DE10343634A1

DE10343634A1 - Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE10343634A1
Application number: DE2003143634
Authority: DE
Inventors: Berhnhard Dipl.-Ing. Lamich; Viktor Dipl.-Ing. Brost
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2003-09-20
Filing date: 2003-09-20
Publication date: 2005-04-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge, dessen Teile aus Flachrohren (1), aus Wellrippen (2), aus Rohrböden (3) mit Öffnungen (4) zur Aufnahme der Enden der Flachrohre (1) und mit Verbindungslängsrändern (5) sowie mit Verbindungsquerrändern (15), aus Sammelkästen (6) mit Längswänden (7, 8) zur Verbindung mit den Verbindungslängsrändern (5), aus Seitenteilen (9, 10) mit Längsrändern (11, 12) und ferner aus einzelnen Verschlusskappen (13) zum Verschluss der seitlichen Öffnungen der Sammelkästen (6) bestehen, wobei die Verschlusskappen (13) einen Rand (14) aufweisen und wobei sämtliche Teile aus Aluminiumblech hergestellt sind, das zweckmäßig mit Lot beschichtet ist, um mittels eines Lötprozesses verbunden zu sein. Größere gestalterische Freiheiten bei der Formgebung des Wärmeaustauschers werden erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass die Verschlusskappen (13) Fixierungsmittel (40) aufweisen, um die Wände (7, 8) der Sammelkästen (6) beim Einsetzen in deren seitliche Öffnungen festzulegen, und dass an den Verbindungsrändern (15) des Rohrbodens (3) und/oder an den Enden (16) der Seitenteile (9, 10) Montagehilfsmittel (30) angeordnet sind, zur Erleichterung der Montage der Sammelkästen (6) mit den bereits eingefügten Verschlusskappen (13) auf den Rohrböden (3).

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der Wärmeaustauscher ist aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit der Nr. DE 102 37 769.3 bekannt. Dort wurde vorgesehen, die Eckbereiche so zu gestalten, dass eine prozesssichere Herstellung des Wärmeaustauschers mit einem Lötverfahren erreicht werden kann.
Der Wärmeaustauscher ist außerdem aus dem EP 1 004 841 A2 bekannt. Die prozesssichere Herstellung des Wärmeaustauschers ist dort teilweise kompliziert, weil nicht gesagt ist, wie die löttechnisch schwierig zu beherrschenden Verbindungsbereiche zwischen dem Rohrboden, dem Seitenteil und den Verschlusskappen der stirnseitigen offenen Sammelkästen ausgebildet sein sollen. Die Einzelteile sind aus lotbeschichtetem Aluminiumblech hergestellt worden, die zum Wärmeaustauscher zusammengesetzt werden. Es wäre wünschenswert, eine herstellungsfreundliche Lösung zu besitzen, die den zusammengesetzen Wärmeaustauscher fixiert.
Oftmals sind die Sammelkästen jedoch aus Kunststoff und am umlaufenden Rand des Rohrbodens mechanisch befestigt. Da der Rand einen deutlichen Überstand über das Kühlnetz aus Flachrohren und Wellrippen aufweist, benötigen solche Ausführungen relativ viel Einbauraum. Ferner ist das Recycling wegen des Einsatzes unterschiedlicher Werkstoffe erschwert.
Es gab und gibt viele Vorschläge und ebenfalls bereits im Einsatz befindliche, komplett aus Aluminium bestehende Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge, bei denen das Gewicht und der erforderliche Einbauraum des Kraftfahrzeugkühlers durch das Weglassen der Rohrböden weiter reduziert wurde. Lediglich stellvertretend sei hier auf die DE 38 34 822 A1 hingewiesen. Solche Lösungen erfordern die Umformung der Enden der Flachrohre, um sie mit den Wänden der Sammelkästen dicht verbinden zu können. Der Herstellungsprozess hat bei solchen Wärmeaustauschern noch nicht die Qualität erreicht, die man sich wünscht. Insbesondere ist die dichte Lötverbindung problematisch und nicht zu vernachlässigen ist auch der durch die Umformung der Rohrenden verursachte Herstellungsaufwand sowie der notwendige Einsatz hochwertigerer Werkstofflegierungen mit sehr guten Umformeigenschaften.
