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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bodenelement für einen Wärmetauscher mit zumindest zwei Durchzügen, die parallel zueinander beabstandet sowie wie beabstandet zu umlaufenden Aufnahmenuten in einer Ebene angeordnet sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Wärmetauscher mit zumindest einem derartigen Bodenelement sowie ein Herstellungsverfahren für ein solches Bodenelement.
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Aus der
EP 2 498 040 A2 ist ein gattungsgemäßes Bodenelement für einen Wärmetauscher mit mehreren parallel zueinander angeordneten Durchzügen zur Aufnahme von Flachrohren bekannt. Die Durchzüge selbst sind dabei parallel zueinander beabstandet sowie beabstandet zu umlaufenden Aufnahmenuten in einer Ebene angeordnet.
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Um einen langfristig einwandfrei funktionierenden Wärmetauscher bereitstellen zu können, ist es erforderlich, einen gewissen Glanzanteil, das heißt eine gewisse Größe einer Kontakt-/Lötfläche zwischen dem Flachrohr und dem zugehörigen Durchzug, über welche eine Verlötung dieser beiden Komponenten erfolgt, sicherzustellen. Um darüber hinaus ein Einführen der Flachrohre in den jeweils zugehörigen Durchzug erleichtern zu können, ist an jedem Durchzug eine Einführfase vorgesehen, die trichterartig für das einzusteckende Flachrohr wirkt. Diese als Montagehilfe vorgesehene und erforderliche Einführfase reduziert jedoch die Höhe der Kontakt-/Lötfläche zwischen dem Umfangsrand, das heißt dem Durchzug und dem Flachrohr und reduziert dadurch auch den Glanzanteil. Um dem entgegenzuwirken, betrug die Wandstärke bisheriger Bodenelemente ca. 3 mm, wodurch einerseits zwar der gewünschte und geforderte Glanzanteil erreicht, andererseits jedoch erheblich hohe Presskräfte zur Umformung des Bodenelements aufgewendet werden mussten, da ein Rand des Bodenelements bauraumbedingt hinsichtlich seiner Wandstärke reduziert werden musste. Das Pressen von 3 mm starken Bodenelementen bedingt jedoch nicht nur exorbitante Presskräfte von über 800 t, sondern geht auch mit einem erhöhten Werkzeugverschleiß einher, was die Herstellungskosten wiederum steigert.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Bodenelement der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, mit der die Nachteile aus dem Stand der Technik überwunden werden können. Die Erfindung beschäftigt sich weiterhin mit dem Problem, ein geeignetes Herstellungsverfahren für ein solches Bodenelement anzugeben.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem an sich bekannten Bodenelement im Bereich eines Durchzuges zur Aufnahme eines zugehörigen Flachrohres eine plateauförmige Erhebung vorzusehen, welche dazu führt, dass eine bisher in dem Bereich des Durchzuges vorgesehene Einführfase nicht mehr zu einer Reduzierung eines Glanzanteils (Kontakt- /Lötfläche) zwischen einem Umfangsrand des Durchzuges und dem zugehörigen Flachrohr führt. Hierdurch wird es möglich, die Wandstärke des Bodenelements um ca. 30% zu reduzieren, was nicht nur den mit derartigen Bodenelementen ausgestatteten Wärmetauscher leichter macht, sondern zugleich auch eine erhebliche Materialeinsparung und einen deutlich reduzierten Werkzeugverschleiß beim Umformen der Bodenelemente bewirkt. Das erfindungsgemäße Bodenelement für einen Wärmetauscher weist dabei zumindest zwei Durchzüge auf, die parallel zueinander beabstandet sowie beanstandet zu umlaufenden Aufnahmenuten in einer Ebene angeordnet und zur Aufnahme der zuvor beschriebenen Flachrohre ausgebildet sind. In der Ebene sind dabei zumindest zwei parallele, plateauförmige Erhebungen mit jeweils