DE4244017B4 - Heat exchangers, in particular for motor vehicles - Google Patents
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Abstract
Wärmetauscher,
insbesondere für Kraftfahrzeuge,
der
einen Rohrboden (5) und einen Wasserkasten (6) aus Kunststoff mit
einer Trennwand (9) aufweist,
wobei der Rohrboden (5) flüssigkeitsdicht
am Wasserkasten (6) befestigt ist,
indem eine im Randbereich
(5') des Rohrbodens (5) umlaufende Schweißfläche (11, 31, 41) mit einer
komplementären
Schweißfläche (21,
33, 43) des Wasserkastens (6) und eine weitere Schweißfläche (51)
des Rohrbodens (5) mit einer komplementären Schweißfläche (53) der Trennwand (9)
vibrationsverschweißt
sind, wobei die Schweißflächen (21,
33, 43, 53) am Wasserkasten (6) und/oder an der Trennwand (9) schräg zur Andruckrichtung
(P) verlaufende Führungsflächen (22,
34a, 34b, 44a, 44b, 54a, 54b) und die entsprechenden Schweißflächen (11,
31, 41, 51) am Rohrboden schräg
zur Andruckrichtung (P) verlaufende Zentrierflächen (12, 32a, 32b, 42a, 42b,
52a, 52b) aufweisen.Heat exchangers, in particular for motor vehicles,
comprising a tube plate (5) and a water tank (6) made of plastic with a partition wall (9),
wherein the tubesheet (5) is attached in a liquid-tight manner to the water box (6),
in that a welding surface (11, 31, 41) circulating in the edge region (5 ') of the tube bottom (5) has a complementary welding surface (21, 33, 43) of the water box (6) and a further welding surface (51) of the tube plate (5). with a complementary welding surface (53) of the partition wall (9) are vibration-welded, wherein the welding surfaces (21, 33, 43, 53) on the water box (6) and / or on the partition wall (9) obliquely to the pressure direction (P) extending guide surfaces ( 22, 34 a, 34 b, 44 a, 44 b, 54 a, 54 b) and the corresponding welding surfaces (11, 31, 41, 51) obliquely to the pressure direction (P) extending centering surfaces (12, 32 a, 32 b, 42 a, 42 b, 52 a, 52b).
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, der einen Rohrboden und einen Wasserkasten aus Kunststoff aufweist, wobei der Rohrboden flüssigkeitsdicht am Wasserkasten befestigt ist.The The invention relates to a heat exchanger, in particular for motor vehicles, having a tube plate and a plastic water tank, wherein the tube sheet is liquid-tight attached to the water box.
Ein
derartiger Wärmetauscher
ist aus der
Der bekannte Wärmetauscher besitzt den Nachteil, dass bei der vorgesehenen Führung des Wasserkastens mittels der als Führungselement fungierenden Schulter des Rohrbodens eine nur teilweisen Überdeckung der zusammenwirkenden Schweißflächen auftreten kann. Hierdurch wird die zur Vibrationsschweißung effektiv zur Verfügung stehende Schweißfläche verkleinert, wodurch die Schweißqualität deutlich verringert wird. Außerdem ist es bei dem bekannten Wärmetauscher erforderlich, dass der Wasserkasten positionsgenau auf den Rohrboden aufgesetzt sein muss, bevor dessen Schulter ihre Führungsfunktion erfüllen kann. Dieses genaue Aufsetzen des Wasserkastens auf den Rohrboden ist in vielen Fällen aber gar nicht möglich, da Wasserkästen herstellungs- oder lagerungsbedingt oft eingefallene oder gekrümmte Wandungen aufweisen. Der Rand des Wasserkastenfußes kann daher nicht über die Schulter des Rohrbodens geschoben werden, so dass das Aufsetzen des Wasserkastens auf den Rohrboden – wenn überhaupt – nur äußerst ungenau durchgeführt werden kann.Of the known heat exchanger has the disadvantage that in the proposed leadership of the water box by means of as a guide element acting shoulder of the tube sheet only a partial overlap the cooperating welding surfaces occur can. As a result, the vibration welding is effectively available Shrinking area, whereby the welding quality is clear is reduced. Besides that is it in the known heat exchanger Required that the water box position accurately on the tubesheet must be set up before his shoulder her leadership function fulfill can. This exact placement of the water box on the tubesheet is in many cases but not possible there water boxes production or storage due often sunken or curved walls exhibit. The edge of the water box foot can therefore not on the Shoulder of the tubesheet are pushed so that putting on of the water box on the tubesheet - if at all - be carried out only very inaccurate can.
