DE3809944A1 - Waermetauscher, insbesondere kuehler fuer einen verbrennungsmotor eines kraftfahrzeuges, und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einem bekannten Wärmetauscher dieser Art (DE-PS 34 40 489), der als Kühler für eine Kühlanlage eines Verbrennungsmotors eingesetzt wird, sind metallische Flachrohre vorgesehen, die nur einseitig mit einem Wasserkasten verbunden sind. Die Ab­ deckung des Wasserkastens ist aus Kunststoff hergestellt und mit dem metallischen Rohrboden verbunden. An dem Rohrboden sind Durchzüge ausgebildet, in die die Flachrohre eingelötet werden. Infolge der anfallenden Lötarbeiten ist die Herstellung dieses Wärmetauschers verhältnismäßig aufwendig.

Bei einem anderen bekannten Wärmetauscher (DE-OS 33 02 150) werden metallische Flachrohre mit einem Wasserkasten verbunden, bei dem sowohl die Wasserkastenabdeckung als auch der Rohrboden aus Kunststoff hergestellt sind. Die Flachrohre werden an dem Rohrboden mittels einer Klebverbindung befestigt. Die Ausbil­ dung der Klebflächen erfolgt gemäß DE-OS 32 39 950. Demgemäß sind an dem Rohrboden Hülsen angeformt, die Öffnungen zur Auf­ nahme der Rohrenden der Flachrohre besitzen. Zwischen den Hül­ sen und den Rohren ist ein ringförmiger Bereich zur Aufnahme von Klebstoff vorgesehen. Bei der Montage des Wärmetauschers wird zunächst der Rohrboden an den Rohrenden positioniert. An­ schließend erfolgt die Verklebung durch Einbringung von Kleb­ stoff in den ringförmigen Bereich zwischen den Hülsen und den Rohren. Dann wird die Abdeckung des Wasserkastens mit dem Rohr­ boden beispielsweise durch Ultraschweißen verbunden. Die Her­ stellung dieses bekannten Wärmetauschers ist infolge vieler Verfahrensschritte verhältnismäßig aufwendig.

Ein anderer Wärmetauscher (WO 86/07 628) sieht Flachrohre aus Metall, beispielsweise aus Aluminium vor. Die Flachrohre be­ sitzen an einem Ende eine Zu- und eine Abschlußöffnung und am anderen Ende, das geschlossen ist, eine Umlenkung für das Kühl­ mittel. Der aus Kunststoff hergestellte Wasserkasten besitzt einen Rohrboden, an dem muldenförmige Anschlußstücke für die Flachrohre vorgesehen sind. Die muldenförmigen Anschlußstücke sind mit Ausbuchtungen versehen, die eine Verbesserung der Ver­ klebung bewirken sollen. Bei der Montage wird zunächst Kleb­ stoff in die Mulden und die Ausbuchtungen eingeführt und an­ schließend der gesamte Wasserkasten mit den Flachrohren verpreßt.

Bei diesem Wärmetauscher sind bei der Montage Verstopfungen der offenen Stirnseiten der Flachrohre durch Klebstoff nicht auszu­ schließen.

Den bekannten Wärmetauschern haftet der Nachteil an, daß die Verklebung zwischen den metallischen Flachrohren und dem aus Kunststoff hergestellten Rohrboden fertigungstechnisch aufwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß einerseits eine flüssigkeitsdichte und stabile Verklebung erzielt wird und andererseits eine einfache Fertigung möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Wärmetauscher durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher sind im Rohrboden ver­ laufende Kanäle vorgesehen, die zu Ringräumen an den Langlöchern zur Aufnahme der Flachrohre führen, wobei die Kanäle und die Ringräume mit einem Kleb- und Dichtmittel gefüllt sind, daß zu­ nächst flüssig oder pastös vorliegt und anschließend schwundfrei abbindet. Ein solcher Wärmetauscher kann in einfacher Weise hergestellt werden. Da ein Rohrboden aus Kunststoff vorgesehen ist, entfallen die bei metallischen Rohrböden anfallenden Löt­ arbeiten. Durch die im Rohrboden vorgesehenen Kanäle kann eine vollautomatisierbare Einbringung des Kleb- und Dichtmittels erfolgen. Verstopfungen während der Montage durch das Klebe- und Dichtmittel an den offenen Stirnseiten der Flachrohre können nicht auftreten.

Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher ist es besonders vor­ teilhaft, daß der komplette Wasserkasten an den Enden der Flach­ rohre montiert werden kann. Hierdurch wird auch der Einsatz von Wasserkästen, die einen integrierten Rohrboden besitzen, möglich. Bei zweiteilig aufgebauten Wasserkästen, mit einer Wasserkasten­ abdeckung und einem Rohrboden, können diese Teile bereits fest verbunden sein.

Bei der Herstellung wird zunächst der Wasserkasten komplett aus seinen Teilen zusammengefügt und dann werden die Flachrohre in die Langlöcher des Rohrbodens eingeführt. Anschließend wird das Kleb- und Dichtmittel über die Kanäle zu den Ringräumen geleitet. Beim Abbinden des Kleb- und Dichtmittels, das weitgehend schwundfrei erfolgt, ergibt sich einerseits die Abdichtung der Flachrohre gegenüber den Wasserkästen und andererseits eine feste Verbindung zwischen den Flachrohren und dem Rohrboden.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann mit horizontal oder vertikal angeordneten Flachrohren ausgeführt sein. Weiterhin ist die Ausbildung mit einem oder zwei Wasserkästen möglich.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es ist vorteilhaft, wenn die Langlöcher im Rohrboden dem Umfang der Flachrohre angepaßt sind, so daß eine spaltfreie Aufnahme erzielt wird. Diese Ausbildung verhindert ein Eindringen von Kleb- und Dichtmittel in die offenen Stirnseiten der Flachrohre während der Montage. Weiterhin wird durch einen engen Sitz der Flachrohre in den Langlöchern das Ausrichten des Wasserkastens gegenüber den Flachrohren erleichtert.

In einer vorteilhaften Ausführungsform münden die mit den Ring­ räumen verbundenen Kanäle in einen oder mehrere Stichkanäle im Rohrboden, die Öffnungen zur Zuführung des Kleb- und Dicht­ mittels besitzen. Demgemäß benötigt eine automatische Dosier­ vorrichtung zur Einführung des Kleb- und Dichtmittels nur eine Düse, die an der Öffnung des Stichkanals angesetzt wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgegen­ standes sieht Kanäle vor, die in der Ebene der Flachrohre lot­ recht zur Längsrichtung der Flachrohre verlaufen, wobei die Öffnungen der Kanäle an den Längsseiten des Rohrbodens vorgese­ hen sind. Hierdurch wird eine besonders gleichmäßige Füllung der Kanäle und der Ringräume erzielt. Weiterhin ist diese Aus­ bildungsform besonders automatisierungsfreundlich, da die Fül­ lung der Kanäle gleichzeitig erfolgen kann.

Vorzugsweise besitzen die Kanäle einen kreisförmigen Quer­ schnitt, dessen Durchmesser den auftretenden Belastungen ange­ paßt ist. Treten an den Flachrohren große Längs- bzw. Querkräf­ te auf, ist ein Kanalquerschnitt vorteilhaft, dessen Durchmes­ ser größer als die Dicke der Flachrohre ist. Hierdurch wird eine Verklebung erzielt, die insbesondere in Längsrichtung der Flachrohre stark belastbar ist. Der im Kanal und in den Ring­ räumen abgebundene Klebstoff, der sich fest mit den Flachrohren verbunden hat, wirkt bei einer Belastung in Längsrichtung wie ein Querkeil.

