet, die gegenüber dem Basisteil des Rohrbodens aufgestellt, insbesondere um mindestens 90° gegenüber den Außenbereichen abgewinkelt, sind. Dabei sind die Randbereiche so ausgebildet, dass sie in Zusammenwirkung mit den Außenbereichen des Rohrbodens Aufnahmebereiche für eine Aufnahme des Dichtrahmens des Sammelkastens bilden.
Dadurch wird eine einfache, gegenseitig abdichtende, Zusammenfügung von Rohrboden und Sammelkasten ermöglicht. Insbesondere durch das Zusammenwirken der Außenbereich und der Randbereiche entsteht eine vorteilhafte Ausgestaltung des Rohrbodens, durch welche zum Beispiel ein Dichtrahmen einfach positioniert werden kann. Ebenfalls wünschenswert ist diese Ausgestaltung um den Fuß des Sammelkastens einfacher im Rohrboden positionieren zu können.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Rohrboden einen Durchzug nach außen auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Rohrboden einen Durchzug nach innen auf.
In einem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager können Ausführungsformen mit einem Durchzug nach innen als auch nach außen eingesetzt werden, und es ist auch eine Verbindung mit gleichartig ausgebildeten Sammelkästen möglich.
Bevorzugt weisen die Außenbereiche des Rohrbodens Sicken auf. Dabei wird weiter bevorzugt, dass die Sicken teilweise verlaufende oder durchgehende Verstärkungsbereiche aufweisen.
Die Sicken dienen insbesondere zur Festigkeitsverbesserung welche zum Beispiel bei einer Relaxierung der verwendeten Werkstoffe vorteilhaft ist um weiterhin die hohen Anforderungen an die Dichtheit des Wärmeübertragers sicherzustellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Dichtrahmen aus einer umlaufenden Dichtung mit einem Zentralbereich und angrenzenden Schutzbereichen zur Verbesserung einer Resistenz gegen hohe Betriebstemperaturen und/oder Korrosion und/oder Relaxierungen der Werkstoffe ausgebildet.
Dadurch wird ein frühzeitiger Ausfall der fluidisch abdichtenden Funktion des Dichtungszentralbereichs, insbesondere durch thermisch bedingte Beschädigungen oder Korrosion, vermieden.
Bevorzugt ist der Dichtrahmen als eine umlaufende einlegbare Dichtung oder eine aus einem einspritzbaren Material erzeugte umlaufende Dichtung ausgebildet. Eine einlegbare Dichtung ist besonders einfach und schnell in den dafür vorgesehenen Aufnahmebereich einfügbar. Demgegenüber zeichnet sich eine Dichtung aus einem einspritzbaren Material dadurch aus, dass sie leicht in insbesondere strukturierte Kontaktprofile abdichtend einfügbar sind und einen vergleichsweise geringen Materialeinsatz bei Erzielung einer gleichartigen Abdichtungswirkung wie einlegbare Dichtungen erfordern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist für eine Verbindung zwischen dem Rohrboden und dem Sammelkasten eine Verbindungsart durch Krallen, Clips oder eine Well-Schlitz-Bördelung vorgesehen.
Die Verbindungsarten mittels Well-Schlitz-Bördelung, Krallen- oder Clip-Verbindung verbessern die Abdichtung der Verbindung zwischen Rohrboden und Sammelkasten. Insbesondere durch die Krallen- oder die Clip-Verbindung, aber auch durch eine Well-Schlitz-Bördelung, bei welcher die Bördelung zwischen zwei am Sammelkasten verlaufenden Rippen eingreift, wird ein Ausweichen der Außenwände von Rohrboden und/oder Sammelkasten in der Verbindungsposition verhindert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Sammelkastenfuß eine Einwölbung oder strukturierte Einkerbungen auf. Dadurch wird eine optimale Formgebung des Sammelkastenfußes, komplementär zu einer einlegbaren oder einspritzbaren Dichtung, mit einer großen Kontaktfläche zur Dichtung bereitgestellt. Ebenfalls kann durch diese vorteilhafte Gestaltung des Sammelkastenfußes eine selbstabdichtende Wirkung erzielt werden.
