DE69106860T2

DE69106860T2 - Wärmeaustauscher für Motorfahrzeuge und Verfahren zu seiner Herstellung.

Info

Publication number: DE69106860T2
Application number: DE1991606860
Authority: DE
Inventors: Jean-Francois Bouvot
Original assignee: Valeo Thermique Habitacle
Current assignee: Valeo Thermique Habitacle
Priority date: 1990-12-21
Filing date: 1991-12-18
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2011-12-19
Also published as: FR2670876B1; FR2670876A1; EP0493199B1; EP0493199A1; DE69106860D1; ES2069859T3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, der insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmt ist, und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Es sind bereits Wärmetauscher bekannt, die ein Bündel paralleler Rohre mit zugehörigen Enden enthalten, welche auf ein und dieselbe Endseite des Rohrbündels führen und in denen jeweils mit entsprechender Form ausgeführte Enden von Anschlußrohren eingesteckt und angefalzt sind.
Bei diesen Anschlußrohren, die zur Verteilung eines Wärmeträgermediums an die Rohre des Wärmetauschers dienen, handelt es sich üblicherweise um U-förmige Rohre und im Falle eines mit Kältemittel betriebenen Wärmetauschers um Kapillarrohre, die einen kleineren Querschnitt als die Rohre des Rohrbündels aufweisen.
Es kommt entscheidend darauf an, daß die Falzverbindungen zwischen den Enden der Rohre des Rohrbündels und den Enden der Anschlußrohre einwandfrei ausgeführt sind und bei den hohen Drücken des Wärmeträgermediums dicht bleiben. Außerdem müssen diese Verbindungen auf Fertigungsstraßen mit hoher Geschwindigkeit hergestellt werden können.
Aus der französischen Patentschrift Nr. 82 11 470 (Veröffentlichungsnummer 2 509 031) ist ein Wärmetauscher der vorgenannten Art bekannt, bei dem die Verbindung der Rohre des Rohrbündels und der Anschluß rohre mittels einer Klemmplatte herbeigeführt wird, die mit Klemmöffnungen in einer Anzahl entsprechend der Anzahl der einzelnen Verbindungen versehen ist.
Desweiteren ist aus der EP-A-0173 027 ein Wärmetauscher bekannt, der einen Steg mit daran befindlichen Falzringen enthält, die nach einer geometrischen Gestaltung entsprechend derjenigen der Enden der Rohre des Rohrbündels auf der besagten Endseite angeordnet sind, um das Anfalzen der Enden der Rohre des Rohrbündels an den entsprechenden Enden der Anschlußrohre nach ihrem Ineinanderstecken herbeizuführen.
Auf diese Weise kann nach dem Einstecken der Enden der Rohre des Rohrbündels in den entsprechenden Enden der Anschlußrohre in einem einzigen Arbeitsgang die Falzung der so eingesteckten Enden erfolgen.
Dazu ist es unbedingt erforderlich, daß die wechselseitige Anordnung der Klemmöffnungen der Platte genau mit der Anordnung der Enden der Rohre des Rohrbündels übereinstimmt. Eine derartige Übereinstimmung ist jedoch in der Praxis nur schwer herbeizuführen. Denn bei den serienmäßig hergestellten Wärmetauschern können Maßabweichungen auftreten. Derartige Maßabweichungen wirken sich jedoch vor allem bei den Klemmplatten wesentlich deutlicher aus, insbesondere wenn sie aus Kunststoff geformt werden.
Der Zweck der Erfindung besteht vor allem darin, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen.
Dazu schlägt sie einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art vor, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg aus einem halbstarren Werkstoff besteht, beispielsweise aus Gummi oder Elastomer, und daß der Ring aus einem Werkstoff geformt wird, der starrer als der Werkstoff der Enden der anzuschließenden Rohre ist, beispielsweise aus glasfaserverstärktem Polyamid.
Da die Falzringe an einem biegsamen Steg angeordnet sind, können sie während des Falzvorgangs die Maßabweichungen ausgleichen, die gegebenenfalls im Zuge der Fertigung am Wärmetauscher im Verhältnis zu den Bezugsabmessungen auftreten. Außerdem kann die Falzung entweder gleichzeitig oder in mehreren Schritten vorgenommen werden.
