DE69503972T2

DE69503972T2 - Verstärkte Endplatte für Wärmetauscher

Info

Publication number: DE69503972T2
Application number: DE69503972T
Authority: DE
Inventors: Dany F-78660 Ablis Bouquel; Daniel F-75018 Paris Hervel; Jean-Louis F-92600 Asnieres Laveran
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 1994-05-26
Filing date: 1995-05-22
Publication date: 1998-12-10
Anticipated expiration: 2015-05-23
Also published as: US5492172A; FR2720490A1; KR950033405A; BR9502551A; ES2122392T3; DE69503972D1; FR2720490B1; EP0684441A1; EP0684441B1

Description

Die Erindung betrifft eine Sammelplatte, die dazu bestimmt ist, den Innenraum einer Endkammer eines Wärmetauschers, insbesondere eines Kühlers für ein Kraftfahrzeug, zu begrenzen, und die Öffnungen für den Durchgang von Rohren für den Umlauf eines Wärmeträgermediums aufweist, die in einem in etwa ebenen Bereich der Platte vorgesehen sind, der sich an mindestens einen gekrümmten Bereich mit allgemein zylindrischer Form anschließt, der sich von der Ebene des ebenen Bereichs auf der Seite des besagten Innenraums entfernt.
Derartige Sammelplatten sind beispielsweise aus der US-A-5 107 926 bekannt und werden insbesondere in Kühlem benutzt, die zur Kühlung der Ladeluft von Kraftfahrzeugen dienen, bei denen die Ladeluft, die in der Endkammer und in den Rohren zirkuliert, einen hohen Druck und eine hohe Temperatur aufweist, die 100ºC übersteigen kann. Daraus ergeben sich für die Sammelplatte mechanische und thermische Beanspruchungen, die, vor allem wenn sie aus einer Aluminiumlegierung besteht, eine Rißbildung entlang der Erzeugenden des gekrümmten Bereichs zur Folge haben können, nachdem dieser bereits eine Ermüdung bei dem Rundbiegevorgang erfahren hat, durch den er hergestellt wurde.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine Sammelplatte bereitzustellen, die hohen mechanischen und thermischen Beanspruchungen einwandfrei standhalten kann.
Die Erfindung bezieht sich vor allem auf eine Sammelplatte der eingangs genannten Art und sieht vor, daß die besagte zylindrische Form ohne Werkstofftrennung durch eine Vielzahl von zurückgesetzten Zonen unterbrochen wird, die entlang ihrer Erzeugenden verteilt sind und die sich jeweils auf ihrer gesamten Bogenlänge erstrecken, wobei die Innen- und Außenflächen der Platte nach innen versetzt sind und wobei ihre Dicke in Höhe dieser zurückgesetzten Zonen und im Verhältnis zu den Flächen und zu der Dicke, die der zylindrischen Form entspricht, vergrößert ist.
Die in den zurückgesetzten Zonen festgestellte Vergrößerung der Dicke ist durch die Notwendigkeit zu erklären, bei gleichbleibendem Volumen die Verringerung der Dickenabmessung in der Richtung der Bogenlänge auszugleichen, die durch den Versatz des Werkstoffs zur Krümmungsmitte hin bedingt ist. Dabei ist davon auszugehen, daß diese örtlich begrenzte Vergrößerung der Dicke die entlang der Erzeugenden erfolgende Ausbreitung von Beanspruchungen oder Verformungen verhindert, die zum Bruch führen könnten.
Nach bevorzugten Ausführungsarten der Erfindung ist folgendes vorgesehen:
- Jede zurückgesetzte Zone weist in einer Ebene, die parallel zur Erzeugenden verläuft und durch die Dicke der Platte hindurchgeht, ein Profil in Form einer abgerundeten Auszackung und/oder mit erweiterten Flanken auf.
- Der gekrümmte Bereich schließt sich an den beiden Enden seiner Bogenlänge an den besagten ebenen Bereich bzw. an einen Randbereich an, der sich in etwa entlang einer Ebene erstreckt, die senkrecht zu der Ebene des vorangehenden Bereichs verläuft.
- Die Flächen des gekrümmten Bereichs verlaufen in etwa tangential zu den Flächen des ebenen Bereichs und gegebenenfalls zu den Flächen des Randbereichs.
