DE202013004624U1

DE202013004624U1 - Interner Wärmetauscher für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage

Info

Publication number: DE202013004624U1
Application number: DE202013004624.4U
Authority: DE
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2014-08-18
Anticipated expiration: 2023-05-17

Abstract

Wärmetauscher für eine Kraftfahrzeugklimaanlage, mit einem Außengehäuse (50), welches zumindest ein erstes rohrförmiges Gehäuseteil (32) aufweist, welches einen ersten axialen, radial erweiterten Endabschnitt (33) und einen zweiten axialen, radial verjüngten Endabschnitt (34) aufweist, wobei der erste Endabschnitt (33) zum zumindest bereichsweisen Umschließen zumindest eines Innenrohrs (52) ausgebildet ist und wobei der zweite Endabschnitt (34), welcher einstückig mit dem ersten Endabschnitt (33) ausgebildet ist, als Anschlussstutzen zum Anschluss des Gehäuses (50) an eine fluidführende Leitung (30) fungiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, welcher insbesondere als interner Wärmetauscher zur Effizienzsteigerung der Klimaanlage ausgebildet ist.
Zur Leistungs- und Effizienzsteigerung von Kraftfahrzeug-Klimaanlagen sind klimaanlagen-interne Wärmetauscher, sogenannte Internal Heat Exchanger (IHX) bekannt, die einen zwischen Verdampfer und Kompressor verlaufenden Abschnitt des Kältemittelkreislaufs thermisch mit einem zwischen Kondensator und Expansionsventil verlaufenden Abschnitt des Kältemittelkreislaufs koppeln. Auf diese Art und Weise kann das vom Verdampfer zum Kompressor strömende, relativ kalte Kältemittel zur (Vor-)Kühlung oder Unterkühlung des der Expansionseinrichtung auf der Hochdruckseite des Kältemittel-Kreislaufs zugeführten und vergleichsweise warmen Kältemittels Verwendung finden.
Zur Optimierung der Funktionsweise derartiger Wärmetauscher im Kältemittelkreislauf sind die geometrischen Abmessungen und Formen der Rohre von Bedeutung. In einem bestehenden Fahrzeug-Package, welches kaum Spielraum zur individuellen Adaption oder Veränderung der Außenkontur, bzw. Außengeometrie des Wärmetauschers bietet, ist es verhältnismäßig schwierig, derartige Wärmetauscher hinsichtlich ihrer Wärmetauscherkapazität an vorgegebene Anforderungen individuell, etwa fahrzeugtypenspezifisch anzupassen.
Klimaanlagen-interne Wärmetauscher können ferner als rohrförmigen Wärmetauscher ausgebildet sein. Hierbei ist zumindest ein Innenrohr in Umfangsrichtung vollständig von einem Außenrohr umschlossen. Im Innenraum des Innenrohrs und im Zwischenraum zwischen Innen- und Außenrohr kann alsdann ein Austausch thermischer Energie zwischen dem jeweils in entgegengesetzter Strömungsrichtung fließenden Wärmetauschermedien stattfinden. Zum Anschließen von solchen Wärmetauschern in den Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage ist es erforderlich, das Innenrohr durch das Außenrohr hindurchzuführen bzw. einen entsprechenden Anschluss für das das Innenrohr umgebende Außenrohr bereitzustellen.
Einer Ausführung der vorliegenden Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten internen Wärmetauscher für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage bereitzustellen, welcher besonders effizient, kostengünstig und einfach herstellbar ist. Der Wärmetauscher soll sich ferner durch eine Bauteilreduzierung sowie durch eine mögliche Gewichtsminimierung und eine hohe Lebensdauer sowie durch eine gute thermische Belastbarkeit auszeichnen.
Diese Aufgabe wird mit einem Wärmetauscher gemäß Schutzanspruch 1, mit einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage nach Anspruch 13 sowie mit einem Kraftfahrzeug Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind hierbei jeweils Gegenstand abhängiger Schutzansprüche.
Demgemäß ist ein interner Wärmetauscher für eine Kraftfahrzeugklimaanlage vorgesehen, welcher ein Außengehäuse aufweist. Das Außengehäuse weist dabei zumindest ein erstes rohrförmiges Gehäuseteil auf, welches einen ersten axialen und radial erweiterten Endabschnitt sowie einen zweiten, axialen radial verjüngten Endabschnitt aufweist. Erste und zweite Endabschnitte jenes ersten rohrförmigen Gehäuseteils sind dabei einstückig ausgebildet. Erster und zweiter Endabschnitt bezeichnen somit Abschnitte eines einteiligen rohrförmigen Gehäuseteils.
Der radial erweiterte erste Endabschnitt ist dabei zumindest bereichsweise und abschnittsweise zum Umschließen zumindest eines Innenrohrs ausgebildet. Das Innenrohr wird dabei in Umfangsrichtung vollständig vom ersten axialen Endabschnitt des ersten Gehäuseteils umschlossen. Ein abschnittsweises Umschließen des Innenrohrs durch das erste rohrförmige Gehäuseteil des Außengehäuses ist in Axialrichtung vorgesehen.