In der DE 1 277 282 ist ein Wärmeaustauscher beschrieben, dessen Sammelkästen ein im Querschnitt rechteckförmiges Profil darstellen. Die Flachrohrenden sind umgeformt worden, um sie in dem Profil verlöten zu können. Die stirnseitigen Öffnungen der Sammelkästen sind durch einzelne Kappen verschlossen. Ein Rohrboden als Einzelteil wurde dort nicht vorgesehen. Ansonsten trifft hier die oben erwähnte Kritik zum EP 1 004 841 A2 zu
In der DE 195 36 999 A1 wird ein Kühlmittelverflüssiger beschrieben. Auch dort sind die vorstehend erwähnten Kappen zum Verschließen der stirnseitigen Öffnungen der Sammelkästen vorhanden. Da die Sammelkästen des Kühlmittelverflüssigers zweiteilig sind, kann das eine Teil als Rohrboden angesehen werden, denn es hat Öffnungen, in denen die Enden der Flachrohre angeordnet sind und das andere Teil kann als Kasten angesehen werden. Beide Teile sind an einem gemeinsamen Lötrand verbunden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Wärmeaustauschers für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffs, die derart weitergebildet werden sollen, dass größere gestalterische Freiheiten bei der Formgebung des Wärmeaustauschers vorhanden sind, wobei die prozesssichere Herstellbarkeit gewährleistet bleiben soll.
Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich bezüglich des Wärmeaustauschers aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.
Weil die Verschlusskappen Fixierungsmittel aufweisen, um die Längswände der Sammelkästen beim Einsetzen in deren seitliche Öffnungen festzulegen und weil an den Verbindungsrändern der Rohrböden und/oder an den Enden der Seitenteile Montagehilfsmittel angeordnet sind, zur Erleichterung der Montage der Sammelkästen einschließlich den eingefügten Verschlusskappen, auf den Rohrböden, wurde die gestalterische Freiheit des Wärmeaustauschers verbessert. Die Sammelkästen des Wärmeaustauschers können beispielsweise eine oder mehrere Abstufungen an ihren Schmalseiten aufweisen und damit an einen vorgeschriebenen Bauraum besser angepasst werden. Dabei bleiben die Herstellungkosten im gewohnt günstigen Rahmen und die prozesssichere löttechnische Verbindung der Einzelteile des Wärmeaustauschers ist gewährleistet. Beim Stand der Technik werden in solchen Fällen gewöhnlich mittels Tiefziehen hergestellte Sammelkästen eingesetzt, auf die mit der vorliegenden Erfindung bewusst verzichtet wird, um die Kosten für Vorleistungen niedrig zu halten und natürlich auch deshalb, weil die vorgeschlagene Lösung mit lediglich geringen Änderungsaufwendungen zu Wärmeaustauschern größerer oder kleiner Baugröße führt und damit dieselben für unterschiedliche Leistungsanforderungen einsetzbar macht.
Die Erfinder verwenden ganz gezielt Rohrböden für ihren Wärmeaustauscher, denn sie sehen es als vertretbar an, das Gewicht des Kraftfahrzeugkühlers gegenüber den beschriebenen Wärmeaustauschern ohne Rohrböden geringfügig zu erhöhen, weil sie damit einen entscheidenden Fortschritt bezüglich der Herstellbarkeit erreichen und ohnehin vorhandene Maschinen und Anlagen benutzen können.
Weitere Merkmale sind Inhalt der abhängigen Ansprüche 2 bis 8, die durch diesen Verweis als an dieser Stelle dargelegt angesehen werden sollen.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel beschrieben, wozu auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird. Aus dieser Beschreibung gehen die erwähnten Merkmale aus den Unteransprüchen und zusätzliche Vorteile ebenfalls hervor.