Dadurch wird sichergestellt, daß jeder Falzring im Verhältnis zum Ende des Rohrs des Rohrbündels und zum Ende des entsprechenden Anschlußrohrs korrekt positioniert ist.
Jeder Falzring umfaßt vorteilhafterweise einen ringförmigen Körper, der einen vorderen ringförmigen Rand mit abgerundetem Umriß, um das Einsetzen eines Endes des Rohrs des Rohrbündels zu erleichtern, und einen hinteren ringförmigen Rand besitzt, wobei dieser Ring einen inneren Durchgang begrenzt, der sich vom hinteren ringförmigen Rand bis zum vorderen ringförmigen Rand fortschreitend konisch erweitert.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bildet der vorgenannte innere Durchgang auf der Seite des vorderen ringförmigen Rands einen Einführungsbereich, dessen Innenquerschnitt breiter als der Außenquerschnitt des Endes des Rohrs des Rohrbündels vor der Falzung ist, und auf der Seite des hinteren ringförmigen Rands einen Klemmbereich, dessen Innenquerschnitt schmaler als der Außenquerschnitt des Endes des Rohrs des Rohrbündels vor der Falzung ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird der vorgenannte innere Durchgang durch zwei kegelstumpfförmige Wände gebildet, die miteinander verbunden sind.
Der Steg mit den daran befindlichen Falzringen enthält vorteilhafterweise Bohrungen, in denen die vorgenannten Ringe aufgenommen sind.
Der Körper jedes Rings enthält beispielsweise eine ringförmige Umfangsnut für die Aufnahme der Kante der entsprechenden Bohrung.
Der vorgenannte Steg kann beispielsweise aus einem halbstarren Werkstoff, insbesondere aus Gummi oder Elastomer, geformt werden.
Jeder der Falzringe wird aus einem Werkstoff hergestellt, der starrer als der Werkstoff der Enden der anzuschließenden Rohre ist, beispielsweise aus glasfaserverstärktem Polyamid.
Nach einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers der vorgenannten Art, wobei dieses Verfahren die folgenden Arbeitsgänge umfaßt:
- Einsetzen der Enden der Anschlußrohre durch die entsprechenden Falzringe, die an dem biegsamen Steg angeordnet sind;
- Einstecken der besagten Enden der Anschlußrohre in den entsprechenden Enden der Rohre des Rohrbündels;
- Verschiebung der Falzringe in einer Richtung, in der sie an die eingesteckten Enden angenähert werden, um das Anfalzen der Enden der Rohre des Rohrbündels an den entsprechenden Enden der Anschlußrohre herbeizuführen.
In der nachstehend lediglich als Beispiel angeführten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, auf denen folgendes dargestellt ist:
- Figur 1 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
- Figur 2 zeigt in vergrößertem Maßstab ein Detail des Wärmetauschers von Figur 1.
- Figur 3 zeigt eine Perspektivansicht eines biegsamen Stegs, an dem eine Mehrzahl von Falzringen als Bestandteile eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers angeordnet ist.
- Figur 4 zeigt in vergrößertem Maßstabe eine Teilschnittansicht entlang der Linie IV-IV von Figur 3.
- Figur 5 zeigt eine Teilschnittansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers vor dem Falzvorgang.
- Figur 6 zeigt eine Schnittansicht entsprechend Figur 5 nach dem Falzvorgang.
Der in Figur 1 dargestellte Wärmetauscher enthält ein Rohrbündel 10, das aus einer Mehrzahl von Rohren 12 mit parallelen Achsen besteht, die druch eine Mehrzahl von Rippen 14 hindurchgehen, welche parallel zwischen ihnen und senkrecht zur Achse der Rohre verlaufen. Die Rohre 12 weisen zugehörige Enden 16 auf, die auf ein und dieselbe Endseite des Rohrbündels in einer Ebene führen, die senkrecht zur Achse der Rohre 12 angeordnet ist. In den jeweiligen Enden der Rohre 12 sind die entsprechenden Enden 18 von zwei Anschlußrohren 20 eingesteckt, die an eine gemeinsame Zuleitung 22 angeschlossen sind. In den Enden 16 der anderen Rohre 12 sind die Enden 24 von U-förmigen Rohren 26 eingesteckt, wobei jedes U-förmige Rohr eine Verbindung für das Wärmeträgermedium zwischen zwei benachbarten Rohren 12 des Rohrbündels 10 herstellt.
Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann natürlich erwogen werden, daß nur die U-förmigen Rohre 26 in den Rohren 12 eingesteckt sind so daß ein sogenannter "U-Wärmetauscher" geschaffen wird, das heißt ein Wärmetauscher, der nur mit einer Sammelkammer ausgerüstet ist.
Die Enden 18 der Rohre 20 und die Enden 24 der Rohre 26 werden in den mit entsprechender Form ausgeführten Enden der Rohre 12 des Rohrbündels 10 eingesteckt. Nach dem Einstecken werden die Enden 16 an den Enden 18 und an den Enden 24 angefalzt, was hier gleichzeitig erfolgt, und zwar anhand eines biegsamen Stegs 28, an dem Falzringe 30 angeordnet sind (Figuren 1 und 2). Dieser Steg besteht aus einem biegsamen oder halbstarren Werkstoff, beispielsweise aus Gummi oder Elastomer.
Es kann natürlich auch erwogen werden, daß die Enden 16 und 18 in einzelnen Schritten oder Abfolgen gefalzt werden, wie etwa nach einzelnen Rohrreihen oder auch auf jede andere Weise.
Die an dem biegsamen Steg 28 angebrachten Falzringe 30 sind nach einer geometrischen Gestaltung entsprechend derjenigen der Enden 16 der Rohre 12 des Rohrbündels 10 auf der betreffenden Endseite des Rohrbündels angeordnet.
Im Falle des in Figur 1 dargestellten Wärmetauschers befinden sich an dem biegsamen Steg 28 zwei Reihen von Falzringen 30, die nach der gleichen geometrischen Gestaltung wie die Enden der Rohre 12 des Rohrbündels angeordnet sind.
Es wird nun auf Figur 3 Bezug genommen, die einen anderen biegsamen Steg 32 zeigt, der nach dem gleichen Prinzip wie der Steg 28 der Figuren 1 und 2 ausgeführt, hier jedoch mit fünfunddreißig Falzringen 30 bestückt ist, die in fünf Reihen mit jeweils sieben Ringen angeordnet sind. Der Steg 32 und die daran befindlichen Falzringe 30 sind für die Einpassung an einem (nicht dargestellten) Rohrbündel bestimmt, das fünf Reihen mit jeweils sieben Rohren umfaßt. Der biegsame Steg 32 besteht aus einem biegsamen oder halbstarren Werkstoff, beispielsweise aus Gummi oder Elastomer. Im vorliegenden Beispiel hat der Steg 32 eine allgemein rechteckige Form, wobei er durch zwei lange parallele Kanten 34 und 36 und durch zwei kurze parallele Kanten 38 und 40 begrenzt wird.
Der Steg 32 ist mit einer Mehrzahl von Bohrungen 44 versehen (Figur 4), deren Anzahl in dem betrachteten Beispiel fünfunddreißig beträgt und die in fünf Reihen mit jeweils sieben Bohrungen angeordnet sind, wobei die Bohrungen einer Reihe versetzt im Verhältnis zu den Bohrungen der benachbarten Reihe(n) angeordnet sind.
Jeder der Falzringe 30 (Figur 4) enthält einen ringförmigen Körper, der einen vorderen ringförmigen Rand 46 mit abgerundetem Umriß, um - wie weiter unten erläutert wird - das Einsetzen eines Endes des Rohrs des Rohrbündels zu erleichtern, und einen hinteren ringförmigen Rand 48 besitzt. Der Ring 30 begrenzt einen inneren Durchgang 50, der sich vom hinteren ringförmigen Rand 48 bis zum vorderen ringförmigen Rand 46 fortschreitend konisch erweitert.
Der innere Durchgang 50 bildet auf der Seite des vorderen ringförmigen Rands 46 einen Einführungsbereich, dessen Innenquerschnitt (Durchmesser D1) breiter als der Außenquerschnitt des Endes des Rohrs des Rohrbündels vor der Falzung ist. Außerdem bildet der innere Durchgang 50 auf der Seite des hinteren ringförmigen Rands 48 einen Klemmbereich, dessen Innenquerschnitt (Durchmesser D2) schmaler als der Außenquerschnitt des Endes des Rohrs des Rohrbündels vor der Falzung ist.
Im vorliegenden Beispiel wird der innere Durchgang 50 durch zwei kegelstumpfförmige Wände 52 und 54 begrenzt, die sich auf der Seite des vorderen Rands 46 bzw. des hinteren Rands 48 befinden.
Darüber hinaus umfaßt der Körper des Rings eine ringförmige Umfangsnut 56, in der die Kante der Bohrung 44 aufgenommen werden kann.
Im vorliegenden Beispiel besitzt der Ring 30 eine rotationssymmetrische Form bezogen auf eine Achse XX und ist für die Einpassung in einer ringförmigen Bohrung 44 bestimmt.
Der Ring 30 wird aus einem Werkstoff hergestellt, der starrer als der Werkstoff der Enden der anzuschließenden Rohre ist, beispielsweise aus Metall oder aus einem starren Kunststoff, wie etwa aus glasfaserverstärktem Polyamid.
