DE4330865A1 - Wärmetauscher, insbesondere Kühler, für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere Kühler, für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, wie er beispielsweise durch die DE-B-28 52 408, die DE-B-28 52 415 oder die DE-A-17 51 710 bekannt wurde.

Wärmetauscher dieser bekannten Art weisen einen metallischen Rohrbo­ den und einen Wasserkasten aus Kunststoff auf, die unter Zwischen­ lage einer elastomeren Dichtung durch eine Klemmverbindung miteinan­ der verbunden werden, wobei diese Klemmverbindung entweder eine so­ genannte Wellenbördelung (nach DE-B-′415), eine sogenannte Wel­ lenschlitzbördelung (nach DE-B-′408) oder eine sog. Lappenbördelung (nach DE-A-′710) sein kann. Infolge der Druckwechsel im Inneren des Wärmetauschers unterliegen diese Klemmverbindungen einer Biegebean­ spruchung, wobei der Flansch des Wasserkastens auf die äußere Sic­ kenwand ein Moment ausübt, welches im Übergangsbereich der äußeren Sickenwand in den Sickenboden, also im Bereich der Biegelinie zu Ma­ terialschädigungen führen kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs ge­ nannten Wärmetauscher dahingehend zu verbessern, daß die Klemmver­ bindung zwischen Rohrboden und Wasserkasten eine höhere Lebensdauer erhält und daß keine Materialschädigungen im Bodensickenbereich mehr auftreten. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Im Gegensatz zum Stand der Technik, wo die umlaufende Bodensicke für die Dichtung aus geradlinigen Abschnitten besteht, ist nach der Erfindung ein wellenförmiger, zick-zack-förmi­ ger oder mäanderförmiger Verlauf dieser Bodensicke vorgesehen, so daß sich Einbuchtungen und Ausbuchtungen ergeben, die zwischen den Bodendurchzügen bzw. um die Durchzüge herum angeordnet sind. In ana­ loger Weise weist die in diese wellenförmige Bodensicke eingelegte Dichtung denselben Verlauf auf und ebenso der auf diese Dichtung aufgesetzte Flanschbereich des Wasserkastens. Der Vorteil, der sich aus diesem wellenförmigen Verlauf ergibt, besteht in erster Linie darin, daß das Widerstandsmoment der Bodensicke bzw. des auf Biegung gefährdeten Querschnitts der äußeren Sickenwand und des Sickenbodens erhöht wird. Diese Erhöhung des Widerstandsmomentes ergibt sich vor allem daraus, daß die Bodensicke mit ihrem Profil, insbesondere der Höhe der inneren und äußeren Sickenwand, maßgeblich für das Wider­ standsmoment wird. Bedingt durch die Einbuchtungen ergibt sich eine positive Überdeckung zwischen innerer und äußerer Sickenwand, so daß diese nunmehr quadratisch mit ihren Höhen in das Widerstandsmoment eingehen. Bei gleicher bzw. möglicherweise verminderter Wandstärke des Rohrbodens kann somit eine höhere Biegefestigkeit der Boden­ sicke, insbesondere ihres äußeren Wandabschnittes erreicht und damit die Lebensdauer der Klemmverbindung erhöht werden. Das Schließen von Rohrboden und Wasserkasten kann nach wie vor auf herkömmliche Weise erfolgen, d. h. durch eine der bekannten Bördelverbindungen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Un­ teransprüchen, wobei wichtig ist, daß das Maß der Einbuchtung größer als die Breite der Bodensicke ist - dadurch wirkt sich das Bodensic­ kenprofil als erhebliche Versteifung aus. Die Erfindung ist insbe­ sondere bei Kraftfahrzeugkühlern vorteilhaft, weil hier die Biegebe­ anspruchung der Klemmverbindung infolge der großen Längsseiten be­ sonders stark ist.

Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Rohrboden (1. Ausführung),

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Rohrboden (2. Ausführung),

Fig. 3 einen Schnitt III-III durch den Rohrbo­ den gemäß Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt IV-IV durch den Rohrboden gemäß Fig. 2,

Fig. 5 einen Teilschnitt V-V durch den Rohrbo­ den gemäß Fig. 1 und

Fig. 6 einen Schnitt durch die Wasserka­ sten/Rohrbodenverbindung.

In Fig. 1 ist ein Rohrboden 1 in der Draufsicht dargestellt, der - aus Gründen der Vereinfachung - nur relativ wenige Durchzüge 7 für zwei Rohrreihen aufweist. Dieser Rohrboden 1, der aus einer Alumini­ umlegierung hergestellt ist, weist einen ebenen Bodenbereich 2 auf, aus dem die erwähnten Durchzüge 7 durch Stanzprägen herausgeformt sind. In seinem äußeren Bereich weist der Rohrboden 1 eine umlau­ fende Bodensicke 3 auf, die durch drei Wandabschnitte gebildet wird, nämlich einen äußeren hochstehenden Wandbereich 4, einen inneren parallel zum äußeren verlaufenden Wandbereich 5 und einen parallel zum Rohrboden 2 verlaufenden Bodenbereich 6, wobei diese drei Wand­ bereiche 4, 5, 6 im Querschnitt die Form eines C bzw. U bilden. Das Charakteristische an dieser Bodensicke 3 ist, daß sie einen wellen­ förmigen Verlauf, insbesondere an den Längsseiten dieses Rohrbodens 1 aufweist, d. h. sie bildet sogenannte Einbuchtungen 8, die jeweils zwischen zwei Durchzügen 7 angeordnet sind, und sogenannte Ausbuchtungen 9, die etwa konzentrisch zu dem äußeren Umfangsbereich der Durchzüge 7 verlaufen. Die Tiefe der Einbuchtung 8 ist mit dem Maß a bezeichnet, d. h. die Innenkante der senkrechten inneren Sic­ kenwand 5 ist von außen nach innen um das Maß a versetzt, wobei mit dem Maß c die Breite der Bodensicke bezeichnet ist. Ferner ist eine sogenannte Überdeckung U eingezeichnet, d. h. der Abstand der inneren Sickenwand 5 und der äußeren Sickenwand 4 zwischen den Scheitelpunk­ ten einer Einbuchtung 8 und einer Ausbuchtung 9. Entscheidend für die Erhöhung des Widerstandsmomentes ist, daß das Maß a größer als das Maß c ist - dadurch ergibt sich eine sogenannte positive Über­ deckung, d. h. das Maß U ist größer als 0. Es muß also die Bedingung erfüllt sein: a - c = ü, wobei U < 0, d. h. positiv ist. Durch diese Maßnahme geht das Bodensickenprofil in das Widerstandsmoment ein, wie es durch den Schnitt V-V bzw. die Fig. 5 dargestellt ist. In Fig. 1 ist als Resultierende einer Flächenlast die Kraft F eingetra­ gen, die auf die äußere Sickenwand 4 wirkt und diese aufzubiegen versucht. Dabei wird der Querschnitt entlang der Schnittebene V-V, dargestellt in Fig. 5, auf Biegung beansprucht. Das maßgebliche Wi­ derstandsmoment errechnet sich vor allem aus der Höhe h der inneren Sickenwand 5 und der Höhe l der äußeren Sickenwand 4, wobei diese Maße h und l quadratisch in das Widerstandsmoment eingehen. Die Achse neutraler Beanspruchung ist mit x-x angedeutet und wird durch die beiden bekannten Abstandsmaße e1 und e2 bestimmt. Die Fläche des maßgeblichen Widerstandsmomentes ist mit A bezeichnet. Hiermit er­ gibt sich eine erhebliche Steigerung des Widerstandsmomentes, so daß die Bodenwandstärke herabgesetzt oder die Lebensdauer der Klemmver­ bindung entsprechend erhöht werden kann.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch den Boden entlang der Linie III-III, wobei auch hier die Maße für die Breite der Bodensicke c, die Höhe a der inneren Sickenwand 5 und die Höhe l der äußeren Sic­ kenwand 4 erkennbar sind. Ferner zeigt diese Figur zur Luftseite, d. h. in der Zeichnung nach links gerichtete Durchzüge 7. Der gesamte Rohrboden 1 wird in mehreren Arbeitsgängen durch Stanzen, Prägen und Ziehen aus einer Blechplatine hergestellt.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, welches im wesentli­ chen bzgl. der Form der Durchzüge von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 abweicht: Dort sind sogenannte Rundrohre 7 dargestellt, wäh­ rend in Fig. 2 sogenannte Flachrohre bzw. entsprechende Durchzüge 17 vorgesehen sind. Die umlaufende Bodensicke 13 weist auch hier in analoger Weise einen wellenförmigen Verlauf auf, d. h. sie ist durch Einbuchtungen 18 und Ausbuchtungen 19 gekennzeichnet. Der Quer­ schnitt der Bodensicke 13 (vgl. Fig. 4) weist in analoger Weise einen inneren Wandabschnitt 15, einen äußeren Wandabschnitt 14 und einen Bodenabschnitt 16 auf. Die Durchzüge 17 sind zur Wasserkasten­ seite hin aufgestellt. Das Maß der Einbuchtung ist in Fig. 2 mit a angegeben, d. h. es bezeichnet die Versetzung der Außenkante des in­ neren Wandabschnittes 15 nach innen.