Um das Einfallen der Flachrohre zu verhindern, sind an der Innenseite des Wasserkastens in der Höhe der Flachrohre Spreiz­ keile angeordnet. Diese Spreizkeile können in einer vorteil­ haften Ausführungsform an einem Mittelsteg vorgesehen sein, der fest mit dem Wasserkasten verbunden ist. Bei einem Wärmetauscher mit einem einseitigen Wasserkasten können die Spreizkeile auch an einer Trennwand vorgesehen sein, die im Wasserkasten ange­ ordnet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher können Kleb- und Dicht­ mittel eingesetzt werden, die in Ein- oder Zweikomponentenform vorliegen. Solche Kleb- und Dichtmittel sind beispielsweise unter dem Handelsnamen Loctite auf dem Markt. Wahlweise kann das Kleb- und Dichtmittel nach dem Abbinden in fester oder elastischer Form vorliegen.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemä­ ßen Wärmetauschers sieht zunächst die komplette Herstellung eines Wasserkastens aus Kunststoff vor, der einteilig mit inte­ griertem Rohrboden oder getrennt aus Rohrboden und Abdeckung hergestellt wird. Die Teile des Wasserkastens können mittels Ultraschweißverfahren verbunden werden. Die komplette Herstel­ lung eines solchen Wasserkastens ist fertigungstechnisch beson­ ders vorteilhaft, da während der Montage des Wärmetauschers keine weiteren Arbeiten am Wasserkasten anfallen.

In die Langlöcher im Rohrboden des Wasserkastens werden die En­ den der Flachrohre eingeführt und anschließend wird der Wasser­ kasten gegenüber den Flachrohren ausgerichtet und in dieser Lage durch Seitenteile gesichert. Beispielsweise könnten Sei­ tenteile mit Laschen durch Schlitze an der Seite der Wasser­ kästen greifen und nach dem Ausrichten umgebogen werden, so daß die Lage der Rohre gesichert ist. Die spaltfreie Aufnahme der Flachrohre in den Langlöchern gewährleistet einerseits eine für die Montage ausreichende Fixierung des Wasserkastens und ver­ hindert andererseits ein Eindringen von Kleb- und Dichtmittel in die offenen Stirnseiten der Flachrohre.

Mittels einer automatischen Dosiereinrichtung wird anschließend das Kleb- und Dichtmittel in die Kanäle und die Ringräume ein­ gebracht, wobei Düsen der Dosiereinrichtung an den Öffnungen der Kanäle angesetzt werden. Die Einbringung des Kleb- und Dichtmittels kann nacheinander oder gleichzeitig an allen Öff­ nungen erfolgen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärme­ tauschers ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher in schematischer Darstellung,

Fig. 2 den teilweisen Längsschnitt durch den Wärmetauscher der Fig. 1 längs der Linie II-II in zwei Ausführungs­ varianten,

Fig. 3 eine Vergrößerung der Einzelheit (A) aus Fig. 2,

Fig. 4 eine Vergrößerung der Einzelheit (B) aus Fig. 2 und

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 2.

In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung ein als Kühler aus­ gebildeter Wärmetauscher im Querschnitt gezeigt. Die Schnittli­ nie verläuft durch die Mitte eines Flachrohres (1). Der Kühler besitzt zwei Wasserkästen (2), die an den beiden Enden der ne­ beneinander angeordneten Flachrohre (1) befestigt sind. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Kühler sind die Zu- bzw. Abflußöffnun­ gen der Wasserkästen (2) nicht dargestellt. Ebenfalls nicht dargestellt sind in den Fig. 1, 2 und 5 die Seitenteile, mit deren Hilfe die beiden Wasserkästen gegeneinander und in Bezug auf die Rohre vor der Abdichtung und Verklebung der Rohre gesichert wird. Der Wasserkasten (2), dessen Teile aus Kunst­ stoff hergestellt sind, besitzt eine Abdeckung (2′′), die an dem Rohrboden (2′) mittels eines Ultraschweißverfahrens be­ festigt ist. An der Innenseite des Rohrbodens (2′) ist ein Mittelsteg (5) am Rohrboden (2′) befestigt, an dem Spreizkeile (5′) angeordnet sind. Auf die Bedeutung der Spreizkeile (5′) wird noch eingegangen werden.

