DE69503951T2

DE69503951T2 - Wärmetauschertank und Wärmetauscher versehen mit einem derartigen Tank

Info

Publication number: DE69503951T2
Application number: DE69503951T
Authority: DE
Inventors: Bjoern S-37453 Asarum Wijkstroem
Original assignee: Valeo Engine Cooling AB
Current assignee: Titanx Engine Cooling Holding AB
Priority date: 1994-04-11
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 1999-01-14
Anticipated expiration: 2015-04-08
Also published as: US5501271A; EP0676608A1; SE501628C2; SE9401212L; SE9401212D0; DE69503951D1; ES2122448T3; BR9501528A; EP0676608B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsbehälter für einen Wärmetauscher sowie einen Wärmetauscher.
Wärmetauscher werden u. a. in Kraftfahrzeugen in Form von Fahrzeugkühlern eingesetzt. Moderne Fahrzeugkühler kommen - vom kleinen Personenkraftwagen bis zum schweren LKW für Ferntransport - in allen Arten von Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, sie an die einzelnen Fahrzeugmodelle und deren Varianten anzupassen, wobei die Größe und Leistung des Fahrzeugs zu berücksichtigen ist. Es ist daher dringend erforderlich, über verschiedene Fahrzeugkühler bzw. über einen gegebenen Fahrzeugkühler in verschiedenen Größen zu verfügen.
Herkömmliche Fahrzeugkühler verfügen über einen oder zwei als "Wasserkästen" bezeichnete Behälter sowie eine zwischen diesen Behältern angeordnete Wärmetauscherbaugruppe. Die Wärmetauscherbaugruppe besteht in der Regel aus mehreren Rohrreihen mit dazwischenliegenden Elementen zur Oberflächenvergrößerung. Der Wasserkasten ist dagegen aus einem trogförmigen Deckel sowie einer Abschlußplatte aufgebaut, die mit den Rohren der Wärmetauscherbaugruppe verbunden ist.
Herkömmliche Fahrzeugkühler lassen sich vollständig (d. h. Behälter und Wärmetauscherbaugruppe) aus Kupfer/ Messing ausführen, können jedoch auch eine Wärmetauscherbaugruppe aus Aluminium sowie einen Behälter mit Kunststoffdeckel und einer Abschlußplatte aus einer Aluminiumlegierung aufweisen.
Die Wärmetauscherbaugruppe des Fahrzeugkühlers ist in ihren Abmessungen leicht veränderlich, da sie aus reihenweise angeordneten Rohren und oberflächenvergrößernden Elementen besteht, bei denen es sich gewissermaßen um Meterware handelt. Die beiden Bestandteile des Wasserkastens werden dagegen jeweils in einem Stück gefertigt, indem Deckel und Abschlußplatte bei reinen Kupfer/Messing-Kühlern tiefgezogen werden bzw. bei Aluminium/Kunststoffkühlern der Kunststoffdeckel im Spritzgußverfahren hergestellt und die Aluminium-Abschlußplatte tiefgezogen wird. Zur Herstellung dieser Komponenten sind unabhängig davon, ob die Herstellung im Tiefzieh- oder Spritzgußverfahren erfolgt, für jede Baugröße des Wasserkastens separate Werkzeuge erforderlich. Dies kann insofern problematisch werden, als die Herstellung jedes Werkzeugs mit erheblichen Kosten verbunden ist.
Aus den genannten Gründen besteht anerkanntermaßen Bedarf an einer Lösung, die eine Verbesserung gegenüber den vorbekannten Verfahren darstellt, zumal wenn es darauf ankommt, einen Fahrzeugkühler bestimmter Größe in lediglich geringer Stückzahl herzustellen.
Die vorbekannte Druckschrift GB-A-2098313 sieht einen Wärmetauscher-Behälter mit einer langgestreckten, U- förmigen Grundplatte vor, die ein Stegteil sowie zwei Flansche umfaßt. Ein U-förmiger Deckel weist ebenfalls Flansche auf, die mit den Flanschen der Grundplatte verbunden werden, wobei zwei tassenförmige Endstücke innerhalb der Deckelenden befestigt werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht einen Wärmetauscher-Behälter vor, der sich einfach an Wärmetauscher unterschiedlicher Abmessungen anpassen läßt.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht diese einen Wärmetauscher mit einer Wärmetauscherbaugruppe sowie einem Wärmetauscher- Behälter gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vor.
Im nachfolgenden Text sollen zur Verdeutlichung zwei Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, wobei
Abb. 1 eine Explosionsdarstellung eines Wärmetauscher- Oberteils mit einem Wärmetauscher-Behälter gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Abb. 2 ein Endteil eines erfindungsgemäßen Wärmetauscherbehälters in perspektivischer Darstellung zeigt;
Abb. 3 den Fahrzeugkühler-Wasserkasten aus Abb. 1 im Längsschnitt zeigt;
