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Die
Erfindung betrifft einen Verdampfer für eine Kompressionskälteanlage,
insbesondere für eine
Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug der im Oberbegriff des Anspruchs
1 angegebenen Gattung.
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In
der
EP 0 590 306 A1 ist
ein Verdampfer für eine
Kraftfahrzeugklimaanlage beschrieben. Dieser Verdampfer besteht
aus einem Stapel zusammengesetzter Scheiben, wobei jede Scheibe
aus zwei aufeinanderliegenden Blechen besteht, die einen Hohlraum
zwischen sich einschließen
und auf diese Weise Rohrelemente bilden. Die Scheiben sind an einem ihrer
Enden mit Ausprägungen
versehen, an denen die benachbarten Scheiben zur Anlage kommen.
In diesen Ausprägungen
befinden sich Öffnungen
zum Durchtritt des Kältemittels
von einer Scheibe in die nächste.
An den endseitigen Scheiben des Stapels befinden sich Anschlußelemente
für eine
Kältemitteizuleitung
und eine Heißgasrückleitung,
wobei an diese Anschlußelemente
Anschlußrohre
angelötet
sind, deren freie Enden mit Anschlußnippeln für weitere Rohrleitungen versehen
sind.
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Bei
dem bekannten Verdampfer wird der aus Scheiben bestehende Stapel
mit dazwischen befindlichen Wellrippen mit Seitenblechen und Anschlußstücken versehen
und dann gelötet.
In einem weiteren Lötvorgang
müssen
dann die Anschlußrohre
in die Anschlußelemente
eingelötet
werden, wozu eine erneute Erwärmung
der Anschlußelemente
erforderlich ist. Diese Bearbeitung in mehreren Arbeitsgängen führt nicht
nur zu einem erhöhten
Zeitaufwand, sondern kann darüber
hinaus auch zu einer Beeinträchtigung
des Materialgefüges
und der Lötverbindungen
zwischen Anschlußelement
und Endscheibe führen.
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Die
EP 0 862 035 A2 offenbart
einen Verdampfer für
eine Kompressionskälteanlage
mit mehreren zu einem Stapel zusammengesetzten Scheiben. Diese Scheiben
sind als Rohrelemente ausgebildet und bestehen jeweils aus zwei
Blechen, die zwischen sich einen Hohlraum einschließen. Nahe mindestens
einem Ende der Scheiben ist eine Ausprägung zur Anlage an der benachbarten
Scheibe vorgesehen, und es sind Öffnungen
zum Durchtritt des Kältemittels
vorhanden, wobei an den Blechen der endseitigen Scheiben des Stapels
Anschlusselemente mit einer den Blechen zugewandten Flachseite und
darin vorgesehener Aussparung befestigt sind. Zwischen jeweils zwei
benachbarten Scheiben sind Rippen angeordnet. Es sind zwei Sammler
vorhanden, wobei ein Sammler mit einem Zulaufrohr und ein Sammler
mit einem Rücklaufrohr
verbunden ist.
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Aus
der
DE 44 00 875 A1 ist
ein Verfahren und Werkzeug zum Umformen eines Rohrendes zu einem
Profil bekannt. Um ein Rohrende zu einem Anschlussstück oder
Anschlussstutzen umzuformen, wird in das unverformte Rohrende ein
im wesentlichen zylindrischer Stempel aus ein im Verformungsweichen,
inkompressiblen, elastischen Material eingesteckt, bevor das Prägewerkzeug
außen
an das Rohrende angreift. Auf diese Weise gefertigte Anschlussstücke eignen
sich beispielsweise zum Anschließen von Scheibenverdampfern.
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In
Patent Abstracts of
Japan
62288497 A ist ein aus einem Scheibenstapel bestehender
Wärmetauscher
beschrieben durch den ein Kältemittel strömt. Dabei
ist ein Seitenblech so gestaltet, dass bei einem Anschluss Undichtigkeiten
vermieden werden und der Anschluss gegen die mechanische EinWirkung
von Kräften
geschützt
ist.
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Die
DE 195 43 149 A1 beschreibt
einen aus gestapelten Scheiben bestehenden Wärmetauscher, wobei Rohrelemente
aus aneinanderliegenden geprägten
Blechen gebildet sind. Die Bleche schließen zwischen sich einen Hohlraum
ein, der über
entsprechende Öffnungen
mit dem Hohlraum der jeweils benachbarten Scheibe verbunden ist.
Am Ende des Scheibenstapels ist ein Seitenteil angeordnet mit einer Öffnung,
in die ein umgeformtes Ende eines Anschlussrohres eingesteckt und
mit dem Seitenteil verlötet
ist.
