DE3533196A1 - Doppelwaermetauscher, insbesondere heizkoerper fuer eine heiz- oder klimaanlage eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Doppelwärmetauscher, insbesondere einen Heizkörper für eine Heiz- oder Klimaanlage eines Kraft­ fahrzeugs, mit zwei parallel geschalteten Rippenrohrbündeln, deren Enden in Wasserkästen gehalten sind, von denen zwei mit­ einander gekoppelt und mit einem gemeinsamen Zulauf für ein Wärmetauschmedium versehen sind.

Ein derartiger Doppelwärmetauscher ist aus der DE-PS 32 04 381 bekannt. Dort sind zwei Wärmetauscher mit einem gemeinsamen Wasserkasten versehen, an dem der Wasserzulauf zu den beiden Wärmetauschern und die beiden Wasserabläufe angebracht sind. Im Innern des gemeinsamen Wasserkastens ist einerseits mittels einer Trennwand ein mit dem Wasserzulauf und Teilen der beiden Rohrbündel der Wärmetauscher verbundener Zulaufraum abgetrennt sowie andererseits mittels weiterer Wände zwei mit jeweils einem Wasserablauf und einem Wärmetauscher verbundene Ablauf­ räume. Die beiden äußeren Wasserkästen der beiden Wärmetauscher sind als Umlenkkästen ausgebildet, so daß insgesamt die beiden Wärmetauscher parallelgeschaltet sind. Mit Hilfe einer Steue­ rung der Wasserabläufe aus den beiden Wärmetauschern ist es möglich, die die beiden Wärmetauscher durchströmende Luft verschieden stark zu erwärmen. Damit kann z.B. in einem Kraft­ fahrzeug die Fahrer- und die Beifahrerseite des Innenraums des Kraftfahrzeugs verschieden beheizt werden.

Ein gewisser Nachteil des bekannten Doppelwärmetauschers be­ steht in der aufwendigen Herstellung, insbesondere des gemein­ samen mittleren Wasserkastens. Ebenfalls können die beiden Wärmetauscher nur fluchtend zueinander angeordnet werden, so daß eine Anpassung der Lage der beiden Wärmetauscher, z.B. an die räumlichen Gegebenheiten eines Kraftfahrzeugs nicht möglich ist. Schließlich besteht auch noch die Möglichkeit, daß die beiden parallelgeschalteten Wärmetauscher sich gegenseitig beeinflussen, da die sie durchfließenden Wassermengen im gemeinsamen mittleren Wasserkasten nur durch Trennwände vonein­ ander abgetrennt sind, über die ein Wärmeübergang erfolgen kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Doppelwärmetau­ scher mit zwei parallelgeschalteten Wärmetauschern so auszubil­ den, daß die beiden Wärmetauscher in beliebigen Winkeln zuein­ ander angeordnet werden können, sich untereinander nicht beeinflussen und der gesamte Doppelwärmetauscher möglichst einfach aufgebaut ist. Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß bei einem Doppelwärmetauscher der eingangs genannten Art beide Rippenrohrbündel Teile von unabhängigen, mit Zu- und Ablauf- Wasserkästen versehenen Wärmetauschern sind und zur Kopplung ein mit dem gemeinsamen Zulauf versehenes Verteilerstück vor­ gesehen ist, an das jeder der beiden Zulauf-Wasserkästen ange­ schlossen ist und von dem dieselben gehalten werden. Dadurch wird erreicht, daß durch eine entsprechende Ausgestaltung des Verteilerstücks jeder beliebige Winkel zwischen den beiden Wärmetauschern verwirklicht werden kann, wobei gleichzeitig durch vollkommen voneinander getrennte Wasserkästen eine Beein­ flussung der beiden Wärmetauscher untereinander nicht möglich ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die beiden Wärmetauscher unabhängig von dem Winkel, den sie mit­ einander bilden, identisch sein können. Bei dem Verteilerstück kann es sich in vorteilhafter Weise um ein aus zwei Bauteilen bestehendes Kunststoffteil handeln, das mit Hilfe eines Halte­ rahmens in einfacher Weise die beiden Wärmetauscher miteinander verbindet und den gewünschten Winkel zwischen ihnen herstellt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das Verteilerstück und die angeschlossenen Wasserkästen jeweils mittels wenigstens eines Anschlußstutzens des einen Bauteils, der unter Zwischenlegung eines Dichtungsrings in eine Öffnung des anderen Bauteils formschlüssig eingreift, miteinander verbunden. Die Öffnung kann dabei als Stufen aufweisender kreisförmiger Kragen ausgebildet sein. Durch diese Ausgestal­ tung ist eine einfache Verbindung des Verteilerstücks mit den beiden Wärmetauschern möglich, wobei es prinzipiell unerheblich ist, an welchem der Bauteile die Anschlußstutzen oder die Öffnungen angebracht sind.

Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der Halterahmen zwei Paare Seitenarme auf, die an einem Mittelstück befestigt sind und von denen jedes Paar einen Wärmetauscher um­ greift. Dabei befindet sich im Mittelstück des Halterahmens eine Bohrung, durch die eine Schraube gesteckt ist, die mit einer vom Verteilerstück gehaltenen Mutter verschraubt ist. Mit dieser Weiterbildung wird erreicht, daß die beiden Wärmetau­ scher und das Verteilerstück einerseits fest miteinander ver­ bunden sind und andererseits die beiden Wärmetauscher den ge­ wünschten Winkel miteinander bilden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn am Halterahmen und am Verteilerstück Flächen vorhanden sind, auf denen die Wärmetauscher formschlüssig auf­ liegen.

Schließlich sind am Verteilerstück mit Bohrungen versehene Laschen zur Befestigung des Doppelwärmetauschers angebracht, mit deren Hilfe der gesamte Doppelwärmetauscher in einfacher und vorteilhafter Weise z.B. in ein Kraftfahrzeug eingebaut werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung der Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine Frontansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Heizkörpers für ein Kraftfahrzeug mit zwei Teilschnit­ ten,

Fig. 2 die Einzelheit X des Heizkörpers der Fig. 1 mit einem Teilschnitt,

Fig. 3 das Verteilerstück 13 des Heizkörpers der Fig. 1 aus der Ansicht Y der Fig. 1,

Fig. 4 den Schnitt des Verteilerstücks 13 in der Ebene A-A der Fig. 3,

Fig. 5 den Halterahmen 14 des Heizkörpers der Fig. 1 aus der Ansicht Z der Fig. 1 und

Fig. 6 den Schnitt des Halterahmens 14 in der Ebene B-B der Fig. 5.

Der in der Fig. 1 in Frontansicht gezeigte Heizkörper 10 besteht aus einem ersten Wärmetauscher 11 und einem zweiten Wärmetauscher 12 sowie aus einem Verteilerstück 13 und einem Halterahmen 14. Verteilerstück 13 und Halterahmen 14 sind mittels einer Schraube 15 miteinander verbunden und koppeln dadurch die beiden Wärmetauscher 11 und 12 miteinander.

Beide Wärmetauscher 11 und 12 sind untereinander identisch aus Rippenrohrbündeln 20 und 30 aufgebaut, die jeweils in einen oberen Ablauf-Wasserkasten 21 und 31, der ein Ablauf-Anschluß­ stück 22 und 32 besitzt, und in einen unteren Zulauf-Wasser­ kasten 23 und 33, der einen Zulauf-Anschlußstutzen 24 und 34 aufweist, einmünden und zwischen den Wasserkästen 21, 31, 23, 33 gehalten sind.

Zwischen den Anschlußstutzen 24 und 34 und dem Verteilerstück 13 befindet sich jeweils ein Dichtungsring 40, so daß die Wasserkästen 23 und 33 der Wärmetauscher 11 und 12 dicht mit einer Verbindungskammer 41 des Verteilerstücks 13 verbunden sind. Von dieser Verbindungskammer 41 verläuft ein Rohr 42 zu einem Zulauf-Anschlußstück 43, an das ein Wasserzulauf an­ schließbar ist. Im Verteilerstück 13 ist schließlich noch eine Mutter 45 gehalten, in die die Schraube 15 zur Verbindung des Halterahmens 14 mit dem Verteilerstück 13 eingeschraubt ist.

