DE3937463A1 - Waermetauscher, bestehend aus wenigstens einer an dessen seitenflaechen angebrachten backe, insbesondere ein kuehler, sowie das verfahren zur herstellung eines solchen austauschers - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaus­ tauscher, bestehend aus wenigstens einer Backe, die an einer Seitenfläche angebracht ist, insbesondere ein Kühler, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Austauschers.

Eine Backe ist gewöhnlich an einer Seitenfläche eines Rohrbündels angebracht, welches mit Rippen versehen ist, die entweder lotrecht zur Längsrichtung der Rohre angebracht und an den Rohren durch Lötung oder mechanischen Zusammenbau befestigt sind, oder die im wesentlichen parallel zur genann­ ten Richtung angeordnet und an den Rohren durch Lö­ tung befestigt sind, wobei die Enden des genannten Bündels dicht durch eine Lochplatte oder Sammel­ platte hindurchtreten können, welche dicht von einem Flüssigkeitssammelkasten abgedeckt ist, der an der genannten Sammelplatte durch alle dafür geeigneten Mittel, wie z. B. durch mechanischen Zusammenbau, be­ festigt ist.

Die Backe, die im allgemeinen auf jeder Seitenfläche des Rippenrohrbündels angeordnet ist, steht mit der Sammelplatte, wie in der Anmeldung FR-A-22 54 771, eingereicht am 13. Dezember 1973, beschrieben, durch gegenseitigen Eingriff von Laschen in Verbindung, die von der äußersten Seitenkante der Sammelplatte ausgehen, und Einschnitten, die an der Backe vorge­ sehen sind, wobei die Laschen unter einer Schulter umgebogen sind, die an der genannten Backe vorgese­ hen ist, wodurch diese mit der Sammelplatte fest verbunden wird.

Diese so fest verbundene Backe dient einerseits als Zwischenstück zwischen den Sammelplatten, um diese im Verhältnis zueinander in gleichem Abstand zu hal­ ten, wenn die verschiedenen z. B. bei Löten erforder­ lichen Vorgänge ablaufen, und andererseits als Unterstützung und Halterung für Hilfsorgane, die mit dem Kühler verbunden sind, wie z. B. einen Lüftersatz und/oder für die Befestigung des genannten Austau­ schers am Fahrzeug.

Die weiter oben beschriebene Verbindung der Backe mit der Sammelplatte weist dennoch bestimmte Nach­ teile auf.

Tatsächlich setzt die Umbiegeoperation der Laschen eine mechanische Beanspruchung der Sammelplatte vor­ aus und bewirkt eine Verformung der genannten Platte unter Ausbildung eines gewölbten Teils in der Zone zwischen den beiden Angriffspunkten der Beanspru­ chungen, wobei diese Verformung beim Löten der Halt­ barkeit der Lötstelle zwischen den Rohren und der Sammelplatte abträglich sein kann.

Außerdem fließt diese Anordnung der Laschen, die direkt von der Sammelplatte ausgehen, die Möglich­ keit einer Verbindung zwischen Sammelkasten und Sammelplatte durch eine Klammer aus, wie sie in der Anmeldung FR-A-25 50 328, eingereicht am 4. August 1983, beschrieben wurde, die sich als notwendig er­ weisen kann, wenn man Reparaturen am Sammelkasten durchführen will.

Für den Fall, daß der so gebildete Austauscher als Kühler für einen Kraftfahrzeugmotor eingesetzt wird, unterliegt dieser Kühler außerdem Wärmestößen, im wesentlichen beim Anlassen des Fahrzeuges, wo der Kühler nur mit der zu kühlenden Flüssigkeit versorgt wird, wenn diese eine ziemlich hohe Temperatur­ schwelle erreicht hat.

In diesem Falle werden die Rohre geringer Dicke innerhalb des Bündels, die im wesentlichen Umge­ bungstemperatur haben, plötzlich von der heißen Flüssigkeit durchströmt, so daß sie sich schnell erwärmen und dementsprechend ausdehnen, während die seitlichen Backen, die mit der Flüssigkeit nicht in direkten Kontakt kommen, sich erst wesentlich später erwärmen und demzufolge ausdehnen.

