DE3505492A1

DE3505492A1 - Wasserkasten fuer waermetauscher

Info

Publication number: DE3505492A1
Application number: DE19853505492
Authority: DE
Inventors: Rudolph Dipl.-Ing. 6900 Heidelberg Thomae
Original assignee: THERMAL WAERME KAELTE KLIMA
Current assignee: THERMAL WAERME KAELTE KLIMA
Priority date: 1985-02-16
Filing date: 1985-02-16
Publication date: 1986-08-21

Description

Wasserkasten für Wärmetauscher
Die Erfindung betrifft einen Wasserkasten, bestehend aus einer Bodenplatte aus Metall oder Kunststoff und einem Deckelteil aus Kunststoff, für Wärmetauscher, die im Kühlmitteikreislauf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine angeordnet sind und deren Rohrelund evtl. Deckelteile1 mittels elastischen Dichtungen in der Bodenplatte abgedichtet sind.
Solche Wasserkästen in einteiliger Ausführung aus Kunststoff sind zum Beispiel bekannt aus den Auslegungsschriften DE 2435362 B2 und DE 2728827 B2.
In der erstgenannten werden die Rohre in die Krägen einer elastischen Verbindungsmemrane gesteckt und durch die Verformung der Krägen abgedichtet.
Die DE 2728827 zeigt eine Konstruktion,bei welcher die Rohrenden mit dem Bodenbereich des Wasserkastens verklebt sind. Die Offenlegungsschrift DE 3141580 Al zeigt einen Wasserkasten aus Kunststoff, der aus zwei Teilen besteht. Hierbei sind die Rohre in den Bodenplatten in der gleichen Weise abgedichtet, wie bei DE 2435362 B2. Die Abdichtung zwischen Bodenplatte unc Deckelteil erfolgt mittels elastischer Rundschnurdichtung. Die beiden Kunststoffteile werden dann mit Metallklammern zusammengehalten. Sowohl bei DE 2435362 als auch bei DE 2728827 müssen besondere Maßnahmen ergriffen werden, um zu verhindern, das die beiden Wasserkästen an den Wärmetauscherenden icfolge des Innendruckes von den Rohrenden abgezogen werden. Im ersten Fall geschieht dies dadurch, daß die zwei einander gegenüberliegenden Wasserksten an den Schmalseiten durch Seitenbleche verbunden sind. Im zweiten Fall geschieht dies durch Kunststoffklammern, die an der Bodenplatte angeformt sind in Verbindung mit einem zusätzlich verstärkten Bodenblech aus Metall, an jeder Seite des Wärmetauschers. Eine weitere Variante zeigt die Auslegungsschrift DE 1751710 B2 bei der in Verbindung mit der Bodenplatte eine elastische Membrane mit Dichtkrägen für die Rohre und mit angeformtem Dichtrand für das Deckelteil vorgeschlagen wird. Die Rohre werden mittels Aufweiten in der Bodenplatte befestigt. Das Verbinden der elastischen Membran mit zahlreicken Dichtstellen und der Bodenplatte ist sehr aufwendig. Außerdem ist diese Konstruktion sehr materialintensiv.
Der Wasserkasten gemäß der Erfindung vermeidet die Schwierigkeiten der zusätzlichen Befestigung der Wasserkästen und des automatisch nicht oder nur mit großem Aufwand durchführbaren Einsetzens einer Gummiplatte (Membran) mit Krägen für die Rohrabdichtung in die Bodenplatte bei gleichzeitig erheblicher Materialersparnis. Gemäß der Erfindung sind die die Bodenplatte durchdringenden Rohre für das Kühlmedium mittels Dichtmanschetten aus einem elastischen Material und durch mehrfaches mechanisches Aufweiten im Wasserkastenboden abgedichtet, wobei alle Dichtmanschetten an die Innenseiten der Rohröffnungen in den Bodenplatten angespritzt oder anvulkanisiert sind.
Das Anspritzen oder Anvulkanisieren der Dichtmanschetten in die Rohröffnungen der Bodenplatten erfolgt zweckmäßig gleichzeitig an allen Dicht stellen einer Bodenplatte. Im Falle einer Metallbodenplatte wird gleichzeitig mit den Rohrabdichtungen auch die Randdichtung für die Abdichtung zwischen Bodenplatte und Deckelteil angespritzt oder anvulkanisiert. Bei Bodenplatten aus Kunststoff entfällt diese Randdichtung.
Erfindungsgemäß ist es hierbei besonders vorteilhaft, daß die Rohröffnungen in der Bodenplatte Wände aufweisen, welche im Verbindungsbereich mit den Dichtmanschetten mehrfach abgestuft sind.
Bei Verwendung von Kunststoff für die Bodenplatte und für das Deckelteil wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Kunststoffdeckelteil mittels Vibrationsschweißung, deren Vibrationsrichtung in Richtung Wasserkasten-Längsachse verläuft mit der Kunststoffbodenplatte verschweißt wird. Hierdurch kann sowohl eine zusätzliche Dichtung als auch ein zusätzlicher Materialaufwand für das Verbinden von Bodenplatte und Deckelteil vermieden werden. Die sich bei der Vibrationsschweißung bildende Schweißwulst wird an den Längsseiten des Wasserkastens dadurch eliminiert, daß sich entlang der in Vibrationsrichtung verlaufenden Wasserkastenseite im Bereich der Schweißzone eine Längsnut erstreckt, welche nach außen durch einen Wandbereich begrenzt ist, der die Schweißzone verdeckt. Die Längsnut und der verdeckte Wandbereich kann sowohl im Deckelteil als auch i der Bodenplatte angeordnet sein. An den Schmalseiten kann die Schwelßwulst dadurch vermindert werden, daß die Schmalseiten der Kunststoffdeckelteile im Bereich der Vibrationsschweißnaht an den Außenseiten üer einen Beträg (x)