Bevorzugt ist der erfindungsgemäße Wärmeübertrager ausgebildet für eine Resistenz der Verbindung zwischen dem Rohrboden und dem Sammelkasten gegenüber Betriebstemperaturen bis 230°C, bevorzugt bis 300°C, und/oder Drücken bis 4.6 Bar, bevorzugt bis 6 Bar. Vorteilhafterweise hält der Wärmeübertrager damit auch Drücken oberhalb von 6 Bar stand, insbesondere für Berstprüfungen auch Drücken größer 12 Bar.
Damit erfüllt und übertrifft der erfindungsgemäße Wärmeübertrager die vorangehend genannten Anforderungen an neuartige Wärmeübertrager.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch erfüllt durch einen Rohrboden für einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager, wobei der Rohrboden mit einem Basisbereich in einer gebogenen Form mit einem gegenüber den Außenbereichen tiefer angeordneten Tiefpunkt ausgebildet ist. Dabei weist der erfindungsgemäße Rohrboden Vorteile wie vorangehend bezüglich des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers dargelegt auf.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1a ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rohrbodens eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers in einer Detailansicht,
1b eine vergrößerte Detailansicht zu der Darstellung von 1a,
2a ein Ausführungsbeispiel mit einer zweiteilig ausgebildeten Dichtung,
2b ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Dichtung mit mehreren Dichtungsbereichen,
2c ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer eingespritzten Dichtung,
3a ein Ausführungsbeispiel mit einem Durchzug des Rohrbodens nach innen,
3b ein Ausführungsbeispiel mit einer verstärkten Bodensicke des Rohrbodens,
4a ein Ausführungsbeispiel mit einer Well-Schlitz-Bördelung für eine Verbindung zwischen Rohrboden und Sammelkasten,
4b ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Krallen-Verbindung zwischen Rohrboden und Sammelkasten,
4c ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Krallen-Verbindung zwischen Rohrboden und Sammelkasten,
4d ein drittes Ausführungsbeispiel mit einer Krallen-Verbindung zwischen Rohrboden und Sammelkasten, und
4e ein Ausführungsbeispiel mit einer Clip-Verbindung zwischen Rohrboden und Sammelkasten.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1a zeigt, zusammen mit einer vergrößerten Darstellung in 1b, ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rohrbodens 1 eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers in einer Detailansicht. Der Rohrboden 1 weist einen Basisbereich 2, der in einer gebogenenen Form ausgebildet ist, und Außenbereiche 5 auf, die, vertieft um einen Wert T' gegenüber den angrenzenden Bereichen des Rohrbodens 1, Bodensicken darstellen und schräg gestellt sowie in Richtung eines tiefsten Punkts 3 des Rohrbodens 1, beispielsweise in dessen Mitte, angezeigt durch eine Mittelebene M, geneigt sind. Die Bodensicken dienen zur Festigkeitsverbesserung, und für die Bereitstellung einer größeren Lötfläche. Die Biegungen der verschiedenen Abschnitte des Rohrbodens verlaufen knicklos ineinander über. Die Außenbereiche weisen jeweils einen bogenförmigen, ebenfalls knicklosen Übergang zu zugeordneten aufgestellten Randbereichen 5a des Rohrbodens 1 auf, zu deren Ausrichtung die Neigung der Außenbereiche 5 einen Winkel von mehr als 90° bildet.
Der Rohrboden 1 ist so geneigt, dass nicht nur dessen Druckresistenz erhöht wird, sondern bei einer Einfügung von Falzrohren die Rippenenden im Bereich der Rohrfalz für die Verbindung mit dem Rohrboden definiert positioniert werden, um so die Spannkraft beim Kassettieren und Verlöten der Rohre zu optimieren.
Durch eine niedrige Ziehhöhe der Randbereiche 5a und kontinuierliche Übergänge zwischen Biegungen des Rohrbodens 1 wird deren Fertigungsmaterial bei der Herstellung nur vergleichsweise leichten Kräften ausgesetzt und damit wenig beansprucht, so dass die erzeugten Formen auch nach Fertigstellung eine verbesserte Festigkeit aufweisen.
1a zeigt außerdem (umlaufende) Fußbereiche 11 eines Sammelkastens 10, die jeweils eine, beispielhaft kontinuierlich bogenförmig einwärts gewölbte, umlaufend ausgebildete_Einkerbung 11a mit einer Einkerbungstiefe T aufweisen. Die Sammelkastenfüße 11 haben eine Breite F. Beispielsweise beträgt die Einkerbungstiefe T 0.05 mm bis 1.5 mm oder bis zu 25% der Fußbreite F. Ebenso weisen auch die Außenbereiche 5 eine Vertiefung T' von bevorzugt 0.05 mm bis 1.5 mm auf.
