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Die Erfindung betrifft Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Insbesondere betrifft sie ein Sammelgehäuse für einen verlöteten Wärmetauscher, der Wände aufweist, die eine Kammer begrenzen, wobei eine der Wände der Kammer mit einer Öffnung versehen ist, wobei mit dieser Öffnung ein Rohrstutzen verbunden ist.
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Bei einem Sammelgehäuse dieser Art besitzt die Sammelplatte, die auch als Lochplatte bezeichnet wird, eine Vielzahl von Löchern, in denen die Enden von Rohren aufgenommen sind, die das Bündel des Wärmetauschers bilden. Diesen Rohren sind Rippen zugeordnet, die dazu beitragen, die Wärmeaustauschfläche zu vergrößern. Die Sammelplatte ist durch eine Wand gebildet, die eine Kammer begrenzt, die mit den Rohren in Verbindung steht, um die Zirkulation eines Wärmeträgers im Bündel zu ermöglichen. Eine der Wände der Kammer ist mit mindestens einem Rohrstutzen versehen, um den Eintritt oder den Austritt des Wärmeträgers zu ermöglichen.
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Die gelöteten Wärmetauscher umfassen ein zwischen zwei Sammelgehäusen angebrachtes Bündel. Das Bündel wird von einer Vielzahl von Rohren gebildet, die parallel zueinander angeordnet sind und sich mit Zwischenteilen abwechseln. Diese Zwischenteile sind gewellt, das heißt, sie werden durch ein Metallblech gebildet, das zur Herstellung der Wellungen verformt wurde. Somit kommt ein zwischen zwei benachbarten Rohren angeordnetes Zwischenteil jeweils durch Endbereiche der Wellungen mit den beiden Rohren in Kontakt.
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Üblicherweise umfasst der Wärmetauscher des Weiteren zwei auch als Querträger bezeichnete Seitenteile, die das Bündel einrahmen und parallel zu den Rohren angeordnet sind. Die verschiedenen Teile bestehen aus einem Metallmaterial, das außen mit einer Lötlegierung beschichtet ist.
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Nach der Montage werden die verschiedenen Teile des Tauschers durch Hindurchführen durch einen Ofen gelötet. Somit ist es erforderlich, sie vorläufig in Position zu halten, damit sie sich bei ihrem Hindurchführen durch den Ofen nicht gegenseitig verschieben können, bevor sie endgültig fest miteinander verbunden sind. Insbesondere ist es erforderlich, dass sich die Rohrstutzen nicht bezüglich der Wand der Kammer verschieben.
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Zur Zeit (siehe zum Beispiel
US-A-4026456 ) erfolgt die vorübergehende Befestigung der Rohrstutzen dadurch, dass sie an das Sammelgehäuse angequetscht werden. Ein solcher Vorgang erfordert eine geeignete Werkzeugausrüstung und eine Nachbearbeitung der Kammer. Somit ist seine Durchführung teuer.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Sammelgehäuses und eines ein solches Sammelgehäuse enthaltenden Wärmetauschers, die eine schnelle und kostengünstige vorläufige Befestigung des Rohrstutzens in einer Öffnung einer Wand des Sammelgehäuses ermöglichen.
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Dieses Ergebnis wird mit einem Sammelgehäuse nach Anspruch 1 erreicht.
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Der Rohrstutzen wird manuell oder automatisch in die Öffnung eingeführt, wobei die Nase oder die Nasen gegenüber entsprechenden Nuten angeordnet werden, die am Umfang der Öffnung ausgebildet sind. Dann wird der Rohrstutzen in einem bestimmten Winkel winkelförmig gedreht, so dass sich die Nase oder die Nasen nicht mehr gegenüber den Nuten befinden. Somit wird der Rohrstutzen während des Hindurchführens des Tauschers durch den Ofen vorläufig an dem Sammelgehäuse stabil gehalten.
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Vorteilhafterweise weist der Rohrstutzen mindestens zwei Nasen auf. Vorzugsweise weist der Rohrstutzen drei Nasen auf, die in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind. Die Öffnung weist dann ebenfalls drei Nuten auf, die in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise ist die Anzahl der Nuten gleich der Anzahl der Nasen des Rohrstutzens, wobei dieses Merkmal nicht unbedingt erforderlich ist. Die Anzahl von Nuten kann auch ein Vielfaches der Anzahl von Nasen sein. Man kann sich zum Beispiel vorstellen, dass die Öffnung sechs Nuten aufweist, die in einem Winkel von 60° zueinander angeordnet sind, wodurch eine Begrenzung des Drehwinkels ermöglicht wäre, der zum Einführen der Nasen in die Nuten erforderlich ist.
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Der Rohrstutzen ist häufig gekrümmt und muss sich in eine gegebene Richtung erstrecken, um mit einer flexiblen Leitung umschlossen zu werden. In diesem Fall ist es erforderlich, eine genaue winkelförmige Ausrichtung des Rohrstutzens bezüglich des Sammelgehäuses einzuhalten. Wenn der Rohrstutzen manuell angebracht wird, ist die Wand der Kammer, die die Öffnung enthält, vorzugsweise mit einem Anschlag versehen, der die Drehung des Rohrstutzens durch Zusammenwirken mit einer Nase begrenzt.
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Weitere wahlweise Merkmale der Erfindung werden nachfolgend angeführt:
- – Es sind Mittel vorgesehen, um den Rohrstutzen in einer Endposition seiner Drehbewegung durch Festklemmen in Richtung seiner Drehachse zu blockieren.
- – Die Blockiermittel enthalten eine Rampe, die auf der Innenfläche der Wand gebildet ist, um mit einer Nase zusammenzuwirken, und einen radialen Vorsprung, der am Rohrstutzen gegenüber der Außenfläche der Wand gebildet ist, um die Wand, die mit der Rampe versehen ist, zwischen dem Vorsprung und der Nase bei Annäherung an die Endposition allmählich festzuklemmen.
- – Der Anschlag ist in der Weise angeordnet, dass die Drehbewegung in der Endposition angehalten wird.
- – Die Innenfläche der Wand weist einen in Umfangsrichtung neben einer Nut angeordneten Vorsprung auf, derart, dass er mit einer Nase zusammenwirkt, die sich durch diese Nut bewegt hat, um eine Drehbewegung nur in einer bestimmten Richtung zuzulassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen noch bei Lektüre der folgenden Beschreibung eines beispielhaft angeführten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren hervor. In diesen Figuren zeigen:
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1 eine perspektivische Teilansicht eines Sammelgehäuses für einen Wärmetauscher gemäß der Erfindung mit einem Rohrstutzen während der Montage;
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2 eine andere perspektivische Teilansicht analog zu 1;
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3 und 4 vergrößerte Ansichten analog zu 2, die den Rohrstutzen vor bzw. nach der Montage zeigen;
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5 eine Längsschnittansicht eines Rohrstutzens, die ebenfalls im Schnitt einen Teil der Wand des Sammelgehäuses zeigt, in deren Öffnung das Ende des Rohrstutzens gerade eingeführt worden ist;
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5a ein vergrößertes Detail von 5;
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6 eine Ansicht analog zu 5, die den Rohrstutzen am Ende seiner Drehbewegung zeigt;
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7 eine perspektivische Ansicht, die den Rohrstutzen in seiner Endposition und den benachbarten Teil der Wand des Sammelgehäuses zeigt; und
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8 einen Aufriss des Bereichs der in den 5 bis 7 dargestellten Wand, der die Öffnung enthält.
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In 1 umfasst das Sammelgehäuse einen ersten Abschnitt 10 und einen zweiten Abschnitt 12, wovon jeder aus einem Metallblech, vorzugsweise aus Aluminium, gebildet sind, das durch herkömmliche Stanz- und Ziehvorgänge geformt ist.
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Der erste Abschnitt 10 weist einen Boden 14 auf, der im Allgemeinen eben ist und eine langgestreckte rechtwinklige Form hat. Dieser Boden 14 ist dazu bestimmt, die auch als „Lochplatte” bezeichnete Sammelplatte des Sammelgehäuses zu bilden. Dieser Boden weist hierzu eine Vielzahl von beabstandeten Löchern 16 mit länglicher Form auf, die zur Aufnahme der Rohre 18 bestimmt sind, die einen Teil des Wärmetauscherbündels bilden. In dem beschriebenen Beispiel handelt es sich um flache Rohre 18, zwischen denen Rippen 20 angeordnet sind, welche in Form von wellenförmigen Zwischenteilen ausgeführt sind.
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Weiterhin enthält der Abschnitt 10 zwei gegenüberliegende umgebogene Seitenflächen 22, die im Allgemeinen eben und parallel zueinander sind. Diese Seitenflächen sind mit dem Boden 14 im Wesentlichen senkrecht durch zwei parallel zueinander verlaufende Falzlinien 24 verbunden. Die Seitenflächen 22 weisen in ihrem Mittelabschnitt Verlängerungen 26 bzw. 28 auf. Die Verlängerung 26 weist eine Öffnung 30 auf, während die Verlängerung 28 vollständig geschlossen ist. Die Öffnung 30 ist kreisförmig und dazu bestimmt, die Anbringung eines Rohrstutzens 32 mit kreisförmigem Querschnitt zu ermöglichen.
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Der zweite Abschnitt 12 ist an den Seitenflächen 22 so angepasst, dass diese beiden Abschnitte zusammen ein geschlossenes Volumen definieren, das mit den Rohren 18 des Bündels in Verbindung steht. Es versteht sich, dass es somit möglich ist, in einem einzigen Lötvorgang einen Wärmetauscher herzustellen, der ein durch eine Vielzahl von Rohren und Rippen gebildetes Bündel und ein oder zwei Sammelgehäuse umfasst.
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In 2 ist eine perspektivische Ansicht der Verlängerung 26 bzw. 28 der Seitenflächen 22 dargestellt. Man sieht, dass die in der Verlängerung 26 ausgebildete Öffnung 30 Nuten 34 aufweist, von denen im dargestellten Ausführungsbeispiel drei vorhanden sind. Die Nuten 34 sind in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet. Das Ende des Rohrstutzens 32, das in die Öffnung 30 eingreift, weist drei Nasen 36 auf, die auch in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind. Diese Nasen bilden zur Außenseite des Rohrstutzens hin vorragende Ausstülpungen.
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Wenn die Nasen 36 den Nuten 34 gegenüberliegen, kann man das Ende des Rohrstutzens in die Öffnung 30 einführen, wie durch den Pfeil F1 in 3 dargestellt. Der Rohrstutzen 32 weist einen Kragen 40 auf, der das Eintreten des Rohrstutzens in die Öffnung 30 begrenzt. Wenn der Kragen 40 an der Wand 26 dem Sammelgehäuse anliegt, dreht man den Rohrstutzen um einen gewissen Winkel von zum Beispiel 10 oder 20° in der einen oder in der anderen Richtung (wie durch Pfeil F2 in 4 gezeigt), so dass sich die Nasen nicht mehr gegenüber den Nuten 34 befinden. Der Rohrstutzen wird somit ausreichend fest an dem Sammelgehäuse gehalten, um den Lötvorgang durchführen zu können, ohne dass er sich verschiebt. Insbesondere sind die Nasen 36 so geformt, dass der Rohrstutzen leicht an der Wand 26 festgeklemmt wird.
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Allerdings kommt es häufig vor, dass der Rohrstutzen 32 statt einer geradzylindrischen Form, wie in dem Beispiel dargestellt, eine gekrümmte Form aufweist. In diesem Fall muss er gemäß einer genauen Winkelausrichtung bezüglich des Sammelgehäuses angeordnet sein, damit er mit einer flexiblen Leitung des Fluidzirkulationskreises verbunden werden kann. Wenn der Rohrstutzen durch einen Roboter eingeführt wird, kann dieser letztere so eingestellt werden, dass er eine zweckmäßige Winkelausrichtung verleiht und keine zusätzliche Maßnahme erforderlich ist. Wenn der Rohrstutzen durch einen Bediener manuell eingeführt wird, weist die Wand 26 vorzugsweise einen Buckel 42 auf (3 und 4), der zum Beispiel durch Formstanzen erhalten wird und einen Anschlag bildet, welcher die Drehbewegung des Rohrstutzens bezüglich des Sammelgehäuses begrenzt. Wenn eine der Nasen 36 an den Buckel 42 anschlägt, ist der zweckmäßige Drehwinkel erhalten.
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Es ist wichtig, dass die Nuten 34 eine geringe Abmessung aufweisen, so dass sie beim Lötvorgang durch die Lötlegierung gefüllt werden.
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Die 5 bis 8 zeigen eine Variante des erfindungsgemäßen Wärmetauschers, bei der Mittel vorgesehen sind, um den Rohrstutzen durch Festklemmen in der Endposition seiner Drehbewegung zu blockieren, wobei die Endposition durch den Wandanschlag definiert ist, so dass eine Umkehrung dieser Bewegung vermieden wird. Der Übersicht halber ist in den 7 und 8 nur ein Wandbereich quadratischer Form dargestellt, der zur Öffnung konzentrisch ist.
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Der Rohrstutzen 50 ist gekrümmt, und sein in das Sammelgehäuse eingreifendes Ende 52 weist hier eine einzige Nase 54 auf, die einer einzigen Nut 56 der im Allgemeinen kreisförmigen Öffnung 58 zugeordnet ist, durch die der Rohrstutzen hindurchgeht. Ein zu dem Anschlag 42 der 3 und 4 analoger Anschlag 60 ist am Rand der Öffnung 58 in einem Winkelabstand zur Nut 56 um die Achse A der Öffnung, der etwas größer ist als 90°, ausgebildet, um die Drehung des Rohrstutzens in einem Winkel von 90° entgegen dem Uhrzeigersinn zu begrenzen, wie im Inneren des Sammelgehäuses gemäß Pfeil F der 8 ersichtlich. Des Weiteren ist eine Rampe 62 in einem Winkelabstand von 90° bezüglich der Nut 56 neben dem Anschlag 60 angeordnet. Die Rampe 62 ist wie der Anschlag 60 durch Verformung in Richtung der Achse A der Wand 64 des Sammelgehäuses, in der die Öffnung 58 ausgebildet ist, hergestellt.
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In 5, und noch besser in 5a, ist zu sehen, dass der Abstand 66, der die Nase 54 des Kragens 68, der analog zum Kragen 40 der 1 bis 4 ist, vom Rohrstutzen 50 axial trennt, breiter ist als die Dicke der Wand 64, so dass sich der Rohrstutzen frei um die Achse A drehen kann, nachdem die Nase in der Nut 56 in Eingriff ist. Nach einer Drehung um einen Winkel von etwa 90° gelangt die Nase gegenüber der Rampe 62, die ihr gegenüber eine Fläche 70 aufweist, die so geneigt ist, dass sie sich allmählich von der Ebene der zum Kragen 68 weisenden Außenfläche 72 der Wand 64 bis zu einem maximalen Abstand entfernt, der etwas größer ist als die Breite des Abstands 66, um die Wand 64 nach einer Drehung von 90° zwischen der Nase 54 und dem Kragen 68 axial festzuklemmen, während die Nase 54 in Umfangsrichtung an den Anschlag 60 anliegt, der bis zu einem Abstand von der Wand 72 vorragt, welcher wesentlich größer ist als die Breite des Abstands 66. Somit wird eine weitere Drehbewegung durch den Anschlag 60 verhindert, während eine Bewegung in umgekehrter Richtung durch das axiale Festklemmen der Rampe 62 verhindert wird, die des Weiteren eine nicht senkrechte Ausrichtung zwischen der Achse des Rohrstutzens und der Ebene der Wand 72 vermeidet.
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Ein dem Anschlag 60 ähnlicher Anschlag 74 wird durch Verformung der Wand 64 in einer Position ausgeführt, die zur Nut 56 in umgekehrter Richtung zu der Drehbewegung des Rohrstutzens leicht versetzt ist. Dieser Vorsprung wirkt mit der Nase 54 zusammen, um eine Drehbewegung des Rohrstutzens in die falsche Richtung bei seiner manuellen Anordnung zu verhindern.
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Selbstverständlich sind die Festklemmmittel, die die Rampe 62 umfassen, und die Drehungsumkehrschutzmittel, die den Vorsprung 74 umfassen, hier zwar in einer gleichen Ausführungsform eingebaut, sie können jedoch auch unabhängig voneinander eingesetzt werden. Des Weiteren können die einen und/oder die anderen zusammen mit einer Vielzahl von Nasen verwendet werden, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben.
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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann insbesondere zur Bildung eines Kühlers für den Motor oder einer Heizvorrichtung für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs verwendet werden.
