DE2338036A1

DE2338036A1 - Waermetauscher mit geloestem radiatorbuendel aus einer aluminiumlegierung und mit daran befestigten wasserbehaelter

Info

Publication number: DE2338036A1
Application number: DE19732338036
Authority: DE
Inventors: Andre Chartet
Original assignee: Chausson Usines SA
Current assignee: Chausson Usines SA
Priority date: 1972-08-02
Filing date: 1973-07-26
Publication date: 1974-02-14
Also published as: GB1443725A; JPS4980652A; FR2194935A1; IT991266B; ES417433A1; FR2194935B1; BE802050A

Description

Societe Anonyme des Usines Chausson, Asnie*res (Hauts-de-Seine), Frankreich

Wärmetauscher mit gelöstem Radiatorbündel aus einer Aluminiumlegierung und mit daran befestigten

Wasserbehälter

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher mit einem Radiatorbündel, dessen Rohre, Sammelbehälter und dazwischenliegende Wärmetauschelemente aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung besteht, die durch Löten miteinander verbunden sind, und dessen Wasserbehälter an den Sammelbehälter mittels einer verformbaren elastischen Dichtung angebracht und von diesen isoliert sind.

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Es wurde auf diesem Gebiet bereits vorgeschlagen, Wärmetauscher zum Kühlen von Wärmekraftmaschinen oder zum Erwärmen des Fahrgastraumes in Fahrzeugen herzustellen, deren Wasserbehälter aus Kunststoffmaterial oder aus Glas bestehen, und dichtend an den Sammelbehältern des Radiatorbündels befestigt sind.

Die Abdichtung wurde nun mittels einer zwischen jedem Wasserbehälter und jedem Sammelbehälter angeordneten verformbaren Dichtung erzielt.

Es hat sich gezeigt, daß die bisher bekannten Vorrichtungen, auch wenn sie sich bei herkömmlichen Wärmetauschern aus schweren, kupfer-und/oder eisenhaltigen Metallen als zufriedenstellend erwiesen haben, nicht bei Wärmetauschern verwendet werden konnten, deren Radiatorbündel, d.h. Sammelbehälter, Rohre und Wärmetauscherelemente, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.

Tatsächlich wird die Verbindung zwischen den einzelnen Teilen der Wärmetauscher mit einem Radiatorbündel aus Aluminium durch Schmelzen einer Hartlotlegierung erzielt, die diese Teile überzieht, auf allen Teilen des Radiatorbündels zum Schmelzen gebracht wird und dabei eine körnige Oberfläche bildet, so daß man durch eine einfache elastische Verformung einer zwischen den Sammelbehältern derartiger Radiatorbündel und den daran befestigten Wasserbehälter angeordneten geschmeidigen Dichtung keine zufriedenstellende Abdichtung erzielen kann.

Somit ist es die Aufgabe der Erfindung, einen neuartigen Wärmetauscher zu schaffen, dessen Radiatorbündel

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vollständig aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung besteht, und dessen Wasserbehälter aus anderen Materialien, insbesondere Kunstharz, Glas oder Kautschuk, gebildet sind.

Diese Aufgabe wird mit einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens auf der den Wasserbehältern zugekehrten Seite der Sammelbehälter kein Hartlot aufgebracht ist, und.daß die Sammelbehälter so ausgebildet sind, daß sie an ihrem Umfang einen Hohlwulst begrenzen, dessen Innenfläche glatt ist und zwischen dessen Boden und dem peripheren Rand der Wasserbehälter die elastische Dichtung festgeklemmt ist.

Weitere Merkmale der Erfindung werden im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht, teilweise im Schnitt, eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;

Fig. 2 bis 5 stark vergrößerte Schnittansichten verschiedener AusfÜhrungsformen eines Teiles des Wärmetauschers;

Fig. 6 eine teilweise Draufsicht auf einen Abschnitt eines der Teile des Wärmetauschers; .

Fig. 7.einen Aufriß, gesehen in Richtung der Linie VII-VII aus Fig. 6, und

Fig. 8 eine Teildarstellung eines aus Fig. 1 ersichtlichen Teiles.

