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Die vorliegende Erfindung betrifft Verteilerteil- und
Behältervorrichtungen zur Verwendung in einem
Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Heutige Wärmetauscher-Bauarten weisen häufig zwei
zueinander beabstandete Verteilerteil- und
Behältervorrichtungen (sog. Wasserkästen) auf. Diese
Verteilerteil- und Behältervorrichtungen sind durch im
wesentlichen parallel verlaufende, endseitig offene
Röhren verbunden, die mit dem Inneren jeder dieser
Vorrichtungen in Strömungsverbindung stehen. Quer zu
diesen Röhren erstrecken sich zwischen den
Verteilerteil- und Behältervorrichtungen oft mehrere
flache oder schlangenförmig verlaufende Rippen.
Typischerweise werden solche Wärmetauscher z.B. in
Fahrzeugkühlern und Kondensatoren, aber auch in
zahlreichen anderen Anwendungen eingesetzt.
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Die Montage von Wärmetauschern durch Einführen
endseitig offener Röhren in die Öffnungen
gegenüberliegender Verteilerteile der Verteilerteil- und
Behältervorrichtungen hat sich in der Vergangenheit
als schwierig erwiesen. Diese Röhren sind häufig aus
relativ weichen Werkstoffen hergestellt und können
daher beim Einführen in die Verteilerteile leicht
beschädigt werden, insbesondere bei der Fertigung
unter Großserienbedingungen. Derartige Schäden können
u.a. Verformungen der Rohrwandungen oder Rohrenden
umfassen, wodurch der Flüssigkeitsstrom durch die
Röhre behindert wird.
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Schwierig ist nicht nur die Montage der
Verteilerteil- und Behältervorrichtung, sondern auch die präzise
Positionierung der röhrenförmigen Elemente sowie die
Aufrechterhaltung des richtigen Abstandes zwischen
diesen Elementen.
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JP-A-2309196, die als der Erfindung naheliegendster
Stand der Technik gilt, beschreibt einen Aufbau für
einen Wärmetauscher, der ein geschlitztes Element
sowie einen Rohraufbau mit in diese Schlitze
hineinreichenden Teilen umfaßt. Der Rohraufbau weist mehrere
in Längsrichtung zueinander beabstandete,
langgestreckte Schlitze zur Aufnahme von Röhrenkörpern,
mehrere zwischen jeweils einem Schlitzpaar angeordnete
Mittelteile sowie in die Schlitze hineinragende
Wandteile auf. Die Mittelteile verfügen über einen
Scheitelteil sowie in Umfangsrichtung verlaufende
Seitenteile, die in Längsrichtung des Aufbaus im
wesentlichen flach sind und sich jeweils ausgehend von
einem Scheitelteil in Querrichtung erstrecken.
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US-A-5052480 beschreibt ein Verteilerrohr für einen
Wärmetauscher mit einer Röhrenkörper-Aufnahmefläche
sowie einer Grundfläche, wobei diese Röhrenkörper-
Aufnahmefläche mehrere in Längsrichtung zueinander
beabstandete, langgestreckte Schlitze zur Aufnahme von
Röhrenkörpern des Wärmetauschers sowie zwischen einem
Schlitzpaar jeweils einen Mittelteil aufweist und
diese Mittelteile mit einem im wesentlichen flachen
Umfangsteil ausgestattet sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
eines oder mehrere der vorgenannten Probleme zu
überwinden.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist nach einem ersten
Aspekt der Erfindung eine röhrenförmige
Verteilerteil- und Behältervorrichtung zur Verwendung in einem
Wärmetauscher, ausgestattet mit einer Röhrenkörper-
Aufnahmefläche sowie einer Grundfläche, wobei die
Röhrenkörper-Aufnahmefläche mehrere in Längsrichtung
zueinander beabstandete, langgestreckte Schlitze zur
Aufnahme von Röhrenkörpern sowie jeweils zwischen
einem Paar dieser Schlitze angeordnete Mittelteile
aufweist und diese Mittelteile jeweils über einen
Scheitelteil sowie ein Paar in der Umfangsrichtung
verlaufende Seitenteile verfügen, die in der sich quer
von jedem Scheitelteil erstreckenden Längsrichtung der
Vorrichtung im wesentlichen flach geformt sind, sowie
ferner ausgestattet mit einem Paar Führungsflächen,
die das Einführen von Röhrenkörpern in die genannten
Schlitze erleichtern und in Längsrichtung von den
Mittelteilen in Richtung auf den jeweils angrenzenden
Schlitz verlaufen, dadurch gekennzeichnet,daß der
Scheitelteil im wesentlichen ebenflächig ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein
Blockteil mit röhrenförmigen Elementen, zwischen denen
Abstandshalter angeordnet sind, in langgestreckte und
zueinander beabstandete Aufnahmeschlitze in den
separaten Verteilerteilflächen der Verteilerteil- und
Behälterflächen eingeführt.