gegenüber ber d

korrespondierenden Schmalseiten der KunststofEbodenplatten zurückgesetzt sind, welcher mindestens der halben Amplitude des Vibrationsweges bei der Verschweißung entspricht. Selbstverständlich kann auch an die Schmalseite eie Quernut und ein die Schweißzone nach außen begrenzender Wandbereich angeordnet werden, wenn es die Einbaulänge des Wasserkastens erlaubt. Hierbei darf die Außenseite des bei der Verschweißung mit der Amplitude (x) vibrierenden Deckelteils bei Maximalamplitude höchstens die Innenkante der Quernut erreichen können. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel eines Wasserkastens gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Wärmetauscher mit zweiteiligen Wasserkästen.
Fig. 2 zeigt einen teilweise aufgeschnittenen Wasserkasten in der Draufsicht mit einer Bodenplatte aus Metall und einen vergrößerten Schnitt des Wasserkastens nach der Schnittlinie A-A.
Fig. 3 zeigt einen teilweise aufgeschnittenen Wasserkasten in der Draufsicht mit einer Bodenplatte aus Kunststoff und einen vergrößterten Schnitt des Wasserkastens nach der Schnittlinie B-B.
Fig.4a zeigt den Schnitt durch einen Wasserkasten nach der Schnittlinie D-D in Fig. 3 vor der Vibrations-Schweißung.
Fig.4b zeigt den gleichen Schnitt nach der Vibrations-Schweißung.
Die Fig.
5 u. 6 zeigen den Wasserkasten nach Fig. 3 nach der Linie C-C geschnitten mit zwei verschiedenen Ausbildungen der Schmalseiten.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Lamellen-Wärmetauscher (3) mit zwei Wasserkästen, die entweder eine Bodenplatte aus Metall ( la ) oder eine solche aus Kunststoff ( lb ) aufweisen. Mit ( 2a ) ist das mit Anschluß-Rohren ( 4 ) und ( 5 ) versehene Deckelteil bezeichnet. ( 2b ) bezeichnet ein Deckelteil ohne Anschlußrohre.
Fig. 2 erläutert den mit einer Bodenplatte aus Metall ( la ) versehenen Wasserkasten. Die linke Seite der Figur zeigt Bodenplatte ohne Deckelteil in Draufsicht und im Schnitt. Die elastischen Dichtungen (6) sind mit dem Metall der Bodenplatte (la) durch anspritzen und/oder Anvulkanlsieren verbunden, ebenso ist die umlaufende Dichtung C7) in eine im Blechteil angeformte Rinne (7a) eingespritzt bzw. einvulkanisiert. Wie die rechte Seite der Abbildung zeigt, ist das Deckelteil (2b) aus Kunststoff auf die Bodenplatte (la) gepresst und mittels umgebogener Metall-Lappen (lo) mit dieser verbunden. Der umlaufende Rand (21) des Deckelteiles drückt in die umlaufende elastische Dichtung (7) und bildet hierdurch eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen Bodenplatte und Deckelteil. Die Wärmetauscher-Rohre (8) sind durch das mehrfache Aufweiten (9) mit den Dichtungen (6) flüssigkeitsdicht verpresst.