Die Sammelkastenfüße 11 können auch, beispielsweise, einen von außenseitig nach innenseitig angeschrägt verlaufenden Konturverlauf aufweisen; jedoch sind Konturen mit einer Einkerbung bzw. Einwölbung oder alternativen Formgebungen, die eine große Kontaktfläche zu einer Dichtung bereitstellen, bevorzugt. Außerdem ist aus 1 ersichtlich, dass die Außenbereiche 5 nicht auf einer Höhe mit dem tiefsten Punkt 3 des Rohrbodens 1, sondern davon um einen Wert D abweichend angeordnet sind. – Als Durchzug 4, der in diesem Beispiel nach außen ausgebildet ist, ist hier nicht der tiefste Punkt 3 des Rohrbodens 1 anzusehen, sondern die gebogene Struktur des Rohrbodens.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem schräg gestellten Randbereich 5a des Rohrbodens 1 und der Einwölbung 11a des Sammelkastenfußes 11 eine Dichtung 6, beispielhaft ausgebildet als eine umlaufende Runddichtung, eingelegt. Die Runddichtung weist eine Kontaktfläche 6a zu dem Außenbereich 5 auf, die bei Unterdruck belastet wird, und eine Kontaktfläche 6b zu der Einkerbung 11a auf. Durch die Formgebung der Einkerbung 11a und des Randbereichs 5b wird gewährleistet, dass die Dichtung 6 durch den Fuß 11 des Sammelkastens 10 fixiert wird. Unterdruck ergibt sich beispielsweise im Sammelkasten 10 im Schubbereich eines Fahrzeugmotors, wodurch die Dichtung 6 in Richtung des Sammelkastenfußes 11 gezogen wird. Demgegenüber entsteht Überdruck beim Gasgeben und dadurch bewirkter hoher Aktivität eines Turboladers, wodurch die Dichtung 6 vom Sammelkastenfuß 11 in Richtung Außenwand, d. h. in Richtung des Randbereichs 5b des Rohrbodens 1, gedrückt wird. In beiden Fällen wird die Dichtung 6 in eine Engstelle zwischen dem Sammelkastenfuß 11 und dem Randbereich 5b gedrückt, resultierend in einer selbstabdichtenden Wirkung,
2a und 2b illustrieren zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung, die sich vom Beispiel gemäß 3 dadurch unterscheiden, dass die Dichtung 6 mit mehreren, anstatt nur mit einem einzigen Bereich, hinsichtlich von Dichtwirkung und Beanspruchungsresistenz für die Abdichtung in den Randregionen zwischen Rohrboden 1 und Sammelkühler 10, ausgebildet ist.
Dabei zeigt 2a ein Beispiel, bei dem die Dichtung einen äußeren Bereich 61, dargestellt durch einen großen Kreis und vorgesehen im Wesentlichen für die Abdichtung zwischen Sammelkasten 10 und Rohrboden 1, d. h. für die Aufnahme von Rückstellkräften, und einen inneren Bereich 62, dargestellt durch einen kleineren Kreis, aufweist. Der innere Bereich 62 ist am stärksten einer Einwirkung von sehr heißer Luft, bei Verwendung in Verbindung mit einem Ladeluftkühler, ausgesetzt und kann dadurch, abhängig von seiner Ausbildung, gegebenenfalls Schaden nehmen. Er wird deswegen auch als ein „Opferbereich” bezeichnet. Der innere Bereich 62 dient als ein Schutzbereich für den Bereich 61 der Dichtung 6.
2b zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels von 2a, bei dem die Dichtung 6 ausgebildet ist mit einem zentralen Bereich 62, wiederum vorgesehen im Wesentlichen für eine Aufnahme von Rückstellkräften, und kappenartig ausgebildeten Bereichen 63a (innen) und 63b (außen) als Schutzbereichen gegen hohe Betriebstemperaturen bzw. Korrosions-Exposition.
Durch die zusätzlichen Schutzbereiche der Dichtungen (gemäß 2a und 2b), insbesondere gegen thermisch bedingte Beschädigungen, kann ein frühzeitiger Ausfall der fluidisch abdichtenden Funktion der Dichtungszentralbereiche vermieden werden.
