DE19546917A1 - Wärmetauscher mit zusammengesteckten Rohrelementen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, und Herstellungsverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit zusam­ mengesteckten Rohrelementen, insbesondere für Kraft­ fahrzeuge, sowie ein Verfahren für seine Herstellung.

Es sind bereits Wärmetauscher bekannt, die aus einem Rohrbündel mit Zusammenfügung von Rohrelementen be­ stehen, bei denen ein Einsteckende eines ersten Rohr­ elements in ein Aufnahmeende eines zweiten Rohrele­ ments eingepaßt wird.

Bei den ersten Rohrelementen kann es sich beispiels­ weise um bogenförmige Anschlußrohre handeln, während die zweiten Rohrelemente aus geraden und parallelen Rohren bestehen, die das eigentliche Rohrbündel bilden und die durch Rippen hindurchgehen, wie dies in den französischen Patentschriften 89 15309 und 90 16168 dargelegt wird.

Ein derartiger Wärmetauscher kann insbesondere als Verdampfer oder Kondensator für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs verwendet werden, wobei die Rohre des Rohrbündels dann von einem Kältemittel durchströmt werden.

Dabei findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Kälte­ mittel und einem Luftstrom statt, der über die Rohre des Rohrbündels strömt.

Bei einem solchen Wärmetauscher muß unbedingt die Abdichtigung der Zusammenfügung der ersten und zweiten Rohrelemente an ihrem Anschluß gewährleistet sein.

Eine erste bekannte Lösung besteht darin, den dichten Anschluß der Verbindungsstellen durch einen Lötvorgang herbeizuführen, für den ein Lötofen erforderlich ist.

Eine andere bekannte Lösung besteht darin, den dichten Anschluß durch einen Klemm- oder Spannring herzustel­ len, der mittels einer Presse in axialer Richtung so verschoben wird, daß er das Aufnahmeende umschließt, in das zuvor das Einsteckende eingepaßt wurde.

Ein solcher Klemmring muß ein besonderes Innenprofil aufweisen, das ein fortschreitendes Einspannen im Zuge seiner axialen Verschiebung um die Verbindungsstelle ermöglicht.

Für diese zuletzt genannte Lösung sind relativ auf­ wendige Werkzeuge erforderlich, um die Handhabung der Ringe zu ermöglichen.

Der Zweck der Erfindung besteht darin, unter Ver­ meidung der vorerwähnten Nachteile eine andere Lösung vorzuschlagen, die in gewissem Maße der letztgenannten Lösung nahekommt.

Dazu schlägt sie einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art vor, bei dem die zusammengesteckten Einsteck- und Aufnahmeenden durch einen Ring zusammen­ gedrückt werden, der zuvor durch Temperaturerhöhung geweitet und anschließend durch Rückkehr zur Raum­ temperatur geschrumpft wurde.

Auf diese Weise erfolgt die Verbindung der beiden Rohrelemente durch einen Ring unter Nutzung der tempe­ raturabhängigen Dehnungs- und Schrumpfeigenschaften des Ringwerkstoffes.

Demzufolge können dank der Erfindung aufwendige Löt­ vorgänge entfallen.

Darüber hinaus wird die Geometrie des Rings im Ver­ gleich zu den Klemmringen, die ein besonderes Innen­ profil besitzen müssen, vereinfacht.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Ring aus einem Metall oder einer Metallegierung, das bzw. die sich bei Temperaturerhöhung radial ausdehnen und bei einer Temperatursenkung radial zusammenziehen kann.

Der Ring kann beispielsweise aus Stahl hergestellt werden, während die Rohre aus Aluminium oder aus einer Legierung auf Aluminiumbasis bestehen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Rohrelement ein Anschlußrohr, beispielsweise in Bogenform, während das zweite Rohrelement ein gerades Rohr des Rohrbündels ist.

Der Wärmetauscher kann dann einen Verdampfer oder einen Kondensator bilden, der von einem Kältemittel durchströmt und in einer Heizungs- und/oder Klima­ anlage für Kraftfahrzeuge verwendet werden kann.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung besitzt der Ring eine anfängliche Innenabmessung, die kleiner als die Außenabmessung des Aufnahmeendes ist, und nach dem Erhitzen eine vorübergehende Innenabmessung, die größer als die Außenabmessung des Aufnahmeendes ist.