Der in Fig. 3 dargestellte Wasserkasten hat eine Bodenplatte aus Kunststoff, z.B. aus glasfaserverstärktem Polyamid. Diese enthält ebenfalls elastische Dichtungen (6) für die Rohre (8), die durch mehrfaches Aufweiten (9) mit den Dichtungen (6) flüssigkeitsdicht verpresst sind. Der Längsrand der Bodenplatte enthält eine Nut (13) und eine Abdeck-Kante (12), die'nach der mittels Vibrations-Schweißung erfolgten Verbindung von Bodenplatte (lb) und Deckelteil (2b), den nach außen dringenden Schweißwulst (14) aufnimmt. Die Bodenplatte (lb) ist an den Innenwänden der Rohr-Öffnungen des Ausführungsbeispiels zweimal abgestuft (18), um eine besonders gute Verpressung der Rohre und der Bodenplatte mit der elastischen Dichtung (6) beim Aufweiten der Rohrenden zu erreichen. In den Fig. 4 a und 4 b ist dargestellt, wie die Verbindung zwischen Bodenplatte (.ob) und Deckelteil (2b), das beispielsweise ebenfalls aus glasfaserverstärktem Polyamid bestehen kann, vor und nach dem Vibrations-Schweißen zueinander angeordnet sind. Der ursprüngliche Abstand Tiall zwischen Bodenplatte und Deckelteil hat sich durch das Ab schmelzen von Material an der Schweißfläche (24) auf den Abstand "b" verkleinert. Die Fig. 5 zeigte daß das Deckelteil (2b) gegenüber der Bodenplatte (lb) beim Vibrations-Schweinen um eine Null-Linie mit einer maximalen Amplitude (x) in der mit (15) bezeichneten Längsrichtung des Wasserkastens bewegt wird. Hierbei sind die Außenwände (22) der Schmalseiten um den Betrag (x) gegenüber den Außenwänden der Schmalseiten der Bodenplatten (23) zurückgesetzt.
In Fig. 6 ist eine weitere konstruktive Ausbildung der Bodenplatte (alb) gezeigt, bei der die Schmalseiten in der gleichen Weise ausgebildet sind, wie die Längsseiten der Bodenplatte gem. Fig. 3. Die Schmalseiten weisen hier ebenfalls eine Rinne (19) und eine Abdeck-Kar;te (20) auf. Die Außenwände (22) der Schmalseiten des Deckelteils (2b) werden dabei zweckmäßig so angeordnet, daß sie während der Vibrations-Schweißung, bei der das Deckelteil in Richtung (15) mit einer maximalen Amplitude (x) gegenüber der fest eingespannten Bodenplatte bewegt wird, höchstens bis zu den Innenkanten (17) der Rinnen (19) gelangen, die zur Aufnahme des Schweißwulstes dienen.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegungsschriften 2435 362, 2728 827 Deutsche Offenlegungsschrift 3 141 580 - Leerseite -