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Die
DE 195 01 780 C2 beschreibt
eine Rohr-, Flansch-Verbindung für
Rohrkrümmer
an einer Abgasanlage. Diese Verbindung umfasst ein Flanschteil und
ein mit seinem Flanschende in einer Rohröffnung des Flanschteils eingepresstes
Rohr. Die Rohröffnung
besitzt einen gekröpften
Randbereich, an welchem sich das Flanschende selbsthemmend anschmiegt.
Zur Sicherung des Presssitzes wird in das in die Rohröffnung eingepresste
Flanschende ein Einpressring eingepresst.
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Aus
der
US 4,821,531 ist
ein Kältemittelverdampfer
bekannt, der aus gestapelten Scheiben, die Rohrelemente bilden,
aufgebaut ist. Etwa in der Mitte des Scheibenstapels sind aus jeweils
zwei geprägten Blechen
gebildete Anschlussrohre angeordnet, in deren Enden Hülsen eingesetzt
sind, auf die wiederum ein Expansionsventil gesteckt ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfer
der gattungsgemäßen Art
zu schaffen, der kostengünstiger
herstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Verdampfer mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Die
wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß der Verdampfer
einschließlich der
Anschlußrohre
in einer kompletten Lötung
ausführbar
ist und Verbindungsstellen von Rohrstücken zwischen Anschlußstück und Flansch
des Expansionsventils vermieden werden. Die freien Rohrenden der
Anschlußrohre
werden mechanisch mit dem Flansch verbunden, so daß keine
weitere Wärmebehandlung
erforderlich ist. Außerdem
weist die als Kältemitteleintritt
in den Verdampfer dienende Öffnung einen
geringeren Querschnitt auf, als die Öffnung des Heißgasaustritts.
Die Öffnung
für den
Heißgasaustritt besitzt
im wesentlichen die Form eines Rechtecks.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind in dem Flansch für das Expansionsventil
zwei abgestufte Bohrungen zur Aufnahme der Enden der Anschlußrohre vorgesehen,
wobei sich ein radial erweiterter Abschnitt auf der dem Expansionsventil
zugewandten Seite befindet. Durch die Abstufung kann ein Formschluß zwischen
Flansch und Anschlußrohr
erreicht werden. Zweckmäßigerweise sind
die Anschlußrohre
in dem Flansch mittels radialem Aufweiten befestigt, d. h. das Rohrende
ist aufgetulpt und liegt durch radiale Pressung dichtend an der Innenwandung
der Bohrung an. In bevorzugter Weise sind in jeder Bohrung zwei
Stufen vorgesehen, so daß insgesamt
drei Bohrungsabschnitte in jeder Bohrung gebildet sind. Durch die
mehreren Bohrungsabschnitte und -stufen kann die Dichtheit der Verbindung auch
bei extremen Druckverhältnissen
gewährleistet
werden. Der mittlere Abschnitt jeder Bohrung beträgt vorzugsweise
etwa die Hälfte
der Gesamtlänge
der jeweiligen Bohrung in dem Flansch.
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Um
den unterschiedlichen Volumina des Kältemittels zuströmseitig
und abströmseitig
des Verdampfers aufgrund der Änderung
des Aggregatzustandes Rechnung zu tragen, weisen die Anschlußrohre unterschiedliche
Querschnitte auf, wobei das als Saugleitung dienende Anschlußrohr gegenüber dem
anderen Anschlußrohr
mindestens etwa den 1,5-fachen Querschnitt besitzt.
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Die
Aussparungen in den Anschlußelementen
sind der Form der Öffnung
zweckmäßigerweise angepaßt, und
vorzugsweise sind die Aussparungen und Öffnungen deckungsgleich. Die
Gestalt der Öffnungen
bzw. Aussparungen kann sich an den gegebenen Platzverhältnissen
orientieren, wobei es als zweckmäßig angesehen
wird, daß die Öffnung für den Kältemitteleintritt
als Langloch mit parallelen Seitenkanten ausgeführt ist.
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Die
Anschlußelemente
sind an ihrem äußeren Ende
zu schließen,
wobei es als zweckmäßig angesehen
wird, in das offene stirnseitige Ende des Anschlußelementes
lotplattierte Scheiben einzupressen, die mitgelötet werden, wodurch ein kältemitteldichter
Abschluß erfolgt.