2c zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem mit einer Feinstruktur 11b versehenen Sammelkastenfuß 11 und einer Dichtung 64 aus einem in die Ausnehmung zwischen dem Sammelkatenfuß 11 und dem Randbereich 5b einspritzbaren und dann sich verfestigenden Dichtungsmaterials. Dadurch wird eine sehr große Kontaktfläche für die Dichtung erreicht.
Mit einer Feinstruktur versehene Kontakt- bzw. Abdichtungsflächen von Sammelkastenfuß und/oder Rohrboden-Außenbereich weisen vorteilhaft auf, dass gegenseitige Verschiebungen zwischen Rohrboden und Sammelkasten, insbesondere unter dem Einfluss von Druckänderungen, vermindert werden. Auch muss bei der Zusammenfügung von Rohrboden und Sammelkasten ein geringerer gegenseitiger Anpressdruck ausgeübt werden, weil sich die Dichtung in die strukturierten Kontaktprofile einfügt, insbesondere wenn die Dichtungsmasse in flüssiger Form eingespritzt wird.
Einspritzbare Dichtungen, die insbesondere nach dem Einspritzen zwischen die Dichtungsflächen mit diesen verkleben, erfordern vorteilhaft einen geringeren Materialeinsatz bei Erzielung einer gleichartigen Abdichtungswirkung wie einlegbare Dichtungen.
Generell sind Dichtungsmaterialien erforderlich, die eine geforderte Rückstellkraft mit wenig Relaxierung innerhalb ihrer vorgesehenen Einsatzzeit bereitstellen. Wesentlich für eine Auswahl eines geeigneten Dichtungsmaterials und einer daraus geformten Dichtung sind folgende Parameter:

– Sh-Härte des Dichtungsmaterials,
– Temperatur- und chemische Beständigkeit,
– Querschnitts-Auflagenlänge des von einer umlaufenden Dichtung gebildeten Dichtrahmens,
– Form der Kontaktfläche des Sammelkastenfußes,
– Form der Kontaktfläche des Außenbereichs des Rohrbodens,
– Gegebenenfalls Strukturierung der Kontakfflächen,
– Physikalisch-chemische Oberflächeneigenschaften der Kontaktflächen,
– Art der Verbindung zwischen Sammelkasten und Rohrboden.

Je nach Ausgestaltung können Dichtungen bis zu einer Härte von 90 Sh-Härte verwendet werden, wobei bei großem Dichtungsmesser eine hohe Sh-Härte bevorzugt ist.
Generell ist der Sammelkastenfuß 11 mit seinem Kontaktbereich zur Dichtung 6 so gestaltet, dass der von der umlaufend ausgebildeten Dichtung 6 gebildete Dichtrahmen mit dem Sammelkastenfuß 11 und den Außenbereichen 5 des Rohrbodens 1 durch gezielte Pressung oder Spreizung dichtend verbunden ist und so gegen Beschädigungen durch hohe Betriebstemperaturen oder Korrosion schützt. Der Dichtrahmen bleibt zwischen Kastenfuß 11 und Außenbereich 5 des Rohrbodens 1 eingeschlossen, wobei er unter Einfluss von Überdruck oder Unterdruck verschiebbar ist, entsprechend einer Selbst-Anpassung, ohne dass seine abdichtende Wirkung verloren geht. Der Sammelkastenfuß und die Bodensicke des Rohrbodens können umlaufend mit Wellenprofilen versehen sein.
Nach Erstellung der Verbindung zwischen Rohrboden 1 und Sammelkasten 16 wird durch die Dichtung 6 der Sammelkastenfuß 11 nach innen gegen Beschädigungen durch hohe Betriebstemperaturen geschützt. Der Außenbereich wird durch die Dichtung 6 gegen Korrosion geschützt. Aufgrund der Formgebungen für Sammelkastenfuß 11 und Außenbereich 5 wird ein längerer Abdichtungsbereich zur Minimierung von Korrosionsunterwanderung bei erhöhter Rückstellkraft durch die Dichtung mit vermindertem notwendigem Einsatz von Dichtungsmaterial ermöglicht.
Korrosionsunterwanderung kann von innen und von außen entstehen. Da üblicherweise im Innenbereich trockene Luft oder mit Inhibitoren gegen Korrosion versehene Kühlflüssigkeit, strömt, ist im allgemeinen Korrosionsgefahr durch Einwirkung unkontrollierbarer Umgebungsbedingungen von außen kritisch. Folglich ist eine breite und sich im Querschnitt lang erstreckende Auflagefläche der Dichtung 6 auf dem Außenbereich 5 erwünscht, um einen lang andauernden Schutz gegen Korrosion zu gewährleisten, da die Korrosion üblicherweise von außen nach innen zeitlich fortschreitet.