Abb. 4 eine Explosionsdarstellung eines Teils eines Wärmetauscher-Behälters gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt
In den Zeichnungen wird auf analoge Teile jeweils durch analoge Bezugszeichen verwiesen.
Abb. 1 zeigt ein Oberteil eines Wärmetauschers, der einen allgemein mit dem Bezugszeichen 1 benannten Behälter gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfin dung umfaßt. Der Fahrzeugkühler ist aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Der Behälter 1 besteht aus einem U-förmigen Mittelstück 2, zwei Endstücken 3, 4 sowie einer Abschlußplatte 5, die mit den Rohren 6 der Wärmetauscherbaugruppe 7 verbunden ist. Das Endstück 3 ist tassenförmig und weist eine nach unten abgeschrägte Wandung 8, zwei leicht gerundete Seitenwände 9, 10 sowie einen U-förmigen Verbindungsflansch 11 auf, der die Mündung des Endstücks 3 bildet. Zudem verfügt das Endstück über 3 zwei Seitenflansche 12, 13, die sich über seine Seitenwände erstrecken und eine Fortsetzung der Seitenwand nach unten darstellen, sowie über eine Befestigungszunge 14, die von dem hinteren (d. h. der Mündung entgegengesetzten) Ende des Endstücks 3 nach unten verläuft. Von dem jeweiligen Führungsflansch 12, 13 erstrecken sich im wesentlichen rechtwinklig die Fixierungslippen 15 nach innen.
Das zweite Endstück 4 ist, wie aus Abb. 2 erkennbar, mit Ausnahme eines an der oberen Wandung 8 des Endstücks 4 angesetzten Rohrstutzens 26 mit dem ersten Endstück identisch.
Das Mittelstück 2 besteht aus einem U-förmig gebogenen Blech mit einem Steg 17 sowie zwei Flanschen 18, 19.
Die Abschlußplatte 5 besteht ebenfalls aus einem U- förmig gebogenen Blech mit einem Steg 20 sowie zwei Flanschen 21, 22, die jedoch über etwa die Hälfte der Breite nach außen und oben umgebogen sind, so daß sie eine Nut 23, 24 bilden. Die Länge dieser Nut 23, 24 entspricht der Länge des Mittelstücks 2. In dem Steg 20 der Abschlußplatte 5 sind zudem Öffnungen 25 zur Aufahme der Rohre 6 der Wärmetauscherbaugruppe 7 vorgesehen.
Alle Bestandteile des Fahrzeugkühler-Wasserkastens sind vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, damit sie sich mittels Hartlöten verbinden lassen.
Die Flansche 18, 19 des Mittelstücks, die Flansche 21, 22 der Abschlußplatte sowie die Führungsflansche 12, 13 der Endstücke sind sämtlich mit einer Verjüngung um etwa 1º ausgeführt, um den Zusammenbau zu erleichtern. Der Zusammenbau des Wasserkastens wird wie folgt vorgenommen:
Auf die Abschlußplatte 5 wird das Mittelstück so aufgesetzt, daß seine Flanschkanten von den Nuten 23, 24 aufgenommen werden. Dabei werden die Flansche des Mittelstücks mit ihren Unterseiten eng gegen die Innenwand der jeweiligen Nut (d. h. den nicht aufwärts gebogenen Teil des Flansches 21, 22 der Abschlußplatte) zur Anlage gebracht. Dies wird dadurch erzielt, daß der Innenabstand der Flansche 18, 19 des Mittelstücks gleich der Breite des Stegs 20 der Abschlußplatte gewählt wird. Die Flansche des Mittelstücks werden dann leicht auseinandergebogen, um sich in die Nuten einsetzen zu lassen.
Danach werden die Endstücke - ausgehend von den Enden der Abschlußplatte 5 - aufgeschoben, bis ihre Führungsflansche 12, 13 eng an den Flanschen 21, 22 der Abschlußplatte 5 anliegen und ihre Zunge 14 die zu diesem Endstück weisende Kante des Stegs 20 berührt. Die Abmessungen des Verbindungsflansches 11 sind so gewählt, daß sich die Kante des U-förmigen Mittelstücks mit ihm verbinden und letzteres sich nach unten gegen die Abschlußplatte 5 drücken läßt, so daß der Verbindungsflansch das Mittelstück mit überlappendem Sitz umgreift. Diese Passung ist in Abb. 3 noch einmal verdeutlicht.
Wie aus Abb. 3 ferner erkennbar, erfolgt die Fixierung der Endstücke 3, 4 in waagerechter und senkrechter Richtung dadurch, daß die Zunge 14 unter dem Steg 20 der Abschlußplatte nach innen umgebogen und zudem die Führungslippen 15, 16 um die Flansche der Abschlußplatte 5 gebogen werden.
Eine Fixierung des Mittelstücks in senkrechter Richtung erfolgt zudem dadurch, daß der Verbindungsflansch über den Steg des Mittelstücks heruntergedrückt (siehe Abb. 3) und dann die Nut so zusammengepreßt wird, daß sie denjenigen Teil des Mittelstücks, der sich in der jeweiligen Nut befindet, fest umschließt.