Im Rohrboden (2′) sind Langlöcher (4) vorgesehen, in die die metallischen Flachrohre (1) eingeführt sind. Die Langlöcher (4) sind so ausgebildet, daß eine spaltfreie Aufnahme der Flachroh­ re (1) erzielt wird. In Richtung der außenliegenden Seite des Rohrbodens (2′) erweitert sich das Langloch (4), so daß ein Ringraum (4′) entsteht. Der Ringraum (4′) ist mit Kanälen (3) verbunden, die in der Ebene der Flachrohre (1) lotrecht zur Längsrichtung der Flachrohre (1) angeordnet sind. An beiden Längsseiten des Rohrbodens (2′) besitzen die Kanäle Öffnungen (3′).

Bei der Montage des Kühlers wird zunächst der Wasserkasten (2) aus seinen Teilen (2′, 2′′, 5) zusammengesetzt. Die Wasserkästen (2) werden zu beiden Seiten der Flachrohre (1) angeordnet,wobei die Enden der Flachrohre (1) in die Langlöcher (4) eingeführt werden. Durch die Spreizkeile (5′) wird ein Einfallen der Flach­ rohre (1) an den offenen Stirnseiten verhindert. In bekannter Weise werden zwischen den Flachrohren Luftlamellen zur Verbes­ serung des Wärmeüberganges angeordnet, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Ebenfalls sind die bekannten Seiten­ teile, die an den Seiten des Kühlers vorgesehen sind, in der Zeichnung nicht dargestellt.

Die Befestigung und Abdichtung der metallischen Flachrohre (1) an dem Rohrboden (2′) erfolgt mittels eines Kleb- und Dichtmit­ tels (6), wie es zum Beispiel unter dem Handelsnamen Loctite bekannt ist. Zur Zuführung des Kleb- und Dichtmittels (6) dienen die Kanäle (3) im Rohrboden (2′). Die Düsen einer auto­ matischen Dosiervorrichtung, die in der Zeichnung nicht dar­ gestellt ist, werden an die Öffnungen (3′) an den Längsseiten des Rohrbodens (2′) angeordnet. Über die Kanäle (3) fließt das Kleb- und Dichtmittel (6) zu den Ringräumen (4′). Das Kleb- und Dichtmittel (6) liegt zunächst flüssig oder pastös vor und bindet anschließend schwundfrei ab. Es ist auch möglich, ein dauerelastisches Kleb- und Dichtmittel (6) zu verwenden.

In Fig. 2 ist ein teilweiser Längsschnitt durch den Kühler der Fig. 1 längs der Linie II-II in zwei Ausführungsvarianten sche­ matisch dargestellt. Die Ausführungsvarianten beschreiben unter­ schiedliche Ausbildungen der Klebverbindung zwischen den metal­ lischen Flachrohren (1) und dem aus Kunststoff hergestellten Rohrboden (2). Die Ausbildungsformen gemäß Fig. 2 sind in ver­ größerter Darstellung in den Fig. 3 und 4 gezeigt.

In Fig. 3 ist der Kanal (3 a) gestrichelt dargestellt, der einen Querschnitt besitzt, dessen Durchmesser der Höhe des Ringraumes (4′) entspricht. Zwischen den Flachrohren (1) sind im Rohrboden (2′) Ausbuchtungen (8) vorgesehen, wodurch eine Gewichtserspar­ nis erzielt wird. Diese Ausbildungsform der Klebverbindung ist für kleinere Kühler geeignet, bei denen nur geringe Belastungen an den Flachrohren (1) auftreten.

In Fig. 4 ist eine Ausbildungsform dargestellt, bei der eine be­ sonders stabile Klebverbindung zwischen den metallischen Flach­ rohren (1) und dem aus Kunststoff hergestellten Rohrboden (2′) erzielt wird. Der Kanal (3 b) besitzt einen Querschnitt, dessen Durchmesser etwa dreimal so groß wie die Höhe des Flachrohres (1) ist. Das im Kanal (3 b) abgebundene Kleb- und Dichtmittel (6), das fest mit dem Flachrohr (1) verbunden ist, wirkt bei Belastungen in Längsrichtungen des Flachrohres (1) als Quer­ keil.