Die
Ein weiterer Nachteil des bekannten Wärmetauschers besteht darin, dass die zur Führung des Wasserkastens auf dem Rohrboden während des Vibrationsschweißvorganges erforderliche Schulter zusätzlichen Bauraum beansprucht. Dies führt in nachteiliger Art und Weise dazu, daß – bei gegebenen Außenabmessungen – entweder der für die Anordnung der Schweißflächen zur Verfügung stehende Platz oder der nutzbare Innenraum des Wasserkastens verringert wird.One Another disadvantage of the known heat exchanger is that to the leadership the water box on the tubesheet during the vibration welding process required shoulder additional Space occupied. this leads to in a disadvantageous way that - given external dimensions - either the for the arrangement of the welding surfaces for disposal standing space or the usable interior of the water box reduced becomes.
Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ausgehend von dem eingangs genannten Wärmetauscher einen Wärmetauscher zu schaffen, der im Hinblick auf die bei der Vibrationsverschweißung von Rohrboden und Wasserkasten auftretenden Anforderungen verbessert ist.The Invention is therefore the task, starting from the beginning mentioned heat exchanger a heat exchanger to create, with regard to the vibration welding of tubesheet and water tank requirements occurring is improved.
Diese Aufgabe wird mit einem Wärmetauscher gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.These Task is with a heat exchanger solved, having the features of claim 1.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise ein Wärmetauscher geschaffen, bei dem sowohl eine einwandfreie Führung des Wasserkastens auf dem Rohrboden als auch eine kompakte Bauweise der zur Führung des Wasserkastens während des Vibrationsschweißens erforderlichen Verbindungsanordnung gewährleistet ist. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene und schräg zur Andruckrichtung des Wasserkastens auf dem Rohrboden verlaufende Zentrierfläche wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, dass auch bei Maßtoleranzen von Wasserkasten und Rohrboden eine kongruente Überdeckung der beiden zusammenwirkenden Schweißflächen gegeben ist, da die erfindungsgemäße schräge Zentrierfläche in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Führungsfläche eine Ausrichtung zugeordneter Teile des Wasserkastens und des Rohrbodens bewirkt. Hierdurch ist es in vorteilhafter Art und Weise möglich, den Rohrboden und/oder den Wasserkasten des erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit größeren Toleranzen und somit billiger zu fertigen, wodurch in vorteilhafter Art und Weise die Herstellung vereinfacht und die Herstellungskosten daher deutlich reduziert werden.By the measures according to the invention will created in an advantageous manner, a heat exchanger at that both a flawless leadership the water box on the tubesheet as well as a compact design the one to the leadership the water box during required for vibration welding Connection arrangement is ensured. By inventively provided and oblique to the pressure direction of the water box on the tube bottom extending centering is achieved in an advantageous manner that even with dimensional tolerances of water tank and tube bottom a congruent covering of the two cooperating Given welding surfaces is, as the oblique centering according to the invention in conjunction with the guide surface according to the invention a Alignment of assigned parts of the water tank and the tube bottom causes. This makes it possible in an advantageous manner, the Tube bottom and / or the water tank of the heat exchanger according to the invention with larger tolerances and thus cheaper to manufacture, thereby advantageously the production is simplified and therefore the production costs significantly be reduced.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmetauschers besteht darin, dass auch ein eine eingefallene oder verkrümmte Wandung aufweisender Wasserkasten auf den Rohrboden aufgesetzt und vibrationsverschweißt werden kann. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher weist nämlich – im Gegensatz zu dem bekannten Wärmetauscher – keine auf dem Rohrboden angeordnete, in seitlichem Abstand neben der Schweißfläche verlaufende Schulter zur Führung des Wasserkastens beimOne Another advantage of the heat exchanger according to the invention is that is also a water box having a sunken or crooked wall placed on the tubesheet and vibration welded can. The heat exchanger according to the invention shows - in contrast to the known heat exchanger - no arranged on the tube sheet, in a lateral distance next to the Welding surface extending shoulder to the leadership the water box at
Vibrationsschweißen auf. Beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher ist das Führungselement als integraler Bestandteil der Schweißfläche ausgebildet, so dass in vorteilhafter Art und Weise eine kompakte und den Aufsetzvorgang des Wasserkastens auf den Rohrboden nicht behindernde Bauweise erreicht wird.Vibration welding on. In the heat exchanger according to the invention is the guide element as formed integral part of the welding surface, so that in advantageously a compact and the placement process the water box on the tube bottom not obstructing construction achieved becomes.