Es zeigen:
1 Teil eines Wärmeaustauschers in perspektivischer Explosionsdarstellung;
2 Teilansicht des Wärmeaustauschers;
3 Schnitt A-A aus 2;
4 Schnitt B-B aus 3;
5 Teil eines Sammelkastens des Wärmeaustauschers;
6 – 8 modifizierte Rohrböden des Wärmeaustauschers;
Sämtliche Abbildungen zeigen nur einen Teil des Wärmeaustauschers. Der in Richtung der Längsachse L des Sammelkastens 6 gegenüberliegende nicht gezeichnete Teil ist identisch mit dem gezeichneten Teil ausgebildet und auch der in Richtung der Flachrohe 1 gegenüberliegende andere Sammelkasten ist, zumindest hinsichtlich seiner Formgestaltung, identisch mit dem gezeigten Sammelkasten 6 ausgebildet.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind Rohrböden 3 vorhanden, wie sie in der 6 als Einzelteil abgebildet sind. Solche Rohrböden 3 lassen sich in beliebiger Länge herstellen und müssen demzufolge lediglich auf die geforderte Länge zugeschnitten werden. Die Rohrböden 3 besitzen zwei gegenüberliegende Verbindungslängsränder 5 und zwei gegenüberliegende Verbindungsquerränder 15. Ferner werden insbesondere solche Rohrböden 3 verwendet, die Rohraufnahmeöffnungen 4 aufweisen, an denen Kragen 17 angeformt sind, wobei die Kragen 17 in Richtung der Flachrohre 1 und der Wellrippen 2 weisen. Die Enden der Flachrohre 1 befinden sich in den Rohraufnahmeöffnungen 4 und ragen nicht über das Niveau der Oberfläche des Rohrbodens 3 hinaus, so dass ein möglichst geringer Druckverlust im den Wärmeaustauscher durchströmenden Mittel entsteht. (1; 4)
Beispielsweise strömt über den Eintrittsstutzen 60 Kühlflüssigkeit eines nicht gezeigten Kraftfahrzeugmotors in den Sammelkasten 6 ein, verteilt sich auf die Flachrohre 1, durchströmt die Flachrohre 1 und wird dabei mittels Kühlluft gekühlt, die durch die Wellrippen 2 hindurch strömt. Die gekühlte Kühlflüssigkeit verlässt den Wärmeaustauscher des Ausführungsbeispiels über den zweiten nicht gezeigten Sammelkasten bzw. über einen dort in identischer oder in anderer zweckmäßiger Weise vorgesehenen Austrittsstutzen.
Der Wärmeaustauscher wird wie folgt hergestellt bzw. zusammengefügt: Die Flachrohre 1 werden abwechselnd mit den Wellrippen 2 zu einem sogenannten Kühlnetz gestapelt, an das die Seitenteile 9, 10 angesetzt werden. Dann werden die vorgefertigten Rohrböden 3 an beiden Enden der Flachrohre 1 montiert. Man spricht hier vom Aufziehen der Rohrböden 3, weil die Flachrohrenden dabei in die Rohraufnahemöffnungen 4 gezogen werden. Die vorgefertigten Verschlusskappen 13 werden in beiden Öffnungen der vorgefertigten Sammelkästen 6 eingesetzt. Die Verschlusskappen 13 besitzen Fixierungsmittel 40, die als u – förmig gebogene Laschen 41 am abgebogenen Rand 14 der Verschlusskappen 13 ausgebildet sind. Die Laschen 41 schließen jeweils ein Stück einer Längswand 7, 8 in sich ein, wobei sie zusätzlich die Möglichkeit zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen innerhalb bestimmter Grenzen in Richtung der Längsachse L des Sammelkastens 6 zulassen.