Über das Anschlußstück 43 und das Verteilerstück 13 tritt Wasser in die beiden Wärmetauscher 11 und 12 ein, durchströmt die Rippenrohrbündel 20 und 30 im Sinne einer Parallelschaltung und verläßt die beiden Wärmetauscher 11 und 12 wieder an den Anschlußstücken 22 und 32. Die Anschlußstutzen 24 und 34 befin­ den sich dabei an den Enden der beiden Wasserkästen 23 und 33 und sind parallel zur jeweiligen Längsmittelebene 201 bzw. 301 angeordnet, während die Anschlußstücke 22 und 32 am anderen Ende der gegenüberliegenden Wasserkästen 21 und 31 angeordnet sind, jedoch so, daß ihre Austrittsrichtung quer zur Längs­ mittelebene der Wärmetauscher 11 und 12 verläuft. Die beiden Wärmetauscher 11 und 12 sind symmetrisch zu einer Symmetrie­ ebene 101 angeordnet und V-förmig über das Verteilerstück 13 miteinander gekoppelt, so daß die beiden Wärmetauscher 11 und 12 keinen direkten Kontakt miteinander haben. Das Anschlußstück 43 des Verteilerstücks 13 ist zwischen den beiden Wärmetau­ schern 11 und 12 angeordnet, wobei es den Winkel zwischen diesen Wärmetauschern 11 und 12 teilt. Die Anschlußstücke 22 und 32 weisen jeweils von der gemeinsamen Symmetrieebene 101 nach außen.

Die Ausgestaltung der identischen Wärmetauscher 11 und 12 ist bekannt und nicht Gegenstand dieser Erfindung. Sie ist daher auch nicht näher beschrieben. Die Anordnung und Ausgestaltung des Verteilerstücks 13 und des Halterahmens 14 hingegen ist nachfolgend anhand der Fig. 2 bis 6 näher erläutert.

In der Fig. 2 ist das Verteilerstück 13 sowie dessen Verbindun­ gen zu den Wasserkästen 23 und 33 und zum Halteteil 14 darge­ stellt. Das Verteilerstück 13 besitzt zwei Kragen 50, die ebenfalls symmetrisch zu einer gemeinsamen Ebene, der Sym­ metrieebene 101 angeordnet sind. Zu erkennen ist nur der linke, geschnittene Kragen 50, der mit ringförmigen Stufen 51 versehen ist und eine kreisförmige Öffnung 52 bildet. Der Kragen 50 ragt in die Verbindungskammer 41 des Verteilerstücks 13 herein. Der Anschlußstutzen 24 des Wasserkastens 23 kann formschlüssig in die Öffnung 52 eingeführt werden. Zwischen den Anschlußstutzen 24 und der Öffnung 52 ist in eine ringförmige Nut der Stufen 51 ein Dichtungsring 40 eingelegt, so daß der Wasserkasten 23 und das Verteilerstück 13 dicht miteinander verbunden sind.

Damit die Lage der mit dem Verteilerstück 13 verbundenen Wärme­ tauscher eindeutig festgelegt ist, weist das Verteilerstück 13 an seiner Oberseite 54 Flächen auf, auf denen entsprechende Flächen der Unterseite 53 der Wärmetauscher formschlüssig auf­ liegen. Derartige formschlüssig aufeinanderliegende Flächen des Verteilerstücks 13 und der angeschlossenen Wärmetauscher befin­ den sich auch im Bereich des Kragens 50 des Verteilerstücks 13.

In der Mitte des Verteilerstücks 13 ist eine hülsenförmige Erhöhung 56 vorgesehen, in der eine Bohrung 57 und eine diese umgebende Ausnehmung 58 eingebracht ist. In der Bohrung 57 verläuft eine Schraube 15, die in eine in der Ausnehmung 58 gehaltene Mutter 45 eingreift. Mit Hilfe der Schraube 15 und der Mutter 45 wird das Verteilerstück 13 mit dem Halterahmen 14 verbunden. Die Schraube 15 durchgreift eine Bohrung 80 (Fig. 6) des Halterahmens und liegt mit ihrem Kopf an diesem an.

Aus den Fig. 3 und 4 kann der einen rechtwinkligen Knick auf­ weisende Verlauf des Rohres 42 von der Verbindungskammer 41 zum Anschlußstück 43 entnommen werden, wie auch die Lage der Boh­ rung 57 und der Ausnehmung 58 in der Erhöhung 56. In der Fig. 3 ist des weiteren in Draufsicht die aus dem Kragen 50 gebildete Öffnung 52 mit den zugehörigen Abstufungen 51 dargestellt. Weiter sind gemäß den Fig. 3 und 4 am Verteilerstück 13 Befe­ stigungslaschen 60 angebracht, die jeweils eine Bohrung 61 aufweisen. Durch diese Bohrungen 61 können Schrauben gesteckt werden, die der Befestigung des Verteilerstücks 13 und damit des gesamten Heizkörpers 10 beispielsweise in einem Kraftfahr­ zeug dienen.