Diese platzsparende Ausführung der zur Führung des Wasserkastens auf dem Rohrboden erforderlichen Zentrierfläche bringt in vorteilhafter Art und Weise mit sich, dass man – bei unveränderten Außenabmessungen – entweder die Schweißflächen von Wasserkasten und Rohrboden vergrößern kann, wodurch eine bessere Verschweißung dieser beiden Teile gegeben ist, oder es möglich ist, den nutzbaren Innenraum des Wasserkastens zu vergrößern. Außerdem wird durch die schräg zur Andruckrichtung verlaufende Ausbildung des Führungselements der Schweißfläche erreicht, dass bei gleichen horizontalen Abmessungen der Schweißflächen die effektiv zur Verschweißung zur Verfügung stehende Fläche vergrößert wird, woraus in vorteilhafter Art und Weise eine Erhöhung der Schweißqualität gegeben ist.These space-saving design the one to the leadership the water box on the tubesheet required centering brings in an advantageous manner with one that - with unchanged external dimensions - either the welding surfaces of Water tank and tube plate can enlarge, thereby a better weld given these two parts, or it is possible the usable interior space of the water tank to enlarge. In addition, will through the oblique reached to the pressing direction training of the guide element of the welding surface, that with the same horizontal dimensions of the welding surfaces the effective for welding to disposal standing area is increased, resulting in an advantageous manner given an increase in welding quality is.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die schräge Zentrierfläche der Schweißfläche in derem wasserkasteninnenseitigen Bereich angeordnet ist und die Zentrierschräge zum Umfangsrand des Rohrbodens hin abfallend ausgeführt ist. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird erreicht, dass nach innen eingefallene Wandungen des Wasserkastens sicher und zuverlässig durch die Druckbeaufschlagung während des Vibrationsschweißens nach außen gedrückt werden, so dass eine positionsgenaue Verschweißung von Wasserkasten und Rohrboden gewährleistet ist. Außerdem bewirkt die nach außen abfallende Zentrierschräge der Schweißfläche, dass das beim Vibrationsschweißen entstehende Schweißgut bevorzugt nach außen abgeführt wird. Hierdurch ist es möglich, einen an der Wasserkasteninnenseite der Schweißfläche des Rohrbodens angeordneten Schweißgratspeicher kleiner auszuführen und den dadurch gewonnenen Platz zur Vergrößerung der Schweißfläche zu verwenden. Außerdem wird weniger Schweißgut in den vom Kühlmittel durchströmten Innenraum des Wasserkastens geleitet.A advantageous development of the invention provides that the oblique centering of the welding surface in turn Water box inside area is arranged and the centering slope to the peripheral edge the sloping down of the tube bottom is executed. By this measure according to the invention is achieved that inwardly sunken walls of the water box safe and reliable by the pressurization during of vibration welding outward depressed so that a positionally accurate welding of water tank and tube sheet guaranteed is. In addition causes the outside sloping centering of the Weld surface, that the vibration welding resulting weld metal is preferably discharged to the outside. This makes it possible one arranged on the water box inside the welding surface of the tube sheet Sweat ridge memory smaller perform and to use the space gained thereby to increase the welding area. Furthermore gets less weld metal in the of the coolant perfused Interior of the water tank piped.