Es wird nun auf die Figuren 5 und 6 Bezug genommen, um die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu veranschaulichen.
Wie in Figur 5 dargestellt, ist das Ende 18 des Rohrs 20 konisch erweitert, so daß es fest in das Innere des ebenfalls konisch erweiterten Endes 16 des Rohrs 12 eingesteckt werden kann. Der Außendurchmesser des Endes 16 vor der Falzung (Figur 1) ist kleiner als der Durchmesser D1 des Einführungsbereichs des Durchgangs 50 und größer als der Durchmesser D2 des Klemmbereichs des Durchgangs 50 (Figur 4).
Durch Ausübung eines Drucks, hier auf den hinteren ringförmigen Rand 48 jedes Rings 30, in Richtung der Pfeile F (Figur 5) verschiebt sich jeder der Ringe 30 in axialer Richtung, und der entsprechende innere Durchgang 50 des Rings bewirkt die Falzung der zuvor eingesteckten Enden 16 und 18. Im Zuge des Fortgangs der Verschiebung des Rings 30 wird das Ende 16 radial nach innen zusammengedrückt, was wiederum zur Folge hat, daß das Ende 18 ebenfalls radial nach innen zusammengedrückt wird. Da die Rohre 12 und 20 aus einem verformbaren Metall bestehen, beispielsweise aus Aluminium, entsteht eine Falzverbindung zwischen den beiden Enden 16 und 18. Unter der Einwirkung des radialen Drucks, der durch die Verschiebung des Rings 30 erzeugt wird, kommt das Ende 16 mit seiner Innenseite fest an der Außenseite des Endes 18 zur Anlage, wobei ein ausgezeichneter Metall-Metall-Kontakt hergestellt wird, der die möglichen Oberflächenunebenheiten der beiden in Kontakt stehenden Flächen ausgleicht. Von daher ist eine einwandfreie Dichtigkeit gewährleistet. Wenn jeder der Ringe 30 in seine endgültige Position gelangt ist (Figur 6), erkennt man, daß sich der Außendurchmesser des Endes 16 verringert hat und daß sich dieses Ende über einen Wulst 58 an den Körper des Rohrs 12 anschließt. Der Außendurchmesser des Endes 18 hat sich ebenfalls verkleinert, wobei sich dieses Ende an den Körper des Rohrs 20 über einen Wulst 60 und einen kegelstumpfförmigen Teil 62 anschließt, der bereits vor dem Falzvorgang vorhanden war.
Um die Montage des Wärmetauschers auszuführen, werden zunächst die Enden der Anschlußrohre durch die entsprechenden Falzringe, die an dem biegsamen Steg angebracht sind, eingesetzt, so daß die besagten Enden über die Vorderkanten der Ringe vorstehen. Anschließend werden die Enden der Anschlußrohre in den entsprechenden Enden der Rohre des Rohrbündels eingesteckt, woraufhin ein Druck - hier gleichzeitig - auf jeden der Ringe 30 ausgeübt wird, um das gleichzeitige Anfalzen der Enden der Rohre des Rohrbündels an den entsprechenden Enden der Anschlußrohre herbeizuführen.
Da die Falzringe 30 an einem biegsamen Steg 28 (Figuren 1 und 2) oder 32 (Figuren 3 bis 6) angebracht sind, wird jeder der Ringe 30 automatisch um das Ende des entsprechenden Rohrs des Rohrbündels positioniert. Dadurch können etwaige Maßabweichungen des Rohrbündels im Verhältnis zu den Bezugsabmessungen ausgeglichen werden.
Um die gleichzeitige Verschiebung der Falzringe 30 auszuführen, wird vorteilhafterweise eine (nicht dargestellte) Presse benutzt, die Auflagemittel umfaßt, um mit den hinteren Rändern 48 der Falzringe 30 zusammenzuwirken.
Bei den vor stehend beschriebenen Ausführungsformen haben die Ringe und die entsprechenden Bohrungen der biegsamen Stege eine rotationssymmetrische Form, da die benutzten Rohre kreisförmig ausgeführt sind.
Es besteht jedoch die Möglichkeit, Ringe mit anderen Formen, beispielsweise mit ovaler oder länglicher Form, einzusetzen, wenn die anzuschließenden Rohre einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
In diesem Falle werden die Bohrungen im Steg vorzugsweise entsprechend ausgeführt, um die Ringe auszurichten.
Die Erfindung findet bei jeder Art von Wärmetauscher Anwendung, insbesondere bei Wärmetauschern für Klimaanlagen, wie etwa Verdampfer oder Kondensatoren, die von einem Kältemittel durchströmt werden sollen.

Claims

1. Wärmetauscher, bestehend aus einem Bündel (10) von parallelen Rohren (12) mit zugehörigen Enden (16) auf ein und derselben Endseite des Rohrbündels, in denen jeweils mit entsprechender Form ausgeführte Enden (18; 24) von Anschlußrohren (20; 26) eingesteckt und angefalzt werden, was anhand eines Stegs (28; 32) mit daran befindlichen Falzringen (30) erfolgt, die nach einer geometrischen Gestaltung entsprechend derjenigen der Enden (16) der Rohre (12) des Rohrbündels (10) auf der besagten Endseite angeordnet sind, um das Anfalzen der Enden (16) der Rohre (12) des Rohrbündels (10) an den entsprechenden Enden (18; 24) der Anschlußrohre (20; 26) nach ihrem Ineinanderstecken herbeizuführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (28; 32) aus einem halbstarren Werkstoff, beispielsweise aus Gummi oder Elastomer, besteht und daß der Ring (30) aus einem Werkstoff besteht, der starrer als der Werkstoff der Enden der anzuschließenden Rohre ist, beispielsweise aus glasfaserverstärktem Polyamid.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Falzring (30) einen ringförmigen Körper umfaßt, der einen vorderen ringförmigen Rand (46) mit abgerundetem Umriß, um das Einsetzen eines Endes (16) eines Rohrs (12) des Rohrbündels (10) zu erleichtern, und einen hinteren ringförmigen Rand (48) besitzt, wobei dieser Ring einen inneren Durchgang (50) begrenzt, der sich vom hinteren ringförmigen Rand (48) bis zum vorderen ringförmigen Rand (46) fortschreitend konisch erweitert.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Durchgang (50) auf der Seite des vorderen ringförmigen Rands (46) einen Einführungsbereich bildet, dessen Innenquerschnitt (D1) breiter als der Außenquerschnitt des Endes (16) des Rohrs (10) des Rohrbündels (10) vor der Falzung ist, und auf der Seite des hinteren ringförmigen Rands (48) einen Klemmbereich, dessen Innenguerschnitt (D2) schmaler als der Außenquerschnitt des Endes (16) des Rohrs (12) des Rohrbündels (10) vor der Falzung ist.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurc hgekennzeichnet, daß der innere Durchgang (50) durch zwei kegelstumpfförmige Wände (54, 52) begrenzt wird, die miteinander verbunden sind.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (28; 32) Bohrungen (44) enthält, in denen jeweils die Falzringe (30) aufgenommen sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper des Falzrings (30) eine ringförmige Umfangsnut (56) für die Aufnahme der Kante der Bohrung (44) enthält.

7. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Arbeitsgänge umfaßt:

- Einsetzen der Enden (18; 24) der Anschlußrohre (20; 26) durch die entsprechenden Falzringe (30), die am Steg (28; 32) angeordnet sind;

- Einstecken der besagten Enden (18; 24) der Anschluß rohre in den entsprechenden Enden (16) der Rohre (12) des Rohrbündels;

- Verschiebung der Falzringe (30) in einer Richtung, in der sie an die eingesteckten Enden angenähert werden, um das Anfalzen der Enden (16) der Rohre des Rohrbündels an den entsprechenden Enden der Anschlußrohre (20; 26) herbeizuführen.