Aufgrund der erfindungsgemäßen gewölbten Formgebung des Rohrbodens 1 werden Rohre und Boden im Durchzugsbereich entlastet, so dass deren Exposition gegenüber höheren Drücken und Betriebstemperaturen sowie größeren Änderungen der Betriebstemperatur ermöglicht wird. Zugleich werden dadurch auf Verbindungen zwischen Rohrboden 1 und Sammelkasten 10, beispielsweise mittels Well-Schlitz-Bördelung, Krallen oder Clips (siehe auch 4a–4e), einwirkende Spannungen vermindert, wodurch auch Resistenz gegenüber größeren Druckänderungen verbessert wird.
Der Durchzug 4 des Rohrbodens 1 kann nach außen angelegt sein, entsprechend den Ausführungsbeispielen gemäß 1, 2a, 2b und 2c. Bei einem Durchzug nach außen werden zur Zusammenfügung von Rohrboden 1 und Sammelkasten 10 die Rohrbodensicke im Außenbereich 5 sowie die aufgestellten Randbereiche 5a des Rohrbodens 1 als Führung für die Einfügung des Sammelkastens 10 benutzt.
Der Durchzug 4 kann aber auch nach innen ausgebildet sein, wie anhand des Beispiels von 3a gezeigt, das ansonsten dem Ausführungsbeispiel von 2c entspricht. Die Durchzüge haben eine gleichartige Kontur wie der gebogene bzw. gewölbte Rohrboden 1. Bei einem Durchzug nach innen werden zur Zusammenfügung von Rohrboden 1 und Sammelkasten 10 als Führung die Wand des Durchzugs und gleichzeitig bzw. zusätzlich der Sammelkastenfuß 11 verwendet.
In einen Wärmeübertrager können Ausführungsformen eines Rohrbodens mit einem Durchzug nach innen als auch nach außen eingesetzt werden, und es ist auch eine Verbindung mit gleichartig ausgebildeten Sammelkästen möglich.
Außerdem kann der Rohrboden 1 mit einer vollständig oder teilweise durchgehenden Verstärkungssicke 9 ausgestattet sein, wie in 3b gezeigt.
Für die Verbindung zwischen Rohrboden und Sammelkasten sind verschiedene technische Lösungen bekannt. Weit verbreitet ist als Verbindung eine Well-Schlitz-Bördelung. Mit einer solchen Art der Verbindung sind die vorangehend gezeigten Ausführungsbeispiele ausgestattet, wie anhand von 4a illustriert, die einen größeren Abschnitt des unteren Teils des Sammelkastens 10 zeigt, aber ansonsten dem Ausführungsbeispiel von 1 entspricht.
Eine andere Verbindungsart beruht auf krallenförmigen Fortsetzungen 8a, 8b, 8c der Randbereiche 5a des Rohrbodens 1, welche im zusammengefügten Zustand von Rohrboden und Sammelkasten den Sammelkastenfuß umgreifen und damit mechanisch sichern. Verschiedene Ausführungsformen unterschiedlich ausgebildeter Krallen und darin eingesetzter Sammelkastenfüße 11 unterschiedlicher Außenprofile sind in 4b, 4c und 4d gezeigt. Vorzugsweise sind die Krallen, von Randbereichen 5a ausgehend, in Richtung der Einfügungsposition des Sammelkastens knicklos gewölbt mit einem Winkel, bezogen auf die Außenbereiche 5 von mehr als 90°. Die knicklosen Übergänge erlauben bei der Formgebung einen materialschonenden Ziehvorgang, und im montierten Zustand von Sammelkasten und Rohrboden werden, insbesondere bei Druckwechseln, resultierende Deformationskräfte elastischer übertragen.
Eine weitere bekannte Verbindungsart beruht auf einer Clip-Verbindung zwischen Rohrboden und Sammelkasten, wie anhand von 4e illustriert. Dazu ist an dem unteren Endteil des Sammelkastens, Welches dem Rohrboden zugewandt ist, eine Aufnahme mit einem hakenartigen, federnden Außenteil bzw. Rippe oder Wand 12 ausgebildet, in welche der Randbereich 5a des Rohrbodens 1, unter Biegung des hakenförmigen Außenteils 12 nach außen, einschiebbar ist, um dann, nach Zurückfedern des Außenteils 12, in seiner Position fixiert zu werden.