Während der radial erweiterte Endabschnitt des ersten Gehäuseteils zum zumindest bereichsweisen axialen Umschließen des Innenrohrs ausgebildet ist, fungiert der einstückig hiermit ausgebildete zweite Endabschnitt als Anschlussstutzen des Wärmetauschergehäuses, um insbesondere das Außengehäuse an eine fluidführende Leitung eines Kältemittelkreislaufs einer Klimaanlage anschließen zu können.
Das Außengehäuse, insbesondere sein erster axialer und radial erweiterter Endabschnitt fungiert dabei als Außenrohr des Wärmetauschers, welches unter Bildung eines von einem Wärmetauschermedium durchströmbaren Zwischenraums das Innenrohr in Umfangrichtung vollständig, in Axialrichtung zumindest bereichs- oder abschnittsweise, umschließt. Indem jener erste radial erweiterte Endabschnitt des ersten Gehäuseteils einstückig mit dem radial verjüngt ausgebildeten Endabschnitt verbunden ist, kann insoweit eine einteilige Ausgestaltung von fluidführendem Wärmetauscher-Außenrohr und einem zugehörigen fluidführenden Anschlussstutzen gebildet werden.
Eine gesonderte Verbindung des Wärmetauschers bzw. des Wärmetauschergehäuses mit einem Anschlussstück kann somit in vorteilhafter Weise entfallen. Hierdurch ergibt sich eine Bauteilreduktion, die einerseits die Fertigung des Wärmetauschers vereinfacht und rationalisiert und die andererseits, etwa durch den Wegfall von bisherigen Verbindungsstellen zwischen einem Wärmetauscheraußenrohr und einem Verbindungsstück, auch eine besonders haltbare und langlebige sowie thermisch belastbare Ausgestaltung des Wärmetauschers bereitstellt.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Außengehäuse neben dem ersten Gehäuseteil ferner ein zweites rohrförmiges Gehäuseteil mit einem ersten axialen, radial erweiterten Endabschnitt und mit einem zweiten axialen, radial verjüngten Endabschnitt. Die ersten, d. h. die radial erweiterten Endabschnitte des ersten und des zweiten Gehäuseteils sind hierbei unter Aufnahme des Innenrohrs miteinander verbunden. Auf diese Art und Weise bilden die beiden radial erweiterten ersten Endabschnitte von erstem und zweitem Gehäuseteil das Außengehäuse bzw. das Außenrohr des Wärmetauschers.
Der zweite axiale und radial verjüngte Endabschnitt des zweiten Gehäuseteils fungiert hierbei typischerweise ebenfalls als fluidführender Anschlussstutzen zum Anschluss des Gehäuses an eine fluidführende Leitung des Kältemittelkreislaufs der Kraftfahrzeugklimaanlage.
Durch Vorsehen zweier mit ihren radial erweiterten Endabschnitten aneinander angrenzenden bzw. miteinander verbundenen Gehäuseteilen wird zwar ein zweiteiliges Außengehäuse bzw. Außenrohr eines Wärmetauschers bereitgestellt. Dafür können aber in vorteilhafter Weise etwaige axiale Anschlussstücke für den Wärmetauscher entfallen. Das Außengehäuse des Wärmetauschers kann hierdurch lediglich nur eine einzige Verbindungsstelle, nämlich zwischen erstem und zweitem Gehäuseteil aufweisen. Die demgegenüber radial verjüngt ausgebildeten zweiten Endabschnitte können dabei unmittelbar als fluidführender Anschlussstutzen, etwa zur unmittelbaren fluidführenden Verbindung einer Schlauchleitung des Kältemittelkreislaufs ausgebildet sein.
Nach einer Weiterbildung sind das erste und das zweite Gehäuseteil im Wesentlichen identisch oder symmetrisch zueinander ausgebildet. Bei Verwendung weitgehender identischer erster und zweiter Gehäuseteile kann die Anzahl von Gleichteilen zur Fertigung des Wärmetauschers erhöht werden, wodurch die Fertigungsrationalität für den Wärmetauscher-Herstellungsprozess gesteigert werden kann. Insbesondere können die axialen Längen von erstem und/oder zweitem Endabschnitt von erstem und zweitem Gehäuseteil im Wesentlichen gleich lang ausgebildet sein, so dass die Verbindungsstelle der ersten radial erweiterten Endabschnitte von erstem und zweitem Gehäuseteil in etwa axial mittig des Wärmetauschergehäuses liegt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung können das erste und das zweite Gehäuseteil mit den Enden ihrer radial erweiterten ersten Endabschnitte stumpf aneinander angrenzen. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere bei im Wesentlichen identisch oder symmetrisch zueinander ausgebildeten ersten und zweiten Gehäuseteilen möglich und sinnvoll. Mittels stumpf aneinander angrenzenden ersten und zweiten Gehäuseteilen kann eine Radialerstreckung der Gehäuseteile im entsprechenden Verbindungsabschnitt auf ein Minimum reduziert werden. Zudem kann durch das stumpfe Aneinanderfügen erster und zweiter Gehäuseteile insbesondere an der Innenseite der rohrförmigen Gehäuseteile ein möglichst ebener und glatter Übergang gebildet werden, der sich in strömungstechnischer Hinsicht als vorteilhaft erweisen kann.
Nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung weist das Ende des ersten Endabschnitts des ersten Gehäuseteils, welches dem Ende des zweiten Gehäuseteils zugewandt ist, einen zur Aufnahme des Endes des zweiten Gehäuseteils ausgebildeten radial erweiterten Aufnahmesockel auf. Auf diese Art und Weise können die aneinander angrenzenden und miteinander zu verbindenden Enden von erstem und zweitem Gehäuseteil auch abschnittsweise in Axialrichtung ineinander geschoben werden, so dass sich im Bereich der entsprechenden Verbindungsstelle eine radiale Überlappung bildet.
Alternativ hierzu kann das Ende des ersten Endabschnitts des ersten Gehäuseteils auch etwas nach innen abgestuft und somit radial verjüngt ausgebildet sein, so dass jenes durchmesserreduzierte Ende des ersten Gehäuseteils in das hiermit korrespondierende Ende des zweiten Gehäuseteils eingeschoben oder eingesetzt werden kann.
Selbige Modifikationen, d. h. die Ausbildung eines radial erweiterten Aufnahmesockels oder einer abgestuften radialen Verjüngung sind natürlich auch für das Ende des zweiten Gehäuseteils denkbar.
Ein hierdurch ermöglichtes wechselseitiges und zumindest abschnittsweises verschachteltes Anordnen der Enden von erstem und zweitem Gehäuseteil ist insbesondere für eine Vormontage der beiden Gehäuseteile von Vorteil. Durch bereichsweise Ineinanderführen erster und zweiter Gehäuseteile können diese vor oder während eines Verbindungsprozesses zumindest in Radial- und Umfangsrichtung zueinander fixiert werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung sind die aneinander angrenzenden Enden der ersten Endabschnitte von erstem und zweitem Gehäuseteile stoffschlüssig miteinander verbunden. Die Enden der Gehäuseteile sind hierbei insbesondere miteinander verschweißt oder verlötet. Die Verbindung von erstem und zweitem Gehäuseteil ist insbesondere fluid- und gasdicht ausgebildet. Eine stoffschlüssige Verbindung weist eine ausreichende Dauerhaltbarkeit, thermische Belastbarkeit auf und ist zudem vergleichsweise kostengünstig realisierbar.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist zumindest das erste Gehäuseteil eine Durchführung bzw. eine Durchgangsöffnung für das Innenrohr auf. Mittels der Durchführung kann das Innenrohr durch die Wandung des ersten rohrförmigen Gehäuseteils hindurchgeführt werden, so dass das Innenrohr außerhalb des Wärmetauschergehäuses in den Kältemittelkreislauf der Kraftfahrzeugklimaanlage einbindbar ist. Die Durchführung für das Innenrohr ist insbesondere fluiddicht ausgebildet. Nachdem das Innenrohr durch die Durchführung des ersten Gehäuseteils hindurchgeführt ist, kann es beispielsweise im Bereich der Durchführung stoffflüssig mit dem Innenrohr verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Durchführung für das Innenrohr als radiale Durchführung im radial erweiterten ersten axialen Abschnitt des ersten Gehäuseteils ausgebildet. Folglich kann das Innenrohr radial nach außen gerichtet werden, das Außenrohr bzw. das erste rohrförmige Gehäuseteil durchsetzen. Eine derartige Anbindung oder Hindurchführung für das Innenrohr kann sich aufgrund vorgegebener geometrischer Anforderungen für die Einbindung des Wärmetauschers in die Kraftfahrzeugklimaanlage als vorteilhaft erweisen.
Nach einer alternativen Ausgestaltung hierzu ist ferner denkbar, dass die Durchführung in einem Übergangsbereich des ersten rohrförmigen Gehäuseteils, insbesondere zwischen erstem und zweitem axialen Abschnitt ausgebildet ist. Die Durchführung kann sich hierbei im Wesentlichen in Axialrichtung durch jenen Übergangsbereich hindurch erstrecken. Der Übergangsbereich kann sich hierbei durch einen radial abgestuften Außenumfang des Gehäuseteils auszeichnen, so dass der Übergangsbereich eine Außenwandung des ersten Gehäuseteils bildet, deren Flächennormale annähernd oder im Wesentlichen in Axialrichtung ausgerichtet ist.
Das zweite rohrförmige Gehäuseteil weist typischerweise zumindest eine weitere Durchführung für das Innenrohr auf. Diese kann je nach Ausgestaltung des ersten rohrförmigen Gehäuseteils entweder im radial erweiterten ersten axialen Abschnitt oder im Übergangsbereich zwischen erstem und zweitem axialen Abschnitt ausgebildet sein.
