DE10316755A1

DE10316755A1 - Sammelkasten und Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE10316755A1
Application number: DE10316755A
Authority: DE
Inventors: Georg Dr.-Ing. Kämmler
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-10-28
Also published as: EP1616144B1; DE502004007558D1; EP1616144A1; WO2004090457A1; US7971635B2; ES2309515T3; US20060231245A1; ATE400785T1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ladeluft- oder Kühlmittelkasten aus Kunststoff mit mindestens einem in den Ladeluft- bzw. Kühlmittelkasten integrierten, einstückig oder fest verbundenen Zuganker, wobei der Zuganker mindestens einen durchgehenden Hohlraum in seiner Längsachse aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sammelkasten, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Herkömmliche, spritzgegossene Kunststoff-Ladeluftkästen, die hohen Beanspruchungen, nämlich hohen Temperaturen und hohen Drücken, ausgesetzt sind, sind häufig in Bereichen mit besonders hohen Beanspruchungen mit Zugankern ausgestaltet, die eine Verbindung von einer zur anderen Wand des Ladeluftkastens bilden. Diese werden in der Regel bei der Herstellungsform berücksichtigt und gleich mit dem Ladeluftkasten aus dem gleichen Material spritzgegossen. Ein derartiger Ladeluftkasten lässt jedoch noch Wünsche offen.
So ist aus der EP 0 641 985 B1 ein Wärmetauscherbehälter mit mehreren getrennt vom Wärmetauscherbehälter ausgebildeten und in Vertiefungen, die sich zwischen gegenüberliegenden Wänden des Wärmetauscherbehälters erstrecken, nach der Fertigstellung des Wärmetauscherbehälters eingesetzte Versteifungsstreben bekannt. Hierbei ist jedoch die Herstellung relativ aufwändig, so dass auch ein solcher Wärmetauscherbehälter noch Wünsche offen lässt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Sammelkasten und/oder Wärmeübertrager zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Sammelkasten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß weist der Zuganker, der einstückig mit dem Ladeluft- oder Kühlmittelkasten, insbesondere aus Kunststoff, ausgebildet oder hiermit zumindest fest verbunden ist, insbesondere mittels Eingießens, einen durchgehenden, bevorzugt auf beiden Seiten offenen, Hohlraum auf. Dieser wird bevorzugt in einem Arbeitsgang mit der Herstellung des restlichen Sammelkastens hergestellt, insbesondere mittels Spritzgießen. Alternativ kann eine Einlage vorgesehen sein, die insbesondere vor dem Spritzgießen in das Werkzeug eingelegt wird. Prinzipiell ist es auch möglich den Zuganker in mitgespritzte Öffnungen einzuschieben und anschließend zu verschweißen, wodurch auch eine stoffschlüssige Verbindung möglich ist. Dabei dient der Hohlraum einer Temperierung, beispielsweise Kühlung des Zugankers, der unter Umständen hohen Temperaturen ausgesetzt ist.
Bevorzugt ist der Hohlraum in einer Zugrichtung des Zugankers durchgehend ausgebildet. Besonders bevorzugt erfolgt eine Durchleitung eines Kühlmittels durch den Hohlraum, wobei es sich auch um Umgebungsluft handeln kann, da so die Material-Temperaturen in den am stärksten belasteten Bereichen gezielt abgesenkt werden können. Somit wird die oxidative Alterung des Kunststoffes verlangsamt, wodurch die Lebensdauer steigt. Ferner können auch billigere Kunststoffe verwendet werden oder aber die Verwendung von Kunststoffen anstelle von Aluminium wird in bestimmten Fällen überhaupt erst möglich. Vorzugsweise wird der Hohlraum durch ein in dem Zuganker angeordnetes Rohr gebildet, insbesondere mit einem im wesentlichen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt. Dabei können auch mehrere dünne Röhrchen nebeneinander angeordnet sein, getrennt oder einstückig ausgebildet.
Ferner sind Einlagen im Zuganker möglich, z.B. Metalleinlegeteile, Metallbänder, Faserwerkstoff-Einlegeteile, Faserwerkstoff-Bänder und/oder Fasern, wobei es sich bei den Faserwerkstoffen beziehungsweise bei den Fasern insbesondere um Glas- oder Kohlefasern handelt. Diese Einlagen dienen sowohl der Verstärkung des Zugankers (z.B. Glasfasern) als auch der zusätzlichen Wärmeableitung (z.B. Kupferdrähte oder -folien). Vorzugsweise ist eine Ummantelung mit einem Kunststoff vorgesehen. Dies gilt insbesondere für die Variante, bei der der Zuganker nach dem Spritzgießen eingeschoben und verschweißt wird. Durch die Kunststoff-Ummantelung, die insbesondere aus einem Kunststoff-Material besteht, das sich mit dem Kunststoff-Material des Ladeluft- oder Kühlmittelkastens problemlos verbinden lässt, ist eine sehr gute, bevorzugt stoffschlüssige Verbindung der Kunststoff-Materialien möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein erfindungsgemäßer Sammelkasten in einem Wärmeübertrager eingesetzt, wobei Wärmeübertragungsrohre in den Sammelkasten münden, Insbesondere weist der Wärmeübertrager Wellrippen für eine Vergrößerung einer wärmeübertragenden Oberfläche auf, wobei zum Beispiel die Wellrippen mit den Wärmeübertragungsrohren verlötet sind. Solche Wärmeübertrager sind insbesondere in Kraftfahrzeugen einsetzbar.