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Der Wärmetauscher umfaßt Rohre 1 für den Umlauf der zu kühlenden Flüssigkeit, sowie Sammelbehälter 2, die zwischen den beiden Enden der Rohre 1 aneinandergefügt sind, Wärmetauschelemente 3* die zwischen den aufeinanderfolgenden Rohren und seitlichen Backen 4 so angeordnet sind, daß sie das Radiatorbündel einrahmen, dessen Sammelbehälter 2 durch die Wasserbehälter 5 aus Kunststoffmaterial überdeckt sind. Das gesamte Radiatorbündel ist aus Aluminium oder vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, jedoch nicht ausschließlich aus einer Aluminiumlegierung, die einer besonderen Wämebehandlung unterworfen werden muß, wie es bei Aluminiumlegierungen der Serie A-G-S der Fall ist.

Zumindest zur Herstellung der Sammelbehälter 2 verwendet man Schichtplatten, beispielsweise Platten mit drei Lagen, wie sie aus Fig. 2 bis h ersichtlich sind, wobei die äußeren Schichten Grundfolien sind, die aus einem Metall 2, , 2p bestehen, und zwischen denen eine Folie 2.-, mit viel niedrigerem Schmelzpunkt als die Folien 2^, 2p durch Beschichtung eingesetzt und befestigt ist; beispielsweise bestehen die Folien 2^, 2_g, die auf die Folie 2-, aufgebracht sind, aus reinem Aluminium, dessen Schmelztemperatur höher als 65Ο C liegt, oder aus einer Aluminium-Mangan-Legierung, deren Schmelztemperatur höher als 658⁰C ist, oder aus einer Legierung aus Aluminium, Magnesium und Silizium, deren Schmelztemperatur mehr als 577°C beträgt.

Im Gegensatz hierzu besteht die Folie 2-, vorzugsweise aus einer Aluminium-Silizium-Legierung, die zwischen 7 und 13 Gew.% Silizium enthält, so daß die Schmelztemperatur zwischen 57o°C und 585⁰C liegt. In bestimmten Fällen

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kann man auch eine magnesiumhaltige Legierung verwenden, insbesondere eine Legierung als Aluminium, Magnesium und Silizium, deren Zusammensetzung sich dem Eutektikum nähert und deren Schmelztemperatur in der Größenordnung von 56O⁰C liegt.

Eine geeignete Legierung kann IJ> Gew.% Silizium, 1,5 Gew.# Magnesium und 85,5 Gew.% Aluminium enthalten.

Die Sehichtplatte kann auch bei Bedarf mehr als drei Lagen aufweisen, ohne über den Rahmen der Erfindung hinaus zugehen.

Um nun den Lötvorgang unter guten Bedingungen durchzuführen, indem man das zusammengefügte Radiatorenbündel beispielsweise durch einen Lötofen führt, können verschiedene Verbindungsarten angewendet werden; z.B. zeigt Fig. 2, daß die Sammelbehälter 2 so geschnitten sind, daß sie Rohrleitungen 24 begrenzen, die eine Form aufweisen, die der der Rohre 1 entspricht. Dabei wird der Schneidvorgang vorteilhafterweise so durchgeführt, daß die Schnittfläche nicht glatt ist, sondern im Gegenteil kleine Rillen oder Unebenheiten aufweist.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Rohre 1 aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung weder mit einem Hartlot noch mit einem anderen Auftragsmaterial Überzogen sind; aus Fig. 3 ist vielmehr zu entnehmen, daß die Rohre la auf ihren Außenflächen mit einer Schicht 25 aus einer Folie 2-, ähnlichen Legierungen überzogen sind.

