DE4309195A1 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher gemäß Oberbe­ griff von Anspruch 1.

Bei Wärmetauschern ist es bekannt, den Rohrboden aus Kunststoff herzustellen und die Rohre mit Wülsten zu versehen, die in Um­ fangsrillen des Rohrbodens eingreifen. Dabei werden also die verschiedensten Werkstoffe, wie z. B. Stahl, Aluminium und Kunst­ stoffe verwendet, die bei der Aufarbeitung und Wiederverwertung des Wärmetauschers erst aufwendig getrennt werden müssen, da es nicht möglich ist, sie zusammen einzuschmelzen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Wärmetauschers der eingangs genannten Art, der bei sparsamem Werk­ stoffeinsatz bei der Verschrottung zur Wiederverwertung auf wirt­ schaftliche Weise aufgearbeitet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher bestehen alle wesentlichen Teile, wie z. B. Wasserkasten, Rohrboden und Rohre aus ähnlichen Werkstoffen, z. B. Aluminium-Legierungen von ähnlicher Zusammen­ setzung. Diese Teile werden beim Zusammenbau ausschließlich durch Verformung miteinander verbunden.

Damit braucht der Wärmetauscher bei der Wiederaufarbeitung nicht mehr aufwendig zerlegt zu werden, sondern ist als Ganzes auf beson­ ders wirtschaftliche Weise einschmelz- und wiederverwertbar. Auch ist gewährleistet, daß die Schmelze nicht durch unerwünschte Fremdstoffe verunreinigt wird.

Durch die erfindungsgemäße Rohrverbindung mit in Umfangsrillen ein greifende Wülste ist es bei sparsamstem Werkstoffeinsatz möglich, eine hohe Festigkeit der Rohrverbindung sowie Beständigkeit gegen Temperaturwechsel und dynamischer Beanspruchung zu erzielen.

Die Einspannstelle der Rohrverbindung am Rohrboden ist von der Dichtstelle dabei räumlich so entfernt, daß Biegespannungen keinen Einfluß auf die Dichtigkeit haben können.

Zur Verbindung zwischen Wasserkasten und Rohrboden dient eine an sich bekannte Bördelung.

Die erfindungsgemäße Rohrverbindung läßt sich auch bei der Verbin­ dung von zwei U-förmigen Rohrbögen vorteilhaft anwenden. Solche Rohrbögen werden z. B. in Klimaanlagen bei Kraftfahrzeugen einge­ setzt und die lötfreie Verbindung gemäß Erfindung ergibt eine besonders hohe Beständigkeit und Dichtheit der Anschlußstelle.

Bei der Herstellung der Rohrverbindung in diesem Fall ist es zweckmäßig, im Bereich der Anschlußstelle ein Stützorgan in Form einer Innenhülse vorzusehen, die beim Stauchvorgang für die Wülste ein Ausweichen nach Innen sicher verhindert und die Ausformung der Wülste unterstützt.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezug­ nahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 Teil eines Wärmetauschers, im Schnitt

Fig. 2 Rohrverbindung bei Rohrbögen, im Schnitt

Fig. 3 zweites Ausführungsbeispiel einer Rohrverbindung bei Rohr­ bögen, im Schnitt

Fig. 4 drittes Ausführungsbeispiel einer Rohrverbindung bei Rohr­ bogen, im Schnitt.

Der in Fig. 1 im Teilschnitt dargestellte Wärmetauscher besteht im wesentlichen aus einem Wasserkasten 1, dem Rohrboden 2 und den Rohren 3, wobei alle teile aus einer Aluminium-Legierung von ähn­ licher Zusammensetzung hergestellt sind.

Der Wasserkasten 1 weist eine Schürze 4 auf, die zur Aufnahme einer Schürze 5 des Rohrbodens 2 dient. Die beiden Schürzen 4 und 5 sind an ihren Enden durch eine Bördelung 6 miteinander verbunden.