Dadurch kann der ungeweitete Ring nicht in axialer Richtung um das Aufnahmeende verrutschen.

Erst nach dem Erhitzen kann der Ring axial um das Aufnahmeende gleiten.

Wenn der Ring anschließend wieder auf Raumtemperatur gebracht wird, zieht er sich zusammen und bewirkt durch Aufpressen die Festspannung des Aufnahmeendes um das Einsteckende.

Unter einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers der vorgenannten Art, das die folgenden Arbeitsgänge umfaßt:

• - Vorbereitung eines Klemmrings,
• - Erhitzen dieses Klemmrings zur Vergrößerung seiner radialen Innenabmessung über die radiale Außenabmes­ sung des Aufnahmeendes hinaus,
• - Aufschieben des geweiteten Rings um eines der beiden Rohrelemente,
• - Einpassen des Einsteckendes in das Aufnahmeende,
• - axiales Aufschieben des Rings, so daß er um das Aufnahmeende gelegt wird, und
• - Abkühlenlassen des Rings, wodurch seine Schrumpfung und die Festspannung der zuvor zusammengesteckten Einsteck- und Aufnahmeenden bewirkt wird.

Nach einem weiteren Merkmal besitzt der Ring eine anfängliche Innenabmessung, die kleiner als die Außen­ abmessung des Aufnahmeendes ist, und nach dem Erhitzen eine vorübergehende Innenabmessung, die größer als die Außenabmessung des Aufnahmeendes ist.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung erfolgt das Erhitzen des Rings mittels Einsetzen in einen Ofen mit hoher Temperatur.

In der nachstehend als Beispiel angeführten Beschrei­ bung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genom­ men, auf denen folgendes dargestellt ist:

• - Fig. 1 zeigt eine im Querschnitt ausführte Teil­ ansicht eines ersten Rohrelements und eines zuvor eingesteckten zweiten Rohrelements vor der Anbringung des Rings.
• - Fig. 2 zeigt eine entsprechende Ansicht wie Fig. 1 nach dem Aufklemmen des Rings.
• - Fig. 3 zeigt eine Teilschnittansicht eines durch erfindungsgemäße Zusammenfügung hergestellten Wärme­ tauschers in der Ausführung als Verdampfer oder Kon­ densator.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die ein erstes Rohrelement 1 mit einem Einsteckende 2 und ein zweites Rohrelement 3 mit einem Aufnahmeende 4 zeigt, in welches das Einsteckende 2 eingepaßt ist.

Im dargestellten Beispiel ist das Aufnahmeende 4 erweitert, um das Einpassen des Einsteckendes 2 zu ermöglichen. Die Rohrelemente 1 und 3 sind im dar­ gestellten Beispiel aus einem Metall oder aus einer Metallegierung ausgeführt, und sie besitzen beide einen kreisförmigen Querschnitt.

Der Außendurchmesser des Aufnahmeendes 4 weist einen bestimmten Wert B auf.

Erfindungsgemäß wird ein Ring 5 verwendet, der zuvor um ein erstes Rohrelement 1 aufgeschoben wird und der einen anfänglichen Innendurchmesser A1 besitzt, der kleiner als der vorgenannte Außendurchmesser B ist.

Dieser Ring besteht aus Stahl und weist ein abgerun­ detes Innenprofil 6 auf, um ein Aufklemmen zu ermög­ lichen, wie es nachstehend beschrieben wird.

Der Ring 6 wird zuvor in einen Ofen eingesetzt, so daß seine Temperatur unter kontrollierten Bedingungen auf einen hohen Wert erhöht werden kann.

Daraus ergibt sich eine Dehnung des Rings, wobei sich sein Innendurchmesser auf einen Wert A2 erhöht (Fig. 1), der größer als A1 und auch größer als B ausfällt.

Demzufolge kann anschließend der Ring um das Aufnahme­ ende aufgeschoben werden, wobei der Ring immer noch geweitet ist.

Danach läßt man den Ring abkühlen, der daraufhin wieder zu seiner anfänglichen Abmessung zurückkehrt.

