DE202009012453U1 - Sammler für einen Wärmetauscher - Google Patents

Sammler für einen Wärmetauscher

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Abstract

Wärmetauscher, umfassend
einen Sammler (4, 5) mit einem sich in einer Längsrichtung erstreckenden Boden (4) mit einer Mehrzahl von Durchzügen (3) zur Aufnahme von Tauscherrohren (1), und
einen fluiddicht an dem Boden (4) festlegbaren Kasten (5) des Sammlers (4, 5),
wobei der Boden (4) zumindest eine randseitige, sich in der Längsrichtung erstreckende Struktur (7) zur Verbindung mit dem Kasten (5, 8) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kasten (5) zumindest einen in der Längsrichtung erstreckten Dachbereich (10) mit einem First (11) umfasst, wobei eine Druckerhöhung in dem Sammler (4, 5) eine elastische Deformation des Dachbereichs (10, 11) bewirkt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • WO 2006/005449 beschreibt einen Ladeluftkühler für ein Kraftfahrzeug, bei dem ein Kunststoffkasten an seitlichen Aufnahmesicken eines Bodens aus Aluminium mittels einer Dichtung fluiddicht festgelegt ist. Der Kasten hat ein halbrundes bzw. halbkreisförmiges Querschnittsprofil.
  • Besonders im Bereich der Kühlmittelkühler (KMK) von Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Nutzfahrzeugen, werden zunehmende Anforderungen an die Druckfestigkeit gestellt. Gründe hierfür sind etwa eine Anordnung eines Thermostatventils ausgangsseitig des KMK oder auch der Einsatz eines Wasser-Retarders. Dabei können im KMK Drücke von über 4 bar auftreten, wobei herkömmliche KMK oft nur für Drücke bis zu 2 bar ausgelegt sind.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher anzugeben, der mit einfachen Mitteln eine besonders hohe Druckfestigkeit aufweist.
  • Diese Aufgabe wird für einen eingangs genannten Wärmetauscher erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Ausformung des Dachbereichs mit einem First kann dieser bei einer Druckerhöhung elastisch ausweichen, ohne dass die Spannungsgrenzen an der Stelle des Firstes überschritten werden. Hierdurch wird bei gegebenen Materialstärken die resultierende Spannung bzw. Verformung in kritischen Bereichen wie etwa einem Übergang zwischen Boden und Tauscherrohren oder der Verbindung zwischen Kasten und Boden gering gehalten.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Kasten im Wesentlichen aus einem Kunststoff, wobei ein Dichtmaterial zwischen Kasten und Boden angeordnet ist. Dies ermöglicht eine einfache Bauweise und insbesondere eine kostengünstige Fertigung des Kastens.
  • Allgemein vorteilhaft ist die Struktur zur Verbindung mit dem Kasten als sickenförmige Aufnahme für eine längsseitige Abschlusskante des Kastens ausgeformt. In bevorzugter Detailgestaltung ist dabei an der Aufnahme eine formschlüssige Verbindung mit dem Kasten vorgesehen, besonders bevorzugt mittels einer Wellschlitz-Bördelung. Insgesamt ist hierdurch eine einfache Montage und sichere Halterung des Kastens an dem Boden ermöglicht. Anstelle einer Wellschlitz-Bördelung kann auch eine andere geeignete Maßnahme zur formschlüssigen Festlegung vorgesehen sein, wie zum Beispiel eine Umbiegung vorragender Laschen oder Kanten des Bodens nach dem Einsatzen der Abschlusskante des Kastens in die sickenförmigen Aufnahme.
  • Der Boden besteht in vorteilhafter Detailgestaltung aus einem Metall auf Aluminiumbasis, wobei die Tauscherrohre als in den Durchzügen verlötete Flachrohre ausgebildet sind. Dazu werden meist Böden und Flachrohre me chanisch zu einem Tauscherblock kassetiert und gemeinsam zur Verlötung in einen Lötofen verbracht
  • Bei einer optimierten Ausführungsform der Erfindung hat eine Querschnittslinie des Kastens im Bereich des Firstes eine Wendestelle, wodurch eine umfassende gewünschte Deformation bei erhöhtem Druck verbessert ist.
  • In weiterhin optimierter Gestaltung hat der First des Dachbereichs einen Öffnungswinkel zwischen etwa 45° und etwa 135°.
  • Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind an dem Kasten im Bereich des Firstes Versteifungsrippen ausgebildet. Hierdurch kann die Wandstärke des Kastens insbesondere in dem Dachbereich kostengünstig und gewichtsmindernd gering gehalten werden, wobei die elastischen Eigenschaften dennoch ausreichend steif sind, um auch größere Druckerhöhungen aufzufangen.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
  • 1 zeigt eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
  • 2 zeigt eine Schnittansicht des Wärmetauschers aus 1 entlang der Linie A-A