Zur Verbindung zwischen Rohrboden 2 und Rohr 3 dient eine Rohrver­ bindung 7, die in ihrem inneren Anschlußbereich 8 Anschlußstutzen 9 aufweist, die aus dem Rohrboden 2 ausgeformt sind und Wülste 10 mit parallelen Schenkeln aufweisen.

Der äußere Anschlußbereich 11 wird vom Endbereich von Rohr 3 gebil­ det, dessen aufgeweitetes Ende mit Umfangsrillen 12 versehen ist, in die die Wülste 10 eingreifen.

Bei der Herstellung wird nun das Rohr 3 mit seinem äußeren An­ schlußbereich 11 mit vorgeformten Ausbauchungen über den Anschluß­ stutzen 9 geschoben, der ebenfalls entsprechende vorgeformte Aus­ bauchungen aufweist. Bei der Stauchung der Rohrverbindung 7 in axialer Richtung verformen sich die Ausbauchungen zu Wülsten 10, die in die Umfangsrillen 12 eingreifen, wobei sich die Durchmesser der Wülste 10 vergrößern. Das Größenverhältnis der vorgeformten Ausbauchungen zwischen innerem Anschlußbereich B und äußerem An­ schlußbereich 11 wird dabei so gewählt, daß sich der Durchmesser von Wulst 10 größer einstellen würde als der Durchmeser von Umfangsrille 12. Dadurch ergibt sich eine hohe radiale Anpreß­ kraft im Bereich der Spitze von Wulst 10, die eine gasdichte Ver­ bindung zwischen Rohr 3 und Anschlußstutzen 9 gewährleistet. Diese gasdichte Verbindung wird durch den Formschluß zwischen Umfangs­ rille 12 und Wulst 10 gesichert.

Somit zweckmäßig, kann der innere Anschlußbereich 8 auch dem Rohr 3 und der äußere Anschlußbereich 11 dem Anschlußstutzen 9 zugeord­ net werden, wobei also das Rohr 3 in den Anschlußstutzen 9 gescho­ ben wird.

Wie Fig. 1 zeigt, erstrecken sich die Schürzen 4 und 5 bis zur Höhe der ersten Kühlrippe 23, so daß der Bereich der Rohrverbin­ dung 7, der keine Kühlrippen 23 aufweist, gegen die zu erwärmende Luft abgedeckt ist.

Die Fig. 2, rechte Hälfte, sowie die Fig. 3 und 4 zeigen die Verbindung von zwei U-förmigen Rohrbögen 13 und 14, wie sie bei Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge verwendet werden. Beide Rohrbögen 13 und 14 bestehen wieder aus einer Aluminium-Legierung ähnlicher Zusammensetzung.

Fig. 2, linke Hälfte, zeigt die Rohrverbindung 7′ vor dem Zusam­ menpressen. Im inneren Anschlußbereich 8 und im äußeren Anschluß­ bereich 11 sind die vorgeformten Ausbauchungen 15 und 16 bereits angedeutet.

Im inneren Anschlußbereich 8 ist ein Stützbogen 17 aus beim Re­ cycling unschädlichen Kunststoff eingesteckt, das aus zwei mit einem Konus 18 ineinandergreifenden Stützhülsen 19 und 20 gebildet ist. Die Stützhülse 19 weist dabei an ihrem Außenmantel ringför­ mige Außenwülste 21 auf, die in die Ausbauchungen 16 des inneren Anschlußbereichs 8 eingreifen.

Beim Zusammenpressen der Rohrverbindung 7′ schieben sich die bei den Stützhülsen 19 und 20 längs ihrer konischen Mantelflächen so ineinander, daß die äußere Stützhülse 19 die Ausbauchungen 16 formt und dabei verhindert, daß der innere Anschlußbereich 8 nach Innen ausweicht.

Beim Zusammenpressen in achsialer Richtung bilden sich vielmehr die Wülste 10, die gas- und flüssigkeitsdicht in die Umfangsrillen 12 eingreifen (siehe Fig. 2, rechte Hälfte).