Claims

Patentansprüche Anspruch 1 Wasserkasten bestehend aus einer Bodenplatte aus Metall oder Kunststoff und einem Deckelteil aus Kunststoff für Wärmetauscher,die im Kühlmittelkreislauf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine und deren Rohre und evtl. Deckelteile mittels elastischen Dichtungen in der Bodenplatte abgedichtet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die die Bodenplatte (la, lb) durchdringenden Rohre (8) für das Kühlmedium mittels Dichtmanschetten (6) aus einem elastischen Material und durch mehrfaches mechanisches Aufweiten (9) im Wasserkastenboden abgedichtet sind, wobei die Dichtmanschetten an die Innenseiten der Rohröffnungen in der Bodenplatte angespritzt oder anvulkanisiert sind.

Anspruch 2 Wasserkasten nach Anspruch 1 mit einer Bodenplatte aus Metall, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an der Bodenplatte (la) sowohl die Dichtmanschetten (6) an die Innenseiten der Rohröffnungen als auch die Randdichtung (7) angespritzt oder anvulkanisiert sind.

Anspruch 3 Wasserkasten nach Anspruch 1 mit einer Bodenplatte aus Kunststoff, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rohröffnungen in der Bodenplatte (lb) Wände aufweisen, welche im Verbindungsbereich (18) mit den Dichtmanschetten mehrfach abgestuft sind.

Anspruch 4 Wasserkasten nach den Ansprüchen 1 und 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Kunststoff-Deckelteil (2b) mittels Vibrationsschweißung, deren Vibrationsrichtung (15) in Richtung der Wasserkasten-Längsachse verläuft, mit der Kunststoff-Bodenplatte verschweiXt ist. Patentansprüche Anspruch 5 Wasserkasten nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß sich entlang der in Vibrationsrichtung verlaufenden Wasserkasten-Seiten im Bereich der Schweiß zone eine Längsnut (12) erstreckt, welche nach außen durch einen Wandbereich (13) begrenzt ist, der die Schweißzone (24) verdeckt.

Anspruch 6 Wasserkasten nach den Ansprüchen 1 sowie 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Längsnut (12) und der Wandbereich (13) in der Kunststoff-Bodenplatte angeordnet sind.

Anspruch 7 Wasserkasten nach den Ansprüchen 1, sowie 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Längsnut und der Wandbereich im Kunststoff-Deckelteil angeordnet sind.

Anspruch 8 Wasserkasten nach den Ansprüchen 1, sowie 3 bis 7, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t , daß die Schmalseiten (22) der Kunststoff-Deckelteile (26) im Bereich der Vibrationsschweißnaht (24) an den Außenseiten um einen solchen Betrag gegenüber den korrespondierenden Schalseiten (23) der Kunststoff-Bodenplatten (16) zurückgesetzt sind, welcher mindestens der halben Amplitude (x) des Vibrationsweges bei der Verschweißung etspricht.

Anspruch 3 Wasserkasten nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Schmalseiten (23) der Kunststoffbodenplatte (16) eine Quernut (19) enthalten, die an den Außenseiten mit einem Wandbereich (20) begrenzt ist, der die Schweißzone verdeckt, wobei die Innenkante (17) der Quernut (19) jeweils so angeordnet ist, dao die korrespondierende Schmalseite der Kunststoffdeckelteile (26) mit der Außenseite (22) bei Maximalamplitude der Schweißvibration höchstens bis zur Innenkante (17) der Quernut (19) gelangt.

Patentansprüche Anspruch 10 Verfahren zur Herstellung eines Wasserkastens nach den Ansprüchen 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Anspritzen oder Anvulkanisieren der elastischen Dichtmanschetten und - bezogen auf die Ausführung nach Anspruch 2 - der elastischen Randdichtung an die Bodenplatte gleichzeitig in einem Arbeitsgang erfolgt.