Es besteht überdies die Möglichkeit, den erfindungsgemäßen Sammelkasten in einem beliebigen Wärmeübertrager allein oder in Verbindung mit zumindest einem weiteren Sammelkasten zu verwenden, wobei der zumindest eine weitere Sammelkasten ebenfalls ein erfindungsgemäßer Sammelkasten oder ein Sammelkasten nach dem Stand der Technik sein kann.
Im folgenden wird die Erfindung anhand dreier Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert.
Ein erfindungsgemäßer, als Kühlmittelkasten einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs ausgebildeter Sammelkasten besteht aus mit Glasfasern verstärktem Polyamid mit Zugankern, die einen Einsatz aus einem Glasfaserband aufweisen. Zur Herstellung des Kühlmittelkastens wird einem in Gra nulatform vorliegenden, mit Glasfasern versetzten Polyamid zur Beschleunigung der Kristallisation ein chemisches, exotherm oder endotherm wirkendes Treibmittel in Granulatform zugegeben, wobei das Treibmittel mit Polyäthylen ummantelt ist, die Granulate miteinander vermischt und einer Spritzgießmaschine zugeführt.
In einer Schnecke der Spritzgießmaschine erfolgt auf bekannte Weise eine Plastifizierung der Granulate zu einer Kunststoffmasse infolge von Wärme (240-290°C) und des Druckes. Diese plastische Kunststoffmasse wird in ein Spritzgusswerkzeug gefüllt, in das verstärkende Elemente, vorliegend rohrförmig angeordnete Glasfasern, die mit Polyamid ummantelt sind, an den Stellen, an denen Zuganker vorgesehen sind, automatisch eingelegt. Hierbei ist das verstärkende Element so stabil ausgebildet, dass der Hohlraum im Inneren während dem Spritzgießen nicht zerstört wird. Aufgrund hohen Temperaturen reagiert das Treibmittel unter Abgabe von Wärmeenergie unter Bildung von CO₂. Das Treibmittel bzw. das entstandene CO₂ bewirkt ein schnelleres Ausfüllen des Spritzgusswerkzeuges, da ein geringerer Volumenschwund der Kunststoffmasse beim Abkühlen auftritt, so dass keine oder nur eine minimale Menge plastifizierter Kunststoffmasse zum Ausgleich des Volumenschwunds nachgeschoben werden muss. Das eingespritzte Polyamid verbindet sich stoffschlüssig mit dem Polyamid der Glasfaserummantelung, so dass einstückig in den Kühlmittelkasten integrierte Zuganker ausgebildet sind, die mit Glasfasern entsprechend den Anforderungen verstärkt sind.
Im Spritzgusswerkzeug verbleibt die Kunststoffmasse bis die Form ausgefüllt und eine gewisse Kristallisation und Relaxation erfolgt ist. Anschließend wird das Spritzgusswerkzeug geöffnet, der Kühlmittelkasten entnommen und sofort ein Spannrahmen eingesetzt, um ein Einfallen des Kühlmittelkastens zu verhindern. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hat der Kühlmittelkasten bei der Entnahme eine Oberflächentemperatur von ca. 120°C. Dabei kann der Spannrahmen gekühlt werden.
Zur Weiterverarbeitung wird um einen Aluminium-Kastenboden eine Gummischnur-Dichtung gelegt, der Spannrahmen aus dem Kühlmittelkasten ent fernt, möglichst schnell, d.h. innerhalb von ca. 30-60 Sekunden, der Kühlmittelkasten auf den Aluminium-Kastenboden mit Gummischnur-Dichtung gelegt und in einer Presse verpresst.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel werden für einen Ladeluftkasten dünne Metallröhrchen, die zur Verstärkung und Kühlung der Zuganker vorgesehen sind, in das Spritzgusswerkzeug eingelegt und eingegossen, wobei die Enden der Metallröhrchen aus der Form ragen, so dass später ein Anschließen an einen Kühlmittelkreislauf möglich ist. Der Kühlmittelkühler ist in der Regel nahe dem Ladeluftkasten angeordnet und daher sind nur geringe Änderungen für einen bereichsweise, das heißt im Bereich der Zuganker, gekühlten Ladeluftkasten erforderlich.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wird der Zuganker mitsamt durchgehendem Hohlraum direkt in einem Arbeitsgang gespritzt, ohne dass Einlagen vorgesehen sind.

Claims

Sammelkasten, insbesondere Ladeluft- oder Kühlmittelkasten aus Kunststoff, mit mindestens einem in den Sammelkasten integrierten, einstückig oder fest verbundenen Zuganker, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuganker mindestens einen insbesondere in einer Zugrichtung des Zugankers durchgehenden Hohlraum aufweist.
Sammelkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum an einer Seite des Zugankers, insbesondere an zwei gegenüberliegenden Seiten des Zugankers, offen ist.
Sammelkasten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Einlage im Zuganker vorgesehen ist, die den Hohlraum definiert.
Sammelkasten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Einlage ein Rohr ist.
Sammelkasten nach einem Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ummantelung einer Einlage mit einem Kunststoff vorgesehen ist.
Sammelkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum von einem Fluid durchströmbar ausgebildet ist.
Sammelkasten nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer oder beiden Seiten des Hohlraums Anschlüsse für eine Fluidzuleitung und eine Fluidableitung vorgesehen sind.
Wärmeübertrager, insbesondere Ladeluft- oder Kühlmittelkühler, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit Wärmeübertragungsrohren, die in zumindest einen Sammelkasten münden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Sammelkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.