Fig. 3 zeigt eine einfache Ausführungsform eines Stützorgans in Form einer zylindrischen Stützhülse 22 aus Kunststoff oder Metall die ebenfalls dazu dient, beim Zusammenpressen der Rohrverbindung 7 ein Ausweichen des inneren Anschlußbereichs 8 nach Innen zu verhindern.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Stützorgans 24 gemäß Fig. 4 weist dieses an seinen beiden Enden Anschlußhülsen 25 auf, die reibschlüssig dichtend in die Rohre 13 und 14 eingreifen. Zur Er­ höhung der Flächenpressung sind die Anschlußhülsen 25 mit ringför­ migen Rippen 26 versehen. Damit ist eine besonders dichte Verbin­ dung zwischen den Rohren 13 und 14 gewährleistet.

Die Stützhülsen 19 und 20 im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 können ebenfalls mit Anschlußhülsen 25 versehen sein.

Zwischen den ineinandergreifenden Abschnitten der Rohrverbindung 7 und der Bördelung 6 kann eine dünne Schicht aus plastisch/ela­ stischem Werkstoff vorgesehen sein, die als Füll- und Gleitele­ ment dient und gleichzeitig die Dichtheit der Verbindungen zu­ sätzlich erhöht.

Claims (12)

1. Wärmetauscher mit einer Rohrverbindung, bei der bei einem inneren Anschlußbereich Wülste vorgesehen sind, die mit paral­ lelen Schenkeln formschlüssig sowie flüssigkeits- und gasdicht in Umfangsrillen eines äußeren Anschlußbereichs eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem inneren Anschlußbereich (8) und dem äußeren Anschlußbereich (11) versehenen Bestandteile (2, 3, 13, 14) des Wäremtauschers und die damit durch Verformung verbundenen Bestandteile (1) des Wärmetauschers aus Metall von ähnlicher Zusammensetzung bestehen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die miteinander verbundenen Bestandteile (1, 2, 3, 13, 14) beim gemeinsamen Einschmelzen eine zur Weiter­ verarbeitung geeignete Metallmischung bilden.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mit einem Wasserkasten (1) ein Rohrboden (2) verbunden ist, der Anschlußstutzen (9) aufweist, die den inneren Anschlußbereich (8) der Rohrverbindung (7) bilden.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mit einem Wasserkasten (1) ein Rohrboden (2) verbunden ist, der Anschlußstutzen (9) aufweist, die den äußeren Anschlußbereich (11) der Rohrverbindung (7) bilden.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wülste (10) des inneren An­ schlußbereichs (8) mit hoher radialer Anpressung im Bereich der Wulstspitze gegen die Innenwand der Umfangsrillen (12) des äußeren Anschlußbereichs (11) gepreßt werden.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserkasten (1) und Rohr­ boden (2) je eine umlaufende aneinander anliegende Schürze (4 und 5) aufweisen, an deren Enden eine Bördelung (6) den Wasserkasten (1) und der Rohrboden (2) flüssigkeits- und gas­ dicht miteinander verbindet.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Schürzen (4 und 5) mit der Bördelung (6) bis zur Höhe der ersten Kühlrippe (23) erstreckt.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei einer Rohrverbindung (7) von zwei U-förmigen Rohrbögen (13, 14) im Bereich der Rohr­ verbindung (7) mindestens ein inneres Stützorgan (17, 22) vorgesehen ist.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Stützorgan (17) aus zwei mit koni­ schen Mantelflächen ineinander greifenden Stützhülsen (19, 20) gebildet ist.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die äußere Stützhülse (19) mindestens einen Außenwulst (21) aufweist.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Stützor­ gan (77, 22, 24) an seinen Enden mit Anschlußhülsen (25) ver­ sehen ist, die reibschlüssig dichtend in die Rohre (13 und 14) eingreifen.

12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ineinander­ greifenden Abschnitten der Rohrverbindung (7) und der Börde­ lung (6) eine dünne Schicht aus plastisch/elastischem Kunst­ stoff angeordnet ist.