  • 3 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung des Bereichs B aus 2.
  • 4 zeigt einen 3 entsprechenden Ausschnitt auf Höhe einer Verstärkungsrippe.
  • Der in 1 gezeigte Wärmetauscher ist ein Kühlmittelkühler (KMK) für ein Kraftfahrzeug, vorliegend ein Nutzfahrzeug mit Dieselmotor. Der KMK hat ein Netz aus kühlmitteldurchströmten Flachrohren 1 mit dazwischen angeordneten Kühlrippen 2, wobei die Flachrohre 1 jeweils endseitig in Durchzügen 3 von Böden 4 des KMK münden.
  • Die Flachrohre 1, Rippen 2 und Böden 4 bestehen jeweils aus Metall auf Basis von Aluminium und sind als mechanisch vormontierte bzw. kassetierte Einheit in einem Lötofen stoffschlüssig miteinander verlötet worden.
  • Auf die Böden 4 ist jeweils ein Kasten 5 zur Vervollständigung eines Sammlers fluiddicht aufgesetzt. Die Kästen 5 bestehen aus Kunststoff, zum Beispiel einem glasfaserverstärkten Polyamid, und haben jeweils einen Anschluss 6 zur Zuführung bzw. Abführung von Kühlmittel.
  • Die aus Aluminium bestehenden Böden 4 haben randseitige, sich in einer Längsrichtung der Böden bzw. in Stapelrichtung der Flachrohre erstreckende Strukturen zur Verbindung mit den Kästen 5 auf, die als sickenartige Aufnahmen 7 ausgebildet sind (siehe 2). Die sickenförmigen Aufnahmen 7 haben aufkragende Ränder 7a, in deren oberen Bereich Wellschlitz-Bördelungen 7b ausgebildet sind. Eine jeweilige längsseitige Abschlusskante 8 des an dem Boden 4 festgelegten Kastens 5 ist so geformt, dass sie in die Aufnahme 7 hineinragt und von der Wellschlitz-Bördelung übergroffen und formschlüssig gehalten wird.
  • Zwischen Abschlusskante 8 und sickenförmigen Aufnahme 7 ist eine Dichtung 9 vorgesehen, über die eine fluiddichte Verbindung von Kasten 5 und Boiden 4 hergestellt ist. Durch die Ausformung der Wellschlitz-Bördelung kann zum Beispiel eine Verrastung des Kastens 5 in der Aufnahme 7 bei Einsetzen des Kastens erfolgen. Es kann alternativ oder ergänzend auch eine Umformung des Randes 7a bzw. der Aufnahme 7 zur Festlegung der Abschlusskante 8 des Kastens 5 erfolgen.
  • Zwischen den Abschlusskanten 8 des Kastens 5 befindet sich über einen Großteil seiner Länge (siehe 1) ein Dachbereich 10, der in seinem oberren Teil einen First 11 aufweist. Der First 11 zeichnet sich dadurch aus, dass der Dachbereich nicht wie bei bekannten Bauformen halbrund verläuft, sondern seine von den Abschlusskanten 8 aufsteigenden Flanken in einem definierten Winkel aufeinander stoßen.
  • Gemäß der Detaildarstellung nach 3 hat der Dachbereich 10 eine im Wesentlichen konstante Wandstärke der Dicke s, wobei der First eine Höhe HD und eine Breite BD aufweist.
  • Im vorliegenden Beispiel ändert der Dachbereich im Querschnitt zudem im Übergang zum First seine Krümmungsrichtung, so dass eine Wendestelle vorliegt. Nach der zunächst von der Abschlusskante ausgehenden konvexen Krümmung folgt im Übergang zum First 11 somit ein Bereich konkaver Krümmung, der einen minimalen Krümmungsradius R aufweist. In der Spitze des Firstes und treffen sich die von den Abschlusskanten jeweils symmetrisch zueinander aufsteigenden Wände des Kastens 5 dann unter einem definierten Winkel, der zwischen 45° und 135° beträgt, vorliegend etwa 90°.
  • Wie insbesondere 1 und 4 zeigen, sind in dem Dachbereich 10, zumindest im Bereich des Firstes 11, Verstärkungsrippen 13 vorgesehen, die sich quer zu der Längsrichtung erstrecken. Die Verstärkungsrippen 13 haben eine maximale Höhe HR und verlaufen vorliegend ausschließlich auf der Außenseite des Kastens 5. In alternativer Gestaltung können die Rippen 13 aber auch zusätzlich oder ausschließlich auf der Innenseite des Kastens 5 verlaufen.
  • Durch die Verstärkungsrippen 13 kann der Dachbereich 10 bzw. der First 11 gezielt so verstärkt werden, dass die Elastizität bzw. Steifigkeit auch bei geringer Wandstärke s des Kastens 5 im gewünschten Bereich liegt.
  • Durch die vorstehend beschriebene Formgebung des Kastens mit Dachbereich 10 und First 11 können die Kastenwände bei einer Druckerhöhung im Sammler 4, 5 elastisch so ausweichen, dass der Dachbereich und insbesondere der First sich aufweitet. Hierdurch werden die unteren Wandbereiche, insbesondere in der Nähe der Abschlusskanten 8, steifer gegen eine Deformation.
  • Dies führt zudem zu einer Versteifung von Übergangsbereichen 12 des Bodens 4 zwischen den Aufnahmen 7 und den Durchzügen 3. Hierdurch wird die Verlötung der Flachrohre 1 mit den Durchzügen 3 im Bereich ihrer kurzen Stirnseiten bei einer Druckerhöhung weniger belastet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 2006/005449 [0002]

