DE3917173C2 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscher-Sammlers - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel­ lung eines Wärmetauscher-Sammlers mit einem länglichen Rohrab­ schnitt mit rechteckigem Querschnitt und mit einem sich daran anschließenden, im Querschnitt gerundeten Kopfabschnitt, wobei der Sammler aus einem im Querschnitt rechteckigen, rohr­ förmigen Rohling plastisch geformt wird und der längliche Rohr­ abschnitt zum Ein- und Ausleiten des Kühlmediums in einer dem Rohrabschnitt angepaßten, quaderförmigen Ausnehmung in einer Ecke des Wärmetauscherkerns so eingesetzt ist, daß er nicht über die Außenkontur des Wärmetauschers hervorragt.

Um bekannte Wärmetauscher dieses Typs zu beschreiben, wird auf die Fig. 9 und 10 Bezug genommen. Diese bekannten Wärme­ tauscher haben einen Kern 114 und Sammler 100, die an den jeweiligen Enden, wie in Figur (10) dargestellt, angeordnet sind. Das Beispiel eines Sammlers 100 ist in Fig. 9 ge­ zeigt. Der Kern 114 weist Rohrelemente 110 auf, welche mit Kästen 111 an einem Ende versehen sind. Zwischen den Rohrele­ menten 110 sind gewellte Rippen 113 angebracht. Eines der Sammler 100 dient der Zufuhr des Kühlmediums in den Kern 114, während der andere Sammler 100 für die Herausführung des Kühlmediums nach der Zirkulation durch den Kern 114 be­ stimmt ist.

Wie aus Fig. 9 zu ersehen ist, ist der Sammler 100 aus einem Rohr mit rechteckigem Querschnitt hergestellt. Es hat einen flachen Körperabschnitt 102 und einen zylindrischen Kopfabschnitt 101. Die Bezugsziffer 103 bezeichnet eine Öff­ nung, über die der Sammler 100 mit dem Kasten 111 verbunden ist. An den zylindrischen Kopfabschnitten 101 sind jeweils ein Einlaßrohr (nicht gezeigt) bzw. ein Auslaßrohr (nicht ge­ zeigt) angebracht. In Fig. 10 bezeichnet die Bezugsziffer 112 eine Seitenplatte, die an der außenliegenden Rippe 113 befestigt ist, um den Kern 114 des Wärmetauschers zu verstär­ ken.

Ein Nachteil dieser bekannten Wärmetauscher beruht in der vorbe­ schriebenen Konstruktion der Sammler 100. Wie insbesondere aus Fig. 10 zu ersehen ist, steht der zylindrische Kopfab­ schnitt 101 über die Seitenwandung des Körperabschnittes 102 um einen Betrag 1 vor, wodurch ein toter Raum entlang der Seitenplatte 112 entsteht. Hierdurch ist ein größeres Ge­ häuse (nicht dargestellt) notwendig, um den Kern 114 des Wär­ metauschers aufzunehmen. Entsprechend ist der Raumaufwand für die Installation des Wärmetauschers. Außerdem erhöht das große Gehäuse die Produktionskosten. Der größere Raumaufwand für die Installation begrenzt die Anwendung des Wärmetauschers.

In der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung 61-169364 ist eine Lösung offenbart, die lehrt, daß die Sammler innerhalb des Kerns des Wärmetauschers angeordnet werden. Die­ ser Vorschlag kompliziert jedoch die Herstellung und hat des­ halb entsprechende Auswirkungen auf die Produktionskosten.

Entsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscher-Samm­ lers bereitzustellen, das auf einfache Weise die Fertigung eines kompakteren Wärmetauschers zuläßt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der rohr­ förmige Rohling mit einem im eingesetzten Zustand der Ausneh­ mung des Wärmetauscherkerns zugewandten, verdickten Seitenwandung hergestellt wird und daß dann der Kopfabschnitt unter Expandie­ rung der verdickten Seitenwandung derart exzentrisch ausgeformt wird, daß auch der Kopfabschnitt in seinem Querschnitt gesehen im eingesetzten Zustand des Sammlers nicht über die Außenkontur des Wärmetauschers vorsteht.

Vorzugsweise soll der Sammler durch Schmieden hergestellt wer­ den.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbei­ spiels näher veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Kern eines Wärmetauschers und eines daran anzubringenden Sammlers in Explosionsdarstellung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Verbindung zwischen Sammler und Kern des Wärmetauschers von vorn;

Fig. 3 eine Ansicht insbesondere der Anbringung des Sammlers an den Kern des Wärmetauschers;

Fig. 4 einen Querschnitt im vergrößerten Maßstab entlang der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 eine Darstellung des Herstellungsvorgangs für den Sammler;

Fig. 6 eine Gesamtdarstellung des Wärmetauschers mit Teilquerschnitten;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der gehälfteten Plattenglieder, die ein Rohrelement bilden;

Fig. 8 einen Querschnitt durch Rohrelemente;

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines bekannten Sammlers und

Fig. 10 eine Seitenansicht der Verbindung dieses Sammlers und des Kerns des Wärmetauschers mit Teilquerschnitten.

Die vorliegende Erfindung kann für verschiedene Zwecke verwendet werden. Die dargestellte Ausführung ist ein Beispiel für die Verwendung als Verdampfer in einer Klimaanlage für ein Automobil.

Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, weist der Wärmetauscher einen Kern 3 mit einer Vielzahl von Rohrelementen 1 sowie gewellte Rippen 2 auf, die zwischen den Rohrelementen 1 eingeschlossen sind. Der Kern 3 ist auf beiden Seiten mittels Seitenplatten 6 verstärkt. Diese definieren die äußere Begrenzung des Wärmetauschers.

An der rechten Ecke des Kerns 3, und zwar an dem rechts außen liegenden Rohrelement 1A, ist ein Einlaßsammler 4 angebracht. Entsprechend ist an der linken Ecke des Kerns 3, und zwar an dem links außen liegenden Rohrelement 1B, ein Auslaßsammler 5 befestigt. Die Rohrelemente 1, die gewellten Rippen 2 und die Sammler 4, 5 sowie die Seitenplatten 6 sind in einem Lötofen untereinander verlötet worden.

Fig. 7 zeigt eine Hälfte eines schalenförmig ausgebildeten Rohrelements 1a welches mit einem Einlaßkasten 7, der eine Einlaßöffnung 10 aufweist, und mit einem Auslaßkasten 8 ausgestattet ist, welcher eine Auslaßöffnung 11 hat. Die gehälfteten Rohrelemente 1a sind untereinander an ihren Rändern 1b verlötet und bilden auf diese Weise ein Rohrelement 1 mit einem Kühlmediumweg 9. Der Pfeil R1 zeigt den Kühlmediumstrom, wie er entlang des Kühlmediumweges 9 fließt. Das Kühlmedium tritt durch die Einlaßöffnung 10 ein und wird über die Auslaßöffnung 11 wieder herausgeführt.

Die halben Rohrelemente 1a werden durch Pressen eines lötbaren Bleches hergestellt, das ein Kernblech hat, welches in einer Lötsubstanz plattiert worden ist. Der Kühlmediumweg 9 hat auf Grund eines Trennsteges 1c einen U-förmigen Verlauf. Zusätzlich sind eine Anzahl von Vorsprüngen 1d vorgesehen, die dazu bestimmt sind, die Strömung des Kühlmediums zu verwirbeln, um damit die Wärmeübertragung zu verbessern.

Jede der gewellten Rippen 2 ist so breit wie ein Rohrelement 1 und mit den benachbarten Rohrelementen 1 verlötet. Die gewellten Rippen 2 sind vorzugsweise mit Rasterungen an ihren Oberflächen versehen.

In den Fig. 1 bis 4 ist die Befestigung des Auslaßsammler 5 an der linken Ecke des Kerns 3 dargestellt. Der Auslaßsammler 5 hat einen Körperabschnitt 5a in Form eines länglichen Rohrabschnitts mit einer Öffnung 5d und einem Kopfabschnitt 5b, der exzentrisch zu dem Körperabschnitt 5a liegt. Der Körperabschnitt 5a hat einen rechteckigen Querschnitt und der Kopfabschnitt 5b einen kreisförmigen Querschnitt. Der Auslaßsammler 5 ist in dem Freiraum oberhalb der Seitenplatte 6 in der Weise angeordnet, daß der kreisförmige Kopfabschnitt 5b nicht über die Flachseite 5c des Körperabschnittes 5a vorsteht. Die Flachseite 5c liegt bündig mit der Seitenplatte 6. Die Öffnung 5d nimmt einem Flansch 13 auf, der die Auslaßöffnung 11 umgibt. Das gegenüberliegende Ende des Kopfabschnittes 5b ist durch einen Deckel 5e verschlossen.

An Hand der Fig. 5 wird das Verfahren zur Herstellung des Einlaßsammlers 4 und des Auslaßsammlers 5 beschrieben. Zunächst wird ein Rohr 5g mit rechteckigem Querschnitt hergestellt. Wie zu sehen ist, hat das Rohr 5g einen dicken Wandabschnitt 5f. Dieser dicke Wandabschnitt 5f wird durch Einwirkung einer Presse derart expandiert, daß er in den zylindrischen Kopfabschnitt 5b mit überall gleicher Wanddicke umgeformt wird. Dieser Kopfabschnitt 5b liegt exzentrisch zu der Achse des Körperabschnittes 5a, so daß der Kopfabschnitt 5b zum Kern 3 hin vorspringt. Um das Rohr 5g zu erhalten, besteht die Möglichkeit, es zu extrudieren oder dergleichen, oder durch ein elektrisches Nahtschweißverfahren herzustellen. Eine weitere Alternative besteht darin, ein mittels Schmieden tiefgezogenes Rohr zu verwenden. Ein solches Rohr hat den Vorteil, daß kein Deckel 5e angebracht werden muß und vereinfacht deshalb den Herstellungsprozeß. Auch für das Schmiedeverfahren ist es vorteilhaft, daß die Kopfstücke 4, 5 den dicken Wandabschnitt 5f haben. Wie auch immer das Herstellungsverfahren aussieht, es ist wichtig, daß das Rohr so verarbeitet wird, daß das Auslaßkopfstück 5 die vorbeschriebene Struktur und Form hat.

An dem Auslaßsammler 5 ist ein Auslaßrohr 14 über eine Hülse 15 flüssigkeitsdicht angeschweißt. Bei dem dargestellten Beispiel bezeichnet die Bezugsziffer 16 einen mit Argon geschweißten Abschnitt.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, hat das außenliegende Rohrelement 1B eine von den anderen Rohrelementen 1 abweichende Struktur, da es nicht mit dem Einlaßkasten 7 oder Auslaßkasten 8 versehen ist, sondern nur mit der Auslaßöffnung 11 welche durch den Flansch 13 umgeben ist. Wie schon oben beschrieben, paßt der Flansch 13 in die Öffnung 5d des Auslaßsammlers 5, um den Auslaßsammler 5 zu halten und für das Kühlmedium eine Verbindung zwischen einem Strömungsweg 5h in dem Auslaßsammler 5 und dem Rohrelement 1 herzustellen. Der Auslaßsammler 5 ist an dem Rohrelement 1B in einem Lötofen angelötet worden, und zwar mit seiner Flachseite 5c bündig zur Seitenplatte 6. Der Kopfabschnitt 5b liegt exzentrisch zur Achse des Körperabschnittes 5a, damit er in Richtung auf das Rohrelement 1B angeordnet ist. Hierdurch liegt der Kopfabschnitt 5b innerhalb der Flachseite 5c des Auslaßsammlers 5. Wie am besten aus Figur (1) zu ersehen ist, ist der Auslaßsammler 5 an der linken Ecke des Kerns 3 befestigt. Die Ecke ist nach außen offen und bildet kein Hindernis für die Befestigung des Auslaßsammlers 5. Die Befestigung kann deshalb problemlos durchgeführt werden.

Bei dem dargestellten Beispiel hat der Kopfabschnitt 5b einen kreisförmigen Querschnitt. Er kann jedoch auch einen elliptischen Querschnitt vorzugsweise mit einer vertikalen Längsachse haben.

Der Einlaßsammler 4 ist an dem rechts außenliegenden Rohrelement 1A in der gleichen Weise wie der Auslaßsammler 5 befestigt, so daß auf eine nähere Beschreibung der Einfachheit halber verzichtet werden kann.

Das Kühlmedium wird in den Einlaßkasten 7 des Rohrelements 1A durch das Einlaßkopfstück 4 eingeführt und zirkuliert entlang der Strömungswege 12 in jedem Rohrelement 1, wobei das Kühlmedium in den Rohrelementen 1 in einem U-Muster strömt und auf diese Weise den jeweiligen Auslaßkasten 8 erreicht. Das Kühlmedium wird dann durch die Auslaßöffnung 11 des Rohrelements 1B herausgeführt. Schließlich gelangt es in das Auslaßrohr 14 und verläßt damit den Wärmetauscher. Beim Strömen des Kühlmediums durch die Rohrelemente 1 wird Wärme aus der Luft absorbiert, die durch die gewellten Rippen (2) strömt.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist deutlich geworden, daß der Einlaßsammler 4 und der Auslaßsammler 5 an dem Wärmetauscher so befestigt sind, daß sie nicht über die äußere Begrenzungslinie des Wärmetauschers vorstehen. Auf diese Weise kann das Gehäuse für den Wärmetauscher klein gehalten werden. Die Einlaß- und Auslaßsammler 4, 5 sind an den Ecken des Wärmetauschers so angebracht, daß deren Befestigung einfach und schnell geht.

Claims (2)

1. Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauscher-Sammlers (5) mit einem länglichen Rohrabschnitt (5a) mit rechteckigem Querschnitt und mit einem sich daran anschließenden, im Querschnitt gerundeten Kopfabschnitt (5b), wobei der Samm­ ler (5) aus einem im Querschnitt rechteckigen, rohrförmigen Rohling plastisch geformt wird und der längliche Rohrab­ schnitt (5a) zum Ein- und Ausleiten des Kühlmediums in einer dem Rohrabschnitt (5a) angepaßten, quaderförmigen Ausnehmung in einer Ecke des Wärmetauscherkerns (3) so eingesetzt ist, daß er nicht über die Außenkontur des Wärmetauschers hervor­ ragt, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Rohling mit einer im eingesetzten Zustand der Ausnehmung des Wärmetau­ scherkerns (3) zugewandten, verdickten Seitenwandung (5f) herge­ stellt wird und daß dann der Kopfabschnitt (5b) unter Expan­ dierung der verdickten Seitenwandung (5f) derart exzentrisch ausgeformt wird, daß auch der Kopfabschnitt (5b) in seinem Querschnitt gesehen im eingesetzten Zustand des Sammlers (5) nicht über die Außenkontur des Wärmetauschers vorsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (5) durch Schmieden hergestellt wird.