Die verschiedenen Ausbildungen der Klebflächen werden auch aus Fig. 5 deutlich, die den Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 2 zeigt. Die Kanäle (3) und die Ringräume (4′) sind vollständig mit Kleb- und Dichtmittel (6) gefüllt. In die offenen Stirnsei­ ten der Flachrohre (1) ragen die Spreizkeile (5′) ein.

Abschließend sollte noch erwähnt werden, daß der Erfindungsge­ genstand nicht auf Flachrohre mit länglich ovaler Form be­ schränkt ist.

Claims (15)

1. Wärmetauscher, insbesondere Kühler für einen Ver­ brennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, mit mindestens einem Was­ serkasten, der eine Abdeckung und einen aus Kunststoff herge­ stellten Rohrboden besitzt, in dem Langlöcher zur Aufnahme von nebeneinander angeordneten metallischen Flachrohren angeordnet sind, wobei eine flüssigkeitsdichte Klebverbindung zwischen den Flachrohren und dem Rohrboden vorgesehen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Rohrboden (2′) verlaufende Kanäle (3) vorgese­ hen sind, die zu Ringräumen (4′) an den Langlöchern (4) zur Aufnahme der Flachrohre (1) führen, und die mindestens eine Öffnung (3′) zur Zuführung eines Kleb- und Dichtmittels (6) be­ sitzen, wobei die Kanäle (3) und die Ringräume (4′) mit einem Kleb- und Dichtmittel (6) gefüllt sind, das zunächst flüssig oder pastös vorliegt und anschließend abbindet.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Langlöcher (4) im Rohrboden (2′) dem Umfang der Flach­ rohre (1) angepaßt sind, so daß eine spaltfreie Aufnahme er­ zielt wird.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kanäle (3) in einen oder mehrere Stichkanäle im Rohrboden (2′) münden, die eine oder mehrere Öffnungen zur Zuführung des Kleb- und Dichtmittels (6) besitzen.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (3) in der Ebene der Flachrohre (1) lotrecht zur Längsrichtung der Flachrohre (1) verlaufen, wobei die Öffnungen (3′) der Kanäle (3) an den Längsseiten des Rohrbodens (2′) vorgesehen sind.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (3) einen kreisförmigen Quer­ schnitt besitzen, dessen Durchmesser den an den Flachrohren (1) auftretenden Belastungen angepaßt ist.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (3) einen Querschnitt besitzen, dessen Durchmes­ ser größer als die Dicke der Flachrohre (1) ist.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Rohrbodens (2′) Spreizkeile (5′) zum Eingriff in die offenen Stirnseiten der Flachrohre (1) angeordnet sind.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizkeile (5′) an einem Mittelsteg (5) angeordnet sind, der an der Innenseite des Rohrbodens (2′) senkrecht zu den Flachrohren (1) befestigt ist.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizkeile (5′) an einer Trennwand des Wasserkastens vorgesehen sind.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kleb- und Dichtmittel (6) in Ein- oder Zweikomponentenform vorliegt.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kleb- und Dichtmittel (6) nach dem Ab­ binden in fester oder elastischer Form vorliegt.

12. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserka­ sten (2) aus Kunststoff einteilig mit integriertem Rohrboden (2′) oder getrennt aus Rohrboden (2′) und Abdeckung (2′′) her­ gestellt wird, wobei die Verbindung vorzugsweise mittels eines Ultraschweißverfahrens erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in die Langlöcher (4) im Rohrboden (2′) die Enden der Flachrohre (1) eingeführt werden, und der Wasserkasten (2) gegenüber den Flachrohren (1) ausgerichtet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kleb- und Dichtmittel (6) mittels einer automatischen Do­ siereinrichtung in die Kanäle (3) und die Ringräume (4′) einge­ bracht wird, wobei Düsen der Dosiereinrichtung an den Öffnungen (3′) der Kanäle (3) angesetzt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringung des Kleb- und Dichtmittels (6) gleichzeitig an allen Öffnungen (3′) der Kanäle (3) erfolgt.