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Zur
exakten Positionierung des Anschlußelementes an der jeweiligen
Scheibe ist es vorteilhaft, die Öffnung
an der Scheibe mit einem Durchzug zu versehen, der in die Aussparung
des Anschlußelementes
greift. Durch diesen formschlüssigen
Eingriff wird das Anschlußelement
bis zur Durchführung
der Lötung
exakt positioniert.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In
der Zeichnung zeigt:
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1 einen
Kältemittelverdampfer
einer Kraftfahrzeugklimaanlage in der Ansicht auf die luftbeaufschlagte
Stirnseite,
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2 eine
Ansicht in Richtung des Pfeiles II in 1,
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3 eine
Ansicht in Richtung des Pfeiles III in 1,
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4 einen
Schnitt durch einen Anschlußflansch,
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5 eine
Ansicht auf einen Verdampferblock in Richtung des Pfeiles V in 1 ohne
Anschlußrohr,
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6 eine
Ansicht auf den Verdampferblock in Richtung des Pfeiles VI in 1,
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7 ein
als Saugleitung dienendes Anschlußrohr,
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8 eine
Ansicht in Richtung des Pfeiles VIII in 7;
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9 eine
Ansicht in Richtung des Pfeiles IX in 7,
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10 ein
als Kältemittelzuführung dienendes
Anschlußrohr,
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11 eine
vergrößerte Darstellung
der Einzelheit IX in 10,
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12 eine
Ansicht der Stirnseite XII in 10,
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13 eine
flächige
Ansicht eines Blechs der endseitigen Scheibe,
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14 einen
Schnitt entlang der Linie XIV-XIV in 13,
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15 eine
vergrößerte Darstellung
der Einzelheit XV in 14, jedoch im Schnitt durch
die Öffnung,
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16 eine
Ausführungsvariante
zu 15.
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In
den 1 bis 3 ist ein kompletter Verdampfer 1 für eine Kompressionskälteanlage
gezeigt, und zwar in verschiedenen Ansichten, nämlich in 1 die
luftbeaufschlagte Stirnseite, in 2 eine Draufsicht
und in 3 eine Seitenansicht. Der Verdampfer 1 besteht
aus gestapelten Scheiben 2, wobei jede Scheibe 2 aus
zwei aneinanderliegenden Blechen 4, 5 besteht.
Diese Bleche 4, 5 schließen zwischen sich Hohlräume ein
und bilden auf diese Weise Rohrelemente, die vom Kältemittel
durchströmt
werden. Wie aus 1 ersichtlich ist, sind an einem
Ende der Scheiben 2 die Bleche 4, 5 (2) mit
Ausprägungen 6, 7 versehen,
an denen die jeweils benachbarten Scheiben 2 zur gegenseitigen Anlage
kommen. Die jeweils am Ende des Stapels angeordneten Scheiben sind
in 1 mit den Bezugszeichen 8 und 9 bezeichnet.
Sie unterscheiden sich von den Scheiben 2 dadurch, daß sie auf
der Außenseite
Bleche auf weisen, die nicht mit den endseitigen Ausprägungen der übrigen Scheiben 2 versehen
sind. Zwischen den Scheiben 2 des Scheibenstapels sind
Rippen 3 angeordnet, die mit den Scheiben 2 verlötet sind
und somit einerseits zur Verbesserung des Wärmeübergangs und andererseits zur jeweiligen
Abstützung
der Scheiben dienen. Die Rippen 3 sind vorzugsweise als
Well- oder Stegrippen ausgeführt.
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Den
jeweils äußeren Scheiben 8 und 9 ist
ein Abschlußblech 10 zugeordnet,
das sich parallel zur benachbarten Scheibe 8 bzw. 9 erstreckt
und zwischen diesem und der Scheibe 8, 9 ebenfalls
eine Rippe 3 angeordnet ist. Die Abschlußbleche 10 erstrecken
sich über
die Höhe
der Scheibe, ausgenommen von dem Bereich des mit Ausprägungen versehenen
Endes der Scheiben 2. Die Abschlußbleche 10 weisen
in ihrer Längserstreckung
eine Versteifungsrippe 11 auf (1 und 3).
Diese Versteifungsrippe 11 kann durch eine Sicke im Abschlußblech 10 gebildet
sein. Wie die 1 bis 3 zeigen,
ist der Verdampfer 1 mit Anschlußrohren 12 und 13 versehen,
deren dem Scheibenstapel abgewandte Enden in einen Flansch 14 geführt sind.