einem Durchzug angeordnet, wobei die Erhebungen um eine Höhendifferenz parallel beabstandet zur Ebene angeordnet sind. Der Begriff "Erhebung" soll dabei nur signalisieren, dass das Plateau auf einem parallelen Höhenniveau zur Ebene angeordnet ist. Des Weiteren weisen die Erhebungen eine um den zugehörigen Durchzug umlaufende Einführfase zum Einführen der Flachrohre in den Durchzug auf, sowie auf der der Einführfase abgewandten Seite einen um den Durchzug umlaufenden Kragen, dessen Höhe hK zumindest der Höhe hF der Einführfase entspricht und dadurch die Kontakt-/Lötfläche zum zugehörigen Flachrohr vergrößert. Durch den erfindungsgemäß im Bereich der Erhebung vorgesehenen Durchzug wird trotz der wiederum vorhandenen Einführfase die Höhe des Durchzuges und damit die Kontakt-/Lötfläche zwischen dem Durchzug und dem zugehörigen Flachrohr (Glanzanteil) nicht reduziert, so dass ein Bodenelement mit einer Wandstärke von lediglich 2 mm für den erforderlichen Glanzanteil ausreichend ist. Üblicherweise werden dabei die Erhebungen mit Kragen und Einführfasen durch Prägen hergestellt, müssen jedoch nicht. Im Vergleich zu einem bisherigen Bodenelement mit einer Wandstärke von ca. 3 mm kann somit nicht nur eine deutliche Material- und Kostenersparnis erzielt werden, sondern das neue erfinderische Bodenelement ist auch deutlich leichter, was sich positiv auf einen Kraftstoffverbrauch eines Kraftfahrzeugs auswirkt, welches einen mit einem derartigen Bodenelement ausgestatteten Wärmetauscher besitzt. Von besonderem Vorteil ist jedoch, dass ein lediglich 2 mm starkes Bodenelement deutlich leichter umzuformen, das heißt zu prägen und zu stanzen ist, als ein 3 mm starkes Bodenelement, so dass lediglich deutlich reduzierte Presskräfte erforderlich sind und ein Werkzeugverschleiß deutlich reduziert werden kann, was sich wiederum indirekt positiv auf die Herstellkosten des erfindungsgemäßen Bodenelements auswirkt. Durch die Verwendung eines lediglich 2 mm starken Bodenelements ist es auch nicht mehr erforderlich, einen Rand desselben hinsichtlich seiner Wandstärke zu reduzieren, was bei einem 3 mm starken Bodenelement bislang bauraumbedingt erforderlich war.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Erhebung durch einen Prägevorgang (Vorprägung) hergestellt. Das erfindungsgemäße Bodenelement wird somit zunächst aus einem ca. 2 mm starken Blech umgeformt, wobei in diesem Umformschritt sowohl die umlaufenden Aufnahmenuten als auch die jeweils parallel zueinander angeordneten plateauartigen Erhebungen hergestellt werden. In einem sich daran anschließenden Herstellungsschritt werden dann in den jeweiligen Erhebungen die Durchzüge zur Aufnahme der Flachrohre eingestanzt. Das Herstellen dieses Bodenelements erfolgt somit nahezu analog zum Herstellen bisher aus dem Stand der Technik bekannter Bodenelemente, wobei jedoch geringere Presskräfte erforderlich sind und ein deutlich reduzierter Werkzeugverschleiß erfolgt. Im Durchzugsbereich bzw. im Bereich der Erhebung wird somit das Material des Bodenelements vor dem eigentlichen Stanzen der Durchzüge umlaufend und ohne Quetschen bzw. ohne lokales Verdünnen in Richtung eines späteren Kastens lokal abgesetzt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung entspricht eine Höhe hG der mit dem jeweiligen Flachrohr verlötbaren Kontakt-/Lötfläche (Glanzanteil) im Wesentlichen der Wandstärke des Bodenelements, insbesondere ca. 2 mm, entspricht. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Höhe der Einführfase den Glanzanteil, das heißt die Kontakt-/Lötfläche zwischen dem Durchzug und dem zugehörigen Flachrohr nicht reduziert, so dass der Glanzanteil nicht durch die Einführfase reduziert wird.