- Der ebene Bereich hat eine längliche Form und schließt sich mit seinen beiden in etwa parallelen Seiten an zwei gekrümmte Bereiche an, die die besagten zurückgesetzten Zonen aufweisen.
- Die besagten zurückgesetzten Zonen erstrecken sich durchgehend von einem zum anderen der gekrümmten Bereiche, indem sie die ebene Form des besagten ebenen Bereichs unterbrechen, wobei jede der besagten Öffnungen zwischen zwei benachbarten zurückgesetzten Zonen angeordnet ist.
- Sie ist aus einer Aluminiumlegierung ausgeführt.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Sammelplatte, wie sie vorstehend definiert wurde, bei dem man von einer in etwa ebenen Platte mit einer in etwa gleichmäßigen Dicke ausgeht, den Werkstoff der Platte senkrecht zu ihrer Ebene in zueinander beabstandeten und in dieser Ebene aufeinander ausgerichteten Zonen drückt, zumindest einen Bereich dieser Platte rundbiegt, um ihm eine allgemein zylindrische Form zu geben, wobei er von der Ausgangsebene der Platte in der Richtung entfernt wird, in die der Werkstoff gedrückt wurde, wobei die Erzeugende der besagten zylindrischen Form parallel zur Fluchtrichtung der besagten Zonen verläuft und wobei sich diese auf der gesamten Bogenlänge der zylindrischen Form erstrecken, wobei die besagten Öffnungen vor, während oder nach den vorstehenden Vorgängen in dem Bereich der Platte ausgeführt werden, der in der Ausgangsebene bestehen bleibt.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf einen Wärmetauscher, insbesondere auf einen Kühler eines Kraftfahrzeugs, der eine Endkammer enthält, deren Innenraum durch eine Sammelplatte der vorstehend definierten Art begrenzt wird und mit Rohren für den Umlauf eines Wärmeträgermediums in Verbindung steht, die durch die besagten Öffnungen hindurchgehen.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eingehender dargelegt. Darin zeigen im einzelnen:
- Figur 1 eine Draufsicht auf eine bekannte Sammelplatte;
- Figur 2 eine vergrößerte Teildraufsicht auf eine erfindungsgemäße Platte;
- die Figuren 3 und 4 Teilschnittansichten entlang der Linie III-III von Figur 5 und entlang der Linie IV-VI von Figur 2;
- die Figuren 5 und 6 Teilschnittansichten entlang den Linien V-V bzw. VI-VI von Figur 2, wobei Figur 6 die Sammeiplatte in einer Zwischenphase ihrer Herstellung zeigt; und
- Figur 7 Profile der Sammelplatte entsprechend den Figuren 2 bis 6.
Figur 1 zeigt eine bekannte Sammelplatte 1, die als Bestandteil eines Ladeluftkühlers für ein Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Diese Sammelplatte hat die gleiche Gesamtform wie die erfindungsgemäße Sammelplatte, die weiter unten im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 6 eingehender beschrieben wird. Sie wird aus einem länglichen Blechrechteck aus einer Aluminiumlegierung ausgeführt und umfaßt einen ebenen Bereich 2 in Form eines länglichen Rechtecks, der sich an seinen beiden Längsseiten jeweils an hochgebogene Kanten 3, 4 anschließen, die sich beide, bezogen auf die Ebene der Figur, nach vorn erstrecken, was über viertelkreisförmig gekrümmte Bereiche erfolgt. Der ebene Mittelbereich 2 ist mit Öffnungen 5 versehen, die in der Längsrichtung der Platte aufeinander ausgerichtet und für den Durchgang von Rohren für die Zirkulation der zu kühlenden Luft bestimmt sind, wobei jede dieser Öffnungen die allgemeine Form eines länglichen Rechtecks aufweist, das senkrecht zur Längsrichtung der Platte verläuft.
Die in den Figuren 2 bis 6 veranschaulichte Sammelplatte 1 enthält ebenfalls den ebenen Mittelbereich 2, die hochgebogenen Kanten 3 und 4 sowie die Öffnungen 5. Die Kanten 3 und 4, die sich in Ebenen erstrecken, die senkrecht zur Ebene des Mittelbereichs 2 verlaufen, schließen sich an diese über viertelkreisförmig gekrümmte Bereiche 6 bzw. 7 an. Diese allgemeine Form wird auf bekannte Weise dadurch hergestellt, daß eine anfänglich ebene Platte so umgeformt wird, daß sich die beiderseits des Mittelbereichs 2 angeordneten Bereiche von dieser Ebene entfernen, wobei sie die zylindrisch gekrümmten Bereiche 6, 7 und die ebenen Randbereiche 3, 4 bilden.