Wie der Fig. 4 entnommen werden kann, besteht das Verteiler­ stück 13 aus einem oberen Bauteil 65 und einem unteren Bauteil 66. Beide Bauteile 65 und 66 sind entlang einer Verbindungsnaht 67 dicht miteinander verbunden. Besonders vorteilhaft ist es, die beiden Bauteile 65 und 66 aus Kunststoff herzustellen und beide Bauteile mittels Wärmeeinwirkung zusammenzufügen, bei­ spielsweise zu verschweißen. In dem Bauteil 65 kann dann die Ausnehmung 58 als eine zur Seite hin offene Nut ausgebildet werden, in die die Mutter 45 einschiebbar ist.

In den Fig. 5 und 6 ist der Halterahmen 14 dargestellt, der zu­ sammen mit dem Verteilerstück 13 die Verbindung des Verteiler­ stücks 13 mit den beiden Wärmetauschern 11 und 12 bewerkstel­ ligt und die Lage der beiden Wärmetauscher 11 und 12 zueinander festlegt. Der Halterahmen 14 besteht aus einem Mittelstück 70, an das jeweils zwei Seitenarme 71 und 72 angeformt sind. Sämt­ liche Seitenarme 71 und 72 sind rechtwinklig zum Mittelstück 70 angeordnet, wobei immer jeweils ein Seitenarm 71 und ein Seitenarm 72 eine Linie bilden. Die Seitenarme 71 und 72 befin­ den sich an den beiden Enden des Mittelstücks 70, wodurch jedes Paar der Seitenarme 71 und 72 zusammen mit dem Mittelstück 70 eine U-Form bildet. An den Enden des Mittelstücks 70 werden die Seitenarme 71 und 72 durch jeweils eine Seitenwand 73 begrenzt, die mit den Seitenarmen 71 und 72 einen rechten Winkel ein­ schließt. An den Enden der Seitenarme 71 und 72 sind Auflage­ flächen 75 vorgesehen, auf die entsprechende Flächen der Wärmetauscher 11 und 12 zum Liegen kommen, wodurch wiederum, wie schon im Zusammenhang mit dem Verteilerstück 13 erläutert wurde, die Lage der beiden Wärmetauscher 11 und 12 durch den Formschluß dieser Flächen festgelegt wird. Parallel und mittig zum Mittelstück 70 verläuft ein erster Steg 76, während ein zweiter Steg 77 ebenfalls mittig, jedoch quer zum Mittelstück 70 angeordnet ist. Beide Stege 76 und 77 dienen der Versteifung des Halterahmens 14 und münden in eine Erhöhung 79, in der eine Bohrung 80 eingebracht ist. Die Bohrung 80 verläuft senkrecht zur Ebene des gesamten Halterahmens 14 und dient der Aufnahme der Schraube 15.

Im zusammengebauten Zustand umgreifen die beiden Paare der Seitenarme 71 und 72 jeweils einen der Wärmetauscher 11 und 12, wobei die Auflageflächen 75 auf entsprechenden Flächen der Wärmetauscher 11 und 12 formschlüssig zum Liegen kommen. Durch die Verschraubung des Verteilerstücks 13 mit dem Halterahmen 14 werden dann über die Auflageflächen 75 die beiden Wärmetauscher 11 und 12 in der gewünschten Lage festgehalten. Die Verschrau­ bung des Verteilerstücks 13 und des Halterahmens 14 hat dabei einerseits das Eindrücken der Anschlußstutzen 24 und 34 der beiden Wärmetauscher 11 und 12 in die zugehörigen Kragen 50 des Verteilerstücks 13 zur Folge, sowie andererseits das Einspannen der beiden Wärmetauscher 11 und 12 zwischen das Verteilerstück 13 und den Halterahmen 14 und damit die Festlegung der Lage der beiden Wärmetauscher 11 und 12 zueinander.