Im Zuge seines Zusammenziehens bewirkt er eine Auf­ klemmung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.

Aufgrund der Rückkehr zu seiner anfänglichen Innen­ abmessung A1, die kleiner als der Außendurchmesser B des Aufnahmeendes ist, bewirkt der Ring eine Verfor­ mung dieses Aufnahmeendes, wobei sich eine Auskehlung 7 bildet, wie dies in Fig. 2 zu erkennen ist.

Die Verformung der Wand des Aufnahmeendes verursacht demzufolge eine entsprechende Verformung der Wand 8 des Einsteckendes, wie dies ebenfalls in Fig. 2 zu erkennen ist.

Die Rückkehr des Rings zur Raumtemperatur hat somit die Aufpressung der Rohre zur Folge.

Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, die einen Wärmetauscher in der Ausführung als Verdampfer oder Kondensator zeigt, wobei die ersten Rohrelemente 1 hier aus U- oder bogenförmigen Rohren bestehen, die als Anschlüsse dienen. Die Einsteckenden 2 der U- förmigen Rohre sind in die Aufnahmeenden 4 der Rohre 3 eingepaßt, bei denen es sich um gerade Rohre handelt, die zu einem Rohrbündel gehören und durch Rippen 9 hindurchgehen.

Dabei ist darauf hinzuweisen, daß es nicht notwendig ist, Lötmaterial zu verwenden und Ringe mit komplexen Profilen einzusetzen oder komplizierte Werkzeuge zu benutzen.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann in erster Linie als Bestandteil von Heizungs- und/oder Klima­ anlagen für Kraftfahrzeuge verwendet werden.

Claims (8)

1. Wärmetauscher, bestehend aus einem Rohrbündel mit Zusammenfügung von Rohrelementen (1, 3) durch Ein­ stecken eines Einsteckendes (2) in ein Aufnahmeende (4) eines zweiten Rohrelements (3) , dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesteck­ ten Einsteck- (2) und Aufnahmeenden (4) durch einen Ring (5) zusammengedrückt werden, der zuvor durch Temperaturerhöhung geweitet und anschließend durch Rückkehr zur Raumtemperatur geschrumpft wurde.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ring (7) eine an­ fängliche Innenabmessung (A1) besitzt, die kleiner als die Außenabmessung (B) des Aufnahmeendes (4) ist, und nach dem Erhitzen eine Innenabmessung (A2), die größer als die Außenabmessung (B) des Aufnahmeendes ist.

3. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (7) aus einem Metall oder einer Metallegierung besteht, das bzw. die sich bei Temperaturerhöhung radial ausdehnen und bei einer Temperatursenkung radial zusammenziehen kann.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rohrelement (1) ein Anschlußrohr, beispielsweise in Bogenform, und das zweite Rohrelement (3) ein gerades Rohr des Rohrbündels ist.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er als Verdampfer oder Kondensator ausgeführt ist, der von einem Kältemittel durchströmt werden kann.

6. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch ge­ kennzeichnet, daß es die folgenden Ar­ beitsgänge umfaßt:

• - Vorbereitung eines Klemmrings (5),
• - Erhitzen dieses Klemmrings (5) zur Vergrößerung seiner radialen Innenabmessung (A1) über die radiale Außenabmessung (B) des Aufnahmeendes hinaus,
• - Aufschieben des geweiteten Rings um eines der beiden Rohrelemente,
• - Einpassen des Einsteckendes (2) in das Aufnahmeende (4),
• - axiales Aufschieben des Rings (5), so daß er sich um das Aufnahmeende (4) legt, und
• - Abkühlenlassen des Rings, wodurch seine Schrumpfung und die Festspannung der zuvor zusammengesteckten Einsteck- und Aufnahmeenden bewirkt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6 , dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ring eine anfäng­ liche Innenabmessung (A1) besitzt, die kleiner als die Außenabmessung (B) des Aufnahmeendes ist, und nach dem Erhitzen eine Innenabmessung (A2), die größer als die Außenabmessung (B) des Aufnahmeendes ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7 , da­ durch gekennzeichnet, daß das Erhitzen des Rings durch Einsetzen in einen Ofen mit hoher Temperatur erfolgt.