Dieses Phänomen zeigt sich konkret dann in Form von Ausdehnungskräften in Höhe der Verbindung Rohre/Sam­ melplatte, und zwar versetzt zur Ausdehnung der Ver­ bindung Backen/Sammler, wobei dieser Versatz die Ge­ fahr eines Rohrbruchs mit sich bringt, insbesondere in Höhe der Sammelplatte.

Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, die weiter oben beschriebenen Nachteile zu beseitigen, indem eine sichere Verbindung zwischen der Backe und der Sammelplatte bei einfacher Ausführung vorgeschlagen wird, während gleichzeitig die Herstellung der Ver­ bindung Wasserkasten/Sammler auf gewünschte Weise und der Verbindung Platte/Sammler/Rohre auf wir­ kungsvolle Weise möglich ist.

Gemäß der Erfindung ist ein Wärmeaustauscher, insbe­ sondere an einem Kühler, bestehend aus einem Rippen­ rohrbündel, wenigstens einer seitlichen Backe, die an der Seitenfläche des genannten Bündels angeordnet ist, und wenigstens einer Sammelplatte, durch die ein Ende des Rohrbündels hindurchtreten kann, wobei die Befestigung durch die Backe erfolgt und die ge­ nannte Sammelplatte dicht von einem Sammelkasten ab­ gedeckt ist, in dem ein Innenvolumen begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Backe mit Befesti­ gungsmitteln versehen ist, die durch die Sammel­ platte hindurchtreten und in das Innenvolumen ein­ münden.

Dank dieser Anordnung befinden sich die Befesti­ gungsmittel in Kontakt mit der zu kühlenden Flüssig­ keit und ermöglichen dadurch eine schnellere Ausdeh­ nung der Backe und die gleichzeitige Weiterleitung der durch die genannte Flüssigkeit übertragenen Wärme, wodurch der Unterschied zwischen den Rohr- und Backenausdehnungen reduziert wird.

Nach einem weiteren Merkmal besitzt die Sammelplatte Mittel zur Aufnahme der Befestigungsmittel.

Nach einem weiteren Merkmal bestehen die Befesti­ gungsmittel aus wenigstens einer Lasche.

Nach einem weiteren Merkmal bestehen die Aufnahme­ mittel aus einer Öffnung.

Dank dieser Merkmale ist die Sammelplatte auf sichere und wirkungsvolle Weise mit der Backe ver­ riegelt.

Die übrigen Merkmale und Vorteile der Erfindung er­ geben sich beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die folgendes darstellen:

Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht, die die Ver­ bindung zwischen der Backe und der Sammelplatte ge­ mäß der Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist eine Teilansicht entsprechend dem Pfeil A aus Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Ansicht, die die Einzelheiten des Endes der Backe gemäß den Fig. 1 und 2 zeigt, wo­ durch die Verbindung gemäß der Erfindung ermöglicht wird.

Fig. 4 ist eine Ansicht, die eine Variante des Endes der Backe zeigt.

Fig. 5 ist eine Teilansicht, die eine Variante der Verbindung der Backe mit der Sammelplatte zeigt.

Fig. 6 ist eine Ansicht entsprechend dem Pfeil B aus Fig. 5.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Wärmeaustauscher, ins­ besondere einen Kraftfahrzeug-Kühler, beim dem ein Bündel 1 parallel zueinander verlaufender Rohre 2, die mit Abstrahlungsrippen 3 versehen sind, hier parallel zur Längsrichtung der genannten Rohre ange­ ordnet und daran mittels Lötung befestigt, dicht in wenigstens eine Sammelplatte 4 einmündet, deren Innenfläche 4′ dicht durch einen Flüssigkeitssammel­ kasten 5 abgedeckt werden kann und dabei ein Innen­ volumen V abgrenzt, welches zwischen dem genannten Kasten und der Innenfläche der genannten Sammel­ platte liegt.

Wie aus den Fig. besser ersichtlich, ist die Sammel­ platte 4 von allgemein rechtwinkliger Form, während der in Fig. 2 dargestellte Teil eine der Schmalsei­ ten oder Seitenkanten ist, und sie besteht aus einem mittleren Teil 6, der mit einer Vielzahl von Boh­ rungen 7 versehen ist, welche für den dichten Durch­ tritt der freien Enden der Rohre 2 des Bündels 1 be­ stimmt sind, und bestehend aus einer äußeren Um­ fangsnut 8 mit flachem Boden 9, die innen durch eine Innenflanke 10, welche mit dem mittleren Teil 6 in Verbindung steht, und außen durch eine Außenflanke 10′ begrenzt ist.