Die bezüglich Minimierung von Verunreinigung des Wasserkastens durch Schweißgut gestellten Anforderungen sind somit leichter zu erfüllen.The in terms of Minimization of contamination of the water box caused by weld metal Requirements are thus easier to fulfill.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schweißfläche des Rohrbodens eine V-förmige Zentrierfläche aufweist, welche mit einer keilförmig geformten Schweißfläche des Wasserkastens zusammenwirkt. Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, dass auch ein Wasserkasten mit gewellten Wandungen beim Vibrationsschweißen einfach und zuverlässig zentriert und geführt werden kann. In vorteilhafter Art und Weise ist somit auch in einem derartigen Fall eine für eine einwandfreie Schweißqualität erforderliche kongruente Überdeckung einander zugeordneter Schweißflächen gegeben.A Further advantageous development of the invention provides that the welding surface of the tubesheet a V-shaped centering which has a wedge-shaped shaped welding surface of the Water box cooperates. By these measures according to the invention is achieved in an advantageous manner that even a water tank with corrugated walls during vibration welding easily and reliably centered and guided can be. In an advantageous manner is thus also in one such a case for a perfect quality of welding required congruent coverage given to each other associated welding surfaces.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schweißfläche des Rohrbodens von seiner Grundfläche ausgehende, sich abschnittsweise in als Schweißgratspeicher dienende Ausnehmungen erstreckende Zentrierflächen aufweist. Außerdem weist die Schweißfläche des Wasserkastens von ihrer Grundfläche ausgehende Führungsflächen auf, die sich jeweils zum Umfangrand und zur Innenseite des Wasserkastens hin erstrecken. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die zur Vibrationsschweißung effektiv zur Verfügung stehenden Schweißflächen deutlich vergrößert sind, wodurch eine hohe Schweißqualität erreicht wird.A Further advantageous development of the invention provides that the welding surface of the tubesheet from its base Outgoing, in sections serving as Schweißgratspeicher recesses having extending centering surfaces. Furthermore indicates the welding surface of the water box from their base outgoing guide surfaces, each to the peripheral edge and the inside of the water box extend. This measure has the advantage that the effectively available for vibration welding Welding surfaces significantly are enlarged, which achieves a high welding quality becomes.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zur Verschweißung der einer den Wasserkasten in zwei Kammern teilenden Trennwand mit dem Rohrboden dieser eine Schweißfläche aufweist, die von zwei als Schweißgratspeichern dienenden Vertiefungen begrenzt wird. Diese erfindungsgemäßen Maßnahmen besitzen den Vorteil, dass es nun auch im Bereich der Trennwand möglich wird, die Qualität der Verschweißung von Trennwand und Rohrboden zu verbessern. Die erfindungsgemäß bei der Trennwand-Verschweißung vorgesehenen Schweißgratspeicher bewirken, dass auch bei der Verschweißung der Trennwand kein Schweißgut in den vom Kühlmittel des Wärmetauschers durchströmten Bereich und somit in den Kühlkreislauf gelangen kann.A further advantageous development of the invention provides that for the welding of the one dividing the water tank into two chambers Partition wall with the tube bottom of this has a welding surface, which is bounded by two serving as Schweißgratspeichern wells. These measures according to the invention have the advantage that it is now also possible in the region of the dividing wall to improve the quality of the welding of the dividing wall and the tube bottom. The weld burrs provided according to the invention in the case of the partition wall seal ensure that no weld metal can enter the region through which the coolant of the heat exchanger flows, and thus into the cooling circuit, even during the welding of the partition wall.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Trennwand U-förmig ausgebildet ist. Dies bewirkt in vorteilhafter Weise, dass ein genau definierter Druckangriffspunkt beim Vibrationsschweißen der Trennwand gegeben ist, welcher außerdem nahe an der Schweißnaht des Rohrbodens liegt, so dass in vorteilhafter Art und Weise ein Ausknicken der Trennwand durch die Druckbeaufschlagung des Vibrationsschweißvorganges verhindert wird.A Further advantageous development of the invention provides that the partition formed U-shaped is. This advantageously causes a well-defined Pressure application point is given in the vibration welding of the partition, which Furthermore close to the weld the tube bottom is located, so that in an advantageous manner Buckling of the partition by the pressurization of the vibration welding process is prevented.