Vor dem Rundbiegevorgang der Bereiche 6 und 7 wird erfindungsgemäß der Werkstoff der Platte in Bereichen 8, die in der Längsrichtung der Platte verteilt sind, auf der gleichen Seite gedrückt, auf der auch die Verlagerung des Werkstoffs für die Ausführung der gekrümmten Bereiche erfolgt, das heißt nach rechts mit Blick auf die Figuren 5 und 6. Das Ergebnis dieses Drückvorgangs vor der Ausführung der gekrümmten Bereiche wird in der oberen Hälfte von Figur 6 dargestellt. Dabei ist zu erkennen, daß die Zone 8 eine Nut 9 und eine Rippe 10 bildet, die sich senkrecht zur Längsrichtung der Platte erstrecken und einander gegenüberliegend in der Innenfläche bzw. der Außenfläche angeordnet sind, die mit Blick auf Figur 6 nach links bzw. nach rechts gerichtet sind. Diese Nut und diese Rippe erstrecken sich auf der gesamten Breite des Mittelbereichs 2 und des Bereichs 7', der dazu bestimmt ist, nach dem Rundbiegen den gekrümmten Bereich 7 zu bilden. Außerdem erstrecken sich die Nut 9 und die Rippe 10 symmetrisch, bezogen auf die Mittellängsebene der Platte, auf der gesamten Breite des Bereichs, der dazu bestimmt ist, den gekrümmten Bereich 6 zu bilden, wobei dieser in Figur 6 bereits ausgeführt dargestellt ist. In der fertiggestellten Sammelplatte erstrecken sie sich ohne Unterbrechung vom Randbereich 3 zum Randbereich 4, wobei sie in einem bestimmten Abstand von deren freien Kanten enden. Die Verlängerung der zurückgesetzten Zonen 8, von einem gekrümmten Bereich zum anderen, auf der gesamten Breite des ebenen Bereichs 2, ermöglicht es der Sammelplatte, ohne bleibende Verformungen starke Wärmedehnungen aufzunehmen, wie dies in der FR-A-2 538 526 beschrieben wird. Bei Anwendungen, bei denen diese Funktion nicht erforderlich ist, können diese zurückgesetzten Zonen auf die gekrümmten Bereiche beschränkt sein.
In Figur 7 ist das Profil der Sammelplatte, wie in der Ebene von Figur 5 dargestellt, im gekrümmten Bereich 6 und in dessen Nähe, mit durchgezogenen Linien für die erfindungsgemäße Sammelplatte und mit gestrichelten Linien für die bekannte Sammelplatte entsprechend Figur 1 eingezeichnet. Im Falle einer bekannten Sammelplatte ist die abschließende Wanddicke in etwa gleichmäßig und gleich der Dicke der ebenen Ausgangsplatte ausgeführt, wobei sie beispielsweise 2,90 mm beträgt. Bei der erfindungsgemäßen Sammelplatte bleibt die Dicke e&sub0; auf halber Breite der zurückgesetzten Zone 8 im ebenen Mittelbereich 2 ebenfalls in etwa gleich der Ausgangsdicke. Im gekrümmten Bereich 6 vergrößert sich die Dicke hingegen und erreicht einen Höchstwert e&sub1; in etwa auf halber Bogenläge, zu dem Werte von 3,20 bis 3,50 mm ermittelt wurden.
Das Profil der Nuten 9 und der Rippen 8, wie es sich in einer zu ihrer Längsrichtung senkrechten Ebene darstellt, wird durch die Werkzeuge bestimmt, die dazu dienen, den Werkstoff zu drücken, um die zurückgesetzten Zonen 8 zu bilden. Dieses Profil weist vorteilhafterweise eine abgerundete Auszackung und erweiterte Flanken auf, wie dies in den Figuren 3 und 4 zu erkennen ist, um die mechanischen Beanspruchungen zu minimieren. Außerdem ist zu erkennen, daß jede zurückgesetzte Zone 8 in der Längsrichtung der Sammelplatte eine geringe Länge im Verhältnis zur Länge der Zonen aufweist, die zwischen zwei benachbarten Zonen 8 enthalten sind, wobei diese Zwischenzonen eine ebene oder zylindrische Form behalten, außer in den durch das Stanzen der Öffnungen 5 verformten Teilen. In jede dieser Zwischenzonen ist eine Öffnung 5 eingearbeitet.