Wenn die Durchführung des ersten Gehäuseteils im radial erweiterten ersten axialen Abschnitt des ersten Gehäuseteils ausgebildet ist, kann das zweite Gehäuseteil eine Durchführung insbesondere in seinem Übergangsbereich zwischen erstem und zweitem axialen Abschnitt aufweisen. Auch eine umgekehrte Konstellation ist hierbei denkbar, bei welcher die auf Seiten des ersten rohrförmigen Gehäuseteils vorgesehene Durchführung im Übergangsbereich, im Bereich des zweiten rohrförmigen Gehäuseteils aber im ersten radial erweiterten axialen Abschnitt als radial nach außen gerichtete Durchführung ausgebildet ist.
Andere Konstellationen können z. B. auch vorsehen, dass beide Gehäuseteile eine im Wesentlichen in Axialrichtung ausgerichtete Durchführung in ihren Übergangsbereichen aufweisen.
Derartige Ausgestaltungen der Durchführungen im ersten und/oder zweiten Gehäuseteil sind insoweit von Vorteil, als das herstellungstechnisch vor einem Zusammenfügen erster und zweiter rohrförmiger Gehäuseteile das Innenrohr aufzunehmen und mit seinen jeweiligen Endabschnitten durch die im ersten und zweiten rohrförmigen Gehäuseteil vorgesehenen Durchführungen hindurchzuführen ist. Da für die Endmontage des Wärmetauschers eine axiale Verschiebung der beiden Gehäuseteile relativ zueinander und deren anschließende Verbindung miteinander vorzusehen ist, erweist es sich als vorteilhaft, wenn eine der beiden Durchführungen der Gehäuseteile als axiale Durchführung ausgebildet ist, die eine Verschiebung des jeweiligen Gehäuseteils in Axialrichtung relativ zum Innenrohr ermöglicht.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der erste Endabschnitt des Gehäuseteils, insbesondere des ersten und/oder des zweiten Gehäuseteils durch radial nach außen gerichtetes Umformen eines Rohlings gebildet. Der Rohling kann insbesondere ein extrudiertes Metallrohr, etwa ein Aluminiumrohr, aufweisen, welches durch eine Kalt- oder Warmumformung über eine vorgegebene axiale Länge radial nach außen aufgeweitet wird. Auf diese Art und Weise kann in besonders einfacher und fertigungsrationeller Art und Weise ein radial erweiterter Endabschnitt gebildet werden.
Analog hierzu, aber auch in Kombination mit dem radial nach außen gerichteten Umformen des Rohlings, kann der zweite Endabschnitt des Gehäuseteils durch radial nach innen gerichtetes Umformen eines Rohlings gebildet werden. Dementsprechend ist der zweite Endabschnitt des Gehäuseteils durch radial nach innen gerichtetes Umformen oder Verpressen eines z. B. extrodierten Rohrstücks bzw. eines dementsprechenden Rohlings gebildet.
Es kann sich hierbei als besonders vorteilhaft erweisen, wenn ein Rohling sowohl abschnittsweise radial erweitert und in einem hieran angrenzenden Abschnitt radial verjüngt ist. Auf diese Art und Weise kann ein Durchmesserunterschied zwischen erstem und zweitem axialen Endabschnitt des ersten bzw. auch des zweiten Gehäuseteils maximiert werden.
Typische Außendurchmesser des radial erweiterten Endabschnitts des ersten Gehäuseteils betragen etwa zwischen 40 und 50 mm, während der Außendurchmesser des einstückig hiermit ausgebildeten und axial angrenzenden zweiten, radial verjüngten Endabschnitts in etwa 15 bis 20 mm, z. B. 18 bis 20 mm betragen kann. Der ursprüngliche Durchmesser des Rohlings kann hierbei typischerweise zwischen 30 und 35 mm liegen.
Die axiale Länge des zweiten radial verjüngten Endabschnitts kann zumindest 100 mm und darüber hinaus, so z. B. auch mehr als 150 mm, mehr als 200 mm oder sogar mehr als 250 mm betragen. Auch kann die axiale Länge des radial erweiterten ersten Endabschnitts des Gehäuseteils mehr als 100 mm, mehr als 150 mm, mehr als 200 mm oder sogar mehr als 250 mm betragen.
Der radial erweiterte Endabschnitt als auch der radial verjüngte Endabschnitt können für sich betrachtet eine im Wesentlichen zylindrische Formgebung aufweisen und demgemäß rohrförmig ausgebildet sein.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist das zumindest zweiteilige Gehäuse als Außenrohr des Wärmetauschers ausgebildet, welches unter Bildung eines von einem Wärmetauschermedium durchströmbaren Zwischenraums das Innenrohr zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung umschließt. Je nach vorgesehener Wärmetauscherleistung und dem vorgesehenen Einsatzzweck können auch mehrere Innenrohre im Wärmetauscher angeordnet sein. Das Innenrohr kann z. B. spiralartig gewendelt ausgebildet sein, um eine möglichst große Oberfläche im Innenraum des Außenrohrs für einen größtmöglichen Wärmeaustausch bereitzustellen.