Zusammengefügt werden die Komponenten des Wasserkastens anschließend durch Hartlöten in einem Vakuumofen. Dabei schmelzt eine dünne Oberflächenbeschichtung des jeweiligen Teils ab und bildet ein Lot, das die Teile entlang ihrer Überlappungen verbindet. Im Interesse dieses Vorgangs ist es wünschenswert, daß die überlappenden Teile eng aneinander anliegen, um ein besseres Lötergebnis zu erzielen. Ein schmaler Luftspalt ist zwar zulässig, darf jedoch eine Tiefe von 0,1 mm nicht überschreiten.
Abb. 4 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Behälters, bei der ebenfalls die Endstücke 3, 4 verwendet werden. Da diese jedoch mit denjenigen der ersten Ausführungsform identisch sind, wurde auf ihre erneute Abbildung hier verzichtet.
Auch dieser Wasserkasten verfügt über ein U-förmiges Mittelstück 30 mit einem Steg 31 und zwei Flanschen 32, 33. Anders als bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind jedoch in diesem Fall die Flansche 32, 33 mit den Führungsflanschen 34, 35 ausgestattet. Diese Führungsflansche 34, 35 des Mittelstücks weisen ähnlich den Führungsflanschen 12, 13 der Endstücke 3, 4 eine nach innen umgebogene Fixierungslippe 36, 37 auf.
Der Wasserkasten verfügt zudem über die Abschlußplatte 38, die U-förmig gebogen ist und somit einen den Behälterboden bildenden Steg 39 sowie zwei Flansche 40,41 aufweist.
Die Montage des Mittelstücks auf der Abschlußplatte erfolgt dadurch, daß entweder die Flansche 32, 33 des Endstücks soweit nach außen gebogen werden, bis die Führungsflansche 34, 35 der Flansche 32, 33 rastend die Flansche 40,41 der Endplatte hintergreifen und sich die Führungsflansche 34, 35 daraufhin eng an die Flansche 40,41 anlegen, oder daß das Mittelstück 30 vom Ende der Abschlußplatte 30 aufgeschoben wird, wobei die Führungsflasche außerhalb der Abschlußplatte 30 auf deren Flanschen aufliegen, d. h. auf dieselbe Weise, wie auch in der ersten Ausführungsform die Endstücke aufgeschoben werden.
Danach werden die Fixierungslippen 36, 37 aufwärts und nach innen gebogen bzw. abgekantet, bis sie sich an die entsprechende Innenseite der Flansche 40,41 der Abschlußplatte 38 anlegen. Anschließend werden die Endstücke 3, 4 genauso aufgeschoben wie in der ersten Ausführungsform, wonach die gesamte Behälterbaugruppe im Vakuumofen verlötet wird.
Mittels dieser Erfindung wird gegenüber vorbekannten Verfahren eine Vielzahl von Vorteilen erzielt. Durch die Aufteilung des Wasserkastendeckels in ein Mittelstück und zwei Endstücke lassen sich die Mittelstücke als Meterware ausführen, d. h. in sehr großen Längen fertigen und dann auf das für den jeweiligen Kühler benötigte Längenmaß zuschneiden. Auch die Endstücke können für Kühler von unterschiedlicher Länge standardisiert ausgeführt werden. Zum Tiefziehen der Endstücke muß daher nur ein einziges Werkzeug gefertigt werden, wogegen das Werkzeug zur Herstellung der Mittelstücke vollständig entfällt, da letztere aus einem flachen Blechrohling gebogen oder gewalzt werden. Das U-förmige Profil der Abschlußplatte ist ebenfalls aus Meterware herstellbar, die dann abgelängt wird, bevor das etwaige Umbiegen der Flansche zur Herstellung der Nut erfolgt, wie z. B. bei der ersten Ausführungsform. Die Herstellung der Abschlußplatte erfolgt ebenfalls durch Biegen oder Walzen, so daß auf kostspieliges Werkzeug verzichtet werden kann.
Aufgrund der Konstruktion des Mittelstücks und der Abschlußplatte sowie der standardisierten Ausführung der Endstücke wird die Länge des Wasserkastens je nach erforderlicher Länge des Fahrzeugkühlers völlig frei wählbar.
Die Konstruktion der einzelnen Teile und das Verfahren zu ihrer Verbindung bieten zudem die Möglichkeit, diese zusammenzufügen, ohne daß bei dem anschließenden Hartlötvorgang spezielle Vorrichtungen benötigt werden.
Es wird eingeräumt, daß sich die Erfindung im Rahmen des Schutzumfangs der Patentansprüche auf vierlei Art abwandeln läßt. So bestehen z. B. die Wasserkästen der beiden bevorzugten Ausführungsformen aus Aluminium und werden durch Hartverlöten ihrer Bestandteile gefertigt - es liegt jedoch durchaus im Bereich der Erfindung, einen Wasserkasten aus einem anderen Werkstoff wie z. B. Edelstahl oder Kunststoff herzustellen. Allerdings wäre zur Montage eines entsprechend konstruierten Wasserkastens aus Kunststoff naturgemäß ein anderes Fügeverfahren (z. B. Kleben) erforderlich.