Claims

1. Sammelplatte (1), die dazu bestimmt ist, den Innenraum einer Endkammer eines Wärmetauschers, insbesondere eines Kühlers für ein Kraftfahrzeug, zu begrenzen, und die öffnungen (5) für den Durchgang von Rohren für den Umlauf eines Wärmeträgermediums aufweist, die in einem in etwa ebenen Bereich (2) der Platte vorgesehen sind, der sich an mindestens einen gekrümmten Bereich (6, 7) mit allgemein zylindrischer Form anschließt, der sich von der Ebene des ebenen Bereichs auf der Seite des besagten Innenraums entfernt, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte zylindrische Form ohne Werkstofftrennung durch eine Vielzahl von zurückgesetzten Zonen (8) unterbrochen wird, die entlang ihrer Erzeugenden verteilt sind und die sich jeweils auf ihrer gesamten Bogenlänge erstrecken, wobei die Innen- und Außenflächen der Platte nach innen versetzt sind und wobei ihre Dicke in Höhe dieser zurückgesetzten Zonen im Verhältnis zu den Flächen und zu der Dicke, die der zylindrischen Form entspricht, vergrößert ist.

2. Sammelplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede zurückgesetzte Zone in einer Ebene, die parallel zur Erzeugenden verläuft und durch die Dicke der Platte hindurchgeht, ein Profil in Form einer abgerundeten Auszackung und/oder mit erweiterten Flanken aufweist.

3. Sammelplatte nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der gekrümmte Bereich (6, 7) an den beiden Enden seiner Bogenlänge an den besagten ebenen Bereich (2) bzw. an einen Randbereich (3, 4) anschließt, der sich in etwa entlang einer Ebene erstreckt, die senkrecht zu der Ebene des vorangehenden Bereichs verläuft.

4. Sammelplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen des gekrümmten Bereichs in etwa tangential zu den Flächen des ebenen Bereichs und gegebenenfalls zu den Flächen des Randbereichs verlaufen.

5. Sammelplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ebene Bereich eine längliche Form hat und sich mit seinen beiden in etwa parallelen Seiten an zwei gekrümmte Bereiche (6, 7) anschließt, die die besagten, zurückgesetzten Zonen (8) aufweisen.

6. Sammelplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die besagten zurückgesetzten Zonen durchgehend von einem zum anderen der gekrümmten Bereiche erstrecken, indem sie die ebene Form des besagten ebenen Bereichs unterbrechen, wobei jede der besagten Öffnungen (5) zwischen zwei benachbarten zurückgesetzten Zonen (8) angeordnet ist.

7. Sammelplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Aluminiumlegierung ausgeführt ist.

8. Verfahren zur Herstellung einer Sammelplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem man von einer in etwa ebenen Platte mit einer in etwa gleichmäßigen Dicke ausgeht, den Werkstoff der Platte senkrecht zu ihrer Ebene in zueinander beabstandeten und in dieser Ebene aufeinander ausgerichteten Zonen (8) drückt, zumindest einen Bereich (7') dieser Platte rundbiegt, um ihm eine allgemein zylindrische Form zu geben, wobei er von der Ausgangsebene der Platte in der Richtung entfernt wird, in die der Werkstoff gedrückt wurde, wobei die Erzeugende der besagten zylindrischen Form parallel zur Fluchtrichtung der besagten Zonen verläuft und wobei sich diese auf der gesamten, Bogenlänge der zylindrischen Form erstrekken, wobei die besagten Öffnungen (5) vor, während oder nach den vorstehenden Vorgängen in dem Bereich (2) der Platte ausgeführt werden, der in der Ausgangsebene bestehen bleibt.

9. Wärmetauscher, insbesondere Kühler eines Kraftfahrzeugs, der eine Endkammer enthält, deren Innenraum durch eine Sammelplatte (1) begrenzt wird und mit Rohren für den Umlauf eines Wärmeträgermediums in Verbindung steht, die durch Öffnungen (5) hindurchgehen, die in einen in etwa ebenen Bereich (2) der Platte eingearbeitet sind, der sich an mindestens einen gekrümmten Bereich (6, 7) mit allgemein zylindrischer Form anschließt, der sich von der Ebene des ebenen Bereichs auf der Seite des besagten Innenraums entfernt, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelplatte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgeführt ist.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 9 zur Kühlung der Ladeluft des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs.