DE3532493C1 - Heat exchanger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein Wärmetauscher dieser Art ist aus der DE-OS 31 33 665 bekannt. Bei der bekannten Anordnung ist der Anschlußstutzen auf der dem Wärmetauscherblock zugewandten Seite des Anschlußkastens angeordnet. Dies hat jedoch zur Folge, daß zwischen Rohrboden und dem Rippenblock viel Platz für die Anschlußstutzen benötigt wird und aus Festigkeitsgründen der radial außerhalb des Rohres liegende Teil des Anschlußstutzens relativ dick ausgeführt werden muß. Darüber hinaus ist auch der weite Überstand der Anschlußstutzen aus spritztechnischen Gründen ungünstig, da das Füllen der Spritzform ungleichmäßig erfolgt.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß durch die Anordnung des Anschlußstutzens ein geringerer Bauraum des Wärmetauschers und eine günstigere Kraftverteilung im Verbindungsbereich zwischen Rohrboden und Rohr erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der genannten Gattung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die wesentlichen Vorteile dieser Lösung sind nicht nur darin zu sehen, daß der Bauraum im Bereich zwischen Rohrboden und Rippenblock verringert und eine gleichmäßigere Kraftverteilung im Verbindungsbereich erzielt wird, sondern es wird darüber hinaus eine günstigere Massenverteilung des Rohrbodens erreicht, was zu einer gleichmäßigeren Füllung beim Formspritzen des Rohrbodens und zu einem geringeren Einsatz von Material führt. Die gleichmäßige Massenverteilung des Materials zu beiden Seiten der Rohrbodenebene gewährleistet, daß der Rohrboden auch in seiner Längserstreckung verzugsfrei, das heißt ohne Wölbung ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine kraftschlüssige Verbindung erreicht wird, deren mechanische Festigkeit und deren Dichtheit besonders groß ist, da eine reibschlüssige Verbindung mit großer Pressung sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite des Rohres besteht. Von großer Bedeutung ist auch, daß die Verbindungsanordnung ohne zusätzliches Dichtungsmittel zuverlässig dicht ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist die axiale Länge der Abschnitte des Anschlußstutzens annähernd gleich groß. Für Kraftfahrzeugwärmetauscher hat sich eine Aufteilung der Gesamtlänge auf die drei Abschnitte gemäß der Angabe im Anspruch 2 als besonders vorteilhaft erwiesen.

Es ist darüber hinaus zweckmäßig, daß gemäß Anspruch 3 der radial innerhalb des Wärmetauscherrohres liegende Teil des Anschlußstutzens länger ist als der radial außerhalb des Wärmetauscherrohres befindliche Teil. Auf diese Weise wird nicht nur die Anlagefläche zwischen Rohr und Rohrstutzen verlängert, sondern es erfolgt gemäß Anspruch 5 bei konischer Ausbildung der Spitze des in das Rohr hineinragenden Teils eine allmähliche Aufweitung des Rohres. Die Aufweitung des Rohrendes gegenüber dem ursprünglichen Durchmesser hat den Vorteil, daß die Querschnittsveränderung im Übergangsbereich vom Anschlußstutzen zum Rohr gering gehalten wird.

Um eine möglichst große Preßfläche zwischen Anschlußstutzen und Rohr zu erreichen, wird vorgeschlagen, daß die Tiefe der Ringnut etwa 65% bis 85% der axialen Länge des Anschlußstutzens beträgt. Sofern keine weiteren Maßnahmen zur Erhöhung des Kraftschlusses vorgesehen sind, ist es von Vorteil, die Wandteile der Ringnut nahezu über die gesamte axiale Länge zylindrisch auszubilden.

Zur Erhöhung des Kraftschlusses zwischen Rohr und Anschlußstutzen kann gemäß Anspruch 7 in der Wandung der Ringnut eine radiale Wölbung vorgesehen sein, in die gemäß Anspruch 8 durch radiales Aufweiten die Rohrwandung gepreßt ist. Um ein Reißen des Materials im Bereich des Nutgrundes der Ringnut aufgrund von Kerbwirkungen zu verhindern, ist es von Vorteil, gemäß Anspruch 9 am Nutgrund eine Erweiterung, die nur geringfügig zu sein braucht, vorzusehen. Wie Versuche gezeigt haben, ist es zweckmäßig, daß die Breite der Ringnut etwa 50% bis 70% der Rohrwanddicke beträgt. Da das Einpressen der Wärmetauscherrohre in die Ringnuten der Anschlußstutzen zu einer mechanisch äußerst festen und sehr dichten Verbindung führt, ist diese Anordnung auch für Wärmetauscher geeignet, bei denen der gesamte Wasserkasten inklusive Rohrboden aus einem einzigen Teil besteht.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wärmetauschers werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1a-1c einen Ausschnitt eines Rohrbodens mit einem Anschlußstutzen vor dem Einpressen des Rohrendes in den Rohrboden und nach dem Einpressen,

Fig. 2a-2c eine Ausführungsvariante zu Fig. 1a-1c,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Anschlußkasten eines Wärmetauschers mit im Rohrboden eingepreßten Wärmetauscherrohren.