Die Nut 8 eignet sich zur Aufnahme einer Dichtung 11 von im wesentlichen gleicher Form wie die genannte Nut und bestimmt zur Gewährleistung der Dichtigkeit zwischen der Sammelplatte 4 und dem Flüssigkeitssam­ melkasten 5 durch Auflage der Fläche 12, die die innere Umfangskante 13 des genannten Kastens auf­ weist, auf der Dichtung 11, so daß diese zwischen der genannten Fläche und dem Boden 9 sowie den Flan­ ken 10, 10′ der Nut 8 zusammengedrückt wird.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Kasten 5 vor­ zugsweise fest und dicht mit der Sammelplatte 4 durch eine Klammer 14 verbunden, die eine Rückseite 15 besitzt, von der untere Laschen 16 ausgehen, die auf der Außenseite des Bodens 9 ruhen, sowie obere Laschen 17, die auf der Seite ruhen, die der Fläche 12 an der Kante 13 gegenüberliegen.

Das Bündel 1 kann auf an sich bekannte Weise mit zwei Sammelplatten 4 versehen sein, die jeweils an einem Ende des genannten Bündels angeordnet sind und durch welche die Enden der Rohre 2 hindurchtreten, wobei die genannten Sammelplatten miteinander durch Backen 20 verbunden sind, die an jeder Seitenfläche des Bündels 1 angeordnet sind und einerseits ein Zwischenstück zwischen den Sammelplatten und ande­ rerseits ein Auflager oder eine Halterung gemäß obi­ ger Beschreibung bilden.

Gemäß der Erfindung ist die Backe 20 mit Befesti­ gungsmitteln 21 versehen, die durch die Sammelplatte 4 hindurchtreten und in das Innenvolumen V einmün­ den, welches durch die genannte Platte und den Flüs­ sigkeitssammelkasten 5 begrenzt ist.

Genauer gesagt hat die Backe 20, wie es aus Fig. 3 besser erkennbar ist, eine im wesentlichen recht­ winklige Form mit Breitseiten 22 und Schmalseiten 23. Ausgehend von den Schmalseiten 23 erhebt sich in der gleichen allgemeinen Richtung wie die Backe 20 wenigstens eine Lasche 24, im vorliegenden Falle zwei Laschen, die als Befestigungsmittel an der Sammelplatte dienen.

Die Laschen 24 sind beispielsweise von allgemein rechtwinkliger Form, deren freies Ende entsprechend einem halbkreisförmigen Teil 25 ausgebildet ist, wobei dieser Teil die Positionierung und den Durch­ tritt der Sammelplatte ermöglicht.

Dazu ist die Sammelplatte 4 mit Mitteln zur Aufnahme von Befestigungsmitteln für die Backe 20 versehen, die hier aus zwei Öffnungen 26 bestehen, welche zwischen den Rohren 2 vorgesehen sind, die der Sei­ tenkante der genannten Platte und der genannten Sei­ tenkante am nächsten liegen, wobei die genannten Öffnungen eine allgemeine Richtung haben, die im wesentlichen parallel zur genannten Seitenkante ver­ läuft.

Diese Öffnungen 26 haben im wesentlichen die gleiche Form und die gleichen Abmessungen wie ein Abschnitt der Laschen 24, der durch eine parallel zur Schmal­ seite 23 verlaufende Ebene verläuft und in Nähe der genannten Seite liegt, und sie sind im gleichen Ab­ stand zueinander angeordnet wie der Abstand, der die beiden Laschen 24 voneinander trennt.

Wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich, besitzt die Backe 20 vorzugsweise einen bogenförmigen Teil 27, der die Ausdehnung der genannten Backe unterstützen kann.

Für die Montage des Austauschers geht man wie folgt vor:

Nach Herstellung des Bündels 1 aus Rohren 2 mit Rip­ pen 3 sind die Backen 20 an den Seitenflächen des genannten Bündels so angeordnet, daß die größten Seiten der genannten Backen auf den genannten Sei­ tenflächen aufliegen und ihre Laschen 24 den Enden des genannten Bündels zugewandt sind.

Sobald diese Einheit vollständig ist, wird eine Sam­ melplatte 4 so an jedes Ende des Bündels herange­ führt, daß sich die Enden 25 der Laschen 24 mit den Öffnungen 26 der genannten Platte decken und die ge­ nannte Platte im Verhältnis zu den Enden der Rohre 2 vorpositionieren, und die Bewegung wird fortgesetzt, bis die dem Bündel 1 der Sammelplatte 4 zugewandte Außenfläche an dem Teil der Seite 23 der Backe 20 anschlägt, der hier eine Fläche 28 bildet, die mit dem genannten Teil zusammenfließt, wobei zuvor der Durchtritt der Enden der Rohre 2 durch die genannte Platte ermöglicht wurde.

Sobald diese Position erreicht ist, werden die Laschen 24 so verformt, daß die Sammelplatte zwi­ schen der Fläche 28 und eben diesen Laschen arre­ tiert wird.

In der Praxis werden die Laschen 24 beispielsweise im wesentlichen orthogonal im Verhältnis zur allge­ meinen Richtung der Backe 20 so umgefalzt, daß eine der Vorderseiten der genannten Laschen auf der Innenfläche 4′ der Sammelplatte 4 zur Auflage kommt und diese zwischen der Fläche 28 und den Vordersei­ ten der Laschen 24 blockiert.

Für den Fall, daß an jedem Ende des Bündels 1 eine Sammelplatte 4 vorgesehen ist, gilt die zuvor be­ schriebene Arbeitsweise für jede Sammelplatte, wobei diese Platten also miteinander auf unbewegliche Weise durch die Backe 20 verbunden werden, welche ein Zwischenstück bildet und als starre Einheit dient, die beim weiteren Verarbeitungsprozeß leicht manipulierbar ist.

Die so entstandene Einheit wird eventuell verlötet oder verschweißt, um einerseits die Bestandteile miteinander zu verbinden und andererseits die Dich­ tigkeit sowohl in Höhe der Verbindungsstelle der Rohre 2 und der Sammelplatte als auch in Höhe der Verbindung der Laschen 24 der Backe 20 mit der Sam­ melplatte selbst zu gewährleisten.

Abschließend wird die Dichtung 11 in die Nut 8 der Sammelplatte 4 eingesetzt, der Sammelkasten 5 wird mit seiner Umfangskante 13 in diese Nut eingesetzt und ist auf feste und dichte Weise mit der genannten Platte durch den Einsatz von Klemmen 14 verbunden.

Sobald der so hergestellte Austauscher in Betrieb ist, zirkuliert die im Volumen V befindliche zu küh­ lende Flüssigkeit nicht nur durch die Rohre 2 und überträgt dabei die abzuführenden Wärmeeinheiten, sondern überträgt auch die Wärmeeinheiten auf die Backe 20 mit Hilfe der Laschen 24, die sich in der Flüssigkeit befinden, wodurch die Dehnungsunter­ schiede zwischen den Rohren 2 und der Backe 20 nur vermindert werden können.

Die Fig. 4, 5 und 6 stellen eine Ausführungsvariante des Endes der Backe dar und sind zu diesem Zweck im wesentlichen mit den gleichen Kennzahlen versehen wie in den zuvor beschriebenen Figuren.

So besitzt die Backe 20 eine Lasche 24, hier von rechtwinkliger Form und mit einer etwas größeren Höhe als der Dicke der Sammelplatte 4, sowie eine Fläche 28, die in einem Abstand von der Schmalseite 23 der genannten Backe angeordnet ist.

Ebenso weist die Sammelplatte 4 eine Öffnung 26 auf, die auf gleiche Weise wie zuvor beschrieben vorge­ sehen ist und die gleiche Form und Abmessung hat wie ein Abschnitt der Lasche 24, der durch eine parallel zur Fläche 28 verlaufende Ebene verläuft und dabei in Nähe der genannten Fläche liegt.

Der zuvor beschriebene Ablauf gilt ebenfalls für diese Variante, abgesehen von der Art der Verformung der Lasche 24.

Wie aus den Fig. 5 und 6 besser erkennbar, unter­ liegt die Lasche 24 einer Vergrößerung der Abmes­ sungen 30, wodurch die Arretierung der Sammel­ platte 4 an der Backe 20 möglich wird.