Nach einem weiteren unabhängigen Aspekt ist schließlich eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf vorgesehen, der zumindest einen Kompressor, einen Kondensator, eine Expansionseinrichtung sowie einen Verdampfer strömungstechnisch zum Zirkulieren eines Wärmetauschermediums miteinander koppelt. Hierbei weist der Kältemittelkreislauf ferner einen zuvor beschriebenen Wärmetauscher auf, dessen Zwischenraum strömungstechnisch zwischen Kondensator und Expansionseinrichtung und dessen Innenrohr strömungstechnisch zwischen Verdampfer und Kompressor des Kältemittelkreislaufs eingebunden ist.
Auf diese Art und Weise kann ein zur Leistungs- und Effizienzsteigerung der Klimaanlage dienender Wärmeaustausch zwischen der stromabwärts des Verdampfers liegenden Niederdruckseite und der stromaufwärts der Expansionseinrichtung liegenden Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs bereitgestellt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung fungiert das Gehäuse bzw. das zweiteilige Außenrohr des Wärmetauschers als Niederdruckleitung und das zumindest eine Innenrohr als Hochdruckleitung. Ein Zulauf für den Zwischenraum zwischen Außenrohr und Innenrohr ist hierbei stromabwärts eines Verdampfers, ein Ablauf des Zwischenraums ist stromaufwärts eines Kompressors, ein Zulauf für das Innenrohr ist stromabwärts eines Kondensators und ein Ablauf des Innenrohrs ist stromaufwärts eines Kompressors im Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage angeordnet.
Es gilt hierbei generell, dass die Niederdruckleitungen zur strömungstechnischen Kopplung von Verdampfer und Kompressor, die Hochdruckleitungen hingegen zur strömungstechnischen Kopplung von Kondensator und Expansionseinrichtung des Kältemittelkreislaufs der Klimaanlage ausgelegt sind und dementsprechend mit den genannten Komponenten der Klimaanlage fluidführend verbindbar sind.
Das Innenrohr des Wärmetauschers wird im Betrieb des Wärmetauschers bzw. im Betrieb der Klimaanlage überwiegend von einem verdichteten Wärmetauschermedium durchströmt, während das Außenrohr von einem überwiegend gasförmigen und unter vergleichsweise geringem Druck stehendem Wärmetauschermedium durchströmbar ist.
Das Innenrohr und der Zwischenraum zwischen Innen- und Außenrohr sind hierbei bevorzugt nach dem Gegenstromprinzip durchströmbar, welches eine gegenüber dem Gleichstromprinzip verbesserten Wärmeaustausch ermöglicht.
In einem weiteren unabhängigen Aspekt ist schließlich ein Kraftfahrzeug mit einer zuvor beschriebenen Klimaanlage bzw. mit zumindest einem zuvor beschriebenen, etwa rohrförmig ausgebildeten klimaanlageninternen Wärmetauscher vorgesehen.
Des Weiteren ist ein Verfahren zur Herstellung eines zuvor beschriebenen Wärmetauschers vorgesehen. Das Verfahren umfasst hierbei die Schritte:

– Bereitstellen eines ersten rohrförmigen Rohlings zur Bildung eines ersten rohrförmigen Gehäuseteils,
– radiales Verjüngen oder radiales Verbreitern zumindest eines axialen Endabschnitts des Rohlings,
– Bereitstellen eines zweiten rohrförmigen Rohlings zur Bildung eines zweiten rohrförmigen Gehäuseteils.
– radiales Verjüngen oder radiales Verbreitern zumindest eines axialen Endabschnitte des zweiten Rohlings,
– Einsetzen eines Innenrohrs in das durch zumindest bereichsweises Umformen gebildete erste und/oder zweite Gehäuseteil,
– Verbinden von erstem und zweitem rohrförmigen Gehäuseteil zur Bildung eines Außengehäuses des Wärmetauschers.

Hierbei kann ferner vorgesehen werden, dass der erste rohrförmige Rohling an seinem ersten axialen Ende radial erweitert wird, während er an seinem gegenüberliegenden axialen Endabschnitt radial verjüngt wird.
Dementsprechend kann auch der zweite rohrförmige Rohling bearbeitet werden, so dass die beiden durch Umformung aus jeweils einem rohrförmigen Rohling gebildeten rohrförmigen Gehäuseteile mit ihren radial erweiterten Endabschnitten unter zuvoriger Aufnahme des zumindest einen Innenrohrs zur Bildung des Wärmetauschergehäuses zusammengefügt werden.
Erste und zweite rohrförmige Gehäuseteile werden hierbei bevorzugt stoffflüssig miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt oder verlötet. Wenn die ersten radial erweiterten Endabschnitte stumpf aneinander stoßen, kann insbesondere ein Induktions- oder Laserschweißen der beiden Gehäuseteile vorgesehen sein. Es ist aber auch denkbar, dass zumindest ein Ende eines radial erweiterten Endabschnitts zur Bildung eines radial erweiterten Aufnahmesockels oder zur Bildung eines radial zumindest geringfügig verjüngten Einsatzes verformt ist, wodurch zumindest ein geringfügiges Ineinanderfügen von erstem und zweitem rohrförmigen Gehäuseteils ermöglicht wird.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Ziele, Vorteile sowie Anwendungsmöglichkeiten werden in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Kraftfahrzeugklimaanlage,
2 einen rohrförmigen Rohling zur Bildung eines ersten und eines zweiten rohrförmigen Gehäuseteils,
3 ein aus dem Rohling durch bereichsweises Umformen gebildetes erstes rohrförmiges Gehäuseteil,
4 erste und zweite Gehäuseteile mit einem darin aufgenommenen Innenrohr vor einem Zusammenfügen der Gehäuseteile,
5 Eine Querschnittsdarstellung durch zwei miteinander verbundenen Gehäuseteile und
6 ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsverfahrens zur Fertigung des Wärmetauschers.
Detaillierte Beschreibung
Die in 1 schematisch dargestellte Kraftfahrzeug-Klimaanlage 20 weist einen Kältemittelkreislauf 22 auf, welcher die einzelnen Klimaanlagenkomponenten Kompressor 18, Kondensator 16, eine Expansionseinrichtung 12 sowie einen Verdampfer 14 in einer an sich bekannten Art und Weise strömungstechnisch miteinander koppelt. Ein interner Wärmetauscher 10 ist hierbei hochdruckseitig stromabwärts des Kondensators 16 und stromaufwärts der Expansionseinrichtung 12 angeordnet. Niederdruckseitig ist der interne Wärmetauscher 10 stromabwärts des Verdampfers 14 sowie stromaufwärts des Kompressors 18 vorgesehen.
Ein vergleichsweise unter hohem Druck und hoher Temperatur stehendes Wärmetauschermedium wird durch das im Wärmetauscher 10 in entgegengesetzter Richtung vom Verdampfer 14 zum Kompressor 18 fließende und unter vergleichsweise niedrigem Druck und niedriger Temperatur stehende Wärmetauschermedium der Expansionseinrichtung 12 vorgelagert unterkühlt. Durch diesen internen Wärmeaustausch im Kältemittelkreislauf 22 kann der Wirkungsgrad der Kraftfahrzeug-Klimaanlage 20 insgesamt verbessert werden.
Der hier vorgesehene interne Wärmetauscher 10 weist gemäß der Darstellung nach den 4 ein etwa zylindrisches Außenrohr oder Außengehäuse 50 und hierin angeordnetes Innenrohr 52 auf.
Das in 4 schematisch und lediglich beispielhaft dargestellte Innenrohr 52 ist hierbei als Hochdruckleitung ausgebildet und ist über einen Zulauf 28 stromabwärts des Kondensators 16 und mittels des Ablaufs 24 stromaufwärts der Expansionseinrichtung 12 in den Kältemittelkreislauf 22 der Klimaanlage 20 einbindbar. Das Außenrohr bzw. das Außengehäuse 50 des Wärmetauschers 10 ist demgegenüber über einen Zulauf 26 stromabwärts des Verdampfers 14 sowie über einen gegenüberliegenden Ablauf 30 stromaufwärts des Kompressors 18 in den Kältemittelkreislauf 22 der Kraftfahrzeugklimaanlage 20 einbindbar.
Das als Außenrohr fungierende Außengehäuse 50 ist in der Darstellung gemäß 4 zweiteilig ausgebildet. Es weist ein links dargestelltes erstes rohrförmiges Gehäuseteil 32 sowie ein rechts dargestelltes zweites rohrförmiges Gehäuseteil 42 auf. Jedes der beiden Gehäuseteile 32, 42 weist einen als Ablauf oder Zulauf 30, 26 fungierenden radial verjüngten zweiten Endabschnitt 34, 44 und einen einstückig hiermit ausgebildeten demgegenüber radial erweiterten ersten Endabschnitt 33, 43 auf.
Die Gehäuseteile 32, 42 sind derart zueinander angeordnet, dass die Enden 35, 45 der ersten radial erweiterten axialen Endabschnitte 33, 43 aneinander angrenzen und dementsprechend einander zugewandt ausgerichtet sind. Die gegenüberliegenden, von den radial verjüngten Endabschnitten 34, 44 gebildeten Enden des Außengehäuses 50 fungieren direkt als Ablauf 30 bzw. als Zulauf 26 für das Außengehäuse 50.
Sie sind sinngemäß unmittelbar mit einer fluidführenden Schlauchleitung des Kältemittelkreislaufs 22 verbindbar. Beispielsweise kann ein Schrumpfschlauch oder dergleichen Anschlussschlauch auf die in etwa zylindrisch ausgestalten zweiten und radial verjüngten Endabschnitte 34, 44 von erstem und zweitem Gehäuseteil 32, 42 aufgeschoben und mit den entsprechenden Endabschnitten 34, 44 fluiddicht verbunden werden.
Die beiden Gehäuseteile 32, 42 des in 4 schematisch dargestellten Wärmetauschers 10 können im Wesentlichen identisch oder spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet sein. Die freien, einander zugewandten Enden 35, 45 der radial erweiterten Endabschnitte 33, 43 können stumpf aneinander angrenzen und dementsprechend stumpf miteinander zusammengefügt, insbesondere stumpf verschweißt sein. Eine andere Ausgestaltung ist z. B. in 5 angedeutet. Dort weist das freie Ende 35 des ersten Endabschnitts 33 des ersten Gehäuseteils 32 einen radial erweiterten Aufnahmesockel 58 zur Aufnahme des Endes 45 des zweiten Gehäuseteils 42 auf. Bei einer derartigen Ausgestaltung können die beiden Gehäuseteile 32, 42 im Bereich ihrer miteinander korrespondierenden Enden 35, 45 radial überdeckend bzw. radial überlappend ineinander gesteckt werden.
Damit das zumindest eine Innenrohr 52 in die Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs 22 einbindbar ist, weist das Außengehäuse 50 typischerweise zwei Durchführungen 56 auf, von denen lediglich eine in 5 schematisch angedeutet ist. Die dort vorgesehene Durchführung 56 befindet sich in einem Übergangsabschnitt 31 zwischen dem radial erweiterten ersten rohrförmigen Endabschnitt 33 und dem am anderen Ende vorgesehenen radial verjüngten zweiten Endabschnitt 34.
Durch Ausbildung der Durchführung 56 in jenem Übergangsabschnitt 31 zwischen radial erweitertem Endabschnitt 33 und radial verjüngtem Endabschnitt 34 kann sich die Durchführung 56, insbesondere der Zu- oder Ablauf 28, 24 für das Innenrohr 52 annähernd in Axialrichtung erstrecken, wodurch eine wechselseitige Montage der beiden Gehäuseteile 32, 42 und des darin aufzunehmenden Innenrohrs 52 erleichtert werden kann.
Abweichend hiervon kann die Durchführung 56 in eines der beiden Gehäuseteile 32, 42 auch im Bereich des radial erweiterten Endabschnitts 33, 43 vorgesehen sein, so dass ein entsprechender Zu- oder Ablauf 28, 24 des Innenrohrs 52 radial nach außen das entsprechende Gehäuseteil 32, 42 durchsetzen kann. Die Durchführung des Innenrohrs 52 durch die beiden Gehäuseteile 32, 42 ist fluiddicht ausgebildet. Im Bereich der Durchführung 56 kann das Innenrohr 52 mit dem entsprechenden Gehäuseteil 32, 42 stoffflüssig verbunden, insbesondere verlötet oder verschweißt sein.
Die unterschiedlichen Durchmesser der in Axialrichtung gegenüberliegenden ersten und zweiten Endabschnitte 33, 43 z. B. des ersten rohrförmigen Gehäuseteils 32 werden durch entsprechende Umformoperationen ausgehend von einem etwa rohrförmigen Rohling 54, wie in 2 gezeigt, gebildet. Von Vorteil wird ein Ende des Rohlings zur Bildung des ersten radial erweiterten Endabschnitts 33 radial aufgeweitet, während der gegenüberliegende Endabschnitt zur Bildung des radial verjüngten zweiten axialen Endabschnitts 34 radial verjüngt wird. Durch jene abschnittsweisen Umformungen des rohrförmigen Rohlings 54 kann ein verbindungsfreier Übergang zwischen einem Anschlussstutzen des Wärmetauschergehäuses zum eigentlichen Außenrohrabschnitt des Gehäuses geschaffen werden.
Der Zulauf 26 des Wärmetauschers 10 geht somit nahtlos in den vom erweiterten ersten rohrförmigen Gehäuseteilen 43, 33 erster und zweiter Gehäuseteile 42, 32 gebildeten Innen- oder Zwischenraum 36 des Wärmetauschers über, in welchem das zumindest eine Innenrohr 52 vom Wärmetauschermedium umströmbar ist.
In 6 ist schließlich ein Herstellungsverfahren zur Fertigung eines zuvor beschriebenen Wärmetauschers 10 skizziert. In einem ersten Schritt 100 wird ein erstes rohrförmiges Gehäuseteil 32 mit einem radial erweiterten und mit einem radial verjüngten Endabschnitt gebildet. Dementsprechend wird im Schritt 102 ein hierauf abgestimmtes bzw. mit dem ersten Gehäuseteil korrespondierendes zweites Gehäuseteil 42 gebildet, welches ebenfalls einen radial erweiterten und einen radial verjüngten axial hierzu gegenüberliegenden Endabschnitt aufweist.
Nach Bereitstellen zweiter typischerweise identisch oder symmetrisch zueinander ausgebildeter Gehäuseteile 32, 42 wird zumindest ein Innenrohr 52 in eines der Gehäuseteile 32, 42 eingesetzt, wobei insbesondere ein Zu- oder Ablauf des Innenrohrs durch eine Durchführung 56 des entsprechenden Gehäuseteils 32, 42 hindurchgeführt wird. Nach Anordnen des Innenrohrs 52 an oder in zumindest einem der Gehäuseteile 32, 42 wird im nachfolgenden Schritt 106 das weitere Gehäuseteil unter Aufnahme des Innenrohrs 52 positioniert und schließlich mit seinem radial erweiterten Endabschnitt mit dem korrespondierenden radial erweiterten Endabschnitt des anderen Gehäuseteils verbunden.