Fig. 4 stellt die Rohre 1 dar, die - wie entsprechend Fig. 2 - nicht überzogen sind, oder - wie gemäß Fig. j5 mit einer Legierung mit viel niedrigerem Schmelzpunkt

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überzogen sind. Diese Rohre 1 stehen in Eingriff mit den Rohrleitungen 24.,, die von den geneigten Kanten einer Mulde 6 ab geschnitten sind und durch Tiefziehen gebildet sind, wobei sie vorteilhafterweise feine Rillen 7 aufweisen, die zur Rohrleitung 2^₁ hin divergieren. Während des Lötvorgangs selbst schmilzt die Folie 2^ teilweise , und die schmelzflussige Legierung benetzt die Wandung des Rohres 1, so daß eine gute Lötverbindung sichergestellt ist. Das Ausführungsbeispiel aus Fig. 4, das die Mulde 6 und die Rillen 7 aufweist, ist besonders vorteilhaft, wenn für den Lötvorgang ein Flußmittel verwendet wird. Tatsächlich ermöglichen es die Rillen 7 dieser Mulde, daß das Flußmittel abgeleitet wird, wenn es zur Rohrleitung 24» hin zum Fließen gebracht wird.

Entsprechend Fig. 3 wirkt der Überzug 25 des Rohres mit der Folie 2-, so zusammen, daß eine Lötverbindung sichergestellt ist, während sie außerdem noch ein leichtes Löten der Wärmetauschelemente 3 sicherstellen, ohne daß diese mit Hartlot überzogen werden müssen.

In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchen die die Sammelbehälter 2 bildenden Schicht plat ten nur die Folie 2, und 2-, aufweisen. Die Folie 2-, ist auf der Fläche des Sammelbehälters angeordnet, die gegenüber der dem Wasserbehälter 5 zugewandten Seite liegt. Die Rohrleitungen 24p können in der Art und Weise hergestellt werden, wie sie in Bezug auf Fig. 2 bis 4 jeweils beschrieben wurde, oder sie können auch von Flanschen 24, umgeben sein.

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Was nun die seitlichen Backen 4 anbelangt, so können diese ebenfalls vorzugsweise aus demselben Metall bzw. derselben Legierung bestehen, aus dem die Grundfolie 2^ , 2^, die Rohre und die Wärmetauschelemente hergestellt sind. Vorteilhafterweise sind die Backen so ausgebildet, daß sie die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen, die zwischen diesen und den Rohren beim Löten auftreten können, ausgleichen. Beispielsweise können sie so ausgebildet sein, wie in der Zeichnung dargestellt ist, d.h. sie sind mit Laschen 4a versehen, die im wesentlichen die Form eines Rohrbogens aufweisen und sich verformen, wenn Unterschiede in der Wärmeausdehnung zwischen den Rohren 1 und den Backen bzw. zwischen dem Sammelbehälter und dem Radiatorbündel während des Lötvorgangs auftreten.

Die Sammelbehälter sind an ihrem Umfang so ausgebildet, daß sie einen Hohlwulst bilden, der insgesamt mit der Bezugsziffer 8 gekennzeichnet ist. Mit anderen Worten ist der gesamte Umfang jedes Sammelbehälters so ausgebildet, daß zunächst ein umgeschlagener Rand 9 gebildet wird, aus welchem anschließend ein Boden Io und dann ein nach oben ragender Rand 11 ausgeformt werden.

Aus Fig. 6 und 7 ist ersichtlich, daß der nach oben ragende Rand 11 an jeder Ecke des Sammelbehälters am Punkt 12 eine Aussparung aufweist, welche nur einen kleinen nach oben ragenden Ansatz 12a begrenzt. Der nach unten ragende Rand 9 und der nach oben ragende Rand 11 sind zueinander parallel oder divergieren leicht, und bilden um den gesamten Umfang jedes Sammelbehälters eine Verstärkung, sowie eine Verstärkung für den Boden

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lo, der nur dünn ist und somit eine große Biegfestigkeit erhält.

Die Oberseite loa des Bodens Io besteht aus der Folie 2,, die während des Lötvorgangs des Radiatorbündels nicht geschmolzen wurde, so daß diese Oberseite vollständig glatt ist.