In der Praxis besteht diese Vergrößerung der Abmes­ sungen aus einer Lochung 31 mittels einer Material­ drückoperation durch Eindringen eines Stifts in den Abschnitt 32 der Lasche 24 parallel zur Platte 4.

Diese Operation erlaubt es, einen Teil des die Lasche 24 bildenden Materials über die Vorderseiten hinauszudrücken, so daß zwei dünne halbkegelförmige Wände 33, 34 entstehen, die sich diametral in Höhe der Lasche 24 wieder treffen und dabei eine Ausspa­ rung 35 bilden.

Auf diese Weise wird die Sammelplatte 4 zwischen der Fläche 28 und den Wänden 33, 34, die die Lasche 24 aufweist, arretiert.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die be­ schriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umschließt sämtliche Varianten.

Insbesondere die Verformung der Lasche 24 kann, nach Durchtritt durch die Sammelplatte 4, eine Knick- oder Stemmoperation einschließen.

Außerdem kann vorgesehen werden, die Befestigung und Abdichtung des Sammelkastens 5 an der Sammelplatte 4 durch eine Lötoperation vorzunehmen, wodurch einer­ seits die Dichtung 11 und die Klammer 15 entfallen können und andererseits eine einzige Lötoperation ermöglicht wird, wodurch sämtliche Bestandteile des so gebildeten Austauschers miteinander verbunden werden können.

Claims (10)

1. Wärmeaustauscher, insbesondere an einem Kühler, bestehend aus einem Bündel (1) von Rohren (2) mit Rippen (3), wenigstens einer seitlichen Backe (20), die an der Seitenfläche des genannten Bündels ange­ ordnet ist, und wenigstens einer Sammelplatte (4), durch die ein Ende des Bündels (1) von Rohren (2) hindurchtreten kann und die durch die Backe (20) festgehalten wird, wobei die genannte Sammelplatte dicht von einem Sammelkasten (5) abgedeckt ist, so daß ein Innenvolumen (V) begrenzt wird, da­ durch gekennzeichnet, daß die Backe (20) mit Befestigungsmitteln (21) versehen ist, die durch die Sammelplatte (4) hindurchtreten und in das Innenvolumen (V) einmünden.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelplatte Mittel zur Aufnahme (26) der Befestigungsmittel (21) besitzt.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel aus wenigstens einer Lasche (24) bestehen.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmemit­ tel aus einer Öffnung (26) bestehen.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (26) in Nähe der Seitenkante der Sammelplatte (4) vorgesehen sind.

6. Wärmeaustauscher nach einem der vorherigen An­ sprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß eine der Vorderseiten der Laschen (24) auf der Innenfläche (4′) der Sammelplatte (4) auf­ liegt.

7. Wärmeaustauscher nach einem der vorherigen An­ sprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lasche (24) eine Lochung (31) auf­ weist.

8. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (26) im wesentlichen die gleiche Form und die gleichen Abmessungen aufweist wie der Querschnitt der Lasche (24).

9. Verfahren zur Ausführung eines Wärmeaustauschers, insbesondere eines Kühlers, bestehend aus einem Bün­ del (1) von Rohren (2) mit Rippen (3), wenigstens einer seitlichen Backe (20), die an der Seitenfläche des genannten Bündels angeordnet ist, und wenigstens einer Sammelplatte (4), durch die ein Ende des Bün­ dels (1) von Rohren (2) hindurchtreten kann und die durch die Backe (20) festgehalten wird, wobei die genannte Sammelplatte dicht von einem Sammelkasten (5) abgedeckt ist, so daß ein Innenvolumen (V) ent­ steht, dadurch gekennzeich­ net, daß die Backe (20), die mit Befestigungs­ mitteln (21) versehen ist, vor Abdeckung der Sammel­ platte (4) durch den Sammelkasten (5) in einem Be­ reich durch die genannte Platte hindurchtritt, der im Volumen (V) enthalten ist, welches später durch den genannten Kasten und die Platte (4) begrenzt wird, und daß die Backe (20) an der Sammelplatte (4) durch Verformung der genannten Befestigungsmittel befestigt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtigkeit und die Verbindung der verschiedenen Elemente, wor­ aus der Austauscher besteht, durch einen Löt- oder Schweißvorgang gewährleistet werden.