Claims

1. Wärmetauscher-Behälter mit einer langgestreckten U- förmigen Platte (5, 38), einem Deckel sowie zwei separat hergestellten tassenförmigen Endstücken (3, 4), wobei

- die Platte (5, 38) ein Stegteil (20,39) sowie zwei Flansche (21, 22; 40,41) aufweist;

- der Deckel ein U-förmiges Mittelteil (2, 30) umfaßt, das mit seinen Flanschen (18, 19; 32, 33) an den Flanschen (21, 22; 40,41) der Platte befestigt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

- jedes Endstück (3, 4) über Seitenwände verfügt, die ein zu einer Mündung geformtes U-förmiges Flanschteil bilden, das sich mit einem Teil des äußeren Umfangs des U-förmigen Mittelstücks (2, 30) so überlappt, daß dieses Teil innerhalb der Mündung liegt;

- jedes Endstück (3, 4) zwei Führungsflansche (12, 13) aufweist, die eine Fortsetzung der Seitenwände darstellen und sich entlang der Flansche (21, 22; 40,41) der Platte erstrecken, wobei diese Führungsflansche (12, 13) mit den Flanschen (21, 22; 40,41) der Platte verbunden werden und so ausgeführt sind, daß sie bei der Montage das Aufschieben der Endstücke (3,4) - ausgehend von den Enden der Platte - erlauben, bis diese die gewünschte Paßverbindung mit dem Mittelstück eingehen.

2. Wärmetauscher-Behälter gemäß Anspruch 1, wobei die Führungsflansche (12, 13) über Fixierungslippen (15, 16) verfügen, die so angeordnet sind, daß sie sich um die angrenzende Kante der Platte (5) biegen lassen, um das Endstück (3, 4) an dieser zu befestigen.

3. Wärmetauscher-Behälter gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Flansche (21, 22) der Platte über eine Strecke, die der Länge des Mittelstücks 2 entspricht, nach außen zu Nuten (23, 24) gebogen sind, in denen das Mittelstück (2) fixiert wird.

4. Wärmetauscher-Behälter gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Flansche (32, 33) des Mittelstücks über Führungsflansche (34, 35) verfügen, die an den Flanschen (40,41) der Platte befestigt und so ausgebildet sind, daß sie das Mittelteil (30) in seinen gewünschten Sitz auf der Platte (38) führen.

5. Wärmetauscher-Behälter gemäß Anspruch 4, wobei die Führungsflansche des Mittelstücks über eine Fixierungslippe (36, 37) verfügen, die so ausgebildet ist, daß sie sich um die angrenzende Kante des Plattenflansches (40,41) umbiegen läßt, um das Mittelstück (2) an der Platte (38) zu befestigen.

6. Wärmetauscher, der mit einer Wärmetauscherbaugruppe (7) sowie mindestens einem Wärmetauscher-Behälter gemäß einem der Ansprüche 1-5 ausgestattet ist.