Auf der Oberseite loa wird eine Dichtung IJ angeordnet, die aus geschmeidigem und verformbarem Material, beispielsweise einem Elastomermaterial besteht. Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß die Dichtung vorteilhafterweise auf ihrem Innenrand kleine Erhebungen 14 aufweist, die die Ausrichtung der Dichtung auf dem Boden Io sicherstellen und damit bewirken, daß die Dichtung nicht die gesamte Fläche des Bodens einnimmt.

Gegebenenfalls können auch weitere Erhebungen ]Λ vom Außenrand der Dichtung 13 ab vorgesehen werden.

Die Dichtung ist dazu vorgesehen, die Abdichtung zwischen dem Boden Io und einem peripheren Ansatz 15 sicherzustellen, der an jedem Wasserbehälter 5 ausgebildet ist. Zur Vervollkommnung der Abdichtung wird der Ansatz 15 des Wasserbehälters auf der Dichtung befestigt, beispielsweise durch Umlegen des Endes 11a des nach oben ragenden Randes 11 auf die Oberseite des Ansatzes 15. Auf diese Weise wird die Dichtung 13 verformt, und, da sie nicht die gesamte Fläche der Oberseite loa bedeckt, kann sie somit leicht ausweichen, wodurch die damit gebildete Abdichtung ganz erheblich verbessert wird. Aus demselben Grund ist es von Vorteil, wenn zwischen der Wandung des Wasserbehälters

und der Wandung des nach unten führenden Randes ein

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kleiner Zwischenraum 1β vorgesehen wird. Tatsächlich ermöglicht dieser Zwischenraum nicht nur ein Ausweichen aufgrund der Verformung der Dichtung 13, sondern ermöglicht außerdem leichte Verformungen des Sammelbehälters, ohne daß diese Verformungen auf den Boden Io übertragen werden.

Zudem bildet der kleine Zwischenraum 16 einen Aufnahmebehälter für verschiedene Verunreinigungen und Bodensatz, die sich im Wärmetauscher bilden können, wo sie während der Verwendung desselben mitgeführt werden; dieser Bodensatz dient außerdem als Schutz für die Dichtung 13.

Die Ausführung des Radiatorbündels ermöglicht es zudem insbesondere, daß es in einem Lötofen gelötet werden kann, wobei dieser Ofen mit Luft, neutraler Atmosphäre oder mit Vakuum arbeitet, während ein Lötflußmittel verwendet wird oder auch nicht. Im Falle der AusfUhrungsbeispiele aus Fig. 2 bis 4 wird die Lötlegierung durch die äußere Umgebung der davon überzogenen Grundmetallfolie gut geschützt, wodurch es möglich wird, daß nur sehr geringe Mengen an Flußmittel oder auch Überhaupt kein Flußmittel verwendet werden, während außerdem die Lötlegierung direkt mit der zu lötenden Wandung in Berührung gebracht wird, ohne daß der Schmelzvorgang die Dicke der Lötfuge während des Lötvorgangs erhöht.

Zusammenfassend bezieht sich die Erfindung auf einen Wärmetauscher aus gelöteter Aluminiumlegierung , der voneinander getrennte Rohre 1 aufweist, zwischen denen Wärmetauschelemente j5 angebracht sind, und die mit Sammelbehältern 2 in Eingriff stehen, über welchen die zuge-

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ordneten Wasserbehälter 5 angeordnet sind. Dabei wird die Abdichtung mit einer elastischen Dichtung 13 erzielt. Damit diese Dichtung auf einer vollständig glatten Fläche des Sammelbehälters aufliegt, wird das Lötmetall in Form einer Folie in Sandwichanordnung zwischen zwei Aluminiumfolien angeordnet. Ein Wärmetauscher dieser Art dient als Kühleinrichtung und auch als Heizung für Kraftfahrzeuge .

Auch wenn die Erfindung im vorhergehenden unter Bezugnahme auf einzelne Ausführungsbeispiele genau beschrieben wurde, so ist sie doch keinesfalls auf diese beschränkt, da im Rahmen der Erfindung zahlreiche Modifizierungen und Änderungen möglich sind.