Die Anschlußrohre 12 und 13 weisen
umgeformte Anschlußelemente 15 und 16 auf,
die gemäß 1 eine
flache Anlagefläche
zur Verbindung mit den endseitigen Scheiben 8 und 9 aufweisen
und sich parallel zur Luftströmungsrichtung
L (2 und 3) unterhalb der Abschlußbleche 10 erstrecken.
Alle Bestandteile des Verdampfers 1, mit Ausnahme des Flansches 14,
sind in einem einzigen Arbeitsgang miteinander verlötet.
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Der
Flansch 14 zum Anschluß eines
Expansionsventils weist eine Flanschfläche 17 auf mit einer im
mittleren Bereich der Flanschfläche 17 angeordneten
Gewindebohrung 18 zur Befestigung des Expansionsventils.
Außerdem
sind in dem Flansch 14 zwei abgestufte Bohrungen 19 und 20 vorgesehen, die
zur Aufnahme der freien Enden 12', 13' der Anschlußrohre 12 und 13 dienen.
Wie aus den 1 bis 3 deutlich
wird, weist das als Saugleitung dienende Anschlußrohr 13 einen wesentlich
größeren Durchmesser
als das das Kältemittel
zuführende
Anschlußrohr 12 auf,
so daß dem
unterschiedlichen Aggregatzustand des Kältemittels eingangsseitig bzw. ausgangsseitig
des Verdampfers Rechnung getragen ist.
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Die 4 zeigt
einen Schnitt durch den Flansch 14 mit den darin aufgenommenen
Enden 12', 13' der Anschlußrohre 12 und 13.
Dieser Schnitt durch den Flansch 14 macht deutlich, daß es sich
bei den Bohrungen 19 und 20 um abgestufte Bohrungen handelt,
wobei jede dieser Bohrungen jeweils zwei Stufen 21, 21' und 22, 22' aufweist, wodurch
drei Bohrungsabschnitte 23, 24, 25 bzw. 26, 27, 28 gebildet
sind. Dabei weisen die der Flanschfläche 17 abgewandten
Bohrungsabschnitte 23, 26 den jeweils geringsten
Durchmesser auf, an den sich ein mittlerer Bohrungsabschnitt 24, 27 mit
radial vergrößertem Durchmesser
anschließt.
Der Flanschfläche 17 benachbart
befindet sich jeweils der Bohrungsabschnitt 25, 28 mit
dem größten Radialmaß.
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Wie
aus 4 zu ersehen ist, besitzen die mittleren Bohrungsabschnitte 24, 27 eine
deutlich größere axiale
Erstreckung als die übrigen
Bohrungsabschnitte, wobei der mittlere Bohrungsabschnitt 24 eine
axiale Länge
aufweist, die etwa der Hälfte
der Gesamtlänge
der Bohrung 19 bzw. 20 entspricht. Die Rohrenden 12', 13' sind in den
Bohrungen 19, 20 ausschließlich mechanisch befestigt
und abgedichtet, was durch radiales Aufweiten in den Bohrungsabschnitten 24, 25 bzw. 27, 28 erfolgt. Durch
dieses sogenannte Auftulpen legt sich die Rohrwand mit radialer
Pressung gegen die Innenwandung der Bohrungen 19, 20 an,
wobei die Stufen 21, 21' bzw. 22, 22' einen Formschluß gegen
axiales Verschieben bzw. Herausziehen der Rohrenden 12', 13' erzeugen und
außerdem
zur Erhöhung
der Dichtigkeit beitragen. Zwischen den Bohrungen 19 und 20 befindet
sich die Gewindebohrung 18 zur Befestigung des Expansionsventils.
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Bei
einer alternativen Ausgestaltung der Befestigung der Rohrenden 12', 13' im Flansch 14 ist die
Dichtheit durch einen zwischen dem Rohrende und der Innenwandung
der Bohrungen 19, 20 im Bereich der Abstufung
eingelegten O-Ring erzeugt. In diesem Fall dient die radiale Aufweitung
ausschließlich
der mechanischen Fixierung.
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Die 5 zeigt
eine Ansicht auf einen Verdampferblock in Richtung des Pfeiles V
in 1 ohne Anschlußrohre. Dabei erstreckt sich
das Abschlußblech 10 vom
oberen Rand des Verdampfers bis zu dem Bereich, an dem die endseitige
Scheibe 8 zur Aufnahme des in 3 gezeigten
Anschlußelementes 15 vorgesehen
ist. In diesem Bereich ist die endseitige Scheibe 8 mit
einer Öffnung 29 zum
Eintritt des Kältemittels
versehen, so daß das
in dem Anschlußrohr 12 dem
Verdampfer 1 zugeführte
Kältemittel
den Scheiben 2 zuführbar
ist (vgl. 1). Wie 5 zeigt,
ist die Öffnung 29 zum
Eintritt des Kältemittels
als Langloch mit parallelen Seitenkanten 29', 29'' ausgeführt.