Ferner ist ein gewisses Spiel vorhanden, um die sich beim späteren Löten einstellende „Setzbewegung", die auf das Abschmelzen der Lotbeschichtung zurückzuführen ist, zu gestatten. In der 2 wurde mit dem Bezugszeichen t die Möglichkeit des Toleranzausgleichs angedeutet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wurde an sämtlichen Wänden, also an den drei Wänden 6, 7, 8, des Sammelkastens 6, bzw. an den drei mit diesen Wänden 6, 7, 8 in Verbindung stehenden Rändern 14 der Verschlusskappe 13 jeweils ein Lasche 41 vorgesehen. In nicht gezeigten Ausführungen wurden Modifizierungen vorgenommen, derart, dass lediglich die zwei gegenüberliegenden Längswände 7, 8 mit den Laschen 41 in Verbindung stehen. Die Sammelkästen 6 sind äußerst herstellungsfreundlich, da sie sich als lediglich zweifach abgebogenes Aluminiumblech darstellen, die jedoch noch nicht die notwendige Steifheit besitzen. Nach dem Einsetzen der Verschlusskappen 13 in die Öffnungen ist der Sammelkasten 6 zu einem relativ stabilen „Zwischenprodukt" geworden, das dann, ohne dass weitere Abbiegungen oder dergleichen Montageschritte an den Laschen 41 vorzunehmen sind, auf den Rohrboden 3 aufgesetzt wird. Um dieses „Zwischenprodukt" schnell und sicher, gegebenenfalls auch maschinell, auf dem Rohrboden 3 aufsetzen zu können, sind im gezeigten Ausführungsbeispiel sowohl am Verbindungsquerrand 15 des Rohrbodens 3 als auch am Ende 16 des Seitenteils 9, 10 Montagehilfsmittel 30 angeordnet worden. Zum einen wurde das Ende 16 des Seitenteils 9, 10 bei 32 nach außen abgebogen und zum anderen wurde eine Einlaufschräge 31 am Verbindungslängsrand 5 des Rohrbodens 3 vorgesehen. Die konkrete Ausbildung solcher Montagehilfsmittel 30 ist abhängig vom Anwendungsfall und deshalb Veränderungen unterworfen. Beispielsweise ist bei einem Einsatz von Rohrböden 3 gemäß der 8 vorgesehen, deren Eckbereiche abzuschrägen, damit die gewünschten Führungseigenschaften vorhanden sind. Bei Rohrböden 3 gemäß 7 ist ein vorstehender, abgewinkelter Lappen 30 angeordnet worden. Nach dem Aufsetzen der Sammelkästen 6 werden die Krallen 50 an den Enden 16 der Seitenteile 9, 10 in Richtung zum Sammelkasten 6 hin umgebogen. Dabei geraten sie in Eingriff mit je einem Vorsprung 51 an den Längswänden 7, 8 der Sammelkästen 6. Der Wärmeaustauscher kann danach weiter bearbeitet werden, ohne bei dieser Bearbeitung wieder in seine Einzelteile zu zerfallen. Ein weiterer Bearbeitungsschritt ist insbesondere die Vorbereitung des Wärmeaustauschers für den Lötprozess, der dann in einem Lötofen durchgeführt wird.
Da auch die Verschlusskappen 13 aus recht dünnwandigem Aluminiumblech hergestellt sind, ist es vorteilhaft, diese mit einem abgekanteten Rand 14 auszubilden, damit eine sichere Lötverbindung in den Öffnungen der Sammelkästen 6 erfolgen kann. Die zum Rohrboden 3 weisende Seite der Verschlusskappe 13 ist ohne abgekanteten Rand 14 ausgebildet. Diese Seite liegt demzufolge glatt zwischen dem Querrand 15 des Rohrbodens 3 und dem Ende 16 des Seitenteils 9, 10 an und wird mit beiden erwähnten Teilen dicht und stabil verlötet.