Die dargestellten Ausführungsformen zeigen lediglich mögliche Ausgestaltung der Erfindung zu welcher weitere zahlreiche Varianten denkbar und im Rahmen der Erfindung sind. Die exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise hinsichtlich des Umfangs, der Anwendbarkeit oder der Konfigurationsmöglichkeiten der Erfindung als einschränkend auszulegen. Die vorliegende Beschreibung zeigt dem Fachmann lediglich eine mögliche Implementierung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels auf. So können an der Funktion und Anordnung von beschriebenen Elementen vielfältigste Modifikationen vorgenommen werden, ohne hierbei den durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Schutzbereich oder dessen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Wärmetauscher
12: Expansionseinrichtung
14: Verdampfer
16: Kondensator
18: Kompressor
20: Klimaanlage
22: Kältemittelkreislauf
24: Ablauf
26: Zulauf
28: Zulauf
30: Ablauf
31: Übergangsabschnitt
32: Gehäuseteil
33: Endabschnitt
34: Endabschnitt
35: Ende
36: Innenraum
41: Übergangsabschnitt
42: Gehäuseteil
43: Endabschnitt
44: Endabschnitt
45: Ende
50: Gehäuse
52: Innenrohr
54: Rohling
56: Durchführung
58: Aufnahmesockel

Claims

Wärmetauscher für eine Kraftfahrzeugklimaanlage, mit einem Außengehäuse (50), welches zumindest ein erstes rohrförmiges Gehäuseteil (32) aufweist, welches einen ersten axialen, radial erweiterten Endabschnitt (33) und einen zweiten axialen, radial verjüngten Endabschnitt (34) aufweist, wobei der erste Endabschnitt (33) zum zumindest bereichsweisen Umschließen zumindest eines Innenrohrs (52) ausgebildet ist und wobei der zweite Endabschnitt (34), welcher einstückig mit dem ersten Endabschnitt (33) ausgebildet ist, als Anschlussstutzen zum Anschluss des Gehäuses (50) an eine fluidführende Leitung (30) fungiert.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei das Außengehäuse (50) ein zweites rohrförmiges Gehäuseteil (42) mit einem ersten axialen, radial erweiterten Endabschnitt (43) und mit einem zweiten axialen, radial verjüngten Endabschnitt (44) aufweist, wobei die ersten Endabschnitte (33, 43) des ersten und des zweiten Gehäuseteils (32, 42) unter Aufnahme des Innenrohrs (52) miteinander verbunden sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei das erste und das zweite Gehäuseteil (32, 42) im Wesentlichen identisch oder symmetrisch zueinander ausgebildet sind.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, wobei das erste und das zweite Gehäuseteil (32, 42) mit den Enden (35, 45) ihrer radial erweiterten ersten Endabschnitte (33, 43) stumpf aneinander angrenzen.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei das Ende (35) des ersten Endabschnitts (33) des ersten Gehäuseteils (32) einen zur Aufnahme des Endes (45) des zweiten Gehäuseteils (42) ausgebildeten radial erweiterten Aufnahmesockel (58) aufweist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aneinander angrenzenden Enden (35, 45) der ersten Endabschnitte (33, 43) von erstem und zweitem Gehäuseteil (32, 42) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest das erste Gehäuseteil (32) eine Durchführung (56) für das Innenrohr (28) aufweist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchführung (56) als radiale Durchführung im radial erweiterten ersten axialen Endabschnitt (33) des ersten Gehäuseteils (32) ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchführung (56) in einem Übergangsbereich (31) zwischen erstem und zweitem axialen Abschnitt (33, 34) ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Endabschnitt (33) des Gehäuseteils (32) durch radial nach Außen gerichtetes Umformen eines Rohlings (54) gebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Endabschnitt (34) des Gehäuseteils (32) durch radial nach Innen gerichtetes Umformen eines Rohlings (54) gebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (50) als Außenrohr ausgebildet ist, welches unter Bildung eines von einem Wärmetauschermedium durchströmbaren Zwischenraums (36) das Innenrohr (52) zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung umschließt.
Kraftfahrzeug-Klimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf (22), der zumindest einen Kompressor (18), einen Kondensator (16), eine Expansionseinrichtung (12) sowie einen Verdampfer (14) strömungstechnisch, zum Zirkulieren eines Wärmetauschermediums miteinander koppelt und der ferner einen Wärmetauscher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Kraftfahrzeug-Klimaanlage nach Anspruch 13, wobei das Gehäuse (50) des Wärmetauschers (10) als Niederdruckleitung und das Innenrohr (52) als Hochdruckleitung fungiert und wobei ein Zulauf (28) für das Innenrohr (52) stromabwärts eines Kondensators (16), ein Ablauf (24) des Innenrohrs (52) stromaufwärts einer Expansionseinrichtung (12), ein Zulauf (26) für das Gehäuse (50) stromabwärts eines Verdampfers (14) und ein Ablauf (30) des Gehäuses (50) stromaufwärts eines Kompressors (18) im Kältemittelkreislauf (22) einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage (20) angeordnet sind.
Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage nach Anspruch 13 oder 14 oder mit einem Wärmetauscher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12.