Insbesondere durch die Krallen- oder die Clip-Verbindung wird ein Ausweichen der Außenwände von Rohrboden und/oder Sammelasten in der Verbindungsposition verhindert. Die genannten, bekannten Verbindungsarten mittels Well-Schlitz-Bördelung, Krallen- oder Clip-Verbindung verbessern damit die Abdichtung der Verbindung zwischen Rohrboden und Sammelkasten. Bei Einsatz einer Clip-Verbindung werden vorteilhaft die Außenwände des Rohrbodens in Form von angefügten Rippen oder einer Wand gestützt, wodurch zusätzlich eine Verschiebung oder Ausweichen der Außenwand oder schlimmstenfalls deren Reißen verhindert wird.
Abhängig von Ausbildung der Dichtung (einlegbar oder einspritzbar) und der Verbindungsart kann die Zusammenfügung von Sammelkasten und Rohrboden reversibel oder irreversibel sein.
Sofern nicht ausdrücklich anders festgestellt, sind alle der alternativen Ausführungsformen von Sammelkastenfuß-Formgebung, Dichtungsart, Durchzugsausbildung und Verbindungsart zwischen Rohrboden und Sammelkasten miteinander kombinierbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009009807 A1 [0003]

Claims

Wärmeübertrager, umfassend einen Rohre und Rippen aufweisenden Block, mindestens einen Rohrboden (1) mit einem Basisbereich (2) und zugeordneten Außenbereichen (5) sowie mindestens einen mit dem Rohrboden (1) im Betriebszustand des Wärmeübertragers über einen Dichtrahmen (6) verbundenen Sammelkasten (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Basisbereich (2) des Rohrbodens (1) in einer gebogenen Form mit einem gegenüber den Außenbereichen (5) tiefer angeordneten Tiefpunkt (3) ausgebildet ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefpunkt (3) in einer Mittelebene (M) des Basisbereichs (2) des Rohrbodens (1) angeordnet ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenbereiche (5) mit einem bogenförmigen, knicklosen Übergang zu Randbereichen (5a) des Rohrbodens (1) ausgebildet sind, die gegenüber dem Basisteil (2) des Rohrbodens (1) aufgestellt, insbesondere um mindestens 90° gegenüber den Außenbereichen (5) abgewinkelt, so ausgebildet sind, dass sie in Zusammenwirkung mit den Außenbereichen (5) Aufnahmebereiche (5b) für eine Aufnahme des Dichtrahmens (6) des Sammelkastens (10) bilden.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrboden (1) einen Durchzug (4) nach außen aufweist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrboden (1) einen Durchzug (4) nach innen aufweist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenbereiche (5) Sicken aufweisen.
Wärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicken teilweise verlaufende oder durchgehende Verstärkungsbereiche (9) aufweisen.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtrahmen (6) aus einer umlaufenden Dichtung mit einem Zentralbereich (62) und angrenzenden Schutzbereichen (61, 63a, 63b) zur Verbesserung einer Resistenz gegen hohe Betriebstemperaturen und/oder Korrosion ausgebildet ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtrahmen (6) als eine umlaufende einlegbare Dichtung oder eine aus einem einspritzbaren Material (64) erzeugten umlaufenden Dichtung ausgebildet ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Verbindung zwischen dem Rohrboden (1) und dem Sammelkasten (10) eine Verbindungsart durch Krallen (8a, 8b, 8c), Clips (12) oder eine Well-Schlitz-Bördelung (7) vorgesehen ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkastenfuß (11) eine Einwölbung (11a) oder strukturierte Einkerbungen (11b) aufweist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ausgebildet ist für eine Resistenz der Verbindung zwischen dem Rohrboden (1) und dem Sammelkasten (10) gegenüber Betriebstemperaturen bis 230°C, bevorzugt bis 300°C, und/oder Drücken bis 4.6 Bar, bevorzugt bis 6 Bar.
Rohrboden (1) für einen Wärmeübertrager (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrboden (1) mit einem Basisbereich (2) in einer gebogenen Form mit einem gegenüber den Außenbereichen (5) tiefer angeordneten Tiefpunkt (3) ausgebildet ist.