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Die Schlitze eines Verteilerteils der Vorrichtung
werden dabei gegenüber entsprechenden Schlitzen der
anderen Verteilerteilfläche fluchtend ausgerichtet,
wobei sich die röhrenförmigen Elemente durch diese
fluchtenden Schlitze der einzelnen Verteilerteile
zwischen den Verteilerteil- und Behältervorrichtungen
erstrecken.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung
sieht diese ein Verfahren zur Herstellung eines
röhrenförmigen Verteilerteils zur Verwendung in einem
Wärmetauscher vor, wobei dieses Verfahren folgende
Schritte umfasst:
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a) Bereitstellung eines im wesentlichen röhrenförmigen
Materials, das zur Verwendung in einem
Wärmetauscher geeignet ist;
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b) Aufsetzen eines Stanzwerkzeugs auf eine Innenfläche
des im wesentlichen röhrenförmigen Materials;
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c) Ausstanzen langgestreckter Schlitze in das
röhrenförmige Material unter Einsatz eines
Stanzwerkzeuges, das nicht nur die Schlitze ausstanzt,
sondern auch die zwischen diesen Schlitzen
liegenden Mittelteile mit im wesentlichen
ebenflächigen Scheitelteilen formt;
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d) Ausbildung im Umfangsrichtung verlaufender
Seitenteile, die in der sich quer von jedem Scheitelteil
erstreckenden Längsrichtung der Vorrichtung im
wesentlichen flach geformt sind, indem auf die
Seitenteile zwischen den langgestreckten Schlitzen
ein Druck ausgeübt wird, wobei diese Mittelteile
Führungsflächen erhalten, die sich von den
Scheitel- und Seitenteilen in Längsrichtung - in
dem Verteilerteil einwärts gerichtet - bis zu den
jeweils angrenzenden Schlitzen erstrecken.
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Die Wärmetauscheranordnung kann dabei innerhalb der
einzelnen Verteilerteil- und Behältervorrichtungen
abgeteilte Bereiche oder Kammern umfassen. Diese
Unterteilungen werden durch Unterteilungselemente innerhalb
der Verteilerteil- und Behältervorrichtung
hergestellt, die die Verteilerteil- und Behältervorrichtung
in separate Kammern aufteilen.