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Zweckmäßig beträgt eine Wandstärke des erfindungsgemäßen Bodenelements ca. 2 mm. Dabei soll die Wandstärke nicht auf exakt 2 mm, sondern lediglich auf ca. 2 mm beschränkt werden, da eine derartige Wandstärke zusammen mit dem erfindungsgemäßen Bodenelement eine ausreichende Kontakt-/Lötfläche zur Verlötung zwischen dem Durchzug und dem Flachrohr (Glanzanteil) sicherstellt. Durch eine Reduzierung der Wandstärke des Bodenelements von derzeit ca. 3 mm auf nun erfindungsgemäß ca. 2 mm kann das Bodenelement nicht nur deutlich leichter und materialsparender ausgebildet werden, sondern kann auch mit deutlich geringeren Umformkräften hergestellt werden, was sich besonders positiv auf den Werkzeugverschleiß der Umformwerkzeuge und damit indirekt wiederum auf die Herstellkosten des Bodenelements auswirkt. Durch eine Reduzierung der Wandstärke um ca. 33% können auch 33% der Materialkosten eingespart werden, was insbesondere bei dem vergleichsweise teuren Werkstoff Aluminium einen erheblichen Kostenvorteil bringt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist die Einführfase eine Winkel α von ca. 30° zur Kontakt-/Lötfläche auf. Zusätzlich kann auch der Kragen konische Kragenflanken aufweisen, die insbesondere um einen Winkel β von ca. 30° zur Kontakt-/Lötfläche geneigt sind. Der Glanzanteil ist dabei unabhängig vom Winkel α, β, solange diese gleich groß sind.
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Die Erfindung beruht weiterhin auf dem allgemeinen Gedanken, einen Wärmetauscher mit zumindest einem in den vorherigen Absätzen beschriebenen Bodenelement auszustatten, wobei die Verwendung zweier derartiger Bodenelemente in dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher eine deutliche Gewichts- und Kostenreduzierung bewirkt. Wird ein solcher Wärmetauscher in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, so macht sich die erreichbare Gewichtseinsparung langfristig auch positiv beim Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs bemerkbar.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Schnittdarstellung durch ein Bodenelement gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Bodenelement.
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Entsprechend den 1 und 2 ist jeweils ein Bodenelement 1', 1 dargestellt, wobei die gleichen Bestandteile beim Bodenelement 1' gemäß dem Stand der Technik nach 1 hinter dem jeweiligen Bezugszeichen ein Apostroph besitzen. Das Bodenelement 1, 1' besitzt dabei zumindest zwei Durchzüge 2, 2'', die parallel zueinander beabstandet sowie beabstandet zu umlaufenden
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Aufnahmenuten 3, 3' in einer Ebene 9 angeordnet und zur Aufnahme von Flachrohren 4, 4' ausgebildet sind. Die Flachrohre 4, 4' sind in den 1 und 2 lediglich mit unterbrochen gezeichneter Linie dargestellt, da sie keinen direkten Bestandteil des jeweiligen Bodenelements 1', 1 bilden. In einer Ebene 9, 9' zwischen zwei Durchzügen 2, 2 bzw. 2', 2' ist ein Zwischenbereich 5, 5' ausgebildet, der um eine Höhendifferenz parallel beabstandet zu den Nutgründen 6', 6 der Aufnahmenuten 3', 3 angeordnet ist. Im Bereich der Durchzüge 2, 2' ist zusätzlich eine Einführfase 7, 7' angeordnet, die ein Einführen der Flachrohre 4, 4' in den jeweiligen Durchzug 2, 2' erleichtern soll.
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Betrachtet man nun das Bodenelement 1' gemäß dem Stand der Technik, d.h. gemäß der 1, so kann man erkennen, dass ein Glanzanteil, d. h. eine Kontakt-/Lötfläche 13' zwischen dem jeweiligen Flachrohr 4' und dem zugehörigen Durchzug 2' maßgeblich durch die Höhe hG' beeinflusst ist. Von der ursprünglichen Wandstärke w' des Bodenelements 1' wird dabei die Höhe hF' der Einführfase 7' abgezogen, sodass gilt: hG' = w' – hF'.
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Die Wandstärke w' des Bodenelements 1' gemäß dem Stand der Technik nach 1 muss demzufolge über die Höhe hF' der Einführfase 7' vergrößert werden, um den gewünschten Glanzanteil zu erhalten, wodurch das Bodenelement 1' insgesamt mehr Material erfordert. Das erforderliche Plus an Material steigert jedoch nicht nur die Materialkosten, sondern erfordert auch ein bauraumbedingtes Reduzieren der Wandstärke w' im Bereich eines Randes 8', wozu erhebliche Presskräfte von über 800 Tonnen erforderlich sind. Eine insgesamte Reduzierung der Wandstärke w', die ein Verpressen des Randes 8' erübrigen würde, ist jedoch aufgrund des mindesterforderlichen Glanzanteils, d.h. der Mindestgröße der Kontakt-/Lötfläche 13' zum Verlöten des jeweiligen Flachrohres 4, 4' mit dem zugehörigen Durchzug 2, 2' nicht möglich.