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Claims

ff

Patentansprüche

(l ·/ Wärmetauscher mit einem Radiatorbündel, dessen Rohre, Sammelbehälter und dazwischenliegende Wärmetauschelemente aus Aluminium bzw. einer Aluminiumle-. gierung besteht, die durch Löten miteinander verbunden sind, und dessen Wasserbehälter an den Sammelbehältern mittels einer verformbaren elastischen Dichtung angebracht und von diesen isoliert sind, dadurch g e kennze i ohne t, daß wenigstens auf der den Wasserbehältern (5) zugekehrten Seiten der Sammelbehälter (2) kein Hartlot aufgebracht ist, und daß die Sammelbehälter (2) so ausgebildet sind, daß sie an ihrem Umfang einen Hohlwulst (8) begrenzen, dessen Innenfläche glatt ist und zwischen dessen Boden (lo) unddem peripheren Rand der Wasserbehälter (5) die elastische Dichtung (13) festgeklemmt ist.

2. Wärmtauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Sammelbehälter (2) aus Schichtplatten bestehen, welche mindestens eine Grundfolie (2₁) aus Metall oder aus einer Metallegierung mit hohem Schmelzpunkt aufweisen, auf welcher mindestens eine Folie(2,) aus einer Metallegierung mit einem Schmelzpunkt bei Löttemperatur aufgebracht ist, wobei die Grundfolie (2g) aus Metall bzw. aus der Metallegierung dem Wasserbehälter (5) zugewandt ist.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Sammelbehälter (2) aus

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At,

Schichtplatten bestehen, die mindestens eine Schicht (2,) aus einer Lötlegierung aufweisen, die zwischen zwei Folien (2.,, 2p) aus Metall bzw. einer Metallegierung mit hohem Schmelzpunkt angeordnet ist.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis j5, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (lo) des Hohlwulstes (8) der nicht mit Harlot überzogen ist, von einem nach unten ragenden und einem nach oben ragenden Rand (9* H) so begrenzt ist, daß eine periphere Ausnehmung gebildet ist, in welche ein Ansatz (15) des Wasserbehälters (5) eingesetzt ist, der durch Umlegen des nach oben ragenden Randes (ll) auf seiner Oberseite so festgeklemmt ist, daß eine Verformung der zwischen der Unterseite des Ansatzes (15) und der Oberseite (loa) des Bodens (lo) angeordneten Dichtung (13) erfolgt.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (13) schmäler ist als der Boden (lo), auf dem sie aufliegt.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß der periphere Ansatz (15) jedes Wasserbehälters (5) schmäler als der Boden (lo) ist, auf welchem er auf der Dichtung (13) aufliegt, so daß ein Zwischenraum (l6) freigelassen ist, welcher ein Ausweichen der Dichtung (13) ermöglicht, und einen Aufnahmebehälter für die im Wärmetauscher abgelagerten Verunreinigungen und ein Element zum Ausgleichen gegebenenfalls entstehender Verformung des Sammelbehälters (2) darstellt.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelbe-

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fs

hälter (2) zusätzlich untereinander mittels seitlicher Backen (4) verbunden sind, welche so ausgebildet sind, daß sie Unterschiede in der Wärmeäusdehnung, die zwischen diesen und den Rohren (l) entstehen können, ausgleichen.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelbehälter (2) Rohrleitungen (24j24₁,24₂) aufweisen, welche durch Schneiden so ausgebildet sind, daß die Folie (2·,) aus schmelzbarer Legierung mit der Außenwandung der Rohre (l) in Berührung bringbar ist.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Ausbildung der Rohrleitungen (24j 24_χ, 24₂) führende Scneidvorgang so durchgeführt ist, daß Kapillarrillen (7) entstehen.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumlegierung mit hohem Schmelzpunkt eine Legierung ist, welche einer Wärmebehandlung unterworfen ist, während die schmelzbare Legierung eine Aluminium-Silizium-Legierung ist, der gegebenenfalls Magnesium in einem solchen Verhältnis zugesetzt ist, daß die Legierung dem Eutektikum nahekommt.

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