In Fig. 1a ist ein Ausschnitt eines Rohrbodens 1 gezeigt, der eine Öffnung 2 zum Durchtritt des Wärmetauscherfluids aufweist. Der Rohrboden 1 besitzt einen die Öffnung 2 umgebenden Anschlußstutzen 3, der einen mittleren Abschnitt B und einen in den Anschlußkasteninnenraum hineinragenden Endabschnitt A sowie einen auf der Außenseite des Rohrbodens 1 befindlichen Endabschnitt C umfaßt. In dem hülsenförmigen Anschlußstutzen 3 befindet sich eine koaxial zur Öffnung 2 angeordnete Ringnut 4, die vom Endabschnitt C ausgehend bis in den Endabschnitt A hineinreicht. Am Nutgrund der Ringnut 4 ist eine Erweiterung 5 der Ringnut 4 vorgesehen, wobei diese Erweiterung nur geringfügig ist und dazu dient, Kerbwirkungen durch das Einpressen des Wärmetauscherrohres zu vermeiden. Die Ringnut 4 ist so ausgebildet, daß ihre Wandteile über den größten Teil der axialen Länge zylindrisch sind und an dem offenen Ende der Ringnut eine konische Erweiterung 6 vorgesehen ist. Die Breite der Ringnut im Bereich der zylindrischen Wandteile ist mit s bezeichnet. Der Endabschnitt C des Anschlußstutzens 3 besitzt einen radial äußeren Teil C′ und einen radial inneren Teil C*, wobei der Teil C* eine größere axiale Länge aufweist als der Teil C′ und an seinem Ende mit einem Konus 7 versehen ist.

Am äußeren Ende des Teils C′ des Endabschnitts C sind über den Umfang verteilt mehrere Aussparungen 10 vorgesehen, durch die im Falle einer Reparatur des Wärmetauschers das nachträgliche Einbringen eines Dichtungsmittels erleichtert wird. Mit l ist die Tiefe der Ringnut 4 bezeichnet.

In Fig. 1b ist das Ende eines Wärmetauscherrohres 8 gezeigt, wobei das Wärmetauscherrohr 8 mit einer Vielzahl von querverlaufenden Rippen 9 bestückt ist. Die Rohrwanddicke des Wärmetauscherrohres 8 ist mit d bezeichnet. Beim Einpressen des Wärmetauscherrohres 8 in die Ringnut 4 trifft das Ende des Wärmetauscherrohres zunächst auf den Konus 7 des inneren Teiles C* des Endabschnittes C und wird durch den Konus 7 etwas aufgeweitet. Beim weiteren Einpressen des Wärmetauscherrohres 8 in die Ringnut 4 wird aufgrund der größeren Rohrwanddicke d gegenüber der Breite s der Ringnut 4 die Ringnut etwas verbreitert, so daß es zu hohen radialen Kräften zwischen den Wandteilen des Materials im Anschlußstutzen 3 und dem Wärmetauscherrohr 8 kommt. Dadurch wird eine Verbindungsanordnung von Wärmetauscherrohren mit einem Rohrboden erreicht, die hohen mechanischen Belastungen standhält und darüber hinaus eine sehr zuverlässige Dichtheit gewährleistet. Da sowohl die Innenwand als auch die Außenwand des Rohres zur Abdichtung dienen, haben Temperaturwechsel auf die Dichtheit der Verbindung keinen negativen Einfluß.

Die Rohrwanddicke d muß selbstverständlich größer sein als die Breite s der Ringnut, wobei das Verhältnis beispielsweise beträgt.

In Fig. 1c ist die Anordnung im eingepreßten Zustand des Wärmetauscherrohres 8 im Rohrboden 1 gezeigt. Die Bezugszeichen für gleiche Teile stimmen mit denjenigen zu Fig. 1a und Fig. 1b überein. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich ist, ist der in der Ringnut 4 liegende Teil des Wärmetauscherrohres 8 gegenüber dem ursprünglichen Durchmesser etwas aufgeweitet, was den Vorteil hat, daß die Querschnittsveränderung am Übergang von der Öffnung 2 zum Wärmetauscherrohr 8 gering gehalten wird. Wie ferner aus Fig. 1a und Fig. 1c hervorgeht, entspricht der Abschnitt B des Anschlußstutzens 3 der Dicke des Rohrbodens 1.