Besonders vorteilhaft ist es, den Halterahmen 14 aus Metall herzustellen, z.B. als Druckgußteil. Die Maße des Halterahmens 14 müssen dabei dem gewünschten Winkel zwischen den beiden Wärmetauschern 11 und 12 und den vorhandenen Auflageflächen an den beiden Wärmetauschern 11 und 12 angepaßt werden. Analoges gilt für die Maße des Verteilerstücks 13.

Beim Zusammenbau des gesamten Heizkörpers wird zuerst das Ver­ teilerstück 13 über die Befestigungslaschen 60 beispielsweise in einem Kraftfahrzeug befestigt. Dann werden die Dichtungs­ ringe 40 über die Anschlußstutzen 24 und 34 gezogen oder in die Abstufungen 51 der Krägen 50 eingelegt. Danach werden die beiden Wärmetauscher 11 und 12, die nicht unbedingt identisch sein müssen, zueinander verdreht in die Öffnungen 52 des Verteilerstücks 13 eingeführt und festgehalten. Jetzt wird noch der Halterahmen 14 zwischen die beiden Wärmetauscher 11 und 12 eingebracht und mit Hilfe der Schraube 15 mit dem Verteiler­ stück 13 verschraubt. Damit ist der gesamte Heizkörper 10 montiert. Für die Demontage des Heizkörpers 10 muß nur die Schraube 15 gelöst und der Halterahmen 14 abgenommen werden. Danach sind die beiden Wärmetauscher 11 und 12 sowie das Verteilerstück 13 zugänglich.

Claims (14)

1. Doppelwärmetauscher, insbesondere Heizkörper für eine Heiz- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit zwei parallel geschalteten Rippenrohrbündeln, deren Enden in Wasserkästen gehalten sind, von denen zwei miteinander gekoppelt und mit einem gemeinsamen Zulauf für ein Wärmetauschmedium versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß beide Rippenrohrbündel (20, 30) Teile von unabhängigen, mit Zu- und Ablauf-Wasserkästen (21, 23, 31, 33) versehenen Wärmetauschern (11, 12) sind und zur Kopplung ein mit dem gemeinsamen Zulauf (43) versehenes Verteilerstück (13) vorgesehen ist, an das jeder der beiden Zulauf-Wasserkästen (23, 33) angeschlossen ist und von dem dieselben gehalten werden.

2. Doppelwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verteilerstück (13) Zulauf-Anschlußstutzen (24, 34) beider Zulauf-Wasserkästen (23, 33) unter Zwischen­ legung von Dichtungsringen (40) aufnimmt.

3. Doppelwärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Aufnahme der Anschlußstutzen (24, 34) Stufen (51) aufweisende kreisförmige Kragen (52) vorgesehen sind.

4. Doppelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulauf-Wasserkästen (23, 33) an ihrem Ende an das Verteilerstück (13) angeschlossen sind.

5. Doppelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerstück (13) und die daran über die Wasserkästen (23, 33) angeschlossenen Wärmetau­ scher (11, 12) V-förmig angeordnet sind.

6. Doppelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung ein Halterahmen (14) vorgesehen ist, der mit dem Verteilerstück (13) verbunden ist und der die an das Verteilerstück (13) angeschlossenen Wärmetauscher (11, 12) festhält.

7. Doppelwärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Halterahmen (14) zwei Paare Seitenarme (71, 72) aufweist, die an einem Mittelstück (70) befestigt sind und von denen jedes Paar einen Wärmetauscher (11, 12) umgreift.

8. Doppelwärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Mittelstück (70) des Halterahmens (14) sich eine Bohrung (80) befindet, durch die eine Schraube (15) gesteckt ist, die mit einer vom Verteilerstück (13) gehaltenen Mutter (45) verschraubt ist.

9. Doppelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Halterahmen (14) und am Vertei­ lerstück (13) Flächen (54, 75) vorhanden sind, auf denen die Wärmetauscher (11, 12) formschlüssig aufliegen.

10. Doppelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Verteilerstück (13) mit Bohrun­ gen (61) versehene Laschen (60) zur Befestigung des Doppel­ wärmetauschers (10) angebracht sind.

11. Doppelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerstück (13) aus zwei Bauteilen (65, 66) besteht, die entlang einer Verbindungsnaht (67) dicht miteinander verbunden sind.

12. Doppelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wärmetauscher (11, 12) identisch sind.

13. Doppelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerstück (13) aus Kunst­ stoff besteht.

14. Doppelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Halterahmen (14) aus Metall besteht.