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Die Teile der Verteilerteilflächen, die sich jeweils
an einen der langgestreckten Schlitze für die
röhrenförmigen Elemente anschließen und dabei im
wesentlichen oberhalb dieser Schlitze liegen, weisen
Mittelteile mit jeweils einer sehnenförmigen Abflachung auf,
die in Querrichtung entlang der Verteilerteilfläche
verlaufen. Der ebenflächige Scheitelteil sowie die in
Querrichtung verlaufende Seitenteilabflachungen
erzeugen im Zusammenwirken mit einer in die Seitenteile
integrierten Führungsfläche einen steilen
Trichtereffekt zur Einführung der Röhrenkörper in die Schlitze
des Verteilerteils. Die langgestreckten Schlitze
zwischen den Mittel- und Seitenteilen mit ihren
Abflachungen werden durch die Führungsfläche
definiert, die sich an jeden der langgestreckten Schlitze
anschließt. Das Vorhandensein dieser steilen
Einführungsöffnung, die durch die Führungsfläche gebildet
wird, ist für den schnellen gleichzeitigen Einbau
mehrerer Röhren in die entsprechenden Schlitze der
Verteilerteile wichtig. Durch die vorliegende
Erfindung werden Beschädigungen der Rohrwandungen und Enden
verhindert und/oder weitmöglichst verringert.
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Die ebenflächigen Scheitelteile sorgen zudem für
gleichmäßigere Abmessungen der Übergänge, wobei sich
durch die engeren Wandungen eine bessere Verbindung
und Fügefestigkeit ergibt.
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Die erfindungsgemäße Verteilerteil- und
Behältervorrichtung kann zudem Erhebungen auf der Grundfläche
der Verteilerteil- und Behältervorrichtung aufweisen,
wobei diese Erhebungen den ebenflächigen
Scheitelteilen der Mittelteile gegenüberliegen. Diese
gegenüberliegende Erhebung erleichtert das Erfassen und
Halten des Verteilerteils in seiner richtigen
Drehund
Parallelstellung beim lotrechten Einsetzen der
Röhren und Halterungskörper.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird
beim Stanzvorgang automatisch eine innenliegende
Abflachung hergestellt. Die beim Stanzvorgang verwendete
Matrize, die das Metall des Verteilerteils gegen
Verformung fixiert, weist hierzu eine Abflachung auf, die
dem Stanzstempel einen Widerstand entgegensetzt. Diese
innnenliegende Abflachung unterstützt bei schnellen
Produktionsabläufen in vorteilhafter Weise die
Fixierung der Unterteilungselemente.
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Bei der hierin beschriebenen Ausführungsform handelt
es sich im wesentlichen um eine einstückige Anordnung.
Die vorliegende Erfindung umfaßt jedoch auch
Ausführungsformen, bei denen die Verteilerteil- und
Behältervorrichtung aus separaten Verteiler- und
Behälterteilen zusammengesetzt ist.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung werden
nachstehend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei
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Abb. 1 eine perspektivische Ansicht einer
Ausführungsform der Erfindung zeigt, bei der die Oberfläche des
Verteilerteils mehrere Rippen mit Abflachungen sowie
Schlitze aufweist;
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Abb. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der
Ausführungsform aus Abb. 1 darstellt, in der die
Oberflächenteile des Verteilerteils deutlicher erkennbar
sind;
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Abb. 3 eine Querschnitts-Vorderansicht der
Ausführungsform aus Abb. 1 darstellt;
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Abb. 4 eine Querschnittsansicht in der Ebene A-A der
Abb. 3 zeigt;
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Abb. 5 einen Teil der Ausführungsform aus Abb. 2 in
der Draufsicht zeigt.
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Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist in Abb. 1 dargestellt. Diese
Ausführungsform umfaßt einen Verteilerteil 11, in den sich
eine Vielzahl von Röhren 12 einführen läßt, die durch
Abstandselemente wie z.B. schlangenförmige Rippen
voneinander getrennt sind und auf Wunsch seitliche
Abschlußplatten 13 aufweisen können. Die Einführung
dieser Röhren 12 erfolgt in Schlitze 16, die in dem
Verteiler-Oberflächenteil bzw. der Röhrenkörper-
Aufnahmefläche 15 vorgesehen sind.
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Wie aus den Abbildungen ersichtlich, weist der
Verteiler-Oberflächenteil 15 eine Reihe im
wesentlichen parallel zueinander verlaufender, langgestreckter
Schlitze oder Öffnungen 16 auf, die die offenen Enden
der röhrenförmigen Elemente 12 aufnehmen. Die
röhrenförmigen Elemente 12 können in den Schlitzen bzw.