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Betrachtet man nun dem gegenüber das Bodenelement 1 gemäß der Erfindung nach 2, so kann man an diesem erkennen, dass erfindungsgemäß in der Ebene 9 zumindest zwei parallele, plateauförmige Erhebungen 10 mit jeweils einem Durchzug 2 angeordnet sind. Die Erhebungen 10 sind dabei um eine Höhendifferenz parallel beabstandet zur Ebene 9 angeordnet und weisen eine um den zugehörigen Durchzug 2 umlaufende Einführfase 7 zum Einführen der Flachrohre 4 in den Durchzug 2 auf. Auf der der Einführfase 7 abgewandten Seite, hier der Unterseite, besitzen die Erhebungen 10 einen um den Durchzug 2 umlaufenden Kragen 12, dessen Höhe hK zumindest der Höhe hF der Einführfase 7 entspricht und dadurch eine Kontakt-/Lötfläche 13 zum zugehörigen Flachrohr 4 vergrößert.
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Die Erhebung 10 kann beispielsweise durch einen entsprechenden Prägevorgang hergestellt werden. Ähnlich wie bei dem Bodenelement 1' gemäß dem Stand der Technik nach 1, ist auch am Bodenelement 1 nach der Erfindung gemäß 2 somit eine Einführfase 7 vorgesehen, wobei eine Höhe hF der Einführfase 7 einer Höhe hK des Kragens 12 entspricht. Durch die Erhebung 10 ist es somit möglich, dass die Höhe hG der Kontakt'/Lötfläche 13 (Glanzanteil) der Wandstärke w entspricht, ohne dass diese durch die Höhe hF der Einführfase 7 reduziert wird. Dies bietet den besonderen Vorteil, dass die gesamte Wandstärke w des Bodenelements 1 von bisher ca. 3mm auf nunmehr ca. 2mm reduziert werden kann, da die den Glanzanteil beeinflussende Höhe hF nunmehr nicht mehr von der Wandstärke w abgezogen werden muss, wie dies bei Bodenelementen 1' nach dem Stand der Technik (vergleiche 1) erforderlich war. Beim erfindungsgemäßen Bodenelement 1 gilt demzufolge: hG = w
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Durch die Reduzierung der Wandstärke w des erfindungsgemäßen Bodenelements 1 von ca. 3mm auf ca. 2mm ist auch das bauraumbedingte Umformen des Randes 8 nicht mehr erforderlich, bzw. mit deutlich geringeren Kräften machbar, was sich positiv auf einen Werkzeugverschleiß auswirkt, der bedingt durch das bei bisherigen nach dem Stand der Technik ausgebildeten Bodenelementen 1' erforderliche Randumformen sehr hoch war.
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Betrachtet man die 2 näher, so kann man erkennen, dass die Höhe hG der mit dem jeweiligen Flachrohr 4 verlötbaren Kontakt-/Lötfläche 13 (Glanzanteil) am Umfangsrand des Durchzuges 2 im Wesentlichen der Wandstärke w des Bodenelements 1, d.h. im Wesentlichen 2mm, entspricht. Der Glanzanteil wird somit nicht wie bisher durch die Höhe hF der Einführfase 7 beeinflusst bzw. reduziert.
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Aus 2 kann man erkennen, dass die Einführfase 7 einen Winkel α von ca. 30° zur Kontakt-/Lötfläche 13 aufweist. Zusätzlich weist der Kragen 12 konische Kragenflanken 14 aufweist, die insbesondere um einen Winkel β von ca. 30° zur Kontakt-/Lötfläche 13 geneigt sind. In 2 entspricht dabei der Winkel α dem Winkel β und damit die Höhe hK des Kragens 12 der Höhe hF der Einführfase 7.
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Das Herstellen des erfindungsgemäßen Bodenelements 1 erfolgt dabei im Wesentlichen in zwei Verfahrensschritten, wobei in einem ersten Verfahrensschritt in ein Blech, beispielsweise in ein Aluminiumblech, die umlaufende Aufnahmenut 3 sowie zumindest zwei parallel zueinander beanstandete plateauförmige Erhebungen 10 eingeprägt werden. In dem Bereich der Erhebungen 10 werden anschließend die Durchzüge 2 zur Aufnahme der Flachrohre 4 durchgestanzt. Hierdurch lässt sich das erfindungsgemäße Bodenelement 1 und mit diesem zusammen auch ein zumindest ein derartiges Bodenelement 1 aufweisender Wärmetauscher 11 kostengünstig, materialreduzierend und fertigungstechnisch einfach herstellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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