In Fig. 2a ist ebenfalls ein Ausschnitt eines Rohrbodens 1 mit einer Öffnung 2 und einem die Öffnung umgebenden Anschlußstutzen 3 gezeigt. Der Anschlußstutzen 3 umfaßt wiederum die Abschnitte A, B, C, wie dies bereits in Fig. 1a beschrieben ist. In dem Anschlußstutzen 3 ist eine Ringnut 11 angeordnet, deren Ausgestaltung ebenfalls eine endseitige konische Erweiterung 6 umfaßt, und außerdem ist an der radial äußeren Wandung der Ringnut 11 im Bereich des Abschnitts B eine radial auswärts gerichtete Wölbung 12 vorhanden. Der radial innere Wandteil der Ringnut 11 ist zylindrisch ausgebildet. Die Öffnung 2 weist an ihrer Wandung eine nach innen gerichtete radiale Wölbung 13 auf, durch die sich eine Verdickung des innerhalb des Wärmetauscherrohres 8 liegenden Teils des Abschnitts B ergibt. Diese Wölbung 13 entspricht nach Form und Lage der Wölbung 12, wobei deren Zweck nachfolgend zu Fig. 2c beschrieben ist.

Fig. 2b zeigt das Ende eines Wärmetauscherrohres 8, das bereits vor dem Einpressen in die Ringnut 11 des Rohrbodens 1 gegenüber dem ursprünglichen Rohrdurchmesser aufgeweitet ist.

In Fig. 2c ist dargestellt, wie die Verbindungsanordnung aussieht. Die Bezugszeichen stimmen mit denjenigen der Fig. 2a und 2b überein. Das Wärmetauscherrohr 8 ist in die Ringnut 11 eingepreßt. Nach dem Einpressen ist mit einem Aufweitdorn 14 sowohl der Kunststoff des Anschlußstutzens 3 als auch das Ende des Wärmetauscherrohres 8 radial aufgeweitet, wobei aufgrund der Werkstoffeigenschaften des Kunststoffes eine elastische Rückverformung stattfindet. Durch die Wölbung 13 erfolgte in diesem Bereich eine stärkere Verformung des Wärmetauscherrohres 8, so daß sich dieses an die radiale Wölbung 12 der Ringnut 11 anlegt. Auf diese Weise wird zusätzlich zu der Preßkraft zwischen Rohrboden und Wärmetauscherrohr noch eine formschlüssige Verbindung erzeugt.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Anschlußkasten 15, bei dem der Rohrboden 1 mit einem Deckelteil 16 einstückig ausgeführt ist. Die Wärmetauscherrohre 8 sind in Ringnuten 4 eingepreßt, die sich in Anschlußstutzen 3 befinden. Die Verbindungsanordnung entspricht dabei derjenigen, wie sie ausführlich zu Fig. 1a bis Fig. 1c beschrieben ist.

Claims (11)

1. Wärmetauscher mit mindestens einem Wärmetauscherrohr, das endseitig in einem aus Kunststoff bestehenden Rohrboden flüssigkeits- oder gasdicht gehalten ist, wobei der Rohrboden je Rohranschluß eine Öffnung zum Durchtritt des Wärmetauscherfluids vom Rohr in einen Anschlußkasten bzw. in umgekehrter Richtung aufweist und der Rohrboden im Bereich der Öffnungen je einen hülsenförmigen Anschlußstutzen aufweist, in dem eine sich koaxial zur Öffnung erstreckende und zum Wärmetauscherrohr hin offene Ringnut angeordnet ist, in die das Ende des Wärmetauscherrohres eingepreßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die hülsenförmigen Anschlußstutzen (3) einen mittleren Abschnitt (B) aufweisen, der sich in der Ebene des Rohrbodens (1) befindet, und auf beiden Seiten des Rohrbodens (1) Endabschnitte (A, C) der Anschlußstutzen (3) hervorstehen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Abschnitte (A, B, C) des Anschlußstutzens (3) annähernd gleich ist.

3. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innerhalb des Wärmetauscherrohres (8) liegende Teil (C*) des Endabschnitts (C) des Anschlußstutzens (3) länger ist als der radial außerhalb des Wärmetauscherrohres (8) befindliche Teil (C′) des Endabschnitts (C).

4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (l) der Ringnut (4, 11) etwa 65% bis 85% der axialen Länge des Anschlußstutzens (3) beträgt.

5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innerhalb des Wärmetauscherrohres (8) liegende Teil (C*) des Endabschnitts (C) an seinem Ende einen Konus (7) aufweist.

6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (4) nahezu über die gesamte axiale Länge zylindrische Wandteile aufweist.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (11) an mindestens einem ihrer Wandteile eine radiale Wölbung (12) aufweist.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherrohr (8) durch Radialverformung in die radiale Wölbung (12) der Ringnut (11) gepreßt ist.

9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (4) am Nutgrund eine Erweiterung (5) aufweist.

10. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (s) der Ringnut (4) etwa 50% bis 70% der Rohrwanddicke (d) beträgt.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkasten (15) mit dem Rohrboden (1) einstückig ausgeführt ist.