Auf diese erfindungsgemäßen Böden, sei es gemäß Fig. 1, sei es gemäß Fig. 2, wird in bekannter Weise ein Wasserkasten unter Zwischenlage einer elastomeren Dichtung aufgesetzt und mit dem Rohrboden verbun­ den. Sowohl die Dichtung, die in die wellenförmige Nut 3 oder 13 eingelegt wird, als auch der Flanschbereich des Wasserkastens, der auf die Dichtung in die wellenförmige Nut eingesetzt wird, weisen denselben wellenförmigen Verlauf auf. Die Verbindung zwischen Was­ serkasten und Boden geschieht konventionell, wie dies in Fig. 6 dar­ gestellt ist.

Fig. 6 zeigt also diese Wasserkasten/Rohrboden-Verbindung mit einem Rohrboden 21, bei welchem die Endziffern mit den Ausführungsbeispie­ len gemäß Fig. 1 und 2 korrespondieren. So weist dieser Rohrboden 21 Durchzüge 27 auf und eine umlaufende wellenförmige Bodensicke 23, die durch einen Bodenabschnitt 26 sowie einen inneren Wandabschnitt 25 und einen äußeren Wandabschnitt 24 begrenzt ist. In dieser Boden­ sicke 23 ist eine - ebenfalls in der Draufsicht wellenförmige - ela­ stomere Dichtung 30 eingesetzt, die durch einen - ebenfalls in der Draufsicht wellenförmig verlaufenden - Flansch 32 eines Wasserka­ stens 31 zusammengedrückt wird. Über den Flansch 32 greifen soge­ nannte Lappen 28 des äußeren Wandabschnittes 24, wie als sogenannte Lappenbördelung an sich bekannt. In den Durchzügen 27 sind Rohre 29 angeordnet, die beispielsweise durch mechanisches Aufweiten in dem Rohrboden 21 dicht befestigt sind.

Wie bereits erwähnt, muß der Verlauf der Bodensicke nicht rein wel­ lenförmig, er kann auch zick-zack- oder mäanderförmig sein. Ent­ scheidend ist die sogenannte positive Überdeckung, so daß das Boden­ sickenprofil maßgeblich für das Widerstandsmoment wird.

Claims (4)

1. Wärmetauscher, insbesondere Kühler, für Kraftfahrzeuge, beste­ hend aus einem Netz von Rohren und Rippen, sowie mindestens einem Rohrboden, der die Rohre endseitig aufnimmt, mit einem Wasserkasten, der über eine Dichtung mit dem Rohrboden ver­ bunden ist, wobei die Dichtung in einer umlaufenden Boden­ sicke, bestehend aus Sickenboden, innerer und äußerer Sicken­ wand, angeordnet ist und der obere Rand der äußeren Sickenwand einen Flansch des Wasserkastens übergreift, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bodensicke (3, 13, 23), insbesondere in Längsrichtung des Rohrbodens (1, 11, 21), die Dichtung (30) und der korrespondierende Flanschbereich (32) des Wasserka­ stens (31) einen etwa wellen- bzw. zick-zack-förmigen Verlauf mit Einbuchtungen (8, 18) aufweisen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen (8, 18) jeweils zwischen zwei Durchzügen (7, 17) einer Rohrreihe (m) angeordnet sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (a) der Einbuchtungen (8, 18) größer als die Breite (c) der Bodensicke (3, 13) ist, so daß sich eine posi­ tive Überdeckung (ü) ergibt.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der wellenförmige Verlauf Ausbuchtungen (9, 19) auf­ weist, die etwa konzentrisch zum Umfang der Durchzüge (7, 17) verlaufen.