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Die 6 zeigt
eine Ansicht auf den Verdampferblock in Richtung des Pfeiles VI
in 1 ebenfalls ohne Anschlußrohre. Diese Darstellung ist ähnlich derjenigen
der 5, lediglich am unteren Rand ist das Abschlußblech 10 anders
gestaltet. An der von dem Abschlußblech 10 nicht verdeckten
Fläche
der endseitigen Scheibe 9 wird das in 1 dargestellte
Anschlußelement 16 befestigt,
durch das das verdampfte Kältemittel,
das sogenannte Heißgas,
durch das als Saugleitung dienende Anschlußrohr 13 zum Expansionsventil
geführt
wird. Zum Austritt des Heißgases
aus der endseitigen Scheibe 9 in das daran befestigte Anschlußstück dient
eine Öffnung 30,
die im wesentlichen die Form eines Rechtecks besitzt.
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Die 7, 8 und 9 zeigen
verschiedene Ansichten des als Saugleitung dienenden Anschlußrohres 13.
Dabei ist das Anschlußelement 16 einstückig an
dem Anschlußrohr 13 angeformt
und zu einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt umgeformt,
so daß sich
eine flache Anlagefläche 16' zur Verbindung
mit der endseitigen Scheibe 9 ergibt. Wie 9 zeigt,
ist an der Flachseite 16' des
Anschlußelementes 16 eine
Aussparung 31 vorgesehen, deren Form der Öffnung 30 der
endseitigen Scheibe 9 entspricht. Sofern die Öffnung 30 mit
einem zum Anschlußelement 16 gerichteten
Durchzug versehen ist, wird die Aussparung 31 derart bemessen,
daß der Durchzug
in die Aussparung greift.
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Die 10 zeigt
das der Kältemittelzuführung dienende
Anschlußrohr 12 mit
einem daran angeformten Anschlußelement 15.
Dieses Anschlußelement 15 ist
gemäß Darstellung
in 12 im wesentlichen rechteckig gestaltet, wodurch
sich eine ebene Anlagefläche 15' zur Verbindung
mit der endseitigen Scheibe 8 ergibt. An dieser Fläche 15' ist eine Aussparung 32 vorgesehen,
die bezüglich
ihrer Form der als Langloch ausgeführten Öffnung 29 entspricht,
so daß diese
Aussparung 32 mit der Öffnung 29 beim
Zusammenbau des Verdampfers in Überdeckung
kommt.
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In 11 ist
vergrößert die
Einzelheit XI der 10 dargestellt. Daraus wird
deutlich, daß nahe dem
Ende des Anschlußelementes 15 in
dieses eine Scheibe 33 eingesetzt ist, die beim Löten des
Verdampfers stoffschlüssig
mit der inneren Umfangsfläche
des Anschlußelementes 15 verbunden
wird, wodurch der Innenraum des Anschlußelementes 15 gegen
die Außenseite
kältemitteldicht
geschlossen wird.
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Die 13 zeigt
eine flächige
Ansicht eines Blechs 35 der endseitigen Scheibe, das nahe
einem Ende seiner Längserstreckung
die Öffnung 29 aufweist,
die mit einem Durchzug 34 versehen ist. Am anderen Ende
der Längserstreckung
sind unmittelbar am Rand des Blechs rechtwinklig ausgestellte Lappen 36 angeordnet,
wie dies aus 14 ersichtlich ist. Die 14 zeigt
auch den Durchzug 34, der in derselben Richtung aus der
Blechebene hervorsteht wie die Lappen 36.
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Die 15 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
des Schnittes durch die als Langloch gestaltete Öffnung 29 mit dem
Durchzug 34. Alternativ hierzu kann das Langloch 29 auch
ohne Durchzug ausgeführt
sein, wie dies am Beispiel der 16 gezeigt ist,
bei dem das Blech 35 im Bereich um die Öffnung 29 völlig eben
ist.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verdampfer kann
die Aufweitung des Rohrendes 12', 13' im Flansch 14 hinsichtlich
Genauigkeit, Materialverformung und Oberfläche deutlich besser ausgeführt werden,
da das Material der Rohre durch die Erwärmung im Ofen anschließend bessere
Verformungseigenschaften hat, nämlich
weicher ist. Dies ist insbesondere für O-Ring-Sitze von Vorteil.