Öffnungen 16 auf jede geeignete Weise abgedichtet und
mit dieser so haftend verbunden werden, daß der
erforderliche Zusammenhalt - zumal bei den in der
Wärmetauscherbaugruppe herrschenden
Druckverhältnissen - gewährleistet ist. Die Erhebungen 22 unterstützen die
Fixierung des Verteilerteils beim Einführen der
offenen Enden 19 der Röhren 12 in die Schlitze 16 des
Verteilerteils 11.
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Der zwischen den langgestreckten Schlitzen 16 liegende
Bereich jeder Verteilerteilfläche 15 umfaßt
Mittelteile 20, die im wesentlichen oberhalb dieser
langgestreckten
Schlitze 16 liegen. Der Scheitel dieser
Mittelteile 20 weist jeweils ein im wesentlichen
ebenflächiges Teil 17 auf, das hierin als
Scheitelabflachung bezeichnet wird und den Erhebungen 22
gegenüberliegt. Von dieser Scheitelabflachung 17
erstreckt sich in beiden Richtungen eine im wesentlichen
in Umfangsrichtung verlaufende Seitenabflachung 18.
Ausgehend von jedem Mittelteil 20 erstreckt sich zudem
in Längsrichtung des Verteilerteils - und in der
Verteilerteil-Oberfläche 15 nach innen
gerichtet - eine Führungsfläche 23. Durch das Vorhandensein der
Scheitelabflachung 17 sowie der im wesentlichen in
Umfangsrichtung verlaufenden Seitenteilabflachung 18
kann die Führungsfläche einen steilen Trichtereffekt
ausüben, durch den die Röhren in die Schlitze des
Verteilerteils geführt werden. Die langgestreckten
Schlitze 16 sind dabei durch die
nebeneinanderliegenden Mittelteile 20 sowie die Führungsflächen 23
definiert.
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Die Abb. 2, 3, 4 und 5 zeigen vergrößerte Ansichten
eines Bereichs der Verteilerteil-Oberfläche 15, die
den erfindungsgemäßen Schlitzaufbau näher
verdeutlicht. Abb. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung
eines Bereichs der Verteilerteil-Oberfläche 15 mit den
Schlitzen 16, den Scheitelabflachungen 17 sowie den
Seitenabflachungen 18. Die Abb. 3, 4 und 5 zeigen die
bereits in Abb. 2 dargestellten Merkmale, jedoch in
anderen Perspektiven des Schlitzaufbaus des
Verteilerteils. Auf der Innenwand des Verteilerteils wird bei
dem Stanzvorgang, mit dem die erfindungsgemäße
Verteilerteil- und Behälteranordnung hergestellt wird,
die der Spitzenabflachung 17 sowie der
Seitenteilabflachung 18 entsprechende Abflachung 21 erzeugt.
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Die erfindungsgemäße Verteilerteil- und
Behälteranordnung wird in einem zweistufigen Verfahren
gefertigt. Die langgestreckten Schlitze sowie die
Mittelteilabflachungen werden durch einen Preß und
Stanzvorgang gegen eine im Inneren des Verteilerteils
liegende Matrize hergestellt. Bei diesem Schritt werden
sowohl die langgestreckten Schlitze als auch die
Mittelteile mit ihren Scheitelabflachungen gebildet.
Aufgrund der Matrize wird dabei zugleich die der
Scheitelabflachung gegenüberliegende Innenabflachung
21 erzeugt. Danach wird im Zuge des Stanzvorgangs eine
Abflachung im Inneren des Verteilerteils - zwischen
den Schlitzen - hergestellt. Diese Abflachungen in dem
zwischen den Schlitzen liegenden Bereich verstärken
den Trichtereffekt und optimieren die Herstellbarkeit
der Wärmetauscher.