Besonders erwähnenswert ist die Abstufung 20 in der Verschlusskappe 13, die zum Verschluss der Öffnung im Sammelkasten 6 bei mit einem Absatz 21 versehenen Längswänden 7, 8 des Sammelkastens 6 vorgesehen wurde. Durch solche Absätze 21 wurde Raum zur Anordnung von Zubehör oder von anderen Komponenten im Motorraum eines Kraftfahrzeuges geschaffen. Trotz des Vorhandenseins solcher an sich bekannter Absätze 21, die gewöhnlich mit einem erheblichen Werkzeugaufwand hergestellt werden müssen, haben die Erfinder vorliegend einen kostengünstigen Vorschlag unterbreitet, der also die Absätze 21 möglich macht, ohne die Kosten zu erhöhen.

Claims

Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge, dessen Teile aus Flachrohren (1), aus Wellrippen (2), aus Rohrböden (3) mit Öffnungen (4) zur Aufnahme der Enden der Flachrohre (1) und mit Verbindungslängsrändern (5) sowie mit Verbindungsquerrändern (15), aus Sammelkästen (6) mit Längswänden (7, 8) zur Verbindung mit den Verbindungslängsrändern (5), aus Seitenteilen (9, 10) mit Längsrändern (11, 12) und ferner aus einzelnen Verschlusskappen (13) zum Verschluss der seitlichen Öffnungen der Sammelkästen (6) bestehen, wobei die Verschlusskappen (13) einen Rand (14) aufweisen und wobei sämtliche Teile aus Aluminiumblech hergestellt sind, das zweckmäßig mit Lot beschichtet ist, um mittels eines Lötprozesses verbunden zu sein, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusskappen (13) Fixierungsmittel (40) aufweisen, um die Wände (7, 8) der Sammelkästen (6) beim Einsetzen in deren seitliche Öffnungen festzulegen, und dass an den Verbindungsrändern (5,15) der Rohrböden (3) und / oder an den Enden (16) der Seitenteile (9, 10) Montagehilfsmittel (30) angeordnet sind, zur Erleichterung der Montage der Sammelkästen (6) mit den bereits eingefügten Verschlusskappen (13) auf den Rohrböden (3).
Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Verschlusskappe (13) wenigstens eine Abstufung (20) aufweist, die mit wenigstens einem Absatz (21) in den Längswänden (7, 8) der Sammelkästen (6) korrespondiert.
Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet dass, die Verschlusskappe (13) partiell zwischen einem Verbindungsquerrand (15) des Rohrbodens (3) und einem Ende (16) des Seitenteils (9, 10) angeordnet ist.
Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagehilfsmittel (30) beispielsweise Einführschrägen (31) sind und / oder eine Abbiegung (32) im Bereich der Enden (16) der Seitenteile (9, 10).
Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierungsmittel (40) an den Verschlusskappen (13) u – förmig verformte Laschen (41) sind, so dass die Verschlusskappen (13) beim Einfügen in die Öffnungen der Sammelkästen deren Längswände (6, 7, 8) mit ihren Laschen (41) umgreifen und sie fixieren.
Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (14) jeder Verschlusskappe (13) im Bereich der Verbindung in der Öffnung des Sammelkastens (6) abgekantet ist und im Bereich zwischen dem Verbindungsquerrand (15) und dem Ende (16) des Seitenteils (9, 10) ohne Abkantung ausgebildet ist, wobei die Laschen (41) am abgekanteten Rand (14) vorgesehen sind.
Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden (16) der Seitenteile (9, 10) Krallen (50) angeordnet sind, die, nach dem Aufsetzen der Sammelkästen (6) mit ihren Verschlusskappen (13), umgebogen werden, so dass sie mit Vorsprüngen (51) an den Längswänden (7, 8) der Sammelkästen (6) zusammenwirken, um den vormontierten Wärmetauscher zu fixieren.
Wärmeaustauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längswände (7, 8) der Sammelkästen (6) die Verbindungslängsränder (5) des Rohrbodens (3) vorzugsweise von außen umfassen.