Claims (8)

  1. Wärmetauscher, umfassend einen Sammler (4, 5) mit einem sich in einer Längsrichtung erstreckenden Boden (4) mit einer Mehrzahl von Durchzügen (3) zur Aufnahme von Tauscherrohren (1), und einen fluiddicht an dem Boden (4) festlegbaren Kasten (5) des Sammlers (4, 5), wobei der Boden (4) zumindest eine randseitige, sich in der Längsrichtung erstreckende Struktur (7) zur Verbindung mit dem Kasten (5, 8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kasten (5) zumindest einen in der Längsrichtung erstreckten Dachbereich (10) mit einem First (11) umfasst, wobei eine Druckerhöhung in dem Sammler (4, 5) eine elastische Deformation des Dachbereichs (10, 11) bewirkt.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kasten (5) im Wesentlichen aus einem Kunststoff besteht, wobei ein Dichtmittel (9) zwischen Kasten (5, 8) und Boden (4, 7) angeordnet ist.
  3. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur zur Verbindung mit dem Kasten als sickenförmige Aufnahme (7) für eine längsseitige Abschlusskante (8) des Kastens (5) ausgeformt ist.
  4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Aufnahme (7) eine formschlüssige Verbindung (7b) mit dem Kasten vorgesehen ist, insbesondere mittels einer Wellschlitz-Bördelung.
  5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (4) aus einem Metall auf Aluminiumbasis besteht, wobei die Tauscherrohre (1) als in den Durchzügen (3) verlötete Flachrohre ausgebildet sind.
  6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittslinie des Kastens (5) im Bereich des Firstes (11) eine Wendestelle aufweist.
  7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der First (11) einen Öffnungswinkel zwischen etwa 45° und etwa 135° aufweist.
  8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kasten (5) im Bereich des Firstes (11) Versteifungsrippen (13) ausgebildet sind.
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