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die der Trennwand zugeordnete Schweißfläche des Rohrbodens Stege aufweist, die in Querrichtung zur Trennwand verlaufen. Durch diese vorzugsweise bei einer wellenförmig ausgebildeten Trennwand vorgesehene Maßnahme wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, dass auch bei Maßabweichungen einer derartig geformten Trennwand eine hinreichend große Überlappung einander zugeordneter Schweißflächen gegeben ist. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Stege besitzen außerdem den Vorteil, dass eine steifere Bodengeometrie des Rohrbodens erzielt wird, so dass bei seiner Druckbeaufschlagung beim Vibrationsschweißen keine Druckkrümmung auftritt.A Further advantageous development of the invention provides that having the partition wall associated welding surface of the tube plate webs, which run in the transverse direction to the partition wall. By these preferably in a wave-shaped Partition provided measure achieved in an advantageous manner that even with dimensional deviations Such a shaped partition a sufficiently large overlap given to each other associated welding surfaces is. The inventively provided Stages own as well the advantage that a stiffer bottom geometry of the tubesheet achieved is so that when pressurized in vibration welding no pressure curve occurs.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Wasserkasten im Bereich seiner Ein- oder Auslaufstutzen Längsrippen oder Querrippen aufweist. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird erreicht, dass eine bessere Übertragung des den Wasserkasten beim Vibrationsschweißen beaufschlagenden Druckes von der Wasserkasten-Oberseite zum Bereich des Wasserkastenfußes erreicht wird. Außerdem wird durch die Querrippen ein Verbiegen des Wasserkastenfußes beim Vibrationsschweißen verhindert, da dieser nun nicht mehr seitlich ausweichen kann.A Further advantageous development of the invention provides that the water box in the area of its inlet or outlet pipe longitudinal ribs or Has transverse ribs. By this measure according to the invention it is achieved that a better transfer the pressure applied to the water tank during vibration welding pressure reached from the water box top to the area of the water box foot becomes. Furthermore becomes by the transverse ribs a bending of the water box foot at vibration welding prevented, since this can no longer move laterally.
Außerdem wird durch diese Rippen einem Einfallen des Wasserkastenfußes bei seiner Herstellung durch Spritzgießen entgegengewirkt.In addition, will by these ribs a collapse of the Wasserkastenfußes its production counteracted by injection molding.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine in einer Verbesserung der Schweißqualität resultierende Versteifung der Bodengeometrie des Rohrbodens dadurch erreicht wird, dass dieser über seine gesamte Breite verlaufende Querstreben aufweist. Diese Querstreben besitzen außerdem den Vorteil, dass hierdurch eine günstigere spritztechnische Herstellung erreicht wird, da diese Querstreben den Fluss des Kunststoffmaterials beim Spritzgießen günstig beeinflussen und somit eine optimale Füllung der Spritzgussform ermöglichen.A Further advantageous development of the invention provides that a stiffening resulting in an improvement in welding quality the bottom geometry of the tubesheet is achieved by this over its has entire width extending transverse struts. These cross struts own as well the advantage that thereby a cheaper injection molding production is achieved because these cross struts the flow of plastic material in injection molding Cheap influence and thus allow optimal filling of the injection mold.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das im folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Es zeigen:Further Details of the invention can be taken from the exemplary embodiment. which will be described below with reference to the figures. Show it:
Der
in
Eine
flüssigkeitsdichte
Verbindung des Rohrbodens
sich
bekannter Art und Weise vorgesehen, dass der Rohrboden
Wichtig
ist nun die Ausbildung der zur Vibrationsverschweißung des
Rohrbodens
Zu
beiden Seiten der Schweißfläche
Der
Wasserkasten
Durch
die beschriebenen Maßnahmen
wird nun in vorteilhafter Art und Weise eine einwandfreie Führung des
Wasserkastens
In
In
Die
oben beschriebenen Prinzipien zur Ausgestaltung einer Verbindungsanordnung
zur Vibrationsverschweißung
von Wasserkasten
Durch
die beschriebenen Maßnahmen
wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, dass nun auch im Bereich
der Trennwand
Eine
alternative Möglichkeit
zur Verschweißoptimierung
des beschriebenen Wärmetauscher
Um
nun trotzdem eine hinreichend große Überdeckung von Trennwand
Eine
weitere Verbesserung der Schweißqualität beim beschriebenen
Wärmetauscher
Auslaufstutzen
des Wasserkastens
Hierzu
wird auf die
In
In
Eine
weitere Verbesserung der Schweißqualität wird durch
eine Versteifung der Bodengeometrie des Rohrbodens
Hierzu
wird auf
Außerdem wird
in
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